朱惠华 现代化养鱼场电气系统设计

1、 国家职业资格全省统一鉴定维修电工技师（国家职业资格二级）文章题目: 现代化养鱼场电气系统设计 姓名： 身份证号： 所在省市： 所在单位： 现代化养鱼场电气系统设计摘 要 基于现代化技术的发展，机械已完全并完美的取代了人力。科学的发展已驱向了自动化，渔业的发展也应驱向自动化控制，此次的设计是指向于大中型渔业养殖规模的业主。外部设置饵料房、泵房、控制室、喂食机喂食、增氧机增氧、水位监测器监测水位。采用PLC自动化控制喂食、增氧及水位控制，其功能包括了手动、定时喂食并运用光电传感器提示补充饲料。手动、定时增氧，利用气动开关自动增氧。靠液位监测器监测水位并自动增加水以及紧高水位报警。控制室监控显示渔

2、场各个机械的开关运行状态，工作人员可以在室内监视控制渔场机器的运作情况。此项设计不仅节省了人力资源而且还具有可持续发展特性。关键词：渔场 自动化 PLC 目 录 第一章 现代化渔场及结构( 1 ) 一、现代化渔场结构（ 1 ） 1、饵料房及喂食机（ 1 ） 2、增氧机（ 2 ） 3泵房（ 3 )二、现代化渔场设备的控制要求（ 3 ） 第二章硬件设计（ 4 ） 一、确定PLC控制方案（ 4 ） 二、喂食系统硬件设计（ 4 ） 三、增氧系统硬件设计（ 6 ） 四、水位监测系统硬件设计（ 7 ） 第三章 电路设计 （ 10） 一、主电路设计（ 10） 二、PLC电路设计（ 15） 第四章 自动化渔场

3、程序设计（ 18） 一、喂食系统程序设计（ 18） 二、增氧系统程序设计（ 20） 三、水位监测系统程序设计( 22) 四、总程序（ 24） 第五章 总结（ 26） 第六章 答谢词（ 27） 参考文献（ 27） 附录：渔场总电路图 现代化养鱼场电气系统设计第一章 现代化渔场及结构 以往的渔场都是人力手工喂食，且投喂的均匀度不是很好，常常有浪费的饲料堆积在一块地方，不仅浪费了饲料的钱而且时间一久堆积的饲料会变质以影响水质，使鱼感染到鱼病，导致鱼的死亡。到了夏天晚上光和作用停止无法产生氧气，鱼只能消耗氧气或天气气压低天气闷热都会使鱼塘水中缺氧鱼因缺氧而浮头甚至死亡，人们只能干着急没有相应的解决方法

4、，鱼的收成不稳定，渔业的发展得不到保证。 现今社会随着科学的发展渔业养殖方面也推出了很多机械，使渔业养殖得到了保障和发展。现代渔场利用喂食机取代人工手动投喂饲料且投喂饲料的均匀度得到了很好的解决，还配备了饵料房以调配饲料，可以根据鱼在不同的天气或季节来改变饲料的成份。在晚上没有光合作用（即没有产氧来源）或天气闷热气压低时，水中含氧量低，也有增氧机给鱼来产氧以供给鱼呼吸,也可以消除水中的有害气体，促进水体对流交换，改善水质条件, 降低饲料系数，提高鱼池活性和初级生产率,从而可提高放养密度,增加养殖对象的摄食强度,促进生长,使亩产大幅度提高，充分达到养殖增收的目的。 一、现代化渔场结构 现代化渔场

5、结构一般为饵料房及喂食机、增氧机、泵房等。饵料房是贮放调配饵料之用、喂食机是用于投喂饲料之用、增氧机用于产氧以供给鱼呼吸,也可以消除水中的有害气体，促进水体对流交换，改善水质条件,泵房的作用是通过水泵将循环处理净化水抽入水塔循环；另外，自动化水平较高的养鱼厂还应设置电气和自动控制系统，对用电设备的电压和电流的变化，机械的运转情况，鱼池水温、水位、水质等进行自动控制和集中管理。 1.饵料房及喂食机 渔场中鱼每天吃什么取决于饵料房，饵料房中有鱼饲料、鱼药、甚至有经济的场主还会自己配备饲料机，自己制作饲料喂鱼。 现代化渔场已经开始以机器来喂鱼了，投饲机的出现取代了人力喂养，一般投饲机有储料机构、落料

6、机构、抛料机构连接组成，（如图1-1所示）其特征在于：在机架中间位安装落料机构，落料机构主要由投料框、落料板、电磁铁、控制箱组成，落料板安装在机架上，落料板上设落料口，投料板活动式连接落料板上位于落料口处，电磁铁安装落料板上，控制箱连接 电磁铁和抛料电机。料箱中的饲料经料管落入投料框，由于电磁铁牵引投料框往复滑动，饲料被括入落料板上落料口，通过落料口饲料落到抛料机构中，再经抛料机构被抛撒入鱼塘。投饲结构简单，维护费用低，滑动式控制落料，投料量控制精度高，节省饲料量。 图1-1喂食机实物图 2增氧机 增氧机是一种常被应用于渔业养殖业的机器。它的主要作用是增加水中的氧气含量以确保水中的鱼类不会缺氧

7、，同时也能抑制水中厌氧菌的生长，防止池水变质威胁鱼类生存环境。增氧机是一种通过电动机或柴油机等动力源驱动工作部件，使空气中的“氧”迅速转移到养殖水体中的设备，它可综合利用物理、化学和生物等功能，不但能解决池塘养殖中因为缺氧而产生的鱼浮头的问题,而且可以消除有害气体，促进水体对流交换，改善水质条件, 降低饲料系数，提高鱼池活性和初级生产率,从而可提高放养密度,增加养殖对象的摄食强度,促进生长,使亩产大幅度提高，充分达到养殖增收的目的。增氧机主要由电机、叶片轮和支架组成。如图1-2所示： 图1-2 增氧机实物图3.泵房 泵房是渔场中用来往鱼塘中注水的设施。泵房设有打水的水泵，一般是以柴油机为载体，

8、也可用水泵，为了使用维修方便采用水泵。水泵是由泵体、泵盖、叶轮、轴、密封环、轴套、悬架轴承部件和水泵电机等组成见图1-3所示： 图1-3 水泵实物图 二、现代化渔场的设计思路 渔场的设备一般包括喂食系统、增氧系统和水位检测系统，针对现代化机械设备自动控制的要求，首先采集喂食系统、增氧系统和水位检测系统设备的所有控制信号，然后集中处理有效的输出控制鱼场设备以实现自动化控制。对渔场设备的自动化控制，提出以下具体的工艺要求：喂食部分每天早中晚定时开机喂食一定时间后自动停止、喂食开0.5分钟停0.5分钟以确保饲料被鱼最大化吃掉、也可手动控制喂食，同时喂食机中的饲料位置要监控好以便及时添加。增氧部分每天

9、定时开一定时间后停，也可手动控制。泵房以水位来控制水泵的开启，也可手动控制。第二章 硬件设计 一、确定PLC控制方案过去继电器控制回路复杂且电路板安全得不到保障结构复杂出现问题不易解决，而且占空间面积大，电能消耗大，不易控制。继电器也容易损坏，严重时继电器触点会溶在一起导致动作错误，产生严重后果,并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试电路复杂, 动作速度慢, 可靠性差, 故障诊断与排除困难等缺点, 使得这些设备的生产效率低下。所以根据自动化管理渔场的控制系统的功能，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面考虑选择用PLC来控制。

10、PLC属于存储程序控制方式，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的。且PLC通用性好（同一台PLC可用于不同的控制对象，只需改变软件就可以实现不同的控制要求）、可靠性高、环境适应性好，抗干扰能力强、功能强（有逻辑运算、计时、计数、步进等功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通讯联网、生产过程监控等）、接线简单、编程简单，使用方便、体积小、重量轻、功耗低，所以此次设计选用PLC控制。 二、喂食系统硬件设计 现在渔场喂食主要是以投食机来喂食，投食机是将饲料均匀的投入鱼塘的机械，用投食机来喂养鱼，不仅可以节省食料还可以防止因饲料堆积而引起水质的变质。所以一个大中型的渔场以

11、喂食机来喂食即节省了饲料的钱，又可以节省人力。在喂食机的选择方面以经济实惠为前提选择了STLZ-120W的投食机。此投食机是控制抛投电机来将饲料投出并控制电磁铁的得电和失电来控制落料的，电磁铁得电吸住落料板落料口堵住，失电落料口通落料并利用抛投电机将饲料投入鱼塘。 此投食机的电动机型号：YDK-16-4；配套功率：0.16KW；料箱、控制箱防雨措施。 渔场中有了投饲机不仅节省了劳动力还使饲料的利用率大大的提高了，但有一点还有待改善，往往大型渔场中投饲机料箱中的余量把握不好，导致到了喂食时间后没有足够的饲料，针对这种现象决定在料箱自上而下23处安装对射式光电传感器来监控饲料的位置。在众多光电传感

12、器中根据料箱中粉尘等原因选择永胜YS-DS1型号的光电传感器。实物图如图2-2所示;此光电传感器具有以下特点： 高抗粉尘的性能：在粉尘严重的环境中光电传感器会自我调节工作状态，无需清理。 高分辨率： 可探测到最小2mm直径的各种物体 高可靠性： 对射式多通道高速光电传感器，比反射式/光纤传感器的探测更可靠 。 可测透明物体：包括透明胶囊，液体颗粒 ，水珠等。 三维检测： 可测物体截面积，体积，识别并剔除破碎，重叠的颗粒. 图2-2 光电传感器实物图测量范围：60mm*20mm 精度：100/100 输出信号：开关 环境温度：-40至65 。 A A 直流24V B B 信号输出 发射端 接收端

13、 图2-3 接线方式 发射端只用接棕色线和蓝色线，棕色接正极，蓝色接负极。接收端除了棕色和蓝色线，还要接黑色线为信号输出线。对射式是发射端发出红光或红外，接收端接收。有物体经过光线切断，便输出信号。 三、增氧系统硬件设计 增氧机在渔场的作用是十分重要的，增氧机有增氧（对鱼塘增氧）、曝气（加速水中有毒气体的逸出速度)、混合（使上层水的含氧量与下层水的含氧量进行混合以达到水中含氧量的均匀）。考虑到增氧机的利用价值和作用方面在射流式增氧机、喷水式增氧机、充气式增氧机、吸入式增氧机、涡流式增氧机、叶轮式增氧机、水车式增氧机中选择了叶轮式增氧机。型号为KS603925.此型号电机是控制其异步电动机的工作

14、来带动叶轮的旋转以达到增氧的目的。 （一）增氧机有以下特点： 电机齿轮采用铬锰钛合金钢材料，齿面经碳氮共渗，大大延长使用寿命。采用专利技术无焊接装配式叶轮，运转平稳，无偏心，运输方便。根据不同使用环境和用户的特殊要求，开发出工程塑料叶轮和不锈钢叶轮，确保在水中长期使用、无需经常更换叶轮或刷漆。 （二）增氧电机参数 功率：3KW电压：380 V/50Hz叶轮转速 ：110 转/分钟增氧能力：4.5 kgo2/h动力效率:1.5 kgo2/kwh为了更好的掌握增氧机的开关时间，所以用气压开关控制增氧机的开启。 根据气动压力的可调性选择KBQ-01型号的气动开关。KBQ-01气动开关实物图如图2-4

15、所示：其动作压力范围在1-10Kpa之间。一1Kpa以下鱼会有缺氧现象.当气压小于1Kpa时薄膜将触头会由接通下端被弹到上端而导通，并将信号送入PLC控制。 图2-4 KBQ -01气动开关实物 KBQ -01 在PLC的应用触点 四、水位监测系统硬件设计 渔场中的鱼生活在水中，水的多少决定了鱼的生活空间的大小，直接影响鱼的成长及场主的收益，因此鱼塘水位的掌控是十分重要的。在此设计了一个简单的水位监测系统原理图，如图2-5所示： 水位监测系统的原理是利用水为导体来导通继电器与发光二极管来显示和控制的。该水位控制系统由电源、电阻、三极管、发光二极管 、继电器、玻璃管、绝缘管和四个铜片和若干导线组

16、成. 图2-5 水位监测系统图 1、工作原理此电路的原理是通入24V的直流电（A/B两点由开关电源而来），以水为导体，A点的电流到玻璃管的水中，当水接触到的铜片时经电阻到三极管（NPN型9013）的基极，基极级为高电位发射极接地为低电位所以发射结正偏，集电极电位为24V基极电经水的电阻和R1电阻所以基极电位低于24V故集电结反偏，三极管导通，发光二极管得电、继电器线圈得电，继电器的常开接入PLC的输入端子来控制水泵的开启。 2、元件介绍 电磁继电器产品型号：HHC68BB-2Z(HH52PB) 触点形式：2Z、2H、2D 触点负载：5A/240VAC 28VDC 线圈功率：DC: 0.9W,

17、AC: 1.2VA线圈规格：DC: 6V-220V, AC: 6V-380V外形尺寸：28L21W35H。 当电位达到一定位置时相应的三极管导通，继电器线圈得电，常开触点闭合，将信号输出控制。当KA3得电是水泵会自动开启，当水位到KA2的位置是水泵会停止。 图2-5电磁继电器实物图 水位水位检测部分的A、B两点为24V的直流电因此配备24V的开关电源。开关电源选择型号为S-145-24。实物图如图2-6所示：图2-6 S-145-24 开关电源 相关参数：交流输入电压范围85 132伏/ 180 264伏可选用、直流调整范围额定输出电压 10 、过载保护105 150 关闭、工作温度-1060

18、、保护短路/过载。 开关电源的直流24伏输出在本系统中主要向水位监测系统和PLC的指示灯报警器及光电提供电源。 水位检测器是控制泵房的水泵，水泵选择ISW型水泵，因为其性价比高，水泵电机参数：流量Q1.11080m/h、扬程H7133m、转速n970 2900r/min、温度：120、口径32300mm电机电压380V 功率：55KW. 第3章 电路设计 一、主电路设计本系统有三台电机分别是0.16KW的抛料电机、3KW的增氧电动机和75KW的水泵电机。M1和M2为小功率电机可直接起动，M2为55KW的大功率电机须降压后才可起动。若直接起动起动电流会达到额定电流的47倍，会引起电网电压波动，影

19、响同电网其它设备的运行 ，伤害电机绝缘，降低电机寿命。降压启动的方法有很多如定子串电抗器起动，降低了起动电流，但也降低了起动电压，使得起动转矩降低得更多。因此，定子串电抗器降压起动只适用于电动机的轻载起动。丫一降压起动也是适用于电动机的轻载起动，而且限于正常运行为接法的电动机。自耦变压器降压起动。采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，起动电压降低得很多（为额定电压的1417），而起动转矩降低得更多；且自耦变压器不允许频繁起动，因而限制了它的广泛使用。延边三角形降压起动。延边三角形起动的电动机制成后，抽头不能随意变动，从而限制了延边三角形起动方法的应用。这些起动方式都属于有级减压起动，存在

20、明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。1、 软起动器 软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装置。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电流，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有对电机的保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。2、 软启动器原理 软起动器采用三相反并联晶闸管作为调压器（晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压，因而控制了输出电压的大小）将其接入电源和电动机定子之间。如图3-1所示。 使用软启动器起动电动机时，

21、晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免了自由停车引起的转矩冲击。 图3-1 软起动器原理图 3、软启动器选择 软起动器可以减小对电动机、机械及电网的冲击，用户采用软启动器可以减少费用。HPS2DB型汉显智能经

22、济型软启动器起动优良，主芯片采用新型微处理完成通讯、故障处理、信号采集、参数给定等功能，而从芯片完成可控硅的触发控制，预置出厂参数，适合于水泵负载的需要，可通过键盘轻松将当前参数恢复到出厂值。内置非易用失性存储器，确保参数不会丢失。且体积小巧、结构紧凑、安装方便、起停控制平稳，保护功能全面完善。 性能参数：主电压范围230V690VAC 50/60Hz，主电流范围18470A ，控制电110V127VAC 50/60HZ或220240VAC 50/60HZ，起动时间030s ，停止时间130s ，初始电压 3050%Ue ，限流倍数1.54Ie ，起动频繁在最大起动电流时4次/小时 ，保护功能

23、缺相、过压、欠压、过流、欠流、过温 。 图3-2 HPS2DB型汉显智能经济型软启动器 3、软起动器的接线通入三相交流点后，KM2先得电，电流输入软启动器，Y7有输入信号后软起动器控制晶闸管的导通角开始软起动），一段时间后KM3得电，短路软启动器，同时软启动器电源软起动结束。接线图如图3-3所示： 4、软起动器设置 对于控制水泵的软起动器，首先给软启动器通上220V的交流电，按上电键使软起动器得电，再按设置键设置软起动或软停车，此次应用的是软起动器的软起动功能，再设置起动的时间，时间在0-30s之间，时间到后软起动器的内部旁路触点闭合，切断软起动，但此次是利用PLC来控制外部旁路触点来切断软起

24、动的，软起动的时间设置为20s，时间到后PLC控制KM3得电来切断软启动器。 图3-3 软起动器接线图 主电路电流380V由三相电源接空气开关（空气开关有缺相及漏电流保护），经接触器KM1，经热继电器FR1（热继电器有过电流保护）直接起动0.16KW的抛料电机（M1)，喂食机开始运行喂食。主电路电流380V由三相电源接空气开关，只到接触器KM2，为水泵软起动，经KM2再到KM3为全压运行，经热继电器FR2，运行75KW的水泵电机(M2)，水泵开始全压运行。主电路电流380V由三相电源接到空气开关，经接触器KM3，经热继电器FR3，直接起动3KW的增氧电动机(M2)，增氧机开始增氧。 如图3-4

25、所示： 图3-4 主电路图 二、PLC电路设计 1、PLC在系统中的应用在PLC中X0是开喂食机，输入SA1拨动开关的信号，拨到常开位置定时自动喂食，拨到常闭位置是手动喂食。X1是开增氧机，输入SA2拨动开关的信号，拨到常开位置是定时自动增氧，拨到常闭位置是手动增氧。X14是开水泵拨到常开位置是利用水位监控来开启和关闭水泵,拨到常闭位置是手动开水泵，输入SA3的信号。X3-7是光电传感器来监控喂食机的料位，输入SQ1-5的信号.X11-13是三个水位监控来控制水位的高低以开启和关闭水泵，输入KA1-3的信号.X15为确定按钮，输入SB2的信号。KM1控制增氧电机，接Y0.KM2控制水泵电机软起

26、动，接Y1.KM3控制水泵正常起动，接Y2。KM4是控制喂食电机，接Y3。KA为电磁铁接Y4.Y7输出软起动控制。HL1是显示喂食机的料位显示，接Y10.HL2是显示标准水位，接Y11。HL3是显示低水位，接Y12。HL4是显示高水位，接Y13.HA是高水位报警器，接Y14.KM1-3用220V的交流电源，HL1-4和HA用的是24V的直流电源.综上所述可得出PLC的I/O分配表，如表1所示。 输入 输出元件代号地址 作用元件代号地址作用SA1X0喂食KM1Y0喂食机SA2X1增氧KM2Y1水泵电机软起动SA3X2水泵KM3 Y2水泵电机正常运转SB1X3停喂食KM4Y3增氧机SB2X4停增氧

27、KAY4电磁铁SB3X5停水泵Y7软起动SQ1X6料箱料位HL1Y10料位显示SQ2X7气动开关HL2Y11标准水位KA1X10高水位HL3Y12低水位KA2X11标准水位HL4Y13高水位KA3X12低水位HAY14报警器SB4X13确定 表3-1 I/O分配表 2、PLC型号的选择 现在市场上PLC的品牌很多，站在商人的角度上选择，要求使用方便、价格适中、实用价值高， 在品牌众多的PLC中以三菱品牌的价格低廉，软件简单易学，使用和维护方便，运行稳定可靠，设计施工周期短。 三菱PLC在中国市场常见的有以下型号： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC

28、 FR-A FR-Q 。 FX1S系列:三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。FX1N系列:是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 此次设计有输入点12个输出点的10个且为继电器输出并根据 FX1S系列PLC安装空间小成本低的优点选用FX1S30MR系列的PLC。实物图

29、如图3-5所示： 图3-5 FX1S-30MR三菱 PLC 图3-6 PLC接线图 如图3-6所示QF1为PLC的电源缺相及漏电流保护，QF2为接触器缺相及漏电流保护，输入端SA1为开喂食，SA2为开增氧，SA3为开水泵SB1为关喂食，SB2为关增氧，SB3为关水泵，SQ1为料箱料位，SQ2为气压开关，KA1-3为水位的高水位、标准水位和低水位。 输出端KM1控制增氧机动作，KM2控制水泵软起动，KM3控制水泵正常运转，KM4控制喂食机的抛投电机工作，KA为电磁铁控制落料口的，Y7有输出时软起动器开始软起动，HL1为料箱料位提示，灯亮时不需要加食料，不亮时提示要加食料了，HL6-8为各水位的水位显示，HA是高水位时的报警器。 第四章 渔场管理程序设计 一、喂食系统程序设计 1、流程图开始停止开喂食YES NO投饲机动作6 、12、17 点钟投饲机动作停0.5分钟7、13、18点钟 NO YES停止 图4-1 喂食系统