Havuz balıkçılığı için otomatik kontrol sisteminin araştırılması ve geliştirilmesi
Zhang Hongyan, Yuan Yongming, Ma Xiaofei, Shi Pei
(Tatlı Su Balıkçılığı ve Germplazma Kullanımı Anahtar Laboratuvarı, Tarım Bakanlığı, Tatlı Su Balıkçılığı Araştırma Merkezi, Çin Balıkçılık Bilimleri Akademisi, Wuxi 214081, Jiangsu)
: Havuz su ürünleri yetiştiriciliğinin işçilik maliyeti, enerji ve yem tüketimi gittikçe artmaktadır.Tüketiciler ayrıca su ürünlerinin kalitesine daha fazla önem vermektedir.Geleneksel havuz kültür balıkçılığı teknolojisi, modern su ürünleri yetiştiriciliğinin temel ihtiyaçlarını tam olarak karşılayamamaktadır.Havuz yetiştiriciliğinin otomatik kontrolünü sağlamak için otomatik hassas kontrol teknolojisinin uygulanması Çiftçilik işçiliğinin maliyetini etkili bir şekilde azaltabilir, enerji ve yem atıklarını azaltabilir ve su ürünlerinin kalitesini artırabilir. Gölet su ürünleri yetiştiriciliğinin genel sürecine ve otomatik kontrol gereksinimlerine göre makale, havuz yetiştiriciliği için otomatik bir kontrol sistemi tasarlar, sistemin yapısını ve işlevlerini detaylı bir şekilde analiz eder, sistem donanım ekipmanlarının seçimi ve entegrasyonunu açıklar ve sistemin ana yazılımının programlama ilkelerini ve geliştirme gerçekleştirmesini sunar. .
: Gölet kültürü; otomatik kontrol; otomatik havalandırma; otomatik su ayarı
: TP311 belge tanımlama kodu: ADoi: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.01.030
Alıntı biçimi : Zhang Hongyan, Yuan Yongming, Ma Xiaofei, et al. Havuz su ürünleri yetiştiriciliği için otomatik kontrol sisteminin araştırma ve geliştirme development J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (1): 99-102
0 Önsöz
Çin'deki su ürünleri yetiştiriciliği, temel olarak geleneksel havuz yetiştiriciliği üretim yöntemlerine dayanmaktadır.Otomatik su kültürü ekipmanlarının yaygınlaştırılması ve yaygınlaştırılmasıyla, su kalitesi izleme, otomatik kontrol ve akıllı su ürünleri yetiştiriciliği gibi teknik yöntemler, gölet yetiştiriciliğinde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Şu anda, Çin'deki havuz kültür balıkçılığı üretiminde otomatik ekipman kontrolü, esas olarak çiftçilerin deneyim ve alışkanlıklarına dayanmaktadır ve talep üzerine kontrol edilemez, erken uyarı kontrolü ve hassas kontrol, elektrik, yem ve işçilik gibi üretim maliyetlerinin israfına neden olur ve modern hassas havuz balıkçılığı gereksinimlerini karşılayamaz. Yönetim ihtiyacı [1]. Bu nedenle, su ürünleri yetiştiriciliği işçiliğinin maliyetini etkili bir şekilde azaltabilecek, enerji ve yem atıklarını azaltabilecek ve su ürünlerinin kalitesini artırabilecek bir havuz kültür balıkçılığı otomatik kontrol sisteminin geliştirilmesi çok gereklidir.
1 Sistem yapısı ve çalışma prensibi
Havuz su ürünleri yetiştiriciliği için otomatik kontrol sistemi temel olarak su ürünleri yetiştiriciliği çevre izleme modülü, otomatik kontrol modülü, uzman sistem modülü ve insan-bilgisayar etkileşim modülünden oluşur.Fonksiyonel modüller, hibrit ağ üzerinden iletişim ve veri iletimini gerçekleştirir. Sistemin yazılım ve donanım ekipmanı ve tesislerinin entegrasyonu sayesinde sistem, üreme ortamı izleme, üreme hassas kontrolü, üreme planı güncelleme ve üreme alanı görüntüleme işlevlerini tamamlayabilir ve gerçekleştirebilir. Sistem yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Sistem ilk kez çalıştığında, kullanıcı ıslah programını denetleyiciye yapılandırmak için uzaktan yapılandırma programını veya yerinde yapılandırma terminalini kullanabilir; yetiştirme işlemi sırasında denetleyici, üreme ortamı parametrelerini gerçek zamanlı olarak toplar ve bunları IoT hizmet sistemine [2] yükler ve aynı zamanda çevresel verilere ve İndirilen su ürünleri yetiştiriciliği planı doğru bir şekilde kontrol edilir; IoT hizmet sistemi, denetleyici tarafından yüklenen verileri akıllıca analiz eder ve işler ve uzman sistem [3] aracılığıyla mevcut su ürünleri yetiştiriciliği ortam durumunu değerlendirir ve zaman içindeki anormal koşullar için bir kontrol ve işleme planı ve zamanında kontrolör oluşturur Anormal koşullarla başa çıkın, anormal olmayan koşullar için üreme kontrol planının bir sonraki aşamasını akıllıca oluşturun ve yeni planı mevcut planla karşılaştırın ve kontrolöre indirip güncelleyin; kontrolör, üreme kontrol planını indirip yapılandırdıktan sonra bağımsız olarak çalışabilir , Yetiştirme sürecini doğru bir şekilde kontrol edin. Sistem iş akışı Şekil 2'de gösterilmektedir.
2 Sistem donanımı seçimi ve tasarımı
Sistem donanımı temel olarak su kalitesi ve meteorolojik çevre sensörleri, su ürünleri yetiştiriciliği otomatik kontrolörü (PLC743), veri iletişim ünitesi ve otomatik kontrol ekipmanını içerir. Donanım aygıtları, aygıtlar arasındaki ara bağlantı ve ara iletişimi gerçekleştirmek için kablolu veya kablosuz iletişim yoluyla bağlanır.Donanım aygıtlarının etkili entegrasyonu ve ara bağlantısı, sistemin çeşitli işlevlerinin kararlı çalışmasını ve gerçekleştirilmesini sağlar.
2.1 Su kalitesi ve hava sensörleri
Su kalitesi ve hava durumu sensörleri, sistemin su kalitesi izleme işlevini gerçekleştirmek ve ardından hassas kontrolü gerçekleştirmek için önemli bir ekipmandır.Sistem, su kalitesi ve meteorolojik ortamın gerçek zamanlı izlenmesini gerçekleştirmek için doğru ve kararlı çözünmüş oksijen sensörleri, pH sensörleri ve çok parametreli hava istasyonu sensörleri seçer. Su kalitesi sensör ekipmanı, destekleyici su kalitesi sensörü kurulum şamandırasına takılan, solar lityum pil ile çalışan ve etkin sürekli çalışma süresi 45 güne ulaşabilen damla kurulum yöntemini benimser; hava durumu sensörü entegre bir çok parametreli hava istasyonudur ve destekleyici hava istasyonu bir direk ile kurulur Kurulum, ekipmanın normal çalışmasını etkili bir şekilde sağlamak için karışık bir güç kaynağı yöntemini benimser.
2.2 Akıllı kontrol ünitesi
Programlanabilir mantık denetleyicisi [4] (PLC), mikroişlemci ile donatılmış endüstriyel bir bilgisayardır.Sistem, 14 anahtarlama girişini ve 10 anahtarlama girişini birleştiren Siemens S7-200 serisi CPU224XP AC / DC / RLY PLC [5] kullanır. Röle çıkışı, 2 analog giriş ve 1 analog çıkış ile donatılmış, 2 RS485 haberleşme arayüzlü, PPI, ModBus, MPI haberleşme protokolü ve serbest yol haberleşmesini destekler. Akıllı denetleyicinin bağlantı şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.
Sistem, kontrolör ile sunucu arasındaki iletişimi tamamlamak için PLC'nin PORT0 iletişim bağlantı noktasını kullanır ve sensör ekipmanının izleme verilerini almak için PORT1 iletişim bağlantı noktasını kullanır; besleme makinesini yetiştirme ve beslemeyi tamamlamak üzere kontrol etmek için Q0.0 ~ 0.3 ilk röle setini kullanın, ilgili anahtarı kullanın Besleme makinesinin çalışma durumunu izlemek için giriş I0.0 ~ 0.3; pervane havalandırıcısını kontrol etmek için Q0.4 ~ 0.6 ikinci röle setini kullanın, burada Q0.4 havalandırma kontrolü, Q0.5 su ayarlama kontrolü ve Q0. 6, zamanlama kontrolüdür ve havalandırıcının çalışma durumunu izlemek için ilgili anahtar girişi I0.4 ~ 0.6'yı kullanın; su girişi ve drenaj işlemini tamamlamak için dalgıç pompayı kontrol etmek için üçüncü röle setini Q0.7 ~ 1.1 kullanın, anahtar girişi I0.7'yi kullanın ~ 1.1 Dalgıç pompanın çalışma durumunu izleyin.
2.3 Veri iletişim birimi
Kontrolör ve sensör, kontrolör ve sunucu arasındaki ara bağlantı ve iç iletişim, bir iletişim modülü aracılığıyla gerçekleştirilmelidir.Sistem, sensör ve kontrolör arasındaki kendi kendini organize eden ağ ve veri iletişimini gerçekleştirmek için ZigBee iletişim yöntemini [6] seçer; TCP / IP-RS485 dönüştürücü, kontrolü gerçekleştirmek için kullanılır Kontrolörün ağ erişimi ve veri iletişimi, vahşi ortamda, geniş bant İnternet erişim koşulları olmadan, havuz, GPRS / WCDMA / LTE'yi ve denetleyici ile sunucu arasındaki veri iletişimini gerçekleştirmek için 2G / 3G / 4G veri iletimini destekleyen diğer iletişim modüllerini kullanır. Sistem ağ topolojisi Şekil 4'te gösterilmektedir.
2.4 Otomatik yetiştirme ekipmanı
Havalandırıcılar, besleme makineleri, su pompaları ve diğer ekipmanlar havuz su ürünleri yetiştiriciliğinde en yaygın olarak kullanılanlardır.Kararsız güç kaynağı, aşırı çalışma ve işçilerin yanlış çalışması, motorun yanması gibi kayıplara veya kazalara neden olacaktır [7]. Yetiştirme havuzundaki mevcut otomatik yetiştirme ekipmanının yüküne göre, sistem her bir yetiştirme ekipmanı için en uygun elektrikli koruma ekipmanını ayrı ayrı entegre eder ve otomatik yetiştirme ekipmanının hassas kontrolünü, durum izlemesini ve güç kesintisi korumasını gerçekleştirmek için akıllı kontrolörün akıllı yetiştirme kontrol şemasıyla işbirliği yapar. . Sistem, motorun güç kaynağını zamanında kesebilen ve motoru aşırı yük, faz kaybı, kısa devre gibi anormal koşullardan etkili bir şekilde koruyabilen havalandırıcının elektriksel koruması için motorlar için CDP632 serisi özel devre kesiciler kullanır; CJX2 serisi küçük AC kontaktörler kullanın Motorun başlatılmasını ve durdurulmasını kontrol etmek için akıllı PLC denetleyicisine bağlanın ve ekipmanın çalışma durumunu izlemek için bu tür AC kontaktörün normalde açık kontaklarını kullanın. Sistem havalandırıcının bağlantı şeması Şekil 5'te gösterilmektedir.
Şekil 5'te QS motor devre kesici anahtarı, FR motor devre kesicisindeki termik röle koruma cihazı, FU sigortadır, KM AC kontaktörü, KM 'kontrol kontağı, KM * normalde açık kontak, SA Havalandırıcı için manuel anahtar. Eylem prensibi şudur: devre kesicinin QS kapatılması, PLC kontrolörü, kontrol koşullarını karşılamak için çevre koşullarına ve kontrol planına göre otomatik ve doğru bir şekilde kontrol edecek, PLC çıkış terminali Q0.4 rölesi devreye girecek, AC kontaktörü KM kapatılacak ve havalandırıcı açılacaktır. Belirtilen koşullara ulaşıldığında, KM bırakılır ve havalandırıcı durur; havalandırıcı manuel şalteri SA manuel olarak kapatıldığında, AC kontaktörü KM kapanır, havalandırıcı açılır, SA, KM serbest bırakılır ve havalandırıcı durur; havalandırıcı çalışırken İşlem sırasında anormal koşullar oluştu FR'nin dahili ısınması, iç bimetalik tabakanın bükülmesine, motor devre kesicisinin dahili kapalı kontağının açılmasına ve AC kontaktörünün bağlantısının kesilmesine neden olarak elektrik korumasını tamamladı.
3 sistem yazılım tasarımı
Sistem yazılımı tasarımı, veri iletişimi, kontrolör konfigürasyonu, yetiştirme ortamı izleme ve hassas yetiştirme kontrolü gibi fonksiyonları gerçekleştirmek için kontrolör programı tasarımı, kontrolör uzaktan konfigürasyon programı tasarımı ve yerinde konfigürasyon terminal programı tasarımını içerir.
3.1 Denetleyici programlama
Kontrolör program tasarımı, programlama için program geliştirme platformu STEP 7-Micro / WIN V4.09.25'i destekleyen SIEMENS S7-200 PLC'yi kullanır.Geliştirme sürecinin, PLC kontrolörünün ModBus-RTU iletişim fonksiyonunu gerçekleştirmek için ModBus protokol kitaplığını [8] içe aktarması ve MBUS_INIT ve MBUS_SLAVE, sunucu ile iletişimi gerçekleştirmek için PLC slave işlevini başlatır; sensörle iletişimi gerçekleştirmek için PLC ana işlevini başlatmak için MBUS_CTRL ve MBUS_MSG kullanın. ModBus®RTU iletişim protokolünü destekleyen 7 sensörü bağlayabilir ve aynı anda 15 çevresel parametreyi izleyebilir; besleme makinesinin besleme işlevini gerçekleştirmek için 4 set zamanlama kontrolörü benimser ve çevresel parametrelerle birlikte besleme makinesinin akıllı kontrolünü gerçekleştirir; Çözünmüş oksijenin nispi doygunluğuna ve oksijenin kısmi basıncına bağlı olarak, havalandırıcının akıllı havalandırma ve su ayarının işlevlerini gerçekleştirir ve oksijen ve su ayarı için aynı havalandırıcıyı kontrol etmek için farklı röle çıkışları kullanır. Kontrolör programının çalışma süreci Şekil 6'da gösterilmektedir.
3.2 Denetleyici uzaktan yapılandırma programı tasarımı
Kontrolör uzaktan konfigürasyon programı (ITSStool), kontrolörün uzaktan konfigürasyonunu gerçekleştirmek için C dilinde tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Uzaktan konfigürasyon programı, konfigürasyon komutlarının aktarımını ve konfigürasyonunu RS232 / 485 doğrudan bağlantı veya TCP / IP uzaktan iletişim yoluyla gerçekleştirir. Kullanıcı, program aracılığıyla çevrimiçi kontrol cihazını tarayabilir ve bağlanabilir, kontrolörün mevcut konfigürasyonunu yükleyebilir, konfigürasyonu kontrolöre gruplar halinde veya tek tek indirebilir; sensörlerin, kontrolörlerin, zamanlayıcıların, çıkış kontrolünün, durum izleme ve diğer fonksiyonların konfigürasyon arayüzünü tamamlayabilir ve Gerçek zamanlı çevresel izleme verilerini ve ekipmanın çalışma durumunu görüntüleyin. Uzaktan yapılandırma programının çalışma süreci Şekil 7'de gösterilmektedir.
3.3 Kontrolör saha konfigürasyon terminalinin program tasarımı
Yerinde konfigürasyon terminali, Siemens TD-200 serisi ile uyumlu MD204L metin görüntüleme ekranını seçer ve kontrolörün yerinde konfigürasyonunu gerçekleştirmek için yerinde konfigürasyon terminal programını tasarlamak için MD204L destekleyen düzenleme yazılımı TP200CN'yi kullanır: MD204L, PPI protokolü aracılığıyla Siemens S7-200 serisi ile iletişim kurar [9] PLC'nin programlama portu veya genişletme iletişim portu doğrudan iletişim kurar; kullanıcı, MD204L ile kontrolör arasındaki bağlantıyı tamamlamak için iletişim kablosunu kullanır ve iletişim parametreleri dahil tüm kontrol cihazı parametrelerini yapılandırır. Denetleyici site yapılandırma terminali Şekil 8'de gösterilmektedir.
4. Sonuç
Havuz balıkçılığı otomatik kontrol sistemi, havuz su ürünleri yetiştiriciliğinin hassas kontrolünü ve yönetimini sağlamak için kapsamlı bir şekilde sensör teknolojisi, kablosuz iletişim teknolojisi ve otomatik kontrol teknolojisi kullanır. Sistem, üretim maliyetlerini etkili bir şekilde azaltabilir ve su ürünlerinin kalitesini artırabilir.Aynı zamanda, emek yoğunluğunu azaltabilir, üretim ölçeğini genişletebilir ve üretim yönetiminin otomasyon derecesini artırabilir.Modern su ürünleri endüstrisinin gelişimini teşvik etmede önemli bir role sahiptir.
Referanslar
1 Xu Zhiqiang, Wang Tao, Bao Xuteng, ve diğerleri. Havuz su ürünleri yetiştiriciliği için otomatik besleme sisteminin uzaktan hassas şekilde yükseltilmesi ve doğrulanması J. Çin İnşaat Makineleri Dergisi, 2015, 13 (3): 272-276.
2 Ma Xiaofei, Yuan Yongming, Zhang Hongyan ve diğerleri. Su ürünleri bağlantı ekipmanı için sürücü servis sisteminin tasarımı, Modbus J. Sensors and Microsystems, 2014, 33 (10): 65-68.
[3] Zhang Hongyan, Yuan Yongming, He Yanhui, ve diğerleri Su ürünleri yetiştiriciliği uzman sisteminin tasarımı ve uygulaması J Çin Tarım Bilimleri Bülteni, 2011, 27 (1): 436-440.
[4] Wang Xiu PLC ve GPRS [D] tabanlı harici ısıtma ve kurutma için uzaktan izleme sistemi tasarımı Xi'an: Xi'an Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2013.
5 BERGER H. SIMATIC ile otomasyon: kontrolörler, yazılım, programlama, veri M. Paris: Publicis, 2013.
[6] FARAHANI S. ZigBee kablosuz ağlar ve alıcı-vericiler [M]. Newnes, 2008.
[7] Gu Jian, Gu Haitao, Men Tao, et al. Havuz su ürünleri yetiştiriciliğinde çeşitli mekanik havalandırma yöntemlerinin havalandırma performanslarının karşılaştırılması J. Çin Ziraat Mühendisliği İşlemleri, 2011, 27 (1): 148-152.
[8] Wang Zhengguo, ModBus protokolünün S7200 PLC ve PC arasındaki haberleşmede uygulanması [J] Coal Mining Machinery, 2010, 31 (2): 192-194.
[9] Cai Jinda, Ni Jianhui, Guo Rui, vb. PPI protokolü ile Siemens S7200 PLC J arasındaki iletişim Endüstriyel Kontrol Bilgisayarı, 2006,19 (4): 13-14.
