基于PLC居室安全系統(tǒng)設計與調試

1、基于的居室安全系統(tǒng)的設計和調試系 部： 學生姓名： 專業(yè)班級： 學 號： 指導教師： 2016年3月11日聲 明本人所呈交的基于PLC的居室安全系統(tǒng)的設計和調試是我在指導教師的指導和查閱相關著作下獨立進行分析研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 20年3月21日【摘要】隨著社會的進步，科技的發(fā)展，越來越多的科技產品融入到日常生活中，本文主要設計基于PLC控制的家居安全系統(tǒng)，通過家居設施的常規(guī)自動化，在家中無人時，模擬家中有人的情景，如四個居室的百

2、葉窗在天亮后打開，在天黑時關閉。在中午時分草坪灑水噴頭自動三百六十度灑水五分鐘然后關閉。而四個居室的照明燈在天黑后四個小時內輪流點亮1小時，達到無人家而造成有人在家的假象，讓小偷不敢進家行竊，如果小偷進入居室，居室就會響起警報，從而保護財產安全。本文分析了解了家居安全系統(tǒng)的要求，設計了基于PLC的光電開關、PLC控制器和繼電器控制的機械元件，選擇三菱FX2N控制器，用GX Developer軟件編寫程序，并調試，驗證了系統(tǒng)的可行性?；赑LC家居安全系統(tǒng)操作簡單，安全可靠，費用低，具有廣大的應用前景?！娟P鍵詞】：家居安全系統(tǒng)；PLC可編程系統(tǒng)；自動化【Abstract】With the pro

3、gress of the society, the development of science and technology, more and more technology into daily life, in this paper, we design a home security system based on PLC control, through the conventional automatic household facilities, no person at home, to simulate someone in the home, such as four o

4、f the bedroom after the shutters in the morning, open an hour later, closed when it is dark. And four bedroom lamp in five hours took turns to light up 1 hour after dark, all day and start monitoring system, to achieve no illusion caused by someone at home, let the thief did not dare to enter a burg

5、lary, to protect the security of the property.In this paper, to understand the demand of home security system, designed a photoelectric switch based on PLC, PLC controller and relay control of mechanical components, selection of mitsubishi FX2N controller, with GX Developer software programming, and

6、 debugging, verify the feasibility of the system. Home security system based on PLC operation is simple, safe and reliable, low cost, it has broad application prospects.【Keywords】:Home security system; PLC programmable system; automation目錄引言1一、系統(tǒng)設計要求2(一)控制要求2(二)PLC 控制器的設計思路2二、系統(tǒng)的硬件設計3(一)晝夜開關的選擇31.晝夜

7、開關的組成3(二)百葉窗及照明燈控制元件41.控制百葉窗電機42.百葉窗上下限位開關53.直流電機和照明燈繼電器的選擇5(三)體感應及報警設備61.人體感應的選擇62.報警器的選擇6(四)PLC控制器71.PLC控制器的選擇7三、PLC的編程與程序8(一)編程軟件的介紹8(二)PLC控制器輸入點輸出點的分配8(三)I/O分配表8(三)I/O接線圖10(四)流程圖10(五)程序編寫101.居室百葉窗的控制程序102.居室照明燈的控制程序113.系統(tǒng)的關閉12四、仿真13(一)觸摸屏仿真軟件GT Simulater313(二)仿真制作13(三)仿真開始14總結17致謝18參考文獻19附錄20引言隨

8、著生活水平的提高，家居生活中的安全隱患越來越引起人們的關注，現(xiàn)代社會的生活節(jié)奏的加快，家庭旅游，走親戚，短期出差越來越普遍，家主短期不在家的現(xiàn)象越來越多，因此針對家主短期不在家居住的安全防盜問題也越來越突出。無論是有錢人還是沒錢人都需要住處，甚至買幾套作為升值產品，這樣就給竊賊制造了很大的作案空間，入室盜竊也越來越猖狂，為了確保居民的財產安全，國內外都針對這日漸棘手的問題進行了各方面的系統(tǒng)的設計和研究。目前市場上的大多數(shù)的報警設備以單片機為核心，加上其他的外圍設備構成的防盜系統(tǒng),雖然連接上很簡單，集成度也高，功能上也比較全面，但是編程比較復雜，還需要后期的定期檢查和維護，同時成本比較高，這就造

9、成了它的局限性，不能被普及。而以PLC為基礎設計的居室安全系統(tǒng)就孕育而出，它是一種新型的通用的自動化控制裝置，編程簡單，連接方便，應用范圍廣，價格低廉，非常適合用戶使用。PLC控制器是以計算機技術為核心的自動化控制裝置，采用可編程存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸出和輸入，控制各種類型的機械或生產過程。PLC具有穩(wěn)定性可靠。價格低廉、功能齊全、應用靈活、操作方便維護簡單等優(yōu)點，不管在工作還是生活中都得到了廣泛的應用。為解決家居安全問題，我設計了這個基于PLC的居室安全系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有模擬用戶在家時的情景，即白天四個居室的百

10、葉窗在繼電器的作用下打開、在黑天關閉，四個居室的照明燈在天黑后之間輪流點亮。同時該系統(tǒng)還有報警功能，在居室進入盜賊時，聲光報警器報警。驚嚇盜賊，并通知周圍人，以達到達到保護財產的目的。為解決家居安全問題，我設計了這個基于PLC的居室安全系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有模擬用戶在家時的情景，即白天四個居室的百葉窗在繼電器的作用下打開、在黑天關閉，四個居室的照明燈在天黑后之間輪流點亮。同時該系統(tǒng)還有報警功能，在居室進入盜賊時，聲光報警器報警。驚嚇盜賊，并通知周圍人，以達到達到保護財產的目的。一、系統(tǒng)設計要求(一)控制要求1.戶主在家時，按下停止按鈕，系統(tǒng)處于停止工作狀態(tài)2.戶主離開家時，按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動。

11、白天時，光敏電阻接收光照，電阻值變小，晝夜開關閉合，百葉窗上升繼電器閉合，直流電機正轉，百葉窗上升，當百葉窗到達上限位時，轉動式行程開關斷開，繼電器斷開，直流電機停止轉動；黑天時，光敏電阻失去光照，電阻值增大，晝夜開關閉合，百葉窗下降繼電器閉合，直流電機反轉，百葉窗下降，當百葉窗到達下限位時，轉動式行程開關斷開，繼電器斷開，直流電機停止轉動，接著第一居室照明燈繼電器閉合，第一居室照明燈被點亮一個小時，第一居室照明燈熄滅后，第二居室照明燈、第三居室照明燈、第四居室照明燈依次被點亮一個小時。在所有的燈熄滅后，系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，等待第二天的開始。3.戶主不在家時，任何時候有盜賊進入居室，人體感應開

12、關就會檢測到盜賊，開關閉合，PLC控制中心給聲光報警器供電，聲光報警器開始報警，提醒人們，驚退盜賊。根據(jù)設計要求而制作的系統(tǒng)結構框圖如圖1-1所示圖1-1 系統(tǒng)結構框圖(二)PLC 控制器的設計思路制作PLC控制系統(tǒng)，首先要確定被控制的對象和控制范圍，很據(jù)被控制對象和控制范圍選用合適的PLC控制器作為控制中心，再以控制器為核心，以控制要求為基礎，制作硬件設計和軟件設計。硬件類似于人類的身軀，用來執(zhí)行動作和感知外部條件，所以硬件設計關乎系統(tǒng)的平穩(wěn)性和使用壽命。軟件是一個系統(tǒng)的大腦，用控制和檢測硬件，是一個系統(tǒng)的核心，而軟件的設計尤為重要，首先根據(jù)控制要求和控制元件編寫程序，在進行模擬調試，在與硬

13、件相連接，進行實際調試，以滿足實際需求。系統(tǒng)設計思路框圖如圖1-2所示。圖1-2 PLC設計思路二、系統(tǒng)的硬件設計(一)晝夜開關的選擇1.晝夜開關的組成晝夜開關是利用光敏電阻傳感器模塊為基礎，與繼電器模塊組合而開發(fā)的開關。光敏電阻模塊對環(huán)境光強最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境的亮度和強度。模塊在無光的條件下或者光強度達不到設定閥值時，D0口輸出高電平，繼電器模塊接收到高平信號，繼電器閉合，即開關0閉合；境光強度超過設定閥值時，模塊D0輸出低電平，繼電器模塊收到信號，繼電器斷開，即關X10斷開。光敏電阻模塊如圖2-1所示。圖2-1光敏電阻傳感器 圖2-2繼電器模塊繼電器的簡介繼電器模塊采用優(yōu)質繼電器

14、與貼片光耦隔離，驅動能力強，性能穩(wěn)定；觸發(fā)電流小。模塊工作電壓范圍廣，有5V、9V、12V、24V可供選擇，適用于各種工作環(huán)境；模塊可以通過跳線設置高電平或低電平觸發(fā)；容錯設計，即使控制線斷，繼電器也不會動作。如圖2-2所示繼電器模塊的接口DC+：接電源正極（電壓按繼電器要求有5V、9V、12V、24V可供選擇）DC-：接電源負極IN：可以高或低電平控制繼電器吸合繼電器輸出端NO:繼電器常開接口，繼電器吸合前懸空，吸合后與COM短接COM:繼電器公用接口NC:繼電器常閉接口，繼電器吸合前與COM短接，吸合后懸空高低電平觸發(fā)選擇端1、 跳線與LOW短接時為低電平觸發(fā);2、跳線與high短接時為高

15、電平觸發(fā)。(二)百葉窗及照明燈控制元件1.控制百葉窗電機選用DC24V 775型直流減速電機，該電機結構簡單，易啟動，易維護，壽命長，安裝尺寸市場通用，大扭矩，體積小，性能穩(wěn)定，價格便宜等優(yōu)點，是本課題的首選。如圖2-3所示。百葉窗直流電機部分接線圖如圖2-4所示。圖2-3 DC24V 775型直流減速電機圖2-4直流電機接線圖2.百葉窗上下限位開關采用轉動式行程開關， 當百葉窗上升下降時，碰壓按鈕使其導通，當百葉窗部件離開后，在彈簧作用下，其觸頭自動復位，開關斷電。如圖2-5所示。其原理如圖2-6所示。圖2-5 轉動式行程開關圖2-6 轉動式行程開關原理圖3.直流電機和照明燈繼電器的選擇控制

16、電機正反轉和照明燈的繼電器選用的是施耐德LC1-D09Z直流接觸器-DC24V控制電壓，適用于交流頻率在50Hz-60Hz之間，電壓從100V至690V、電流從0A至95A的電路中，PLC控制器輸出的電壓是DC24V,照明燈的額定電壓是AC220V,符合繼電器的工作條件。如圖2-7所示。圖2-7 LC1-D09Z直流接觸器(三)體感應及報警設備1.人體感應的選擇人體感應模塊選用的是人體傳感器HC-SR501，該感應模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長方形，雙元（A元B元）位于較長方向的兩端，當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應越靈敏，當人體從正面走向探

17、頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應不靈敏或不工作；所以安裝感應器時應使探頭雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行，保證人體經過時先后被探頭雙元所感應。為了增加感應角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應，但左右兩側仍然比上下兩個方向感應范圍大、靈敏度強，安裝時仍須盡量按以上要求。該模塊輸出高電平3.3V可以直接帶動繼電器模塊，起到人體感應開關作用，如圖2-8所示。2.報警器的選擇報警器選用是的現(xiàn)場聲光報警器，采用直流24V供電，有PLC直接控制，聲音可以調節(jié)，最大可以達到120分貝，還有紅燈爆閃功能，讓盜賊聞聲膽裂，如圖2-9所示。

18、圖2-8 人體感應開關 圖2-9聲光報警器(四)PLC控制器1.PLC控制器的選擇本論文選取的是以三菱FX2N-48MR-D控制器為核心進行設計的。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。同時，F(xiàn)X2N是以24v直流電作為控制電源，安全可靠，節(jié)省能源，性能穩(wěn)定。FX2N為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O，高速計數(shù)器。定位控制達到16軸，脈沖

19、串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。本文選取的三菱FX2N-48MR-D控制器帶有24點輸入和24點繼電器輸出。輸入輸出點數(shù)完全滿足本課題的需求，并且還有余量，為以后增加設備留有空間。同時，價格相對較低，降低了成本。如圖2-10所示。圖2-10 三菱FX2N-48MR-D控制器三、PLC的編程與程序(一)編程軟件的介紹本課題是以GX WORKS2作為編程軟件，進行系統(tǒng)的編寫和調試。GX WORKS2是三菱公司近期推出的三菱綜合PLC編程軟件，是專用于PLC的設計、調試與維護的編程工具。GX Works2與傳統(tǒng)的GX Devel

20、oper 軟件相比，不僅提高了功能及操作性能，更使編程軟件變得更加容易使用。GX Works2具有結構化工程（Structured Project）和簡單工程（Simple Project）兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、ST、SFC以及結構化梯形圖等替他的編程語言，可以實現(xiàn)程序的編輯，參數(shù)的設定，網(wǎng)絡的設定，程序的監(jiān)控、調試和在線更改以及智能功能模塊設置等功能。(二)PLC控制器輸入點輸出點的分配FX2N-48MR-D控制器帶有24點輸入和24點輸出,輸入點以X開頭，輸出點以Y開頭。輸入點X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別接百葉窗上下限位開關SQ0、SQ1、SQ2、SQ3、

21、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7，用來判斷百葉窗是否到達指定位置；輸入點X10接晝夜開關，用來判斷是白天還是黑夜；輸入點X11、X12分別接啟動按鈕和停止按鈕，用來控制系統(tǒng)的工作和停止；輸入點X13接人體感應開關，用來檢測是否有盜賊進入居室。輸出點Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7分別直流接觸KA1、KA2、KA3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8，用來控制居室百葉窗的上升和下降；輸出點Y10、Y11、Y12、Y13接照明繼電器EL1、EL2、EL3、EL4，用來控制居室照明燈的點亮；輸出點Y14接聲光報警器，控制聲光報警器報警。(三)I/O分配表基于PLC的居室安全系統(tǒng)的I/

22、O分配表如表3-1表3-1：I/O分配表輸入信號輸出信號晝夜開關X10SQ10第一居室百葉窗上升繼電器Y0KA1啟動開關X11SQ11第一居室百葉窗下降繼電器Y1KA2停止開關X12SQ12第二居室百葉窗上升繼電器Y2KA3第一居室百葉窗上限位行程開關X0SQ0第兒居室百葉窗下降繼電器Y3KA4第一居室百葉窗下限位行程開關X1SQ1第三居室百葉窗上升繼電器Y4KA5第二居室百葉窗上限位行程開關X2SQ2第三居室百葉窗下降繼電器Y5KA6第二居室百葉窗下限位行程開關X3SQ3第四居室百葉窗上升繼電器Y6KA7第三居室百葉窗上限位行程開關X4SQ4第四居室百葉窗下降繼電器Y7KA8第三居室百葉窗下

23、限位行程開關X5SQ5第一居室照明燈Y10EL1第四居室百葉窗上限位行程開關X6SQ6第二居室照明燈Y11EL2第四居室百葉窗下限位行程開關X7SQ7第三居室照明燈Y12EL3人體感應開關X13SQ8第四居室照明燈Y13EL4蜂鳴器Y14KA9(三)I/O接線圖 如圖3-1所示圖3-1 I/O接線圖(四)流程圖控制系統(tǒng)的流程圖如圖3-2所示圖3-2 流程圖(五)程序編寫1.居室百葉窗的控制程序按下啟動按鈕X010，M0閉合，同時自鎖，程序中的M0全部閉合，如圖3-3所示。圖3-3 啟動程序（1）此時是白天，晝夜開關常開開關X010就會閉合，常閉開關X010就會斷開如果所有百葉窗都處于下限位，即

24、關閉狀態(tài)，第一居室百葉窗上升繼電器Y000、第二居室百葉窗上升繼電器Y002、第三居室百葉窗上升繼電器Y004、第四居室百葉窗上升繼電器Y006就會得電，處于工作狀態(tài)，百葉窗就會被打開。如果此時百葉窗是打開的，各個百葉窗的上限位開關就會閉合，常閉開關就會打開，使電路斷開，讓百葉窗處在打開狀態(tài)。（2）此時是黑天，晝夜開關常開開關X010就會斷開，常閉開關X010就會導通，使第一居室百葉窗下降繼電器Y001、第二居室百葉窗下降繼電器Y003、第三居室百葉窗下降繼電器Y005、第四居室百葉窗下降繼電器Y007就會得電，工作，使百葉窗關2.居室照明燈的控制程序本論文對于時間的控制，是采用時間繼電器T,

25、由于時間繼電器T最多只能計時3276.7秒，不夠一個小時，所以用兩個時間繼電器T相互配合，進行計時，這里為了調試和演示方便，就縮短了燈亮時間，如圖3-4所示.圖3-4 照明時間控制程序時間繼電器T10與時間繼電器T11完成第一次，控制第一居室照明燈的打開，時間繼電器T20與時間繼電器T21完成第二次，控制第一居室照明燈的照明時間。打開第二居室照明燈。時間繼電器T30與時間繼電器T31完成第三次，控制第二居室照明燈的照明時間，打開第三居室照明燈。時間繼電器T40與時間繼電器T41完成第4次，控制第三居室照明燈的照明時間，打開第四居室照明燈。當進入黑夜且百葉窗是關閉的，時間繼電器T010和時間繼電

26、器T011開始計時十秒，T011常開開關閉合，輔助繼電器M1閉合，點亮第一居室照明燈Y010。第一居室照明燈點亮的同時，時間繼電器T020開始計時，時間繼電器T021在時間繼電器T020常開開關閉合后開始計時，計時結束，時間繼電器T021的常開開關閉合，輔助繼電器M2得電，第二居室照明燈點亮，時間繼電器T030開始計時，同時第二居室照明燈Y011的常閉開關打開，關閉第一居室照明燈Y010 。時間繼電器T030和時間繼電器T031計時結束，時間繼電器T031的常開開關閉合，輔助繼電器M3得電，第三居室照明燈Y012被點亮，第三居室照明燈Y012的常閉開關打開，關閉第一居室照明燈Y010和第二居室

27、照明燈Y011,同時時間繼電器T040開始計時，時間繼電器T040和時間繼電器T041計時結束，時間繼電器T041常開開關閉合，輔助繼電器M4得電，第四居室照明燈Y013點亮，同時第四居室照明燈Y013的常閉開關打開，關閉第一居室照明燈Y010、第二居室照明燈Y101第三居室照明燈Y012，同時時間繼電器T50開始計時；時間繼電器T50和時間繼電器T51計時結束，時間繼電器T51常閉開關打開，關閉第一居室照明燈Y010、第二居室照明燈Y011、第三居室照明燈Y012、第四居室照明燈Y013.如圖3-5所示3-5照明燈打開程序3.系統(tǒng)的關閉當居室主人回來時，只要輕輕地按下停止按鈕X12，輔助繼電

28、器M0就會失電，四個居室的百葉窗就會停止運行，照明燈也會關閉，整個系統(tǒng)也會關閉。如圖3-6所示。圖3-6系統(tǒng)關閉程序四、仿真(一)觸摸屏仿真軟件GT Simulater3觸摸屏仿真軟件GT Simulater3是三菱公司用于三菱機器自動化圖形操作終端的畫面設計軟件，這款軟件是最新型的畫面制作軟件，并且集成有GT Simulator3仿真軟件，并具有仿真模擬的功能。 GT Designer3軟件具有工程和畫面的創(chuàng)建、圖形的繪制、對象的配置和設置、公共設置以及數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ堋?GT Simulator3 是在電腦上進行模擬GOT運行的仿真軟件，解決啦沒有設備的困擾，方便了人們的應用，降低了編程成

29、本，操作簡單，深受廣大軟件編程者的喜愛。(二)仿真制作打開GT Simulater3，選擇工程的新建，點擊下一步，進入GOT系統(tǒng)設置，根據(jù)實際需要選擇合適的機種，本文選擇的是GT11*-X(1024x768),并確認設置信息。如圖4-1所示。圖4-1 GOT系統(tǒng)設置 圖4-2 制造商和機種選擇點擊下一步，進入連接機器設置，根據(jù)實際需要選擇制造商和機種，本文選用的制造商為三菱電機，機種為MELSEC-FX。如圖4-2所示。接下所有頁面無需設置，直接依次點擊下一步至一下頁面，如點擊“結束”，進入觸摸屏制作畫面。觸摸屏畫面需新建四個畫面，雙擊擊左邊畫面欄中的“基本畫面”中的“新建”。則跳出“畫面屬性

30、”頁面，出現(xiàn)“畫面屬性對話框”，如圖4-3所示圖4-3畫面屬性設置設置“畫面編號”，注意：編號范圍在132767，每個畫面的編號不能相同，設置畫面標題，“設備簡介”頁面，后點擊“確定”，則在畫面欄中就存在“2 設備界面”。如下圖設置畫面背景色，勾定“指定畫面背景色，進行設置。這是本文設置的各種元器件的圖像及名稱如圖4-4所示。圖4-4 元器件布局及名稱(三)仿真開始連接GX Works2進行仿真，白天時,光敏電阻接收光，電阻減小，晝夜開關導通，直流電機正轉，四個居室百葉窗上升，當百葉窗到達上限位時，直流電機自動停止工作，如圖4-5所示。圖4-5 百葉窗上升和停止天黑時，光敏電阻無法接收到光照，電阻值增大，晝夜開關關閉，直流電機反轉，四個居室百葉窗下降，當百葉窗到達下限位時，直流電機停止反轉。如圖4-6所示。