第二章 系统总体设计方案

2。1系统总体构成

本系统基于西门子S7-200 系列PLC实现了远程无线自控监控水产养殖池塘的功能，并且在本系统中使用了温度传感器、溶解氧传感器、液位传感器、酸碱度传感器把所检测到的数据进行实时反馈，并传递到PLC再利用PID调节将所有参数调节到设定的安全范围内。整个系统大体可以分为6个模块：水温监测模块、水位控制模块，溶解氧控制模块，酸碱度控制模块、上位机CPU运算模块和报警功能模块。系统总体设计方案图如下：

图2-1系统总体构成方案图

这些模块都是应用在控制水产养殖各项环境因素中，自动检测和调节到最佳养殖池塘环境。上述各个模块功能解释如下：

   （1）水温监测模块：水温监测模块是监测池塘水产环境温度的设备。水温监测模块使用温度传感器测量不同时段(上午10。am和下午3。pm)的水温，通过温度变送器传送到PLC中让PLC读取从而显示在力控组态显示面板上,方便读取和观察。

   （2）水位控制模块：水位控制模块是控制池塘液位的模块。水位控制模块通过液位传感器测量池塘当前水位并实时传输给PLC，PLC判断当前水位是否在指定的安全范围内，如果不在就进行PID调节，将水位调整到合适的位置实现池塘稳定的水产环境。

   （3）溶解氧控制模块：溶解氧控制模块是调节池塘水体含氧量的模块。溶解氧控制模块是通过溶解氧传感器测量池塘当前池塘水体的氧气含量，判断其是否低于正常值。如果低于系统设定的正常值，PLC进行PID调节，氧泵开始输氧，直至水体氧气浓度达到正常范围。如果当前池塘氧气含量大于5mg/L[5]，就符合优质的池塘水环境。

   （4）酸碱度控制模块：酸碱度控制模块是利用PH传感器测量当前水体酸碱度并进行有效调节的一个模块。通过酸碱度传感器测得水体的PH是过酸还是过碱，是否在池塘鱼类正常生长环境的PH内，如果超出正常的酸碱范围就进行有效的调节。不断地改善池塘的酸碱度，直至PH到7。5~8。5为止。

(5) CPU运算模块：本系统的上位机采用力控组态软件，根据接收下位机检测传递上来的信号判断检测到的池塘环境因素是否达到正常值。然后上位机发出相应的命令操控PLC，下位机再根据上位机发出的命令转换成相应的输出信号来直接控制氧泵和水泵等输出设备。下位机通过实时读取设备的状态数据(一般为模拟量)，将状态数据转换成数字信号反馈给上位机[6]。

    CPU运算模块是指PID运算模块。PID运算模块又称为池塘液位控制和池塘水体的环境参数值监管模块。PID操作包括以下步骤：首先是基于PID算法循环表设定初始值,然后实现中断0的定时取样，采样时间设定为1秒,计算每个传感器的平均值, 标准化的PID转换之后执行PID操作。操作结果是转换成控制模拟输出设备。水位控制模块、酸碱度控制模块和溶解氧控制模块都需要使用PID控制，因此PID运算模块在本系统中至关重要。S7-200 PLC的PID有自调功能,所以根据实际情况在系统运行时可以优化参数。

   （6）报警功能模块：报警模块是当温度、酸碱度、溶解氧、液位检测值低于或高于给定的正常范围时实施实时报警的模块。主要是通过力控组态软件上报警灯显示哪个环境因素不符合设定值来实现报警。当报警时，该报警灯就会显示红色来警告监测者，而监测者也可以通过登录指定的网页来实时监测是否有环境因素超标。

2。2系统总体的工作流程图