西门子S7-200无线通讯GPRS在养鸡场环境监控系统设计

       目前，随着农业技术的不断发展，西门子S7-200家禽饲养方法已从过去的传统家庭式人工养殖转变为集中管理的现代大规模养殖。鸡的繁殖，鸡的生长和鸡蛋的生产都受到房屋环境的影响。这些环境因素主要包括温度，湿度，光照，氨气，硫化氢等，控制这些环境因素将促进鸡的生长发育，提高鸡蛋的产量。

      本研究采用PLC设计触摸屏监控系统，结合GRM200G PLC无线通信模块。该系统具有开发周期短，实时云监控，可靠性高等特点。特别地，使用移动电话访问因特网或SMS也可用于监视房屋的环境。 GRM200G PLC无线通信模块用于实时监控房屋的环境因素。无需设置服务器。 PLC可以通过组态软件和连接到网络的计算机来实现。监控实现鸡肉环境的自动控制，从而提高饲料转化率，降低饲养成本，提高饲养利润。

　 1、系统的硬件组成及结构原理

　　监控设备由传感器检测模块，PLC系统、控制模块、加热系统、通风系统、照明系统、通风冷却系统和西门子wincc控制技术和GRM200G PLC无线通信模块组成。上位机由西门子wincc软件组成（图1）

　　图1鸡舍环境plc控制系统的组成

　　在主机配置王屏幕中设置适合鸡肉生长的环境参数。通过通讯传递给PLC系统。 GRM200G无线通信模块通过GPRS网络将环境参数传感器检测到的环境参数发送给上位机，同时通过RS485接口将实时检测到的参数信息发送给PLC。在与设定值比较之后，PLC输出控制信号以使能执行。该机构执行加热，冷却，通风和照明动作以实现环境参数调整。系统工作后，每个传感器检测到的信号可以显示在环境监视器PC屏幕上。

　　1.1 系统硬件组成

　　1)西门子S7-200是西门子在德国生产的小型PLC。其产品具有价格低，扩展性强，功能强大，可靠灵活的特点。广泛用于工业生产，监控和控制的自动化。选择将S7-200用作控制器，无论是单独的控制设计还是网络，都极具成本效益。

　　2)传感部分，环境参数可以根据实际需要进行扩展，该系统主要检测鸡肉的温度，湿度和有害气体。空气温湿度传感器采用北京久之建科技发展有限公司生产的温湿度传感器。外壳采用壁挂式设计，配有温湿度显示器。型号为JCJ175N。该传感器具有出色的性能。湿度测量范围为10%至90%RH，温度测量范围为-15至45°C。使用MQ-135半导体气体传感器测量有害气体(二氧化碳，硫化氢，氨气)，测量范围为10~100 mg/L，输出0~5 V电压。该传感器可用于测量环境中的污染气体，对氨，硫化物和苯具有高度敏感性。该传感器可检测各种有害气体，具有测量范围大，灵敏度高，成本低的特点。光传感器采用北京久之剑科技发展有限公司生产的高灵敏度光敏探测器，型号为jcj100p。变送器外壳采用壁挂式设计，外形美观，结构精巧。它是一种具有成本效益的照度测量产品。测量范围0~1 000 lx，精度和±; 3%FS。输出信号为0至5 V.

　　3)操作平面扳手和驱动单元，操作面板主要提供房屋内的本地操作，这是一些手动操作按钮和相关的状态指示器，机柜内部的主要部件是控制继电器。控制驱动器，如加热系统，通风系统，照明系统和通风冷却系统。加热系统使用锅炉，锅炉由加热器加热。通风系统使用通风扇。通风冷却系统是电动机和水幕。照明系统是可控制的灯泡装置，可以远程控制驱动装置以提高工作效率。

　　4)GRM200GPLC无线通信模块，陕西容感电气有限公司开发的GRM200G智能GPRS无线通信模块是工业控制领域PLC远程监控的测控终端，西门子plc使用GPRS(控制器需要插入手机SIM卡)作为无线通信手段，而GRM200G则带有数字输入/输出。模拟量可以实现无线传感器的无线测控功能。该模块带有4个模拟输入。 4个数字输入/输出，用作PLC扩展模块。利用先进的西门子plc技术智能数据压缩算法，可以充分利用GPRS带宽。提高数据传输速率。并且可以将流量成本降低50%以上。通过485总线连接GRM200G和PLC，可以通过计算机/手机远程监控PLC。 GRM200G支持的通信协议包括Siemens Universal PPI和MODBUS协议。

　　5)PC配置监控系统。可以通过上位机输入要控制的环境参数设定值，并显示报警信息。配置监控系统对现场实时采集的环境参数进行数据存储和分析处理，不仅可以完成相关统计，还可以进行相应的统计报表。并且可以进行趋势分析，并以图表等形式可视地显示给用户。根据养鸡的不同阶段，提供各种声光报警信息。当环境参数超过或低于设定值时，指定的设备将自动打开或关闭。

　　1.2 系统硬件电路设计

　　1)接口电路的扩展模块。鸡的环境包括光照，温度和湿度，有害气体浓度(二氧化碳，氨气，硫化氢气体)等，主要控制温室内的温度，湿度，通风和光照。因此，需要通过传感器检测这些量，以确定plc控制系统如何工作以及电动机的动作。鸡有很大的空间，因此使用多个传感器来检测空间环境值。其与PLC模拟扩展模块SM331的接口电路如图2所示。

图2传感器和扩展模块SM331之间的接口电路

　　2)GRM200G通信板电路的接线。考虑到需要收集多个模拟数据，您可以使用GRM200G自己的4个模拟接口电路，该电路被视为PLC的I/O扩展。传感器与GRM200G模块之间的接口电路如图3所示.GRM200G模块通过RS485端口与PLC通信，通道使用西门子S7-200PPI协议与预先商定的协议进行通信。

图3传感器与GRM200G模块之间的接口电路

　  2、系统软件设计

　　系统软件包括配置GRM通信终端。 PLC系统和监控系统。终端PLC系统主要完成各子模块的控制，可实现环境数据采集，数据预处理和控制算法的集成。相关参数由主计算机设定，以实现对环境参数的精确控制。同时，它能够通信和监控执行器。上位机组态软件界面采用西门子wincc控制组态软件设计，具有良好的人机界面，可与标准和用户程序相结合，生成人机界面，准确满足鸡环境参数的监控要求。

　　2.1 GRM200G软件设置

　　在计算机中安装GRM200G开发系统，使用USB下载线连接GRM200 USB端口，并安装驱动程序以启动配置项目。 GRM200G开发系统的配置界面如图4所示。

　图4 GRM200G开发系统配置界面

　　2.2 PLC软件部分

　　这部分主程序主要完成系统初始化，通信初始化，数据比较，算法等功能。对于通信西门子plc，只需要简单的配置，不需要编程，非常方便。由于温度和湿度的高耦合，该系统将温度作为优先事项，流程如图所示。

　图5主程序流程图

　　2.3配置监控屏幕

　　上位机配备西门子wincc控制组态软件，作为监控主站，GRM200G通过GPRS网络将数据无线发送到监控服务器。上位机连接到互联网并安装西门子wincc控制组态软件。通过opc协议自动从西门子wincc控制云监控服务器获取数据，组态软件在变量定义完成后开发监控程序，主要由实时监控界面，环境参数设置界面和故障报警界面组成，并具有用户友好的界面和简单的操作。上位机监控系统可实时检测鸡肉中各种环境参数的瞬时值和动态，显示其变化趋势，定期存储收集的数据，提供数据报告，并将其保存在历史数据库中管理人员将来会检查。同时，您还可以使用手机短信报警来实现无人值守操作，监控如图所示。

　6图6上位机监控界面

　3、系统运行

　　该系统在包头市一家养殖厂的鸡舍进行了测试。鸡的长度约为50米，两排鸡笼，每排三排，产蛋母鸡超过1000只。根据实际需要安排三个节点。 4种传感器。监控中心位于距离房屋30米的饲养员休息室。电脑配有电脑监控软件。电源打开后，鸡的内部plc控制系统和传感器节点开始工作，上位机软件在运行后开始接受数据。经过反复调试，校正和测试，最终系统稳定，节点灵活，功耗低，测量数据准确可靠。实现了基于GPRS技术的鸡舍环境无线监控。分析测试测量的数据，并以24小时测量的温度和湿度数据为例。数据曲线如图7所示。从图7中可以看出。在自动系统控制的情况下，室内温度变化相对平稳。温度变化集中在设定值附近，最大湿度变化为67.5%，最小值为59%，湿度偏离预定值最多7.5%。最大相对误差为12.5%，上限和下限均在设定的湿度范围内。

　7图7 温湿度数据曲线

　  4 、总结

　　本设计采用西门子S7-200plc和组态技术，实现了对鸡环境的高精度检测和与主机的GPRS通信。与其他鸡参数检测和控制系统的不同之处在于设计侧重于环境参数监测系统的稳定性。无线通信用于远程集中控制，手机可用于监控，降低了用户的劳动强度，使用方便。配置监控软件是用户友好的并且可以运行。数据显示使用户可以使用表格或图表更直观地查看数据。同时，PLC模块可以根据监控点的需要进行扩展。整个系统具有成本效益，稳定性好。