基于PLC的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中文摘要當(dāng)今中國經(jīng)濟(jì)正在迅速發(fā)展，日常使用的科技產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，科技的改變使得人們的生活方式也發(fā)生了相應(yīng)的變化，對家居系統(tǒng)的要求也不再僅僅滿足于傳統(tǒng)家居，更加舒適、便利、安全和可靠的智能家居走上了時(shí)代的舞臺(tái)，為現(xiàn)代家居系統(tǒng)服務(wù)。智能家居系統(tǒng)的研發(fā)百花齊放，并且也有許多系統(tǒng)已經(jīng)用于實(shí)際生活。但是，目前智能家居市場存在著缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，造成智能家居系統(tǒng)難以普及大眾，故目前未能廣泛服務(wù)于市場。本文目的是使用PLC作為控制核心設(shè)計(jì)一套全新的智能家居系統(tǒng)，讓科技更好的為人們服務(wù)。本文采用三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC作為家居系統(tǒng)的控制核心，配合亮度傳感器，溫度、濕度傳感器，燃?xì)庑孤﹤鞲衅饕约叭沼眉译?，?shí)現(xiàn)溫、濕度和室內(nèi)照明的自動(dòng)調(diào)控、燃?xì)庑孤┖突馂?zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、窗簾的一鍵開啟或關(guān)閉、以及門外闖入和窗外闖入報(bào)警等一系列功能。并且使用組態(tài)王軟件做出智能家居系統(tǒng)的動(dòng)畫仿真。在文章開篇簡單介紹了智能家居的發(fā)展，然后進(jìn)行硬件的選型以及軟件的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行組態(tài)王畫面的設(shè)計(jì)以及PLC的仿真與調(diào)試。關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng)；PLC；組態(tài)王；目錄第1章前言 11.1課題研究的目的及意義 11.2國內(nèi)外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.1國外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.2國內(nèi)智能家居發(fā)展現(xiàn)狀 2第2章智能家居方案設(shè)計(jì) 3第3章智能家居硬件設(shè)計(jì) 53.1PLC及硬件設(shè)備的選擇和確定 53.1.1PLC的選擇 53.1.2溫、濕度傳感器的選擇 53.1.3亮度傳感器的選擇 73.1.4紅外線傳感器的選擇 83.2電路設(shè)計(jì) 83.2.1主電路設(shè)計(jì) 83.2.2控制電路設(shè)計(jì) 93.2.2PLC接線圖設(shè)計(jì) 10第4章基于三菱PLC的梯形圖設(shè)計(jì) 13第5章組態(tài)王的介紹及設(shè)計(jì) 195.1組態(tài)王6.55軟件的介紹 195.2組態(tài)王軟件的設(shè)計(jì) 195.2組態(tài)王畫面的建立 21第6章總結(jié) 28參考文獻(xiàn) 29附錄一：PLC梯形圖 30附錄二：PLC指令表 33第1章前言1.1課題研究的目的及意義當(dāng)今中國經(jīng)濟(jì)正在迅速發(fā)展，日常使用的科技產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，科技的改變使得人們的生活方式也發(fā)生了相應(yīng)的變化，對家居系統(tǒng)的要求也在傳統(tǒng)家居之上有了更深層次的提高。家作為人們溫暖的港灣，人們希望在完成了一天的工作之后，回到家中就處在一個(gè)舒適的環(huán)境內(nèi)，不需要自己動(dòng)手去調(diào)控室內(nèi)環(huán)境；希望家里時(shí)刻處在安全檢測狀態(tài)中，不用擔(dān)心煤氣泄漏，即使家里沒有人時(shí)也不用擔(dān)心遭遇盜竊或者發(fā)生火災(zāi)。顯然傳統(tǒng)的家居系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)上述功能，滿足人們的需求，這就要求家居系統(tǒng)要由傳統(tǒng)向著智能的化方向發(fā)展，要求家居系統(tǒng)能夠時(shí)刻檢測環(huán)境，感受環(huán)境的一系列變化，然后根據(jù)外界環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)控家居環(huán)境，給人們以最舒適的感受。比如要求家居系統(tǒng)感受室內(nèi)環(huán)境的明暗變化自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，以及發(fā)生煤氣泄漏、闖入等情況時(shí)觸發(fā)警報(bào)。PLC與以前電器元件不同的是，它內(nèi)置有CPU作為器件的運(yùn)算大腦。具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及運(yùn)算能力，網(wǎng)絡(luò)通信等新型功能，廣泛受到大眾的青睞，在工業(yè)控制等場所大量使用。PLC的優(yōu)點(diǎn)主要集中在以下：運(yùn)行穩(wěn)定可靠；使用過程中的設(shè)備維護(hù)相對簡單；可以應(yīng)用的場合非常廣泛。本課題選用PLC作為控制核心，將各種檢測裝置集成于一體，配合日常家電，組成一套新型智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)窗簾、照明、室內(nèi)溫度和濕度的智能控制，以及實(shí)現(xiàn)闖入報(bào)警，煤氣檢測等功能。1.2國內(nèi)外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀1984年世界上第一棟智能建筑被研發(fā)出來，這意味著智能家居時(shí)代的真正到來，人們開始邁入智能建筑的時(shí)代。這幢建筑是利用電腦對建筑內(nèi)的照明系統(tǒng)、監(jiān)控以及電梯的運(yùn)行進(jìn)行控制。隨著美國開啟了智能家居研究開發(fā)的新時(shí)代，世界上其他一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)也相繼走上了這條研發(fā)道路?，F(xiàn)在國外智能家居系統(tǒng)以及設(shè)備研發(fā)和應(yīng)用廣泛的一些國家有德國、美國以及日本等國家，他們在這個(gè)行業(yè)引領(lǐng)了時(shí)代潮流。目前智能家居系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)更上一層，各項(xiàng)功能都在日趨完善，量身定做的個(gè)性化服務(wù)也越來越能滿足人們多樣化的需求。目前智能家居已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)、可燃性氣體泄漏檢測、溫度和濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)、室內(nèi)光照自動(dòng)調(diào)節(jié)、火災(zāi)報(bào)警、闖入報(bào)警、語音交流以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等一系列功能。智能家居產(chǎn)業(yè)研發(fā)至今，各個(gè)國家和地區(qū)的發(fā)展水平不一，以美歐為首的發(fā)達(dá)國家目前在行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，以日、德等為代表的新興科技強(qiáng)國也在投入許多人力物力抓緊研發(fā)自己國家的產(chǎn)品。在智能家居市場開拓初期，進(jìn)入市場的公司只有全球幾家大型公司，面向市場的產(chǎn)品種類也是寥寥無幾，廣為大家熟知的有“夢幻之家”等。市場開拓完成之后，許多企業(yè)開始想在智能家居研發(fā)上分一杯羹，各大運(yùn)營商和互聯(lián)網(wǎng)巨頭分別發(fā)揮自身優(yōu)勢攻占智能家居市場，開始了激烈的市場爭奪賽。德國電信公司穩(wěn)坐歐洲電信運(yùn)營商的頭把交椅，資金雄厚，而且所擁有的客戶資源也是眾多公司所無法比擬的，可謂是行業(yè)中實(shí)力超強(qiáng)的公司。德國電信將資源整合在一起，與自身已有業(yè)務(wù)進(jìn)行捆綁，構(gòu)建屬于自己的家居系統(tǒng)平臺(tái)。蘋果公司使用自己開發(fā)的操作系統(tǒng)與其他設(shè)備廠商進(jìn)行商業(yè)合作，優(yōu)勢互補(bǔ)，互通有無，走出一條互利共贏的道路。2014年美國谷歌公司為了進(jìn)入市場，獲得更多市場業(yè)務(wù)，不惜花重金收購NEST，使得智能家居市場再次迎來熱潮，引起眾多公司的密切關(guān)注。1.2.2國內(nèi)智能家居發(fā)展現(xiàn)狀隨著人們對智能家居市場有了進(jìn)一步的認(rèn)識，國內(nèi)許多家電生產(chǎn)商以及互聯(lián)網(wǎng)公司都開始著眼于能家居市場的發(fā)展?，F(xiàn)代智能家居系統(tǒng)以利用科技更好的為大眾服務(wù)為目的，致力于進(jìn)一步提高人們的生活條件。目前國內(nèi)智能家居設(shè)備制造困難，標(biāo)價(jià)較高，維修不便，未能在全國范圍內(nèi)引起關(guān)注，大量使用。2000年國家出臺(tái)相關(guān)政策方案，推進(jìn)智能化建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，改變了我國目前智能化建筑的現(xiàn)狀，智能化小康示范小區(qū)開始進(jìn)入大家的視線之內(nèi)，成為了大家廣泛關(guān)注的對象，這一轉(zhuǎn)變也是為了實(shí)現(xiàn)智能化家居最終走向全國家庭。2005年國家為了規(guī)范解決智能家居市場中家庭服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的問題，出臺(tái)發(fā)布了《家庭網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)》。目前在智能家居生產(chǎn)制造方面，我國正在努力拼搏，奮力追趕前行者。在2009年，我國智能家居行業(yè)還處在業(yè)務(wù)開拓時(shí)期，市場份額達(dá)到240億元，在2010年實(shí)現(xiàn)市場份額翻一番，截止到2020年為止達(dá)到4354億元。我國智能家居產(chǎn)業(yè)如日方升，不久可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入全國普通家庭，引領(lǐng)新時(shí)代智能家居市場。第2章智能家居方案設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的是家用智能家居系統(tǒng)，由于是家居使用因此在電源的選擇上選用單相220V交流電。家居系統(tǒng)中使用的電動(dòng)機(jī)也是采用單相交流電驅(qū)動(dòng)。智能家居設(shè)計(jì)全部硬件構(gòu)造如下圖2-1所示。使用各種傳感器和手動(dòng)操作按鈕作為PLC的輸入，輸出端與中間繼電器相連，通過繼電器觸點(diǎn)的閉合來控制接觸器的得電，當(dāng)接觸器得電時(shí)，接觸器主觸電閉合，電機(jī)得電。圖2-1硬件結(jié)構(gòu)圖開關(guān)門窗：當(dāng)系統(tǒng)檢測到開門命令時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行打開門，在門開啟完全時(shí)會(huì)接觸到行程開關(guān)，停止執(zhí)行開門命令，開門結(jié)束。關(guān)門同理?？紤]到日常家居使用的方便性，使用窗簾開啟和關(guān)閉按鈕來控制窗簾開合的完成，窗戶的開合也由按鈕開關(guān)來完成。設(shè)置打開、關(guān)閉兩個(gè)不同功能的開關(guān)鍵，當(dāng)按下打開或者關(guān)閉按鍵時(shí)，使得相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)得電工作，實(shí)現(xiàn)打開或者關(guān)閉動(dòng)作，在打開或者關(guān)閉到位時(shí)，觸碰到行程開關(guān)，電動(dòng)機(jī)失電停止，相應(yīng)動(dòng)作完成。在發(fā)生諸如火災(zāi)等此類緊急事件時(shí)，系統(tǒng)要做到自行打開窗簾、窗戶以及門；在發(fā)生闖入報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制門窗關(guān)閉，如果此時(shí)同時(shí)有燃?xì)庑孤┗蛘呋馂?zāi)發(fā)生報(bào)警，則不執(zhí)行關(guān)閉門窗指令，而是執(zhí)行打開門窗指令，確保人身安全。溫、濕度控制：本課題采用空調(diào)降低室內(nèi)溫度、利用地暖升高室內(nèi)溫度、加濕器提高室內(nèi)濕度、除濕機(jī)降低室內(nèi)濕度，使溫度和濕度一直處于設(shè)定的數(shù)值區(qū)間之內(nèi)。利用溫、濕度傳感器實(shí)時(shí)檢測室內(nèi)溫、濕度數(shù)據(jù)并傳給PLC。當(dāng)溫度值大于臨界值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行空調(diào)設(shè)備，進(jìn)行降溫。當(dāng)室內(nèi)溫度降為停止運(yùn)行溫度時(shí)，系統(tǒng)控制空調(diào)電路斷開，停止運(yùn)行。空調(diào)開關(guān)溫度值可以自行設(shè)定，如果設(shè)定空調(diào)開啟溫度小于等于空調(diào)停止溫度，此時(shí)空調(diào)停止運(yùn)轉(zhuǎn)并觸發(fā)警報(bào)，提醒設(shè)備人員修正設(shè)定錯(cuò)誤，當(dāng)把錯(cuò)誤修正后停止報(bào)警，空調(diào)也可以正常運(yùn)行。在冬天時(shí)，當(dāng)室溫降至地暖開啟溫度以下，系統(tǒng)自動(dòng)打開地暖，使室內(nèi)溫度上升，當(dāng)溫度升至高于地暖停止溫度時(shí)，系統(tǒng)控制地暖停止運(yùn)行。設(shè)定地暖停止溫度低于地暖開啟溫度時(shí)，引發(fā)報(bào)警，當(dāng)修訂錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警解除，地暖正常工作。加濕器以及除濕機(jī)的使用同理。照明控制：照明可以由系統(tǒng)自動(dòng)控制也可以手動(dòng)操作。采用亮度傳感器以及紅外線傳感器實(shí)時(shí)檢測室內(nèi)環(huán)境。當(dāng)亮度傳感器檢測到室內(nèi)環(huán)境昏暗，同時(shí)人體紅外設(shè)備檢測到室內(nèi)有人在時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)控制打開照明系統(tǒng)，使室內(nèi)光線強(qiáng)弱處在舒適的范圍內(nèi)。在廚房、客廳以及衛(wèi)生間采用自動(dòng)控制照明方式以及手動(dòng)控制。并且在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)照明系統(tǒng)斷電開關(guān)，開關(guān)一直處于閉合狀態(tài)，當(dāng)有需要時(shí)，可以斷開照明系統(tǒng)斷電開關(guān)，此時(shí)即使?jié)M足照明系統(tǒng)打開的條件，也不會(huì)打開照明系統(tǒng)。臥室直接采用手動(dòng)開關(guān)控制照明燈的打開與關(guān)閉，不必考慮是否有人以及室內(nèi)亮度如何。安全檢測：本課題設(shè)計(jì)在室內(nèi)加裝外部闖入檢測、煙霧檢測、可燃性氣體檢測三種安全檢測。在門上和窗戶上安裝紅外報(bào)警設(shè)備,檢測到發(fā)生闖入時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)布指令，控制門窗關(guān)閉，阻止闖入發(fā)生。在廚房安裝煙霧檢測裝置檢測是否發(fā)生火災(zāi)，安裝可燃性氣體檢測裝置檢測是否發(fā)生煤氣泄漏。當(dāng)檢測到發(fā)生煤氣泄漏時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)控制門窗開啟，啟動(dòng)排氣，當(dāng)泄漏停止，室內(nèi)燃?xì)鉂舛冉抵涟踩秶鷥?nèi)時(shí)，燃?xì)庑孤﹫?bào)警結(jié)束；當(dāng)探測到室內(nèi)有火災(zāi)時(shí)，PLC發(fā)出報(bào)警信號，控制門窗打開，開啟消防噴頭，噴灑水進(jìn)行滅火。如果此時(shí)發(fā)生闖入報(bào)警，系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警動(dòng)作，屏蔽闖入報(bào)警，不執(zhí)行門窗關(guān)閉動(dòng)作。電路控制：各種家電設(shè)備與單相220V交流電連接，使用接觸器常開主觸點(diǎn)作為自動(dòng)控制的開關(guān)。PLC輸出端直接連接繼電器線圈，繼電器線圈有電流輸入時(shí)，繼電器觸點(diǎn)閉合，相應(yīng)的接觸器線圈得電，接觸器常開主觸點(diǎn)閉合，家電設(shè)備得電，開始運(yùn)轉(zhuǎn)。熔斷器是用來防止電路中的電器因?yàn)槎搪坊蛘哌^載發(fā)生損壞，熱繼電器是用來防止電路中的電器因?yàn)檫^載發(fā)生損壞。當(dāng)熱繼電器中的雙金屬片所受熱量過大時(shí)，受熱變形程度增大，造成電路斷路。電動(dòng)機(jī)在使用時(shí)經(jīng)常會(huì)過載情況，但只要過載情況不嚴(yán)重，是不會(huì)對電器造成傷害的。如果過載時(shí)間長，就會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的工作，降低電動(dòng)機(jī)的預(yù)期工作壽命，甚至可能發(fā)生嚴(yán)重事故，造成人員的傷害。在主電路以及各家電設(shè)備電路上安裝熔斷器、各家電設(shè)備電路上安裝熱繼電器。第3章智能家居硬件設(shè)計(jì)3.1PLC及硬件設(shè)備的選擇和確定3.1.1PLC的選擇PLC作為控制核心，是整個(gè)家居系統(tǒng)智能化運(yùn)行的大腦，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及邏輯運(yùn)算功能，它的選擇格外重要。輸入繼電器和輸出繼電器是PLC中非常重要的組成部分，外部所有的信號必須經(jīng)由輸入繼電器才能傳送給PLC。而PLC對外界設(shè)備的控制要通過輸出繼電器，外界設(shè)備與輸出繼電器相連接，接收PLC發(fā)出的指令，做出相應(yīng)的動(dòng)作。PLC的輸入和輸出信號都只能是數(shù)字量信號，為此三菱專門配備有多種型號的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，可以與PLC直接進(jìn)行連接使用，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇使用。根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中共計(jì)使用了32個(gè)輸入，18個(gè)輸出。三菱FX2N系列的PLC是高性能小型化PLC，性價(jià)比高，編程容易，接線操作簡單。其擁有的輸入輸出點(diǎn)從16到256不等，可以滿足多種情況下的使用要求。根據(jù)下表3-1：FX2N系列PLC的I/O繼電器元件號，選擇FX2N-64MR，在有額外需求時(shí)，可以選擇添加擴(kuò)展模塊使用，擁有富裕輸入輸出點(diǎn)，可供改造使用。表3-1FX2N系列PLC的I/O電器元件號形式型號FX2N-16MRFX2N-32MRFX2N-48MRFX2N-64MRFX2N-80MR輸入X0~X78點(diǎn)X0~X1716點(diǎn)X0~X2724點(diǎn)X0~X3732點(diǎn)X0~X4740點(diǎn)輸出Y0~Y78點(diǎn)Y0~Y1716點(diǎn)Y0~Y2724點(diǎn)Y0~Y3732點(diǎn)Y0~Y4740點(diǎn)3.1.2溫、濕度傳感器的選擇本課題選用QFA2060型溫、濕度傳感器對室內(nèi)溫度和濕度同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲得室內(nèi)溫、濕度數(shù)據(jù)。QFA2060型溫、濕度傳感器是利用環(huán)境溫、濕度變化引起電容以及電阻的變化測得室內(nèi)的溫度和濕度，再由QFA2060的輸出端直接輸出測量的模擬量信號。由于模擬量不能直接傳送給PLC，選擇FX-2AD模擬量輸入模塊，將傳感器輸出模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再傳送至PLC中，由PLC進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)設(shè)置的溫、濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控，使得室內(nèi)溫度和濕度保持在舒適的范圍內(nèi)。QFA2060型溫、濕度傳感器體積小、外形美觀，可直接固定在室內(nèi)的墻壁之上，不會(huì)對室內(nèi)的環(huán)境美觀造成影響。QFA2060型溫、濕度傳感器的外形實(shí)物圖如下圖3-1所示。圖3-1QFA2060型溫、濕度傳感器實(shí)物圖QFA2060的接線端子少，安裝方便，適用于家居系統(tǒng)使用。它含有4個(gè)接線端子分別為：G、GO、U1和U2。其中G和GO為工作電壓，U1為相對濕度的信號輸出，U2為溫度的信號輸出。傳感器的接線圖如下圖3-2所示。圖3-2QFA2060型溫、濕度傳感器接線圖QFA2060型溫、濕度傳感器對溫度測量的原理是隨著溫度變化，傳感器中敏感元件的阻值按照一定規(guī)律隨之變化，通過轉(zhuǎn)換元件和電路將環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直流0到10伏的電壓信號并向外界輸出。對濕度的測量原理是室內(nèi)濕度的變化引起傳感器內(nèi)部敏感元件電容值的變化，通過這種變化得到室內(nèi)相對濕度的值。溫、濕度傳感器的詳細(xì)參數(shù)如下表3-2所示。表3-2溫、濕度傳感器的詳細(xì)參數(shù)名稱參數(shù)型號QFA2060電源AC24VorDC13.5-35V溫濕度輸出信號DC0-10V濕度測量范圍0-95%溫度測量范圍0-50゜Cor-35-35゜C測量精度23゜C時(shí)，精度為±5%時(shí)間常數(shù)濕度<2min,溫度<3min防護(hù)等級IP30接線4線3.1.3亮度傳感器的選擇本課題針對智能家居控制系統(tǒng)室內(nèi)亮度整體調(diào)控的考慮選用了E2000系列的E5031PE亮度傳感器。E5031PE可以對室內(nèi)亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，把采集到的數(shù)據(jù)傳送給PLC，由PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算然后調(diào)控?zé)艄?。E5031PE亮度傳感器詳細(xì)參數(shù)如下表3-3所示。表3-3E5031PE亮度傳感器詳細(xì)參數(shù)名稱參數(shù)型號E5031PE電源DC15-36V電流消耗18mA工作溫度0-45℃工作濕度0-95%RH亮度測量范圍20-3000lx3.1.4紅外線傳感器的選擇本課題采用5753L紅外線檢測設(shè)備檢測室內(nèi)是否有人在。5753L型亮度傳感器探測角度大，可以達(dá)到360°無死角檢測；探測范圍可以達(dá)到12m×14m的橢圓，滿足家居系統(tǒng)使用；工作濕度：0-95%RH，工作溫度：0-45℃。5753L紅外傳感器實(shí)物圖如下圖3-3所示。圖3-3紅外傳感器實(shí)物圖3.2電路設(shè)計(jì)3.2.1主電路設(shè)計(jì)主電路圖如下圖3-4所示，采用單相220V交流電供電。主電路采用空氣開關(guān)QF控制所有設(shè)備得電，并用熔斷器FU進(jìn)行短路、過載保護(hù)。采用2P-40A帶漏保型空氣開關(guān)，工作電壓220V，允許通過最大電流40A。采用RT18-40A型熔斷器，工作電壓在380V以下，允許通過最大電流40A。M1是控制門開關(guān)的電動(dòng)機(jī)，KM1主觸點(diǎn)閉合時(shí)，實(shí)現(xiàn)控制門的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，此時(shí)可以控制門打開；KM2主觸點(diǎn)閉合時(shí)，電動(dòng)機(jī)則實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，此時(shí)控制門關(guān)閉。電容C1是門電動(dòng)機(jī)單向正反轉(zhuǎn)控制電容。采用YU632-4型單相電動(dòng)機(jī)，工作電壓220V，頻率50Hz，功率90W?？刂拼皯艉痛昂熼_關(guān)的電動(dòng)機(jī)在主電路設(shè)計(jì)上采取和控制門的電路一樣的電路設(shè)計(jì)。在空調(diào)、地暖、消防等電動(dòng)機(jī)的電路上接入相對應(yīng)的接觸器主觸點(diǎn)控制電路的通斷。采用CJX2-4011型接觸器，額定電流40A，三常開主觸點(diǎn)，一開一閉輔助觸點(diǎn)。圖3-4主電路圖3.2.2控制電路設(shè)計(jì)控制電路圖如下圖3-5所示，采用單相交流電源供電。采用S-60W-24V型開關(guān)電源將交流220V轉(zhuǎn)換為直流24V。采用JZX-22F(D)/2Z-DC24V型繼電器，線圈工作電壓直流24V，觸點(diǎn)可以在交流220V下使用。圖3-5控制電路圖采用KA1、KA2閉合控制KM1、KM2得電，通過KM1和KM2主觸點(diǎn)的閉合控制門電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。當(dāng)KA1動(dòng)作時(shí)，KM1線圈得電，常開主觸點(diǎn)立即閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，控制門打開；反之，KA2動(dòng)作時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)窗戶關(guān)閉動(dòng)作。FR是熱繼電器的常閉觸點(diǎn)，使用熱繼電器對電路進(jìn)行過載保護(hù)，當(dāng)電路發(fā)生長時(shí)間過載工作時(shí)，熱繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器線圈失電，主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使電路得到保護(hù)。KM1、KM2的常閉觸點(diǎn)分別串接在對方線圈所在的電路上，形成互鎖保護(hù)電路。當(dāng)KM1的線圈得電時(shí)，常閉輔助觸點(diǎn)自動(dòng)斷開，使得KM2的工作線圈電路斷開；反之，KM2得電時(shí)，KM1工作線圈電路斷開。通過使用KM1和KM2的常閉輔助觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖，使得KM1和KM2的線圈不能同時(shí)得電，即電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路同一時(shí)刻不能都接通，保證電路可以安全可靠工作。窗戶和窗簾的控制電路與門的控制電路同理。控制空調(diào)、地暖、加濕器、除濕機(jī)、消防和通風(fēng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的接觸器，用繼電器觸點(diǎn)控制電路的通斷，并在電路上串接熱繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。3.2.2PLC接線圖設(shè)計(jì)按照智能家居系統(tǒng)的使用要求，對PLC的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行地址分配，得到I/O分配表如表3-4所示：表3-4PLC的I/O分配表輸入輸出器件號地址號功能說明器件號地址號功能說明S1X0門上紅外感應(yīng)KA1Y0開門S2X1窗戶紅外感應(yīng)KA2Y1關(guān)門S3X2溫度傳感器KA3Y2開窗S4X3濕度傳感器KA4Y3關(guān)窗S5X4燃?xì)庑孤z測KA5Y4開窗簾S6X5亮度傳感器KA6Y5關(guān)窗簾S7X6煙霧傳感器KA7Y6空調(diào)S8X7人體紅外感應(yīng)KA8Y7地暖SQ1X10窗開啟到位KA9Y10加濕器續(xù)表器件號地址號功能說明器件號地址號功能說明SQ2X11窗關(guān)閉到位KA10Y11除濕機(jī)SQ3X12門開啟到位KA11Y12通風(fēng)SQ4X13門關(guān)閉到位KA12Y13消防SB1X14手動(dòng)開門HA1Y14闖入報(bào)警SB2X15手動(dòng)關(guān)門HA2Y15火災(zāi)報(bào)警SB3X16手動(dòng)開窗HA3Y16燃?xì)庑孤﹫?bào)警SB4X17手動(dòng)關(guān)窗EL1Y17照明燈SB5X20手動(dòng)開窗簾EL2Y20臥室燈SB6X21手動(dòng)關(guān)窗簾EL3Y21洗手間燈QS1X22手動(dòng)開燈QS2X23臥室燈開關(guān)QS3X24洗手間燈開關(guān)QS4X25手動(dòng)開空調(diào)QS5X26手動(dòng)開地暖QS6X27照明斷電QS7X30空調(diào)斷電QS8X31地暖斷電QS9X32加濕器斷電QS10X33除濕機(jī)斷電QS11X34外出模式QS12X35系統(tǒng)開啟根據(jù)I/O分配表以及智能家居系統(tǒng)的控制電路，繪制PLC接線圖如圖3-6所示。將AC220V接PLC的電源入口L和N，給PLC供電。24V直流電壓接PLC的COM端，使PLC輸出端得到24V直流電壓。圖3-6PLC接線圖第4章基于三菱PLC的梯形圖設(shè)計(jì)梯形圖是PLC進(jìn)行編程的形式之一，邏輯關(guān)系明顯，程序繪制簡單。本課題按照智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能要求，使用GX-Developer繪制智能家居控制系統(tǒng)的梯形圖程序。下面對梯形圖實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作進(jìn)行逐一分析。開門程序如圖4-1所示：PLC輸入端X0、X1采用上升沿觸發(fā)，當(dāng)煙霧傳感器或者燃?xì)庑孤z測有信號輸入時(shí)，輸出端Y0輸出信號，控制門打開，當(dāng)門打開完成時(shí)，接觸到行程開關(guān)，門開到位常閉觸點(diǎn)X12斷開，此時(shí)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，開門動(dòng)作結(jié)束。這是自動(dòng)控制，此外還可以選擇手動(dòng)控制，按下手動(dòng)開門按鍵，Y0有輸出，開門常開觸點(diǎn)Y0閉合，形成自鎖，控制門打開。并且和關(guān)門Y0的常閉觸點(diǎn)形成互鎖，當(dāng)開門時(shí)，關(guān)門程序斷開。圖4-1開門的梯形圖程序控制關(guān)門的梯形圖如圖4-2所示：安裝在門上和窗戶上的紅外感應(yīng)有信號輸出時(shí)，即表示正在有人試圖闖入室內(nèi)，此時(shí)PLC發(fā)出指令控制電動(dòng)機(jī)執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作，關(guān)門動(dòng)作完成時(shí)，行程開關(guān)常閉觸點(diǎn)X13斷開，電動(dòng)機(jī)失電，關(guān)門動(dòng)作停止。關(guān)門與開門之間同樣構(gòu)成互鎖，當(dāng)關(guān)門動(dòng)作發(fā)生時(shí)，常閉觸點(diǎn)Y0斷開阻斷開門動(dòng)作的發(fā)生。PLC執(zhí)行自動(dòng)關(guān)門指令的前提是家中環(huán)境安全，即未發(fā)生燃?xì)庑孤┗蛘呋馂?zāi)。如果家中燃?xì)庑孤┗蛘甙l(fā)生火災(zāi)，則X4或者X6常閉觸點(diǎn)斷開，此時(shí)屏蔽闖入報(bào)警。也可以進(jìn)行手動(dòng)關(guān)門操作，程序原理與開門相同。圖4-2關(guān)門的梯形圖程序開窗程序如圖4-3所示：X6和X4采取上升沿觸發(fā)，當(dāng)室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)X6閉合，當(dāng)發(fā)生燃?xì)庑孤稌r(shí)X4閉合時(shí)。只要X6和X4其中一個(gè)閉合，Y2就會(huì)輸出信號控制電動(dòng)機(jī)執(zhí)行開窗動(dòng)作，窗開啟完全時(shí)限位開關(guān)X10常閉觸點(diǎn)斷開，開窗動(dòng)作停止。也可以選擇手動(dòng)開窗操作。圖4-3開窗的梯形圖程序關(guān)窗的梯形圖如圖4-4所示：當(dāng)門上或者窗戶上的紅外感應(yīng)檢測到信號時(shí)，X0和X1閉合，此時(shí)Y3發(fā)出信號控制電動(dòng)機(jī)執(zhí)行關(guān)窗動(dòng)作，窗關(guān)閉完全時(shí)，行程開關(guān)常閉觸點(diǎn)X13斷開，電動(dòng)機(jī)斷電，關(guān)門動(dòng)作結(jié)束。關(guān)門與開門之間同樣構(gòu)成互鎖，當(dāng)開門動(dòng)作發(fā)生時(shí)，常閉觸點(diǎn)Y0斷開阻斷關(guān)門動(dòng)作的發(fā)生。圖4-4關(guān)窗的梯形圖程序室內(nèi)照明系統(tǒng)程序如圖4-5所示：采用亮度傳感器檢測室內(nèi)光照強(qiáng)度，采用人體紅外感應(yīng)檢測室內(nèi)是否有人。當(dāng)室內(nèi)光線弱時(shí)X5自動(dòng)閉合，當(dāng)檢測到室內(nèi)有人時(shí)X7自動(dòng)閉合。當(dāng)X7和X5同時(shí)閉合時(shí)，Y17才可以輸出指令，控制室內(nèi)照明燈工作。如果手動(dòng)操作斷開照明斷電按鈕X31，此時(shí)照明系統(tǒng)將一直處于關(guān)閉狀態(tài)，屏蔽傳感器指令。除了可以使用系統(tǒng)自動(dòng)控制室內(nèi)照明外，還可以選擇手動(dòng)閉合X24，打開室內(nèi)燈光設(shè)備。圖4-5照明系統(tǒng)的梯形圖程序溫度控制程序如圖4-6所示：使用溫度傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳送給PLC，通過TO和FROM指令將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地址D0中，通過PLC的觸點(diǎn)比較指令，調(diào)控室內(nèi)溫度變化。當(dāng)傳感器測得室內(nèi)的溫度大于空調(diào)開啟溫度時(shí)，Y6有輸出，控制空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，常開觸點(diǎn)Y6閉合形成自鎖，當(dāng)室內(nèi)溫度小于空調(diào)開啟溫度時(shí)，Y6依舊可以輸出信號控制空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到室內(nèi)溫度降到空調(diào)停止溫度時(shí)，Y6停止輸出，空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束。當(dāng)室內(nèi)溫度小于地暖開啟溫度時(shí)，PLC通過Y7輸出信號控制地暖運(yùn)轉(zhuǎn)，常開觸點(diǎn)Y7閉合形成自鎖，此時(shí)室內(nèi)溫度升高至大于地暖開啟溫度，Y7依舊輸出信號控制地暖運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)室內(nèi)溫度升高至地暖停止溫度時(shí)，指令輸出端Y7停止指令輸出，地暖停止運(yùn)轉(zhuǎn)。通過設(shè)定空調(diào)開啟溫度、空調(diào)停止溫度、地暖開啟溫度和地暖停止溫度使室內(nèi)溫度處于舒適的范圍之內(nèi)。除了系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)室內(nèi)的溫度控制空調(diào)和地暖的開啟與關(guān)閉來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度之外，還可以通過手動(dòng)操作空調(diào)開關(guān)X27和地暖開關(guān)X30開調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。圖4-6溫度控制的梯形圖程序濕度控制程序如圖4-7所示：使用濕度傳感器采集室內(nèi)濕度信息，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊后傳送給PLC，通過TO和FROM指令將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在地址D1中，通過PLC的觸點(diǎn)比較指令，調(diào)控室內(nèi)濕度變化。當(dāng)D1的值大于D6和D7的值時(shí)，Y11輸出指令控制除濕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低室內(nèi)濕度，常開觸點(diǎn)Y11閉合形成自鎖，當(dāng)室內(nèi)濕度小于濕度上限時(shí)，Y11依舊可以輸出信號控制除濕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至室內(nèi)濕度降為濕度下限，Y11停止輸出，除濕機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)D1小于D6和D7的值時(shí)，PLC通過Y10輸出信號控制加濕器運(yùn)轉(zhuǎn)，常開觸點(diǎn)Y10閉合形成自鎖，當(dāng)室內(nèi)濕度升高至濕度上限時(shí)，Y10停止信號輸出，加濕器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。通過設(shè)定濕度上限和濕度下限使系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控室內(nèi)濕度在舒適的范圍之內(nèi)。圖4-7濕度控制的梯形圖程序報(bào)警控制程序如圖4-8所示：智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中共采用了三種報(bào)警裝置，采用三種不同的報(bào)警裝置，可以在發(fā)生報(bào)警時(shí)，讓室內(nèi)人員能夠迅速做出相應(yīng)的應(yīng)對舉措，盡可能減少人員的損失。Y14輸出信號發(fā)生闖入報(bào)警，Y15輸出信號發(fā)生火災(zāi)報(bào)警，Y16輸出信號發(fā)生燃?xì)庑孤﹫?bào)警。當(dāng)門上紅外檢測或者窗戶紅外檢測有信號時(shí)，觸點(diǎn)X0或者X1閉合，Y14輸出闖入報(bào)警信號，提醒人員發(fā)生闖入。當(dāng)煙霧傳感器有信號時(shí)，觸點(diǎn)X6閉合，Y15輸出火災(zāi)報(bào)警信號，同時(shí)Y12輸出信號控制室內(nèi)通風(fēng)，Y13輸出信號控制消防滅火。當(dāng)系統(tǒng)檢測到室內(nèi)發(fā)生燃?xì)庑孤r(shí)觸點(diǎn)X4閉合，Y16輸出燃?xì)庑孤﹫?bào)警，同時(shí)Y12輸出信號控制室內(nèi)通風(fēng)。圖4-8報(bào)警控制的梯形圖程序

第5章組態(tài)王的介紹及設(shè)計(jì)5.1組態(tài)王6.55軟件的介紹北京亞控科技有限公司自成立以來一直致力于自動(dòng)化軟件的研究與開發(fā)，為國內(nèi)外眾多企業(yè)提供軟件技術(shù)以及工業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)，是我們國家自動(dòng)化軟件行業(yè)的領(lǐng)頭羊。為了應(yīng)對自動(dòng)化科技技術(shù)的發(fā)展，滿足工業(yè)生產(chǎn)中監(jiān)控以及動(dòng)畫模擬的需求，北京亞控科技有限公司開發(fā)了組態(tài)王軟件。用戶可以使用組態(tài)王軟件對生產(chǎn)過程進(jìn)行動(dòng)畫模擬以及實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)全過程，實(shí)時(shí)對整個(gè)生產(chǎn)過程中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合以及處理。使企業(yè)更高效的獲得最有效的信息，更快的把握時(shí)機(jī)做出應(yīng)對，以實(shí)現(xiàn)最大的利益。組態(tài)王6.55版本擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能，使用非常方便，對電腦的配置要求比較低，一般配置的電腦就可以流暢使用組態(tài)王軟件，這可以減少企業(yè)前期成本投入。組態(tài)王軟件新的版本進(jìn)一步對畫面、變量定義和使用、報(bào)警和事件以及數(shù)據(jù)庫等功能進(jìn)行了改進(jìn)，使得用戶對軟件的使用更加得心應(yīng)手。工程建立簡潔明了，變量、畫面，命令語言清楚易懂，而且圖庫功能更加強(qiáng)大，圖庫種類完善齊全；集成了對KingHistorian的支持，使得組態(tài)王軟件如虎添翼，功能更加強(qiáng)大，滿足了廠商對于復(fù)雜化平臺(tái)大數(shù)據(jù)運(yùn)算與存儲(chǔ)能力的需求。組態(tài)王具有以下主要功能特性：1、操作界面簡單明了，容易上手，畫面命令編程簡單易懂，有簡單的編程基礎(chǔ)就可以使用，不需要花大量時(shí)間學(xué)習(xí)動(dòng)畫編程；2、如果有需要使用的圖形，但圖庫中沒有，用戶可以使用點(diǎn)位圖功能將外部圖片放置軟件中進(jìn)行使用，并可以對其進(jìn)行動(dòng)畫功能設(shè)置，使得模擬效果更具真實(shí)性；3、組態(tài)王軟件的動(dòng)畫效果基礎(chǔ)且全面，用戶可以簡單操作就建立出動(dòng)畫效果，可以模擬眾多的實(shí)際生產(chǎn)監(jiān)控場景，這使得組態(tài)王的應(yīng)用非常廣泛，最大程度降低了組態(tài)王使用的局限性；4、可以連接的設(shè)備豐富，基本可以連接所有型號的PLC設(shè)備，還可以連接其他智能設(shè)備。5.2組態(tài)王軟件的設(shè)計(jì)根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)控制要求，使用組態(tài)王軟件模擬智能家居系統(tǒng)整體控制過程。本課題組態(tài)王的設(shè)計(jì)流程是：1、設(shè)計(jì)上位機(jī)框架運(yùn)行流程圖；2、在組態(tài)王軟件的數(shù)據(jù)詞典中對需要使用到的變量進(jìn)行定義；3、創(chuàng)建智能家居系統(tǒng)模擬監(jiān)控畫面；4對監(jiān)控畫面進(jìn)行動(dòng)畫連接設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如圖5-1所示。圖5-1設(shè)計(jì)流程圖5.2組態(tài)王畫面的建立雙擊組態(tài)王軟件運(yùn)行，彈出工程管理器界面，如圖5-2所示。圖5-2工程管理器界面如圖5-3所示，點(diǎn)擊新建圖標(biāo)，出現(xiàn)新建工程向?qū)Ы缑?。根?jù)向?qū)Ы缑嫣崾具x擇新建工程文件所在的位置，以及為新工程命名。圖5-3新建工程向?qū)鐖D5-4所示，雙擊選定的工程，進(jìn)入工程瀏覽器界面。在工程瀏覽器界面有畫面、系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)、設(shè)備等設(shè)置選項(xiàng)。圖5-4工程瀏覽器界面如圖5-5所示，雙擊COM1，進(jìn)入通訊串口設(shè)置，因?yàn)楸菊n題選用的是三菱PLC，數(shù)據(jù)位要設(shè)置為7位。圖5-5設(shè)置串口界面如圖5-6所示，在設(shè)備選項(xiàng)中雙擊新建，彈出設(shè)備配置向?qū)Вx用三菱FX2N系列的PLC設(shè)備。圖5-6設(shè)備配置向?qū)Ы缑嫒鐖D5-7所示，在工程瀏覽器界面的數(shù)據(jù)詞典里面建新數(shù)據(jù)變量，填寫變量名稱、選擇變量類型以及選擇變量的連接設(shè)備。圖5-7定義變量界面如圖5-8所示，單擊畫面圖標(biāo)，進(jìn)入新建畫面界面，雙擊新建命令，進(jìn)入新畫面界面。新畫面界面的對話框中可以設(shè)置畫面名稱、畫面位置以及畫面風(fēng)格。圖5-8新畫面界面智能家居系統(tǒng)模擬畫面有五部分組成，分別是主畫面、窗戶控制、溫濕度控制、安全檢測以及照明控制畫面。在主畫面中可以通過點(diǎn)擊其他模擬畫面的按鈕進(jìn)入到相對應(yīng)的畫面中，可以使得各部分檢測組成整體，方便監(jiān)控整個(gè)室內(nèi)家居。主畫面如圖5-9所示。圖5-9智能家居系統(tǒng)主畫面窗簾控制模擬：窗簾控制模擬中有開窗簾按鍵和關(guān)窗簾按鍵，用圖中方塊代表窗簾，當(dāng)按下關(guān)窗簾按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)窗簾落下，開窗簾指示燈亮，窗簾完成關(guān)閉后，電動(dòng)機(jī)停止工作，關(guān)窗簾指示燈熄滅，開窗簾與關(guān)窗簾同理。關(guān)窗簾模擬如圖5-10所示。圖5-10關(guān)窗簾畫面窗戶控制模擬：手動(dòng)開關(guān)窗戶由窗戶控制模擬畫面中的旋鈕開關(guān)來完成，當(dāng)旋鈕開關(guān)打在“開”時(shí)，窗戶會(huì)被打開，而當(dāng)旋鈕開關(guān)置于“關(guān)”時(shí)，窗戶則會(huì)被關(guān)閉。開窗模擬圖如圖5-11所示。圖5-11開窗戶畫面照明控制：照明控制采取光強(qiáng)檢測和人體紅外檢測，當(dāng)室內(nèi)有人且光線較暗系統(tǒng)自動(dòng)開啟照明系統(tǒng)，也可以