基于PLC的规模化养猪场的温湿自动控制系统的设计毕业论文.docx
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基于PLC的规模化养猪场的温湿自动控制系统的设计毕业论文
本科生毕业设计
基于PLC的规模化养猪场的温湿自动控制系统的设计
DesignfortheAutomaticControlSystemoftheTemperatureAndHumidityintheLargeScalePigFarm
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
基于PLC的规模化养猪场的温湿自动控制系统的设计
摘要
本文通过采用由温湿度传感器、三菱PLC、风机、制冷器和供热泵等温湿度控制设备构成的控制系统，对哺乳仔猪养猪场内温度和湿度进行控制,维持养猪场内的温湿度在一定范围内，使哺乳仔猪猪群发挥最佳生长状况，以提高养猪场的经济效益。
本文首先提出两个方案,再通过对两个方案优缺点的比较,最终确定用方案二。
在方案二中传感器接收到的信号通过外电路比较后，再由与门电路组合,最终把温湿度信号组成九个组合，九个组合经驱动电路后输入PLC,最后由PLC控制相应电机的启停。
该系统的使用，对降低仔猪的发病率，增加仔猪的成活率和日增重量有一定的作用。
关键词：
规模化养猪场；温度控制；湿度控制；PLC
ScalepigfarmsoftemperaturehumidityautomaticcontrolsystembasedonPLCofdesign
Tanjing
FacultyofEngineeringandTechnologyYunanAgriculturalUniversity，HeilongtanKunming650201
ABSTRACT
Areadoptedinthispaper,thetemperatureandhumiditysensor,mitsubishiPLC,fan,refrigeratorandheatpump,suchastemperatureandhumiditycontrolequipmentdesignsystem,consistingofthelactationpigletpigsbasedonthetemperatureandhumiditycontrol.Maintainpigproductionfieldwithinacertainrangeoftemperatureandhumidity,makesthelactationpigletpigsplayoptimalgrowthconditions,inordertoimprovetheeconomicbenefitsofpigfarms.Thispaperproposestwosolutions,andthenthroughthecomparisonofadvantagesanddisadvantagesofthetwoschemes,thefinalinscheme2.Inscheme2.Thereceivedsignalbycomparingtheexternaltemperatureandhumiditysensorrespectivelydividedintohigh,mediumandlowthreegears,thenthegatewiththetemperatureandhumidityofsixgearsnine,ninecombinationsbythedrivecircuitinputafterthePLC,andfinallybythePLCcontrolofthecorrespondingmotorrev.Stop.Theuseofthesystem,toreducetheincidenceofpiglets,andincreasethesurvivalrateofpigletsandgrowingweighttohavecertaineffect.
Keywords:
large-scalepigfarm;Temperaturecontrol;Humiditycontrol;PLC
图目录
表目录
表13自动部分程序表28
符号及其计量单位说明
P30：
有功计算负荷，单位kW；
Kd：
需要系数；
Pe：
额定有功功率，单位kW；
Q30：
无功计算负荷，单位kvar；
S30：
视在计算负荷，单位kVA；
I30：
计算电流，单位A；
：
额定电压，单位kV；
cosφ：
功率因数；
：
导体所在电路的最大持续工作电流，单位A；
:
相应于导体额定环境温度条件下导体的长期允许电流，单位A；
：
熔断器额定电流，单位A；
基于PLC的规模化养猪场的温湿自动控制系统的设计
1前言
“猪为六畜之首,猪粮安天下。
"中国是世界公认的养猪大国,2010年猪存栏量4.7亿头,其中母猪存栏4765万头,出栏量6.67亿头,均居世界第一,约占全球的一半。
2010年出栏率142％，平均每头母猪年提供出栏猪14头。
2011年，中国猪平均存栏量4.68亿头，总出栏量6.62亿头，出栏率141％.总结这几年，我国规模化养猪迅速发展，未来十年将是中国养猪业规模化发展的黄金期。
规模化养猪要依靠技术进步提高养猪生产水平.降低成本，提高经济效益。
猪生长发育的潜力是由遗传决定的，而环境则决定了这种潜力能在多大程度上反映出来。
再好的良种如果没有适宜的环境条件，其遗传优势也不能得到充分发挥。
猪场环境因子，特别是温度和湿度，作为猪生长的关键因素，直接影响到猪的生长性能以及是否引发疾病。
仔猪培育是养猪生产中的关键环节，集中反映母猪生产力水平的高低，即每头母猪年提供断乳仔猪重（包括断乳仔猪头数及断乳个体重）。
因此，仔猪培育的中心任务就是获得最高的成活率和最大的断乳个体重。
哺乳仔猪养猪场温度、湿度环境控制的好坏是决定哺乳仔猪育成率高低的重要因素。
因此，注重哺乳仔猪的环境温度、湿度控制，做好哺乳仔猪局部采暖保温。
以及整个猪舍的湿度控制。
对于提高仔猪成活率和母猪的年生产力具有重要的意义。
本文经过查阅相关文献资料，对哺乳仔猪养猪场的环境温度、湿度的控制提出控制方案，并经过可行性分析最终确定控制方案。
根据最终确定的控制方案而设计的系统，采用了温湿度传感器采集信号并有外电路分别把温湿度分成高、中、低三档后输入PLC，再由PLC根据输入的档位来控制相应的温湿度控制设备的启停，是哺乳仔猪猪舍的温湿度维持在最佳范围内。
本系统主要包括了三个部分:
输入PLC的信号采集部分、自动控制部分和手动控制部分。
本设计说明书主要为自动控制部分的说明，叙述了哺乳仔猪舍温湿度控制方案的设计、系统相关设备的介绍、选型和计算和自动控制部分的设计和编程等内容。
2.概述
2.1.猪场内温度对哺乳仔猪的影响
猪是恒温动物，其平均直肠温度为39.2℃但由于受诸多因素的影响,其体温可在狭小的范围内波动，变动范围在38.7～39.8℃。
热环境与猪体生理恒定性密切相关，而体温恒定是机体进行正常生命活动和生产的基础。
猪在呼吸、循环、肌肉活动、采食、消化等过程中不断产生热量，并通过传导、对流、辐射、蒸发等途径向周围环境散发。
环境温度和湿度是猪与其生存环境保持平衡的重要因素，猪在适宜环境范围中，能借助物理调节维持正常体温。
当环境温度逐渐升高或环境温度与湿度都较高时，猪体就开始通过加速血液循环，加快皮肤与呼吸蒸发散热调节体温。
温度继续升高，猪就表现出活动量和采食量减少，饮水增加，生长缓慢，甚至出现负增重等热应激反应。
环境温度是影响猪的体温、心率和行为变化的主要原因，随着环境温度升高超出等热区，猪表现出体温升高、心率加快、呼吸次数增多及白天活动减少、夜晚活动增加等行为生理热应激反应，同时采食量减少，日增重减缓，饮水增加。
高温高湿环境下，猪的行为生理反应和生产性能的热应激反应更严重。
从出生到断奶阶段的仔猪称为哺乳仔猪（吃母乳的仔猪）。
仔猪在胎儿期完全依靠母体供给营养物质并排出废物，母体对胎儿来说是个相对稳定的生长发育环境。
与之相比，仔猪出生后生活条件发生了巨大的变化，仔猪首先要使用肺呼吸；其次是必须用消化道来吸收食物中的营养物质；再次是只接受自然条件和人为环境的影响。
哺乳仔猪完全处在人为环境之中，生死存亡与胎儿期的猪相比受认为环境影响更大、更直接。
哺乳仔猪具有以下生理特点：
（1）消化器官不发达，消化腺机能不完善；
（2）生长势强；（3）物质代谢旺盛；（4）体温调节机能不完善；（5）抗病力低。
哺乳仔猪饲养管理的重点是：
是仔猪的成活率高、生长发育快、个体大小均匀整齐、健康活泼、断奶体重大，为以后养成育种猪和商品猪打下良好基础。
哺乳仔猪的体温调节不完善主要是因为；
（1）神经调节机能不健全；
（2）物理调节能力有限；（3）化学调节功能不健全，体内能源储备少。
仔猪刚出生时大脑发育不够健全，通过神经系统调节的能力差。
，同时仔猪体内能源的储存较少，遇到寒冷血糖很快就降低，如不及时吃到食物很难成活。
仔猪正常体温约为39℃，刚出生时所需要的环境温度为30～32℃[1]，当环境温度偏低时仔猪体温开始下降，下降到一定范围开始回升。
仔猪出生后体温下降的幅度及恢复所用时间视环境温度而变化，环境温度越低则体温下降的温度越大，恢复所用时间越长，当环境温度降低到一定范围时仔猪则会冻僵、冻死。
综上所述，由于初生仔猪调节体温适应环境的能力差，同时其保温性能差（皮薄毛疏），虚热多（体温较成年猪高）、产热少（体内储能少），故仔猪对环境温度的要求较高，有“小猪畏寒”之说。
寒冷对仔猪的直接危害是冻死，同时又是压死、饿死和下痢的诱因。
因为仔猪遇低温时，体温降低，行动呆滞，吸乳无力，最终导致被压死、饿死货病死。
仔猪最适宜的环境温度为：
0～3日龄为29～35℃,3～7日龄为25～29℃,7～14日龄为24～28℃,14～21日龄为22～26℃,21～28日龄为21～25℃,28～35日龄为20～22℃[1]。
2.2养猪场内湿度对哺乳仔猪的影响
湿度是用来表示空气中水汽含量多少的物理量，常用相对湿度来表示。
猪场内空气的相对湿度对猪的影响，和环境温度有密切关系。
无论是幼猪还是成年猪，当其所处的环境温度是在较佳范围之内时，舍内空气的相对湿度对猪的生产性能基本无影响。
试验表明，若温度适宜，相对湿度从55%变到75%，猪的增重无异常。
这时，常出于其他的考虑，来限制相对湿度。
例如，考虑到相对湿度过低时猪舍内容易飘浮灰尘，过低的相对湿度还对猪的黏膜和抗病力不利;相对湿度过高会使病原体易于繁殖，也会降低猪舍建筑结构和舍内设备的寿命。
所以就算是处于较佳温度范围内，舍内空气的相对湿度也不应过低或过高。
当舍内环境温度较低时，相对湿度大，会使猪增加寒冷感。
这是由于猪的毛、皮吸附了潮湿空气中的水分后，导热性增大，使猪体散热量增大。
同时，随着通风换气，使蕴含于水汽中的大量潜热流失到舍外，降低了舍温。
因此较低舍温时，相对湿度大，会影响猪的生产性能，这一点对幼猪更为敏感。
例如，据试验在冬季相对湿度高的猪舍内的仔猪，平均增重比对照组低48%左右，且易引起下痢、肠炎等疾病。
当舍内环境温度较高时，舍内相对湿度大，同样也会影响猪的生产性能。
猪原本适应湿度变化的能力较强，即使相对湿度超过85%对生长性能影响也不大，但高温下的高湿，会妨碍猪的蒸发散热，从而加剧了高温的危害。
如果温度超过适宜温度，相对湿度从40%升高到70%，便会减缓猪的增重。
综合考虑，适宜猪生活的相对湿度为55%―75%。
3.规模化养猪场温湿度控制方案设计
根据控制要求，维持哺乳仔猪养猪场内温湿度在合适的范围内，以0～3日龄仔猪为例，维持温度在30～32℃，湿度在55%～75%范围之内。
各个设备在不同温湿度状态下的的启停如见表1。
表1不同温湿度情况下各设备的启停情况表
Table1Underdifferenttemperatureandhumidityeachequipmentrev.Stoptable
温湿度
前
后
窗
后窗
风机
湿帘
风机
水泵
供
热
泵
降湿
设备
制
冷
器
高温高湿
开
开
关
关
开
开
中温高湿
低温高湿
高温中湿
中温中湿
低温中湿
高温低湿
中温低湿
低温低湿
开
关
关
关
开
关
关
关
关
开
开
关
开
关
开
关
关
开
关
关
关
关
关
关
关
关
关
关
关
关
关
关
开
关
关
开
开
关
关
关
关
关
关
关
关
开
关
关
3.1规模化养猪场温湿度控制方案一
3.1.1方案一的设计思路
把温湿度传感器采集到的温湿度信号直接传输至控制器，在控制器中进行数据比较，先比较湿度在比较温度湿度。
控制器根据比较的结果来启停相应的温湿度控制设备。
3.1.2方案一的控制流程
温湿度信号传至控制器后在控制器中先比较湿度的大小，比较得出三个支路：
湿度高于75%的、湿度在55%～75%之间的和湿度低于55%的，接着对应于湿度比较后的每个支路再比较温度，跟湿度比较的一样得出三个支路:
温度高于32℃的、温度在30～32℃之间的和温度低于30℃的。
最后总共得出九个支路。
例如：
温湿度传至控制器后先比较湿度，湿度介于55%～75%之间，再比较温度，温度高于32℃，则要打开猪场前后窗、停止后窗风机、启动湿帘风机水泵、停止供热泵、停止降湿设备、启动制冷器，等待60s后，再返回去进行温湿度的比较。
其他支路也是如此。
方案一的控制流程如附图1所示。
3.1.3方案一的优缺点
控制思路简单清晰，但是若采用PLC做控制器则此方案不可行，因为PLC内部没有数据比较这个功能。
采用单片机来控制是可行的，单片机可以进行数据的比较，但是单片机最大的缺点就是稳定性不强，抗干扰能力差。
3.2规模化养猪场温湿度控制方案二
3.2.1方案二的设计思路
由于单片机的抗干扰性和稳定性都不强，，而PLC的抗干扰性和稳定性都比较好，所以还是考虑用PLC来控制。
PLC中不能进行数据比较，就在PLC外部进行数据比较，再把比较好的信号传入PLC,，由PLC根据信号来控制响应点的启停。
3.2.2方案二的控制流程
如图1所示,最后PLC根据输入启停温湿度控制设备。
PLC根据输入信号启停温湿度控制设备,如附图2所示。
例如，当输入为高温高湿时，由PLC打开猪场的前后窗、后窗风机、降湿设备、置冷器、警示灯。
同时关闭湿帘风机水泵、供热泵、报警器。
等待60s后，再返回去进行温湿度的检测。
图1方案二温湿度信号处理图
Figure1SchemetwoTemperatureandhumiditysignalprocessingdiagram
3.2.3方案二的优缺点
方案二采用了PLC进行控制，稳定性和抗干扰能力都有了保障，控制思路清晰明了。
3.3规模化养猪场温湿度最终控制方案的确定
单片机是单片微型计算机的简称，它是把微型计算机的各个功能部件，及中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器及I/O接口电路集成在一块芯片上，构成一个既小巧有完善的计算机硬件系统，可实现微型计算机的基本功能。
单片机具有以下特点：
体积小、控制功能强、成本低。
使用温度范围广，芯片本身是按工业测控环境要求设计的。
易于扩展，很容易构成各种规模的应用系统。
低电压、低功耗。
集成度高。
可以方便地实现多机和分布式控制，从而使整个控制系统的效率和可靠性大为高。
和PLC（关于PLC将在后文介绍）相比，单片机的稳定性和抗干扰能力没有PLC那么强,同时单片机使用的语言是汇编语言，跟PLC所使用的梯形图或者状态转移图相比，复杂了很多，不易于被广大电气技术人员所理解。
由于PLC内部不能进行数据的比较，单片机内部可以比较数据的比较，但由于单片机稳定性和抗干扰能力不强，所以不采用方案一。
最终确定采用方案二。
表2不同温湿度情况下各设备的启停情况表
Table2Underdifferenttemperatureandhumidityeachequipmentrev.Stoptable
温湿度
前
后
窗
后窗
风机
湿帘
风机
水泵
供
热
泵
降湿
设备
制
冷
器
高温高湿
开
开
关
关
开
开
中温高湿
开
关
关
关
开
关
低温高湿
关
关
关
开
开
关
高
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