基于CC-LINK总线控制的多猪舍环境控制设计

李娜 吴燕 陈雨

【摘 要】本控制系统以猪舍环境为研究对象，采用了CC-LINK现场总线、计算机链接及组态等技术构建的一个控制系统。首先对猪舍环境的控制系统总体结构及控制思路进行了分析，然后阐述了猪舍环境控制系统的组成和工作原理，继而提出了控制系统的各组成部分及硬件选配的设计方案，对控制方式进行了设计和程序的编写，最终达到实时的对猪舍环境的监测与控制。

【关键词】猪舍;CC-LINK现场总线;传感器;组态软件

中图分类号： TP277 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）11-0217-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.103

0 引言

随着现场总线技术的日益发展，现场总线的应用越来越广泛，以及社会对畜产品的产量及质量要求也越来越高，商品猪的养殖规模不断扩大，集约化程度也不断提高，因此管理的难度也就越来越大，这就使得现场总线技术在畜牧养殖业中的应用成为一种趋势。本文设计的目的是以CC-LINK现场总线控制技术来实现对猪舍的环境状况的改善和降低饲养员的管理工作量。本文针对大型猪场多猪舍所设计的监控系统实现了猪舍空气、湿度等环境因素的检测和智能控制。

1 商品猪养殖介绍

猪舍是生猪生长场所，猪舍相对适宜的生长环境，对生猪的健康生长有着重要意义。相比于国外发达国家，我国的养猪业，不论是生产水平还是管理水平都是相对比较落后的。究其原因，猪舍环境控制问题是导致这一状况的重要因素之一。为了有效解决不利环境对生猪生长造成的负面影响，近年来，我国在对猪舍环境控制技术上也有了很大的改善，例如夏季湿帘降温、纵向通风及采用密闭方式进行饲养等，为生猪养殖提供了良好的生长环境。但是在实际的控制中，他们忽视了猪舍里的各环境因子之间存在相互作用、相互影响的耦合关系，且大部分控制系统由饲养员手动操作，自动化水平不高，很难适应现代化管理的要求。针对以上情况，设计出实时猪舍环境空气、湿度等环境因素的检测和智能控制系统已经成为智能化规模化养殖业的重点研究方向。

2 控制系统设计

三菱PLC具有基本单元、开关量控制和模拟量控制功能，利用CC-Link专用电缆构成网络，完全能够实现大型猪场多猪舍环境的控制。根据上述总体的控制要求，结合每一个猪舍的控制参数，构成如图1所示的大型猪场多猪舍环境控制系统。

由上图可看出，整个系统分为两个部分。第一部分（即底层控制部分）：由十套相互独立的CC-LINK现场总线系统构成。第二部分（即上层控制部分）：以计算机链接方式和用于上位控制的组态构成的上层监控和现场控制系统。

第一部分由十套相互独立的CC-LINK现场总线系统构成，每套控制系统由五间猪舍构成，将各猪舍内分散的传感器、风机、水泵、喷洒等装置通过CC-Link专用电缆集中连接到PLC上，构成一个简易的 PLC控制网。每套系统控制五间猪舍，由一个主站和四个从站构成，主站由FX2N系列的PLC连接一个FX2N-16CCL-M主站模块构建成，外加A/D模块、RS-485通信设备（用于第二部分中的计算机链接）。从站由一个远程I/O模块（用于驱动风机、循环泵等执行机构）、远程A/D转换设备（用于采集和转换传感器及变送器发来的模拟量信号）、执行机构（风机、循环泵等）、传感器及变送器等构成。

第二部分则是以计算机链接技术，将第一部分的十套控制系统连接起来，并利用组态技术，开发出简单实用的监控画面，实现对猪舍集中监视和控制。

3 控制系统的优势与特点

3.1 控制系统的优势

3.1.1 稳定快速的通信速度

高速度大容量的数据传送是本设计的优势之一，传输速率最高可达10Mbps，当通信速度达到10Mbps时，通信距离最大可达100米;传输速率最底也能达到156Kbps，当应用156Kbps为通信速度时，通信距离最远长达1200米。每个循环传送数据为24字节，其中8字节用于位数据传送，另外16字节用于字传送。每次链接扫描的容量最大可达512字和2048位。

3.1.2 自动刷新功能

本设计是以FX2N系列的PLC搭载相应的主站模块构成CC-Link的主站，管理数据刷新和网络的运行就由该主站模块来实现。主站模块与PLC的CPU的数据刷新通过设置相应的刷新参数，便可以将整个网络系统里的监视数据及通信数据自动刷新到PLC的CPU中，省去了编写刷新程序，简化编程，减少程序运行的步骤，缩短扫描周期，系统运行实时性得到了保证。

3.1.3 高兼容性

CC-Link的星型、T型分支、多点接入等拓扑结构，使用3种相应型号的电缆及连接器可以支持将CC-Link元件接入任何机器和系统。

3.1.4 本设计的RAS

RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）、Serviceability（可维护性）的缩写。网络监视功能、网络诊断功能、在线更换功能、通信自动恢复功能等可以以最短的时间恢复该网络系统。

3.2 本控制系统的应用特点

由于CC-Link现场总线网适用于一些控制点分散的场合，且可直接与各种传感仪器、电磁阀、变频器等现场设备相连接，降低了配线成本，便于更改接线等;因此可将各猪舍内分散的传感器、风机、水泵、喷洒等装置通过CC-Link专用电缆集中连接到PLC上，以构成一个简易的PLC控制网，不仅具备了真正控制网的可靠性，高速性，稳定性等特点，而且价格极为低廉。

4 控制系统的硬件配置

4.1 系统结构设计与配置分析

本设计是以FX系列PLC作为主站的控制器来构建的CC-Link现场总线系统，由于是FX系列的CC-Link系统，配置过程中，远程I/O模块最多只能7台，远程设备模块（这里的远程设备模块按每个只占一个站的计算）最多8台，而远程设备站（这里我们的远程A/D模块属于远程设备，且每个模块占用两个站）最多能使用8个站，且整个FX系列的CC-Link系统最多能带15个站。这就使得每套CC-Link系统最多能带4个远程A/D模块（占用8个站，已达上限）及4个远程I/O模块（占用4个站），便使得每套控制系统只能控制五间猪舍（其中一间由主站部分的PLC去控制，其余四间，每间各由一个远程A/D模块及远程I/O模块去控制）。

4.2 CC-LINK系统控制过程分析

由于本控制系统属于小型项目，故采用了以FX系列的PLC搭载了相应的主站模块构成的CC-LINK现场总线系统。该一套总线系统控制了五间猪舍，其中一间猪舍以配有FX2N CPU PLC搭载一个FX2N—16CCL-M模块来构成CC-INLK系统的主站，另外还连接有FX2n-4A/D模块和RS-485通讯设备（用以后续的计算机链接通讯），其余四间猪舍配有远程I/O模块和远程设备模拟量模块（A/D模块）等来构成从站，并配有各种传感器及执行机构等。控制过程主要是通过远程设备模块将传感器采集到的各信息量以连接扫描的方式传向主站中的PLC，通过PLC逻辑运算后将控制信号通过连接扫描的方式送回远程I/O模块以驱动相应的执行机构，最终实现实时的监测与控制。

5 结束语

本文简单的分析了传统猪舍的不足，在此基础上提出利用PLC等现代控制设备及控制技术升级传统的养殖方式，改进生猪的生存环境，以达到最优的养殖目的。利用CC-Link开发的网络控制系统具有实时性，开放性、通信速率快、网络先进、布线方便等优点，有利于分散系统实现集中监控，提高系统自动化水平，降低能耗提高效率，且节约成本。

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※基金项目：江苏农林职业技术学院科技项目（2018kj32）。

作者简介：李娜（1984.04—），江蘇农林职业技术学院信息工程学院教师，硕士研究生，研究方向为电气自动化、物联网。