基于西门子LOGO!的水族箱控制系统设计

黄桂萍 唐张维 赖振达 吴素华

摘   要：以西门子LOGO！控制器为控制核心的水族箱控制系统具有自动投食、自动换水等功能，同时对液位检测、温度及水质进行实时监测，并具备通信功能，能够与触摸屏、Web Server、手机APP等组建局域网络，该系统设有HMI，可方便进行参数设置及对水环境数据的查询与监控，使得整个系统更加自动化、集成化。文章对此进行了分析。

关键词：LOGO！;人机接口;网页服务器;手机软件

1    新型水族箱提出背景

随着我国经济的发展和人民生活水平的大幅提高，人们的消费观念逐渐发生变化，观赏鱼水族箱这个舶来品也开始走进人们的生活当中。随着人们消费档次与水平的提高，生活环境更加个性化，与之相关的休闲、居家装饰行业相应地不断蓬勃发展。家用水族产业规模的年增长率达到13.8%，且有逐年递增的趋势，五花八门的水族箱也随之映入人们的眼帘。但是这些传统的水族箱都普遍功能单一[1-2]，水温、照明、排水及充氧等控制器都较普通，并且种类繁多，功能不统一，用户使用时需投入较高费用，安装繁琐，使用复杂，无法提高整体性能，且大多都是非智能化的控制器[3]，需要人们投入大量精力去管理水族箱，它们的价格有的较贵，结构复杂，性能不稳定，容易损坏。随着人工智能的高速发展，本文提出了一款以西门子LOGO！控制器为控制核心的新型水族箱[4-5]，采用西门子LOGO！来控制电磁阀、水泵、加热器、增氧泵、灯光，并通过温度传感器、液位传感器实时反馈水族箱里的信息，从而实现智能控制[6-7]，其控制系统具有自动化程序高、通信功能强、节能环保3大优点。

2    系统总体设计

水族箱控制系统由24 V/5 V开关电源提供所有电力能源，以西门子LOGO！24RCE为核心控制器，液位传感器、温度传感器、pH检测传感器作为数据采集器采集关键参数，并通过触摸屏、Web Server功能、手机APP来实时监控水族箱内各执行部件，如电磁阀、循环泵、加热器、增氧泵、灯光等。该控制系统具有手动控制及自动控制两种控制方式。自动控制方式下，该控制系统具有水温自动调控、自动内循环过滤、自动投食、灯光智能调节及自动增氧等功能，系统结构如图1所示。

3    硬件设计

3.1  投食器的设计

投食器由5 V减速电机、V形漏斗、管道、螺旋杆构成，将装有饲料的V形漏斗的下料口连接至管道，螺旋杆直径略小于管道直径，通过减速电机带动螺旋杆，漏斗中的饲料流入管道，再由螺旋杆往管道的另一端推出。

3.2  控制系统硬件设计

在控制系统的设计与开发中，控制器是整个系统设计的核心，因此选择合适的控制器非常重要。若采用单片机作为核心控制器，功能实现上基本没问题，但开发周期长，且扩展能力不及LOGO！和PLC[8]。运用PLC，LOGO！不仅编程简单、功能齐全，工作稳定、可靠，维护方便，且二次开发周期短，因此，不考虑使用单片机进行设计开发。虽然PLC功能强大，但相对于LOGO！价位较高，而LOGO！ 24RCE控制器自带4个模拟量输入和Web Server功能，已能满足系统所需的控制和通信需求，因此，这里选用物美价廉的LOGO！ 控制器。

4    软件设计

4.1  建立局域网通信

为了能让触摸屏、LOGO！、个人电脑相互之间进行通信，必须将其建立在同个局域网中，因此需要通过Wincc flexible SMART V3软件对触摸屏的IP地址进行设置、通过LOGO！ Soft Comfort V8软件对LOGO！ CPU，个人电脑以及路由器进行IP地址设置，将它们的IP地址设置在同个网段当中。

4.2  Web  Server功能实现

4.2.1  PC端Web  Server功能

西门子LOGO！ 24RCE的主机模块中新添了Web Server功能，借助集成的Web Server，LOGO！可以通过局域网和互联网方便地进行监测和控制。Web Server全面支持个人电脑、智能手机和平板电脑上的商用浏览器，如：Chrome， FireFox，Internet Explore和Opera，无论是什么操作系统，只要带有逻辑模块视图和外部文本的网页，都可以瞬间显示，且无需用户掌握任何关于HTML编程的知识，改善了对LOGO！ 的控制方式，也有效地提高了用户工作效率。

将个人电脑接入系统局域网中，打开个人电脑端浏览器并在地址栏中输入LOGO！，当前IP地址就能进入LOGO！ Web Server界面。在LOGO！系统界面显示了设备系列、设备类型、固件版本、IP地址、状态信息，用户可清楚地知道当前LOGO！状态，LOGO！变量设置界面可以添加8个变量，可通过修改变量实现实时控制系统状态。

4.2.2  手机端Web  Server

智能移動设备端需要下载LOGO！ APP软件，并将设备接入系统局域网中，打开下载的APP，填写LOGO！相应信息就可进入LOGO！控制界面，或者在浏览器地址栏输入LOGO！当前IP地址也能进行对LOGO！实时监控与控制。与PC端相比它更加方便，不仅能与PC端一样对控制变量、使用LOGO！ TD文本控制，还能建立新UI、对变量进行曲线监控和记录。

4.3  人机界面程序设计

触摸屏首页分为实时数据监控水族箱信息、此时设备状态监控、功能设置选择3个部分。实时数据监控有两个，当前检测信息值以及根据用户设置的pH范围来判定当前水质是否符合用户要求;设备状态监控包括水族箱所有功能，加热、水循环、投食、灯光、换水、增氧;功能设置选择包括用户管理水族箱的参数设置、手动模式。

参数设置功能包括水温、水循环的启停间隔时间、灯光照明时段、投食档位控制与投食周期、pH范围的设置、增氧泵工作启停间隔时间设置。在饲养水族生物时只需了解其生活习性，对参数进行设置就可以做到无人值守养护了。

进入手动界面后自动功能将断开，用户可自行对出水、进水、水循环、加热、投食、灯光、增氧进行单独控制，调试器件工作状态是否正常时可使用手动功能。

5    结语

本文阐述了基于西门子LOGO！控制器的水族箱的设计，其具有自动投食、自动换水等功能，同时对液位检测、温度及水质进行实时监测，并具备通信功能。本团队制作了样机，通过测试运行，系统功能符合设计的要求，控制效果良好，稳定性可靠，有较强的实用性，对后续智能水族箱控制系统的研究在理论和实践上都有较高的参考价值。

[参考文献]

[1]葛华.多功能观赏鱼缸智能控制系统的设计[D].南京：东南大学，2007.

[2]丁惠忠.观赏鱼缸智能控制系统的设计[D].苏州：苏州大学，2007.

[3]刘大川，李钊合，孙淑杰，等.水族箱智能控制系统的设计与实现[J].智能计算机与应用，2015（2）：98-100.

[4]AHMAD B，BIN O.Intelligent aquarium system control[D].Johor Bahru：Universiti Teknologi Malaysia，2010.

[5]吕玉凤，马聪孝，栾义忠.基于西门子LOGO！的800KW制冷电机温度监控[J].自动化技术与应用，2019（8）：131-134.

[6]KIM J H，KIM J Y，OH J H.Adjustment of home posture of biped humanoid robot using sensory feedback control[J].Journal of Intelligent and Robotic Systems（Theory and Applications），2008（4）：421-438.

[7]范懷玉.一种基于西门子LOGO的地下庭院自动排水系统[J].科学技术创新，2019（12）：189-190.

[8]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.