CN107491124A - 物联网智能猪舍控制系统 - Google Patents

Abstract

一种物联网智能猪舍控制系统，包括中央控制单元、传感器单元、仪表单元、环境控制单元、电控养殖单元。系统通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的各种传感器，用于实时感测猪舍内环境参数，通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的猪舍环境调控设备，用以调控猪舍养殖环境；通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一个猪舍内的现场养殖设备，用于控制每一猪舍内电控养殖设备的开启、关闭；通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一个猪舍内的仪表，用以读取猪舍内现场养殖消耗数据；通过位于控制柜面板的触摸屏进行数据显示、人机交互和系统设置等。

Description

物联网智能猪舍控制系统

技术领域

本发明涉及一种物联网智能猪舍控制系统，特别涉及一种将猪舍现场养殖数据采集、猪舍环境调控和猪舍养殖设备集中统一控制管理结合起来的工业化、无人化养殖的物联网智能猪舍控制系统。

背景技术

目前我国的规模化养猪企业在养殖过程中普遍存在着以下几个的问题： (1)我国目前规模化养猪企业普遍采用封闭型、养殖环境可调控的猪舍，也采用了像自动化饲喂供料系统、自动清粪系统、智能型环境调控设备等自动化养殖设备，但目前针对猪舍环境调控的技术和设备自动化控制大多仍是单点操作的、局部的应用，并不能将猪舍环境调控设备与养殖设备集中统一管理起来，生产设备管理分散，自动化水平总体不高；(2)生产现场的关键数据（如温度、湿度、能耗、水耗、饲料消耗等）的采集、传递、分析比对等一大部分工作仍需要人工进行，效率低下，同时针对异常情况反应滞后，安全管理、事故应对措施仍处于落后状态。基于此，很容易发生生产安全事件，如因人员疏忽或猪舍断电等应对不及时，造成舍内整圈猪闷死的事件时有发生, 直接经济损失巨大；(3)日常生产过程容易受养殖人员素质、主观能动性、责任心、个人养殖经验和技术熟练程度等因素影响，不同人员对水、电、饲料等生产管控不同，消耗差别影响较大，造成能耗高、料肉比低等浪费现象；(4)传统养殖企业的生产模式决定了这些企业的人员结构是以一线生产人员高度密集的企业，为匹配集中养殖规模的扩大，按照传统模式，势必需要不断招聘大量的生产人员。但是养殖企业现在和未来普遍面临着人工成本高、管理难、招聘难（90后、00后人员不愿从事养猪行业）等诸多问题。

以上这些问题都对养殖企业提出了更高的要求：日常生产尽可能摆脱对人的依赖，由机器代替人的日常工作，以提高生产效率、节约成本、减少管理复杂度。

发明内容

鉴于以上，有必要提供一种将猪舍现场养殖数据采集、猪舍环境调控和猪舍养殖设备集中统一控制管理结合起来的工业化、智慧化、无人化养殖的智能猪舍控制系统。

采用工业化思维，利用现代工控技术、物联网技术、人机交互软件技术综合开发设计出一种物联网智能猪舍控制系统。在所述养殖厂区的每一个猪舍入口通道上都设置一个智能控制柜，以智能控制柜为中心，将舍内所有环境调控设备、电控养殖设备、数字化仪表及猪舍内外的多种传感器（温度、湿度、氨气、光照等传感器）全部通讯连接，组成一个舍内物联网；所述智能控制柜以可编程逻辑控制器为核心，建立运行猪舍内所有设备的自动化控制系统。

根据猪舍内外的温度、湿度、氨气、光照等各种传感器实时感知猪舍内外的环境参数，系统自动执行相应的设备控制方案，智能动态地发出控制指令，驱动控制各个设备的开启、关闭及运行档位，使猪舍环境保持在目标控制范围内，从而实现猪舍内环境自动调控功能；同时根据系统预设的时间表自动地开启、关闭猪舍内的照明、饲喂供料、清粪电机等电控养殖设备的开关，实现养殖设备自动控制功能；控制柜同时连接猪舍内的智能电表、智能水表、供料塔称重仪表等数字化仪表，实时读取并保存猪舍内电、水、饲料等养殖现场消耗数据，从而实现养殖现场关键数据采集功能。

猪舍智能控制柜具有依照预设参数独立运行管理控制猪舍设备的全自动运行模式，又具有按默认方案自动控制，同时又能接受控制柜人机界面触屏控制和来自上位机发出的外来指令运作的半自动运行模式。全自动运行模式下可以实现一个猪舍内部设备独立的自动化控制管理工作，半自动运行模式下既可以实现养殖现场人机界面交互操作，又可以接入厂区一体化控制的工控网络并接受上位机系统自动化控制管理操作。

一种物联网智能猪舍控制系统，包括中央控制单元为核心，连接猪舍内的传感器单元、仪表单元、环境控制单元、电控养殖单元等养殖设施等。所述智能控制柜通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的各种传感器，用于实时感测猪舍内温度、湿度、氨气浓度等，所述智能控制柜通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的风机组、湿帘、喷淋、滑窗组、取暖等猪舍环境调控设备，用以调控猪舍养殖环境；所述智能控制柜通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一个猪舍内照明、供料、清粪等现场养殖设备，用于控制每一猪舍内电控养殖设备的开启、关闭；所述智能控制柜通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的智能电表、智能水表及供料塔称重仪表，用以读取猪舍内智能电表、智能水表及供料塔剩余饲料重量的等现场养殖消耗数据，所述触摸屏位于控制柜面板，与控制柜中央控制单元连接，用于数据显示、人机交互控制及系统设置等。

附图说明

图1是本发明物联网智能猪舍控制系统的一较佳实施方式的结构框图。

图2是图1的智能猪舍控制柜与一个猪舍的各种养殖设施的连接框图。

图3是图1的智能猪舍控制柜的工作时序图。

图4是图1的中央控制单元的电路图。

图5是图1的传感器单元的通讯连接电路图。

图6至图7是图1的环境控制单元的控制电路图。

图8是图1的电控养殖单元的控制电路图。

图9是图1的仪表单元的通讯连接电路图。

图10是图1的报警单元和显示触摸屏的电路图。

具体实施方式

请参照图1，本发明一种物联网智能猪舍控制系统的较佳实施方式：在一个养殖厂区内设有若干猪舍，每个猪舍内都设有1个智能控制柜680,控制柜放置于猪舍入口的人行通道上，置于舍内非养殖区域。智能控制柜包括一中央控制单元100、一传感器单元200、一仪表单元300、一环境控制单元400及一电控养殖单元500及控制柜面板上的人机界面触摸屏630和控制按钮、指示灯等。

请继续参照图2，所述智能控制柜680通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的各种传感器，用于实时感测猪舍内温度、湿度、氨气浓度等，所述智能控制柜680通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的风机、喷淋、滑窗、取暖等猪舍环境调控设备，用以调控猪舍养殖环境；所述智能控制柜680通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一个猪舍内照明、供料、清粪等现场养殖设备，用于控制每一猪舍内电控养殖设备的开启、关闭；所述智能控制柜680通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的智能电表、智能水表及供料塔称重仪表，用以读取各猪舍内电表、水表及供料塔余料重量的读数。

请继续参照图3，所述智能猪舍控制柜工作时的时序图如下所示：

所述智能控制柜在开机启动时判断设备处于手动、半自动或全自动3种运行状态下。当判断为手动运行状态时，此时进入维护人员安装调试模式，由技术人员手动控制操作调试，并保存手动操作记录，控制柜系统不保留记录。当判断为半自动或全自动运行状态时，所述智能猪舍控制柜的控制系统开始进行初始化动作，并在系统初始化完成时检测系统时钟、环境温度和预设控制方案，此时若系统初始化失败, 所述智能猪舍控制柜在人机界面控制柜面板上提示管理人员设备的告警处理信息。在检测系统时钟、环境温度和预设控制方案后判断为全自动运行状态时，控制方案不可被更改, 所述智能猪舍控制柜不接受触屏控制和上位机指令，此时每一猪舍内的现场养殖设备和控制设备根据系统时钟和环境温度按照预设控制方案工作。例如当温度大于设定值1时，风机1开启且滑窗开启10%,同时检测风机1和滑窗状态；当温度大于设定值2时，风机2和风机3开启且滑窗开启20%,同时检测风机2、风机3和滑窗状态；当温度小于设定值5时，风机2和风机3关闭且滑窗关闭10%,同时检测风机2、风机3和滑窗状态；当温度小于设定值6时，供暖设备开启且滑窗关闭10%，同时检测供暖设备状态。当时间等于供料时间时，供料设备开启以检测料位传感器，同时检测供料设备状态；当时间等于清粪时间时，清粪设备开启，同时检测清粪设备状态；当时间等于开启X排灯时间时，X排灯开启，同时检测X排灯状态。所述智能猪舍控制柜根据检测结果判断现场养殖设备和控制设备的运行状态，将设备控制状态上报给上位机系统，同时在人机界面上显示或开启控制柜面板上的相应指示灯或报警灯，如有异常将提示现场管理人员处理设备的告警信息。当智能控制拒被设置为半自动运行模式时，控制方案可以被修改, 所述智能猪舍控制柜可以接受触屏控制和上位机指令，此时每一猪舍内的现场养殖设备和控制设备根据系统时钟和环境温度按照预设控制方案或触屏控制和上位机指令工作。

请继续参照图4及图1，所述中央控制单元100包括一可编程逻辑控制器U、若干继电器KA0-KA11、KA4-0、KA4-1、KA4-2、KA5-0、KA5-1及若干自动拨档开关SAH0(2)-SAH10(2)。所述若干继电器KA0-KA11、KA4-0、KA4-1、KA4-2、KA5-0、KA5-1包括若干线圈单元和相应的开关单元。其中，所述中央控制单元100安装于一智能控制柜内。所述可编程逻辑控制器U包括用以进行数据通讯的通讯单元110、用以存储采集数据的存储单元120、用以对设备进行控制的智能控制单元130及用以控制系统时钟的时钟单元140。所述可编程逻辑控制器U内存储有环境控制方案和设备控制方案。所述可编程逻辑控制器U通过RS485接口连接所述传感器单元200、仪表单元300、环境控制单元400及电控养殖单元500。所述可编程逻辑控制器U通过MODBUS总线与所述传感器单元200、仪表单元300、环境控制单元400及电控养殖单元500进行通讯。

所述可编程逻辑控制器U通过若干温度传感器210、211、212、湿度传感器220及氨气传感器230实时读取室内外温度、湿度、氨气浓度等环境数据；所述可编程逻辑控制器U实时采集若干智能电表310、智能水表320及称重仪表330等实时读数；所述可编程逻辑控制器U实时读取各猪舍环境控制单元400和电控养殖单元500的状态数据；所述可编程逻辑控制器U并将读取和采集到的上述环境数据、实时读数及状态数据暂存于智能控制柜的存储单元120内。

请继续参照图5，所述传感器单元200包括若干温度传感器210、211、212、湿度传感器220、氨气传感器230。其中，所述温度传感器210用以感测猪舍外的温度，所述温度传感器211、212用以感测猪舍内的温度。所述气体传感器230为一氨气传感器（用以感测猪舍内的氨气浓度）。所述温度传感器210、211、212分别电性连接到中央控制单元接点DT2、DT0、DT1；所述湿度传感器220、氨气传感器230等分别电性连接到串行通讯端RS485模块的A+、B-接点，最终连接至中央控制单元的A1+、B1-接口。

请继续参照图6至图7，所述环境控制单元400包括用于调节猪舍通风的四个风机1（M11）、风机2（M12）、风机3（M20）、风机4（M21），用于抽风的可以变频调节转速的地沟风机（M10）、用于猪舍降温或加湿的湿帘（M22）、喷淋（M23）,用于调节通风或光照明的滑窗（M24）及用于猪舍取暖的取暖设备(M25)等。

所述环境控制单元400包括若干断路器QF10、QF11、QF30、QF31、若干马达保护器GV10、GV11、GV20-GV23、一变频器F10、若干继电器KM10、KM11、KM20- KM23、若干马达M10、M11、M20-M23、取暖设备410及两整流器U30、U31。所述变频器F10包括若干输入端R、S、T、若干输出端U、V、W、一接地端E、两启动端Mi1、DCM及一串行通信端RS485。所述智能电表310的两电能数据输出端S8、S10电性连接所述串行通信端RS485。

所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA2的开关单元电性连接所述指示设备HL42的一端。所述指示设备HL42的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。

所述若干三相交流输入端B1、B4、B7分别经由断路器QF10的若干断路开关R-1、S-1、T-1电性连接若干交流输出端R0、S0、T0以接收一380V的三相交流输入。所述接地端B10经由断路器QF10的断路开关N-1接地。所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由断路器QF11的若干断路开关R10、S10、T10电性连接所述变频器F10的若干输入端R、S、T。所述变频器F10的若干输出端U、V、W分别电性连接所述马达M10的若干输入端U10、V10、W10。所述变频器F10的接地端E电性连接所述马达M10的地线输入端PE。所述变频器F10的启动端Mi1分别经由手动拨档开关SAH2(1)和继电器KA2的开关单元电性连接所述变频器F10的启动端DCM。其中，所述马达M10用以驱动一地沟风机。

所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由马达保护器GV10的若干保护开关R11、S11、T11电性连接所述继电器KM10的开关单元的一端。所述继电器KM10的开关单元的另一端分别电性连接所述马达M11的若干输入端U11、V11、W11。所述马达M11的地线输入端PE接地。其中，所述马达M11用以驱动一第一风机。

所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由马达保护器GV11的若干保护开关R12、S12、T12电性连接所述继电器KM11的开关单元的一端。所述继电器KM11的开关单元的另一端分别电性连接所述马达M12的若干输入端U12、V12、W12。所述马达M12的地线输入端PE接地。其中，所述马达M12用以驱动一第二风机。

所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由马达保护器GV20的若干保护开关R20、S20、T20电性连接所述继电器KM20的开关单元的一端。所述继电器KM20的开关单元的另一端分别电性连接所述马达M20的若干输入端U20、V20、W20。所述马达M20的地线输入端PE接地。其中，所述马达M20用以驱动一第三风机。

所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由马达保护器GV21的若干保护开关R21、S21、T21电性连接所述继电器KM21的开关单元的一端。所述继电器KM21的开关单元的另一端分别电性连接所述马达M21的若干输入端U21、V21、W21。所述马达M21的地线输入端PE接地。其中，所述马达M21用以驱动一第四风机。

所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由马达保护器GV22的若干保护开关R22、S22、T22电性连接所述继电器KM22的开关单元的一端。所述继电器KM22的开关单元的另一端分别电性连接所述马达M22的若干输入端U22、V22、W22。所述马达M22的地线输入端PE接地。其中，所述马达M22用以驱动一降温湿帘水泵。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH3(1) 电性连接继电器KM10的线圈单元的一端。所述继电器KM10的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA3的开关单元电性连接所述指示设备HL43的一端。所述指示设备HL43的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM10的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL43的一端。其中，所述继电器KM10的线圈单元用以控制所述第一风机启动。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH4(1) 电性连接继电器KM11的线圈单元的一端。所述继电器KM11的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA4的开关单元电性连接所述指示设备HL44的一端。所述指示设备HL44的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM11的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL44的一端。其中，所述继电器KM11的线圈单元用以控制所述第二风机启动。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH5(1) 电性连接继电器KM20的线圈单元的一端。所述继电器KM20的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA5的开关单元电性连接所述指示设备HL45的一端。所述指示设备HL45的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM20的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL45的一端。其中，所述继电器KM20的线圈单元用以控制所述第三风机启动。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH6(1) 电性连接继电器KM21的线圈单元的一端。所述继电器KM21的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA6的开关单元电性连接所述指示设备HL46的一端。所述指示设备HL46的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM21的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL46的一端。其中，所述继电器KM21的线圈单元用以控制所述第四风机启动。

所述第一直流电压的正端1P24经由所述继电器KA7的开关单元电性连接所述继电器KA4-0的开关单元的一端。所述继电器KA4-0的开关单元的另一端经由所述继电器KA5-0的线圈单元电性连接所述第一直流电压的负端1N24。所述第一直流电压的正端1P24经由所述继电器KA8电性连接所述继电器KA4-1的开关单元的一端。所述继电器KA4-1的开关单元的另一端经由所述继电器KA5-1的线圈单元电性连接所述第一直流电压的负端1N24。所述第一直流电压的正端1P24经由所述手动拨档开关SAH7(1)电性连接手动拨档开关SAH13(1)和自动拨档开关SAH13(2) 的一端。所述手动拨档开关SAH13(1) 的另一端电性连接继电器KA4-0的开关单元的一端。所述自动拨档开关SAH13(2) 的另一端电性连接继电器KA4-1的开关单元的一端。

所述第二直流电压的正端2P24经由所述继电器KA5-0的开关单元电性连接所述指示设备HL50和马达M50的正极。所述指示设备HL50和马达M50的负极经由所述继电器KA5-0的开关单元电性连接所述第二直流电压的负端2N24。所述第二直流电压的正端2P24经由所述继电器KA5-1的开关单元电性连接所述指示设备HL50和马达M50的负极。所述指示设备HL50和马达M50的正极经由所述继电器KA5-0的开关单元电性连接所述第二直流电压的负端2N24。其中，所述继电器KA5-0的线圈单元用以控制猪舍内的滑窗上升，所述继电器KA5-1的线圈单元用以控制猪舍内的滑窗下降。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH8(1)电性连接继电器KV50的线圈单元的一端。所述继电器KV50的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA9的开关单元电性连接所述指示设备HL51的一端。所述指示设备HL51的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KV50的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL51的一端。其中，所述继电器KV50的线圈单元用以控制猪舍内的喷淋电机启动。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH9(1)电性连接继电器KM22的线圈单元的一端。所述继电器KM22的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA10的开关单元电性连接所述指示设备HL52的一端。所述指示设备HL52的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM22的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL52的一端。其中，所述继电器KM22的线圈单元用以控制所述降温湿帘水泵启动。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH60电性连接马达M60、M61和指示设备HL60的一端。所述马达M60、M61和指示设备HL60的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。其中，所述马达M60、M61用以驱动一热交换机。

请继续参照图8，所述电控养殖单元500包括一清粪设备510、若干手动拨档开关SAH0(1)-SAH10(1)、两继电器KM40、KM41、两组照明设备LED40、LED41、及若干指示设备HL40- HL46、HL50- HL53。其中，所述清粪设备510包括一第一清粪电机和一第二清粪电机。所述照明设备LED40用以控制猪舍内的左排灯照明，所述照明设备LED41用以控制猪舍内的右排灯照明。

所述若干三相交流输出端B3、B6、B9分别经由马达保护器GV23的若干保护开关R23、S23、T23电性连接所述继电器KM23的开关单元的一端。所述继电器KM23的开关单元的另一端分别电性连接所述马达M23的若干输入端U23、V23、W23。所述马达M23的地线输入端PE接地。其中，所述马达M23用以驱动供料电机。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH10(1)电性连接继电器KA4-2的开关单元的一端。所述继电器KA4-2的开关单元的另一端经由所述继电器KM23的线圈单元电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA11的开关单元电性连接所述指示设备HL53的一端。所述指示设备HL53的的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KA4-2的开关单元的一端电性连接所述指示设备HL53的一端。其中，所述继电器KM23的线圈单元用以控制所述供料电机启动。

所述三相交流输出端B3和接地端B10分别经由断路器QF30的两断路开关R31、N31电性连接所述整流器U30的输入端。所述整流器U30的输出端经由断路器QF31的两断路开关R32、N32输出一+24V的第一直流电压。所述三相交流输出端B3和接地端B10分别经由断路器QF30的两断路开关R31、N31输出一220V的交流电压。所述三相交流输出端B6和接地端B10电性连接一照明插座。所述三相交流输出端B6和接地端B10电性连接所述整流器U31的输入端。所述整流器U31的输出端输出一+24V的第二直流电压。

所述第一直流电压的正端1P24经由一行程开关SQ40电性连接所述继电器KA4-0的线圈单元的一端。所述继电器KA4-0的线圈单元的另一端电性连接所述第一直流电压的负端1N24。所述第一直流电压的正端1P24经由一行程开关SQ41电性连接所述继电器KA4-1的线圈单元的一端。所述继电器KA4-1的线圈单元的另一端电性连接所述第一直流电压的负端1N24。所述第一直流电压的正端1P24经由一接近开关SQP42电性连接所述继电器KA4-2的线圈单元的一端。所述继电器KA4-2的线圈单元的另一端电性连接所述第一直流电压的负端1N24。其中，所述继电器KA4-0的线圈单元用以控制猪舍内的滑窗上限行程，所述继电器KA4-1的线圈单元用以控制猪舍内的滑窗下限行程，所述继电器KA4-2的线圈单元用以控制所述供料电机的料位开关。所述继电器KA4-3、KA4-4的线圈单元用以控制所述第一清粪电机运行。所述继电器KA4-5、KA4-6的线圈单元用以控制所述第二清粪电机运行。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH0(1)电性连接继电器KM40的线圈单元的一端。所述继电器KM40的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA0的开关单元电性连接所述指示设备HL40的一端。所述指示设备HL40的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM40的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL40的一端。所述第二直流电压的正端2P24和负端2N24分别经由所述继电器KM40的开关单元电性连接所述照明设备LED40的两端。其中，所述继电器KM40的线圈单元用以控制猪舍内的左排照明。

所述交流电压的火线端R33经由所述手动拨档开关SAH1(1)电性连接继电器KM41的线圈单元的一端。所述继电器KM41的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述交流电压的火线端R33经由所述继电器KA1的开关单元电性连接所述指示设备HL41的一端。所述指示设备HL41的另一端电性连接所述交流电压的零线端N33。所述继电器KM41的线圈单元的一端电性连接所述指示设备HL41的一端。所述第二直流电压的正端2P24和负端2N24分别经由所述继电器KM41的开关单元电性连接所述照明设备LED41的两端。其中，所述继电器KM41的线圈单元用以控制猪舍内的右排照明。

请继续参照图9，所述仪表单元300包括一个智能电表310、一个智能水表320和一个称重仪表330。

所述智能电表310包括三相交流输入端B1、B4、B7、三相交流输出端B3、B6、B9、一接地端B10及两电能数据输出端S8、S10。所述电量数据输出端电性连接变频器F10的串行通信端RS485，用于猪舍内所有养殖设备电力消耗数据采集。

所述智能水表320包括两供电输入端和两水量数据输出端。所述两供电输入端分别电性连接所述第一直流电压的正端1P24和负端1N24。所述两水量数据输出端电性连接变频器F10的串行通信端RS485，用于猪舍内养殖清水用量数据采集。

所述称重仪表330包括4个重量传感器,一个称重仪表。所述称重仪表两供电输入端R33、N33连接220V交流供电，所述称重数据输出端A2+、B2-电性连接变频器F10的串行通信端RS485，用于猪舍内养殖饲料消耗用量采集。

请继续参照图10和图4：所述可编程逻辑控制器U包括若干第一控制信号输出端X0-X10、若干故障信息侦测端X13-X19、若干状态侦测端X22-X28、若干第二控制信号输出端Y0-Y11、若干报警信号输出端Y20-Y23、若干环境参数采集端DT0-DT3、两数据输出端A+、B-及一串行数据端COM1。所述若干第一控制信号输出端X0-X10分别经由若干自动拨档开关SAH0(2)-SAH10(2)电性连接相应继电器KM40、KM41、KM10、KM11、KM20、KM21、KA5-0、KA5-1、KV50、KM22、KM23的线圈单元和所述变频器F10的启动端Mi1。所述若干故障信息侦测端X13-X19分别电性连接马达M10-M12、M20-M22的一检测端。所述若干状态侦测端X22-X28分别经由若干继电器KA4-0、KA4-1、KA4-2、KA4-3、KA4-4、KA4-5、KA4-6的开关单元电性连接相应的线圈单元。所述若干第二控制信号输出端Y0-Y11分别经由若干继电器KA0-KA11的线圈单元电性连接相应继电器KM40、KM41、KM10、KM11、KM20、KM21、KA5-0、KA5-1、KV50、KM22、KM23的线圈单元和所述变频器F10的启动端Mi1。所述若干报警信号输出端Y20-Y23分别电性连接一报警单元610的若干不同颜色的报警灯611和蜂鸣器612。所述若干环境参数采集端DT0-DT3分别电性连接温度传感器210、211、212、湿度传感器220、气体传感器230。所述两数据输出端A+、B-电性连接一上位机620。所述串行数据端COM1电性连接一显示触摸屏630。

请继续参阅图1：所述智能控制柜680内的中央控制单元100内置485通讯单元110，专门负责各传感器、仪表、控制指令等数字化通讯信号的读取与传输；中央控制单元还内置存储单元120，专门负责环境控制方案、设备控制方案的存储以及各单元实时采集数据、控制指令的暂时存储；中央控制单元内还包含智能控制单元130，负责读取、运算、智能分析和逻辑判断；所述智能控制柜内的时钟单元140内置系统时钟，当所述智能控制柜全自动独立运行时，系统依据内置时钟单元140的时间运行；当所述智能控制柜与所述上位机620联网运行时，所述上位机620会下发网络同步时钟命令，实现所述智能控制柜的时钟与所述上位机620的时间同步一致，系统依据所述上位机620的时间为准运行，进而实现了所连接设备的定时、分时、自动值勤、轮值等控制功能。

工作时，所述可编程逻辑控制器U通过相应的温度传感器210、211、212、湿度传感器220、气体传感器230采集相应猪舍内的环境温度、湿度、气体浓度等数据，并根据感应到的环境参数发出控制指令给相应继电器KM40、KM41、KM10、KM11、KM20、KM21、KA5-0、KA5-1、KV50、KM22、KM23的线圈单元使其通电，进而闭合相应继电器KM40、KM41、KM10、KM11、KM20、KM21、KA5-0、KA5-1、KV50、KM22、KM23的开关单元。所述照明设备LED40、LED41、指示设备HL40、HL41、马达M10-M12、M20-M22及清粪电机通电工作，进而实现对相应猪舍内的照明、通风及清粪状态的控制。同时，所述可编程逻辑控制器U通过若干状态侦测端X22-X24侦测相应马达M10-M12、M20-M22的工作状态，并在侦测到马达工作异常时在相应的报警信号输出端Y20-Y23输出报警信号以指示在报警单元610的报警灯611或蜂鸣器612上。所述可编程逻辑控制器U通过两数据输出端A+、B-将各个设备的实时状态通过网络上传至所述上位机。所述可编程逻辑控制器U内存储有相应猪舍内在不同时间和状态下的最佳运行参数，例如可预先设置定义多个级别温度范围下的调控设备运行方案，即通风级别，通过分别设定每个通风级别下的风机、滑窗、湿帘、喷淋、供暖等温度调控设备开关、启停时间和运行档位。所述可编程逻辑控制器U可根据当前时刻输出相应的控制指令使得所述照明设备LED40、LED41、马达M10-M12、M20-M22及取暖设备M25在最佳运行参数下工作。所述显示触摸屏用以向可编程逻辑控制器U输入控制指令并实时显示各个设备的状态，用户可通过所述显示触摸屏变更可编程逻辑控制器U内存储的最佳运行参数。

通过控制按钮631和模式转换旋钮632对所述可编程逻辑控制器U的设置，以及所述可编程逻辑控制器U分别对若干手动拨档开关SAH0(1)-SAH10(1)和自动拨档开关SAH0(2)-SAH10(2)的控制，上述物联网智能猪舍控制系统可工作在全自动、半自动和手动三种工作模式下：

在全自动运行的智能模式下，由于所述可编程逻辑控制器U内已存有各种条件下的自动化运行预案（如温度控制目标和设备启停时间），所述中央控制单元100在脱离网络的情况下也可自动运行，它可自动进行猪舍内所述环境控制单元400各种设备的开关启停，如自动调整风机开机数量、风机运行档位、调整滑窗开合度、取暖设备等，将猪舍内的温度控制在目标温度范围；也可以在预定的轮值时间点自动开启灯光、饲喂、清粪电机等设备。在全自动运行模式下，所述中央控制单元100不理会来自所述显示触摸屏630上的指令、来自上位机620及通过以太网客户端、远程客户端发给上位机620的一切指令。在此模式下，所述中央控制单元100和传感器单元200、仪表单元300、电控养殖单元500组成一个可以依靠自身存储的自动化运行预案智慧式调控、独立运行的物联网小系统。

半自动运行模式下又分为半自动触屏模式和半自动非触屏模式。在半自动触屏模式下，管理人员在猪舍现场通过操作所述显示触摸屏630来操作控制舍内设备。在半自动非触屏模式下，管理人员可以不在猪舍现场。由于所述中央控制单元100与上位机620通过厂内以太网相连通，而所述上位机620又通过互联网连接到更高一层次的分公司服务器或总公司服务器。因此通过所述上位机620进行内网控制或通过电脑客户端、移动上网设备进行互联网远程控制，实现了对所述中央控制单元100的半自动化运行预案智慧式调控。

在手动模式下，此时用户在脱网状态下，管理人员在猪舍现场通过操作所述中央控制单元100上的手动开关、按钮来控制猪舍内设备的运行模式。手动模式通常是技术人员在现场安装调试、检测猪舍内设备故障的情况下使用。

养殖设备自动控制实例：

下面是通过猪舍控制柜对猪舍养殖设备自动化控制运行的实例：

例如：针对照明系统的自动值勤方案可设定为：

左排灯LED40：6：00关 18：00开 20：00关 22：00关 23：00关

右排灯LED41：6：00关 18：00关 20：00开 21：00开 23：00关

通过设定照明设备的开启和关闭时间，作为预设的运行方案存储在所述可编程逻辑控制器U内，所述可编程逻辑控制器U根据自身时钟单元140的系统时钟，当时间到达后，自动开启或关闭相应的照明设备。

再如：如同上例，针对供料系统，通过设定供料电机的定时开启时间、每天的喂料次数及喂料时间。当喂料时间到达后，供料系统自动开机，执行自动上料、自动饲喂程序。因为每次自动上料时间都只有几分钟，而开机电流较大。如果多个猪舍设备同时开启，用电负荷较大会导致总供电跳闸。此时通过预先设定各个猪舍的自动供料时间错开几分钟将供料电机进行轮值设置，避免多个电机同时运行。

同样的，针对清粪系统，通过设定清粪电机的运行时间，清粪电机每天准时启动。清粪电机具有自身的清粪程序，执行完清粪程序后，清粪电机自动关闭。清粪电机同样是大电流运行设备，必须考虑多台电机同时运行的供电负荷问题，同样可对清粪电机进行轮值设置。

运行实例二：

下面是针对猪舍内环境控制设备自动化调温的方案实施实例：

当前猪舍内全部为育肥阶段猪，最适宜生长温度为26℃，因此该猪舍内部的环境温度控制目标应以26℃为标准。

当外界温度为25℃时，此时因为舍内猪群数量众多，舍内温度为30℃，

环境控制方案预设定值为28℃--31℃区间时：

风机1 (M11) 开

风机2 (M12) 开

风机4 (M21) 开

地沟风机 开2档

滑窗 开30%

降温湿帘 开30分、关30分间歇交替

其它 全部为关闭状态

此时当所述可编程逻辑控制器U检测到当前猪舍内温度30℃为处于28℃-31℃之间时，会自动执行此区间的运行方案，所述可编程逻辑控制器U发送开机指令将第一风机、第二风机及第四风机打开；同时发送开2档运行的指令给地沟风机将其调至2档，发送指令给滑窗将其调至打开30%的位置；发送开启指令给降温湿帘并开始计时，所述降温湿帘开启运行30分钟后停止，所述降温湿帘停止30分钟后再次发送开启指令给降温湿帘，如此交替开关循环。经过风机、滑窗及湿帘的调整过程后，猪舍内的通风加强，猪舍内的温度迅速下降至27℃并稳定下来。

当猪舍内温度稳定在27℃时，仍不能达到26℃的最佳调控温度目标，此时27℃已不在28℃-31℃区间，而处于24.5℃-27.5℃温度区间。所述可编程逻辑控制器U根据当前温度改变方案，转而执行24.5℃-27.5℃区间的预设调控方案。

25.5℃--27.5℃区间的预设调控方案如下：

风机1 (M11) 开

风机2 (M12) 开

风机4 (M21) 开

地沟风机 开3档

滑窗 开40%

降温湿帘 开35分、关25分间歇交替

其它 全部为关闭状态

此时所述可编程逻辑控制器U发送开机指令将第一风机、第二风机及第四风机打开；同时发送开3档运行的指令给地沟风机将其调至3档，发送指令给滑窗将其调至打开40%的位置；发送开启指令给降温湿帘并开始计时，所述降温湿帘开启运行35分钟后停止，所述降温湿帘停止25分钟后再次发送开启指令给降温湿帘，如此交替开关循环。经过风机、滑窗及湿帘的调整过程后，猪舍内的通风加强，猪舍内的温度逐渐下降至25.x℃-26.x℃并在26℃左右稳定下来，由此达到温度调控目标。

还是以同一猪舍为例，假设此时为冬季，室外温度为12℃，调控目标仍为26℃。

预设温度范围10℃--20℃的环境控制方案为：

风机1 (M11) 开

风机2 (M12) 关

风机3 (M20) 开

风机4 (M21) 关

地沟风机 开1档

滑窗 全关

供暖灯 开

其它 全部为关闭状态

此时所述可编程逻辑控制器U执行10℃-20℃的环境控制方案，所述可编程逻辑控制器U发送开机指令将所述第一风机和第三风机打开，同时发送全关指令将滑窗完全关闭，发送开1档运行的指令给地沟风机将其调至1档，发送全关指令将其它设备全部关闭。此时猪舍内仅保持较低通风量，加之冬季猪舍内有供暖温措施，猪舍内温度的迅速上升，至21℃左右。

当猪舍内的温度处于21℃时，处于预设温度21℃-26℃温度区间，此时环境控制方案为：

风机1 (M11) 关

风机2 (M12) 关

风机3 (M20) 开

风机4 (M21) 关

地沟风机 开1档

滑窗 全关

供暖灯 开

其它 全部为关闭状态

此时与上一温度区间的区别仅为所述第一风机为关闭状态，所述可编程逻辑控制器U发送关机指令将第一风机关闭，其它设备状态不变。此时猪舍内仅保持最低通风量，温度逐渐上升，直至将猪舍内的温度调控到26℃左右稳定下来。

在目前工业4.0和物联网技术飞速发展的时代背景下，我们将物联网技术运用于规模化养猪方面。利用现代工控技术、人机交互技术，将现代化猪舍有关的各种数字化传感器、数字化测量仪表、猪舍环境调控设备、分散的猪舍自动化养殖设备等猪舍所有的电控开关等集中联网控制，组成一个猪舍内物联网，从而实现了实时统一数据采集、实时传递、自动处理，设备实现了有效的集中控制，最大限度地发挥自动化设备效用。我们可以通过上位机系统的工控电脑预先设定整套精细的环境控制方案和设备计划运行方案，通过工控网络下发到所述中央控制单元100的存储单元。

利用智能精确的环境控制系统，在不间断地对环境数据进行精确测量的同时，还可以自动参照预先设定的养殖环控专家经验值（环境控制方案），实时对采集到的环境数据进行智能分析，自动控制各环境控制设备运行，达到调控目标，从而实现智慧化环境调控，提供了一个最适宜猪群生长的外部环境，减少因养殖环境恶化而造成的疾病、疫情发生，保障了猪在生长过程中的成活率及营养价值。

通过预先设定的设备值勤方案（设备控制方案、设备计划运行方案），定时、分时、自动调控猪舍设备开关启停和运行档位。精细的物联网自动采集、自动控制方案和设备计划运行方案，使机器完全替代人工完成大部分流程性工作，实理生产过程的标准化、智能化、精细化管理。

通过实时采集到的猪舍水、电、饲料等数字化仪表读数值，为管理人员实时管控养殖消耗提供了数据依据，通过后台的生产管理系统分析计算出的能耗、料耗、猪只日增重数量，为精细化控制养殖消耗、科学养殖提供了前提条件。

通过实时采集到的环境数据、设备运行状态数据，系统还可以自动进行异常情况分析，如设备异常、温度异常等自动报警处理，利用系统的现场报警机制，现场蜂鸣器响、报警灯闪烁，并发送上位机系统异常通知，实现后台系统的多级报警机制。

通过以上的自动化数据采集、自动化设备控制运行处理、异常情况报警通知，结合猪舍现场的全方位高清视频监控系统，使生产管理人员能够在不用进入猪舍内养殖区的情况下，零时差地实时掌握猪舍状况，异常处理速度大大提升。可以最大限度地减少值班人数，将更多劳动力解放出来，投入到日常生产工作中去。

Claims (10)

1.一种物联网智能猪舍控制系统，包括中央控制单元、传感器单元、仪表单元、环境控制单元、电控养殖单元，其特征在于：系统以中央控制单元为核心，通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的各种传感器，用于实时感测猪舍内温度、湿度、氨气浓度等猪舍环境参数，通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一猪舍内的风机组、滑窗组、湿帘、喷淋、取暖等猪舍环境调控设备，用以调控猪舍养殖环境；通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一个猪舍内的照明、供料、清粪等现场养殖设备，用于控制每一猪舍内电控养殖设备的开启、关闭；通过MODBUS总线和RS485接口连接到设置在每一个猪舍内的智能电表、智能水表及供料塔称重仪表，用以读取猪舍内智能电表、智能水表及供料塔饲料重量等现场养殖消耗数据；通过位于控制柜面板的触摸屏进行数据显示、人机交互和系统设置等。

2.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述传感器单元包括室外温度传感器、室内温度传感器、湿度传感器、氨气传感器等，所述仪表单元包括智能电表、智能水表和称重仪表。

3.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器内存储有相应猪舍内在不同时间和状态下的最佳运行参数，所述可编程逻辑控制器根据当前时刻输出相应的控制指令使得所述马达、取暖设备及照明设备在最佳运行参数下工作。

4.如权利要求2所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器包括用以存储采集数据的存储单元，所述可编程逻辑控制器通过温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及称重传感器实时读取室内外温度、湿度、氨气浓度等环境数据，所述可编程逻辑控制器实时采集智能电表、智能水表和称重仪表等实时养殖消耗数据，所述可编程逻辑控制器实时读取各猪舍环境控制单元和电控养殖单元各种养殖设备的状态数据，并将读取和采集到的上述环境数据、读数及状态数据暂存于存储单元内。

5.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器还包括用以进行数据通讯的通讯单元、用以对设备进行控制的智能控制单元及用以控制系统时钟的时钟单元。

6.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器还包括故障信息侦测端，所述故障信息侦测端电性连接马达的检测端。

7.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器还包括状态侦测端及报警信号输出端，所述可编程逻辑控制器通过状态侦测端侦测马达的工作状态，并在侦测到马达工作异常时在报警信号输出端输出报警信号以指示在报警单元的报警灯或蜂鸣器上。

8.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述环境控制单元还包括马达保护器，所述三相交流输出端经由马达保护器电性连接所述第二继电器的开关单元的一端，所述第二继电器的开关单元的另一端电性连接所述马达的输入端。

9.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述电控养殖单元还包括手动拨档开关，所述第三继电器的线圈单元的一端经由所述手动拨档开关电性连接一交流电压的火线端，所述第三继电器的线圈单元的另一端电性连接所述交流电压的零线端，所述交流电压的火线端经由所述第一继电器的开关单元电性连接所述照明设备的一端，所述照明设备的另一端电性连接所述交流电压的零线端，所述第三继电器的线圈单元的线圈单元的一端电性连接所述照明设备的一端。

10.如权利要求1所述的物联网智能猪舍控制系统，其特征在于：所述中央控制单元还包括自动拨档开关，所述可编程逻辑控制器还包括第一控制信号输出端、第二控制信号输出端及环境参数采集端，所述第一控制信号输出端经由自动拨档开关电性连接所述第三继电器的线圈单元和所述变频器，所述第二控制信号输出端经由第一继电器的线圈单元电性连接第三继电器的线圈单元和所述变频器，所述环境参数采集端电性连接室外温度传感器、室内温度传感器、湿度传感器、氨气传感器。