基于PLC(S7-300)控制的智能家居系统

河北建材职业技术学院HebeiVocational&TechnicalCollegeofBuildingMaterials毕业设计（2016届）题目：基于PLC（S7-300）控制的智能家居系统所属系部机电工程系专业电气自动化技术班级13电气姓名吕宁学号0418130118指导教师邢满荣完成日期：2016年6月13日摘要随着社会的不断发展进步，人们不断去追求更舒适、方便、高效、安全的生活环境。传统的家居环境无法满足人们越来越高的要求。本文的设计思路是将家居自动化、家居安全防护等功能集中在一个综合管理系统上，采用模块化的编程方法，分为智能窗帘开合系统、智能车库系统、电动衣架系统、智能洗衣机系统、智能烧水系统、夜间模式和防盗模式，在保证稳定可靠、环保节能和降低成本的前提下，提高家居环境的安全性、舒适性、方便性。并且可以根据用户的实际需求，进行添加、删除和修改模块功能。关键词：可编程控制器智能家庭PLC编程目录绪论......................................................................11.PLC选型...................................................................22.智能家庭系统设计..........................................................32.1智能家庭系统编程结构.....................................................32.2智能家庭系统编程方法.....................................................33.PLC编程部分...............................................................43.1总输入输出分配表和总符号表...............................................43.2主程序部分...............................................................43.3智能窗帘开合系统.........................................................53.4智能车库系统.............................................................53.5电动衣架系统.............................................................53.6智能洗衣机系统...........................................................63.7智能烧水系统.............................................................83.8夜间模式系统.............................................................84.调试......................................................................8结论......................................................................9致谢......................................................................9参考文献...................................................................10附录1主程序...............................................................11附录2智能窗帘程序.........................................................13附录3智能车库程序.........................................................15附录4电动衣架程序.........................................................18附录5智能洗衣机程序.......................................................20附录6智能烧水程序.........................................................26附录7夜间模式程序.........................................................28表1总输入输出分配表.......................................................29表2总符号表...............................................................301绪论随着计算机技术、自动化技术的发展，智能家庭这种时代的产物应运而生。所谓智能家庭，就是综合利用这些技术，将与家居环境相关的各类子系统联系在一起，将本来被动静止的结构转变为具有智慧的体系，提供安全方面的信息交流功能，优化人们的生活方式，让家居生活更加舒适、安全、高效、可靠。智能家庭，或称智能住宅，是以住宅为平台，兼备建筑设备、网络通讯、信息家电和设备自动化功能。集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。它在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具。智能家居不仅提供了全方位的信息交换功能，还优化了人们的生活方式和居住环境，帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、计算机控制、定时控制以及电话远程遥控等功能。随着家庭智能化在世界范围内的日渐普及，智能家居在上个世纪末悄然走进了中国市场。近年来，智能家居频繁地出现在各大媒体上，一时之间成了人们耳熟能详的词汇。PLC作为家庭网络，还非常便于在传统数据处理设备（如PC机等）与计算机外设之间交换数据。信息家电也可与计算机进行对话。例如：利用PLC网络可以很方便地从电视机或VCR向PC机发送多媒体数据。PLC还可以用于住宅安全方面，利用装在门口的摄像机把图像传送至电视机。目前，PLC家庭网络必须借助其它技术来向互联网发送数据以及与移动设备通信。美国大多数住宅最终将装用像DSL或CableModem之类的宽带连接。为了使PLC设备能够共享宽带互联网连接，可以在PLC网上添加一个PLC互联网路由器。需要与互联网上其它设备通信的设备将通过电力线向数据中心发送数据由它来决定是否向互联网发送数据。在将来，信息家电选路设备也许可以不要。研究人员正在开发利用外部配电线让PLC家庭网络直接与其它住宅、电力厂和互联网对话的解决方案。这种用于互联网接入的网络基础设施对发展中国家特别有吸引力，因为不需要额外的支出。从国家产业政策方向分析，智能家居行业作为高新技术产业，必定是国家产业扶持的对象。智能家居行业，是一个朝阳产业，处于行业的快速发展期。智能家居的潮流不可逆转。在中国13亿人口中大概有3.5亿个家庭，如果平均每个家庭在智能化装修的费用上作出6000元的预算，那么未来的整个智能家居的产业值将超过上千万，可以想象这样的市场会有多么的庞大。21、PLC选型国内外对智能家庭的研究有很多，但是多选用单片机和ARM作为主空器。智能家庭首要的问题就是稳定可靠性，PLC相对于单片机和ARM来说更加稳定实用。S7-300PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。CPU的右边是可以选择的IM接口模块。S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别放在导轨的1号槽、2号槽和3号槽上。一条导轨共有11个槽号：1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。如：DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等。该程序CPU选用常用的CPU312，总共需要26个输入点（I0.0~I3.1）和21个输出点(Q0.0~Q2.4)，因此选用两个16位输入输出。输入地址这定为I0.0至I3.7，输出地址设定为Q0.0至Q3.7。特别注意，因为程序中运用到了周期为1s占空比为50%的脉冲，因此在CPU设置中应对CPU周期/时钟存储器进行设置，定义初始地址为100。PLC模块选择如图1-1所示。图1-1PLC模块选择I/0模块地址如图1-2所示。图1-2I/O模块地址CPU模块时钟寄存器配置如图1-3所示。3图1-3CPU时钟存储器设置2、智能家庭系统设计2.1智能家庭系统编程结构智能家庭控制系统由PLC控制。主程序中包含防盗报警系统完整程序、智能窗帘程序块、智能车库程序块、电动衣架程序块、智能洗衣机程序块、智能烧水程序块和夜间模式程序块。结构示意图如图2-1所示。2.2智能家庭系统编程方法基于S7-300型PLC的智能家庭控制系统，总共分为智能窗帘开合系统、智能车库系由PLC控制智能窗帘开合程序智能车库程序电动晾衣架程序智能洗衣机程序智能烧水程序夜间模式主程序图2-1编程结构示意图4统、电动晾衣架系统、智能洗衣机系统、智能烧水系统和夜间模式六个部分。编程部分使用西门子S7-300型PLC编程系统，采用模块化编程方法。首先将不同功能编入FB功能块中，再将各个FB功能块编入主程序，构成整个智能家庭系统。运用模块化的编程方法，可以使原本复杂的编程思路变得简单、清晰、有条理。减少了不同功能程序之间的干扰便于调试，很大程度上提高了编程的成功率。同时便于在使用中随时修改不同模块的不同功能，减小对其他功能的影响，提高了智能家庭系统的整体稳定性。3、PLC编程部分3.1总输入输出分配表和总符号表总输入输出分配表包含全部输入点和输出点所对应的功能。总符号表标示了程序中各程序块的功能名称。总输入输出分配表和总符号表分别见表1和表2。3.2主程序部分主程序是智能家庭系统编程中的主体部分。它包括了总开关程序、防盗报警触发系统程序、窗帘控制子程序、智能车库控制子程序、电动晾衣架子程序、智能洗衣机子程序、智能烧水子程序和夜间模式子程序。主程序中，除六个子程序外，包含总开关程序和防盗报警触发程序。总开关程序是全部智能家庭系统的开关，家中有人时总开关I0.0导通，无人时总开关I0.0断开。如图3-1所示。图3-1主程序总开关程序段主程序见附录1。53.3智能窗帘开合系统自动窗帘开合系统，装有光敏电阻，可以根据外部光线强弱判断白天和黑夜，从而自动控制窗帘白天打开夜晚关闭。同时可根据实际情况选择手动控制窗帘开启关闭。对智能窗帘开和系统的编程，采用对控制线圈Q0.0和Q0.1的置复位和线圈互锁的方式实现电机正反转，使编程简单化，同时不会相互影响。I0.1和I0.2分别为窗帘手动开和窗帘手动关，分别控制窗帘正转电机Q0.0和窗帘反转电机Q0.1。I0.3是光敏电阻，通过对光敏电阻高低电平的检测，来控制窗帘的开合。其中，I0.3的上升沿控制窗帘打开，I0.3的下降沿控制窗帘合上。T0和T1为窗帘电机正反转定时。采