基于三菱FX5U PLC的光伏宠物自动喂食机的设计

冯冬雷,黄一清

(江苏联合职业技术学院苏州分院 苏州高等职业技术学校,江苏 苏州 215009)

宠物饲养喂食是当下需要解决的问题,而传统的宠物喂养方式过于依赖人力,耗费时间,且不能依据宠物的身体状态及环境因素进行合理投喂,缺乏灵活性[1]。针对此问题设计了光伏宠物自动喂食机,以满足新能源供电、低功耗、结构简单、高可靠性的要求。其主要由光伏组件、蓄电池、光伏控制器、光照度传感器、温湿度传感器、中间继电器、三菱PLC、无线透传Lora模块及电磁阀等部分组成。利用PLC可实现自动与手动喂食两种模式。系统如图1所示。

图1 光伏宠物自动喂食机系统

1 系统模块选型

1.1 主控模块PLC选型

PLC(Programmable Logic Controller)基本单元由中央处理器(CPU)、数据存储器、程序存储器、输入/输出端口、梯形图编程器、SFC梯形图编程器、功能块编程器及电源模块组成,基本单元中各模块间通过交直流电源总线、程序控制总线、设备地址总线及数据通信总线连接,外部则根据PLC应用现场控制要求配置相应的设备及控制装置。此款PLC自带以太网、MUDBUS通信接口,无需再增加通信模块及相关的扩展模块。该系统选择了三菱5U系列PLC[2]。

1.2 无线透传模块选型

LORA通信技术的特点是灵敏度高、传输距离远、工作功耗低、组网节点多等,主要应用于物联网行业,如无线抄表(电表/水表)、工业自动控制、环境及环保监测等[3]。此系统选择F8L10T工业级LROA终端,可进行RS232与RS485两种通信连接方式,采用RS485通信连接方式。

1.3 温湿度模块选型

温湿度模块选用AW1485B型温湿度传感器,可以完成环境参数温度及湿度数据的采集,抗干扰能力强,测量精度高,测量范围宽,采用RS485信号输出及标准MODBUS-RTU通信协议,符合通信电路设计要求[4]。

1.4 光照度模块选型

光照度模块选用HYDZ-GZD2型光照度传感器,量程0～20 000 Lux,配合高精度线性放大电路,具有较高的灵敏度。采用RS485信号输出及标准 MODBUS-RTU 通信协议,符合通信电路设计要求[4]。

1.5 电磁阀执行器选型

电磁阀选用工业系统中的电磁控制器件,其原理是电磁感应现象,包括常用的单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等[5]。电磁阀通常应用于液压及气动控制系统中,对控制系统中管路中介质的流速、流量、流向等参数进行控制,主要结构由弹簧、线圈、阀座、阀芯、密封圈、出气口、进气口等组成。电磁线圈通电时产生电磁力,阀芯从阀座上被提起,弹簧被压缩,此时阀门打开。电磁线圈断电时,电磁线圈电磁力消失,弹簧恢复把阀芯推回阀座上,阀门敞开。电磁阀结构简单且工作稳定,选用的是线圈DC24V控制的电磁阀。

2 硬件电路设计

2.1 电源线路设计

该系统由光伏新能源模块提供系统工作电源,采用新型发电系统中的离网直流发电结构,包括光伏组件、光伏控制器、蓄电池及逆变器等相关功能器件,为后续控制模块、传感器模块及执行模块提供电源。光伏宠物自动喂食机系统电路如图2所示。

图2 电源线路设计

2.2 通信线路设计

通信模块主要由光照度传感器、温湿度传感器、LORA模块组成,其工作电压由电源模块提供。将光照度传感器、温湿度传感器的A和B端口分别接入LORA模块的6和7端口中,使其与另一个LORA模块进行无线透传。将另一个LORA模块的6和7端口接入485换232转接头接入电脑,完成力控通信。通信接线如图3所示。

图3 通信线路设计

2.3 控制模块线路设计

控制部分采用切换开关SB1及手动开关SB2来控制电磁阀运动。PLC I/O口分配如表1所示。

表1 PLCI/O端口分配功能

PLC控制接线如图4所示。

图4 PLC控制线路接线

3 软件设计

3.1 基本思路

手动状态:当切换空开为关闭时,启动手动空开,打开电磁阀,反之则关闭。

自动状态:当切换空开为开启时,以1 h为周期,每小时打开5 s电磁阀。

条件状态:当切换开关为开启时,温度达到且高于指定温度,打开5 s电磁阀,20 min后进行判断。若温度高于指定温度,则继续以20 min为周期投放5 s,反之继续以1 h为周期投放5 s。

3.2 PLC程序设计

光伏宠物自动喂食机系统PLC部分程序设计如图5[6-9]。

图5 PLC部分程序设计

3.3 上位机程序设计

选用力控组态软件进行上位机相关功能的实现,主要实现了系统操作及监控两方面功能。

系统登录界面设计包括账号、密码登录功能,当账号及密码输入错误次数超过3次时将锁定账号。

if #TextControl.Text==“admin”then

if #TextControl1.text==“123456” then

Display(“切换界面”);

Display(“介绍”);

else

MsgBox(“账号或密码错误!”);

endif

else

MsgBox(“账号或密码错误!”);

endif

功能界面设计包括系统介绍界面、原理图界面、操作界面及监控界面4个部分。

4 系统整体调试

软件调试主要是程序调试。硬件图设计好后向PLC内输入程序进行仿真,根据仿真结果来判定程序的正确与否,从而达到调试的目的。经调试程序,软件均正常运行,通信正常。系统安装后进行硬件及软件调试,可实现基于PLC与力控组态的光伏宠物自动投喂,包括自动及手动两种投喂模式,解决了宠物饲养问题。