电气1403-201408913- 杨艳 外文翻译

通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 1 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 摘要 本文侧重于使用当前流行的智能布线控制房屋或公寓 控制系统基于可编程逻辑控 制器 PLC 有控制加热 照明 控制通道 安全和空调系统的可能性 但目前由于 不寻常的可能性还有通过红外 IR 模块或 IP 技术的电视 卫星 无线电和其他多媒 体控制 最后一个目标是通过平板电脑 移动电话或计算机创建并描述一个用户友好的 Web 应用程序 用于整个房屋的监测和控制 关键词 智能建筑 PLC 控制系统 一导言 自动化和现代控制方法伴随着我们今天的每一步 虽然几年前设备控制方法在大型 工业设施应用和工艺中绝对占优势 但这些方法正在蔓延到家庭 公寓和我们的家庭住 宅 首先设计具有全面相关参数控制可能性的房屋的努力可以追溯到上个世纪五十年 代 并且在上世纪六十年代初在日本也开始了相同的努力 日本当时并未接受这一概念 最终与欧洲不同 特别是在德国 西门子公司是为该应用领域开发相关概念和设备的领 先创新者 为了掌握和控制任何设备 我们需要相关的接线 这种布线以前用于照明控制 目 前的突破性信息和通信技术的发展提供了一种有效的可能性 以控制各种各样的设备 如大约二三十年前不可能控制的各种设备 数十年来 照明控制 加热优化 5 空调和类似的生活环境参数适应任务已经被详 细阐述 目前 通过 WIFI 或控制单元通过 IR 信号控制电视和收音机 迄今为止仅在 电影中看到的所有设备的语音控制必须成为现实 二通用与智能配线 就我们解决一个简单的任务而言 或者这个任务是一个小范围项目 我们将利用一 个共同的布线 只有当涉及设备和外围设备的项目范围扩大时 我们才开始考虑我们是 否可以使用不同的通信方式 或者一般情况下 控制单元和受控设备之间的信号传输方 式 智能布线 提供有趣的品质 尽管如此 每种方式都有其优点和缺点 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 2 第一个项目成果属性是经济方面 这通常是最重要的一个方面 如上所述 小规模 任务的普通布线价格明显较低 由于昂贵的控制单元与普通布线相比代表劣势 智能布 线的基本配置成本较高 然而 与连接设备数量的增加相比 成本差异减小了 事实往 往决定了在某个项目复杂度级别选择智能布线 这种选择有许多优点 A 自动化和舒适 简单的单触 或语音命令 照明控制 渐变照明启动 预定义的灯光场景等 一个刺激可能启动很多功能和活动 例如 到达家庭启动温度升高 灯光场景设 置 板条绘制等 图 1普通和智能布线的成本 温度可以根据预定义的程序进行调整 整个系统可以通过台式电脑 平板电脑或其他移动设备 包括通过互联网的遥控 器 进行控制 B 安全和保护 防止未授权入侵的保护系统的实现非常简单 使用 SMS 传输很容易完成失败和意外事件发生消息 在居民缺席期间 可以模拟标准的房屋功能操作 因为房屋不会给人一种荒芜的 地方印象 值得注意的方面代表了受供暖和其他功能优化影响的电力和天然气供应的能源经 济 C 娱乐 与家庭影院或无线电控制系统互联的意义上来说 与视听技术的融合不仅给用户带 来舒适感 还给用户带来了娱乐 重点放在控制简单和快速调整 控制可以通过手机 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 3 或平板电脑在需要的模式选择 更多设置变体 的意义上进行 例如音乐播放从浴室开 始 在桑拿室或在露台上室外进行 D 设计 由于统一的系统和技术集成 通常没有必要拥有墙控制器和开关 其数量可以显着 减少 房屋或公寓的改装不仅涉及交换机 而且还涉及建在墙上的电缆 还涉及墙壁或 天花板上的扬声器 三控制方式 接线类型与控制方式密切相关 A 集中 所有的输入和输出都像明星一样传导到中央单元 该单元最常用的是可编程逻辑控 制器 PLC B 混合 有些设备通过总线系统连接到控制单元 其他设备通过星形布线拓扑连接 如集中 控制 C 分散 每个设备都有自己的智能 它大部分都集成了微控制器 所有这些设备都与总线 互连 整个系统可以或不可以包含控制单元 即使系统包含一个控制单元 但不是用于 控制而是用于命令切换 例如照明命令 激活现场到达家 或加热命令 假日 星期天加热 控制单元发出命令并且不关心 设备如何执行该命令 设备包含控制 算法 四基于 PLC 的集中式系统 新设计的集中式系统基于以 PLC 为代表的中央单元 PLC 是最初设计用于生产设备和工业过程控制的数字控制设备 控制所需过程的 编译程序是循环执行的 控制目的数据采集和传输通过数字和模拟输入和输出进行 可 编程控制器的巨大优势在于其抗外部影响的抗失效性和破坏性 几十年来 他们能够一 年 365 天 每周 7 天 每天 24 小时无中断地工作 A PLC Tecomat Foxtrot CP 1006 整个系统的核心是捷克 Teco 公司的 PLC Tecomat Foxtrot CP1006 图 2 该 PLC 编程过程符合国际标准 IEC EN 61131 3CP 1006 基本模块配备 13 个多用途 输入 它们中的每一个都可以用作模拟或二进制输入 然后 该模块配备 1 个快速二进 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 4 制输入 可用作计数器输入 1 个二进制输入 230 VAC 2 个可用作 PWM 输出的半导 体输出 2 个模拟输出 0 至 10 V 和 10 个 继电器输出 7 CP 1006 模块包含 K 系列的中央单元 CPU 专为需要更高功率的应用而设计 它包含用于用户程序 数据和表格 用户寄存器和 Databox 的备份 CMOS RAM 存储器 用于用户程序备份的闪存 用于 MMC SD 的插槽 图 2PLC Tecomat Foxtrot CP 1006 8 存储卡 RTC 以太网接口 两个串行通道 一个具有固定的 RS 232 接口 另一 个具有可选子模块的位置 一个带 CIB 接口的通信通道用于连接外部外围设备和一 个系统 TCL2 接口扩展模块的连接增加了系统 I O 数量 7 扫描的输入 温度 控制按钮等 和受控输出 灯光 快门电机 加热阀驱动器 通风风扇电机等 连接到外围模块 外围模块通过以下方式之一连接到 Foxtrot 基本模 块 三辆巴士 TCL2 总线是具有有限范围的外围模块的系统总线 它是严格线性的并且相当严格 的定义 该总线上的外设模块仅采用 DIN 导轨设计 在家用安装中 该总线最常用于 连接外部主模块 CFox 和 RFox 或用于使用 OpenTherm 协议控制锅炉的模块以及使用 MP Bus 协议的 Belimo 执行器 CIB CFox 网络 最大数量的外围模块通过 CIB 安装总线连接 这些外设模块 在整体名称 CFox 下提供 有多种设计可供选择 在 DIN 导轨上 在安装 清洗盒中 在内部墙上 在其他设备内部 具有更高的保护等 RFox 网络 总线 另一个用于 Foxtrot 系统的安装总线是 RFox 无线网络 物理 形式没有总线 但逻辑上 RFox 元件像总线一样工作 外围无线模块 RFox 还有多种 外壳形式 用于 DIN 导轨安装 使用 230VAC 或 24VDC 电源 冲洗盒 由电池供 电或由 230VAC 供电 内墙 主要由电池供电 具有更高的保护等 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 5 从编程 可视化和操作的角度来看 连接到上述任意总线的输入和输出是相同的 只有从电池供电的 RFox 元件具有较小的特定功能 10 B 应用传感器和演员 可连接到 CIB 线的设备主要用作按钮 这些按钮可以指定为双向瞬时开关 这意 味着它们可以上下推动 它们包含一个温度传感器 单独的按钮可以固定双色 LED 绿 色和红色 CIB 总线的按钮带有一个温度传感器 可以通过温度传感器控制室内温度 在二进 制输入端连接按钮时需要使用连接到模拟输入端的温度传感器 或者只有房屋加热由系 统控制和服务 微光传感器是连接到二进制输入的室外光强度检测器 一旦光强度降低并超过设定 的阈值 该输入就会切换 在广告牌照明或室内装饰照明中的应用可以作为与下文描述 的时间表相关的实际利用的例子来提及 常见的照明通过数字继电器输出进行切换 偶尔的调光功能要求通过 CIB 线上的 辅助模块解决 例如用于调光的 C DM 0402M RLC 模块 230 伏交流灯 可以使用感应 自然照明 如标准白炽灯泡 和电容性自然照明 如荧光灯和 LED 灯泡 传感器也 可以用于流行的 LED 条形照明 热电头用于采用双态控制方式的加热阀控制 根据此处使用的基本非活动状态 常 开常开和常闭常闭有两种类型的热电头 伺服驱动器通过模拟输出进行控制 电压范围介于 0 到 10 伏之间 它们用于加热 水混合系统中的三通阀控制 在加热段较多的情况下 混合回路用于较低温度加热水的 分支 在这种情况下 直接加热电路加热散热器 混合电路用于地板加热 五 家庭控制的 SCADA 应用 目前的趋势不仅是控制单个组件的功能系统 而且还要创建一个提供上述优点的智 能系统 以及通过计算机 平板电脑和移动电话等各种设备从任何地方与系统通信的可 能性 9 我们已经实现了具有所有上述优点的这样的应用之一 如上所述 PLC 设备实现了主控制单元 该 PLC 使用分配的 IP 地址完成 Web 服 务器功能 一组相关数据以可通过任何网络浏览器从任何计算机 平板电脑或移动电话 访问的网站形式呈现 应用程序主菜单包含各个模块概览和输入 特别是房屋逻辑段控制 主菜单屏幕视 图如图 3 所示 每个模块下的信息指示整个房屋内相关子菜单活动项目的数量 例如 当前正在加热的房间的数量或当前点亮的灯的数量 6 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 6 图 3手机应用程序主菜单 如上所述 PLC 设备实现了主控制单元 一组相关数据以可通过任何网络浏览器 从任何计算机 平板电脑或移动电话访问的网站形式呈现 应用程序主菜单包含各个模块概览和输入 特别是房屋逻辑段控制 主菜单屏幕视 图如图 3 所示 例如 当前正在加热的房间的数量或当前点亮的灯的数量 6 没有必要详细描述整个应用程序 但主要功能描述如下 A 照明 该系统根据控制方式应对少量光照品种 一种品种代表灯可以简单地打开或关闭 第二个通过调光器实现连续控制 第三种通过以各种比例组合 RGB 分量来实现光色控 制 光源可以手动控制 也可以按照周计划进行控制 也可以根据走廊和户外的 PIR 传感器状态进行控制 图 4照明子菜单 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 7 调度程序用于在一天或一周内调整特定的参数值 这些变化可能涉及照明控制 加热控制和一些其他功能 调度程序的访问权限是通过菜单 我们可以设置不同的功能 模式和特定日期和时间的值 图 5计划子菜单 例如 对于加热 早上加热处于舒适模式 缩短模式在工作时间内处于活动状态 舒适模式在下午和晚上再次开始 例如 照明时间可以设置在室外的入口处 或者我们 可以决定什么时候窗帘要降低或抬起以确保自然光的舒适度 B 加热 为了简化操作 加热模块只使用用户定义的三个温度值 最低温度代表当房屋居民 长时间缺席时的情况所需的温度值 例如旅游假期 温度经济抵消是一定的温度下降 在夜间或在工作时间或上课时间的任何居民缺席期间都可能需要这种降低的温度 舒适 温度值通常是最高的 这是住在家中的居民的室温 本周加热时间表基于这三个温度 如果我们需要一个不同的温度 我们可以在有限的时间内 例如 3 小时 输入一个有效 的临时校正值 根据星期计划的程序设定的温度在该期限届满之后被重新设定 该菜单 显示从室内 室外和加热系统传感器扫描的实际温度 C 通风 家庭住宅中的抽风机主要安装在浴室 厕所和洗衣房 它们用于空气交换和湿度通 风 鼓风机从房间灯开关打开 D 安全措施 电子安全系统与智能家居 PLC 的互连提供了 Web 应用的进一步扩展 带有开锁图 标推的瓷砖启动安全系统 并显示离开的时间段 提供安全系统分为更多的子系统 可 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 8 以同时或单独控制它们 在发布时 我们必须输入与通过电子安全系统键盘输入的安全 代码相同的密码 E 多媒体 该菜单利用红外 IR 输出来利用 PLC 模块 使用此模块 用户可以远程控制电 视机 收音机 卫星电视和所有其他标准配备 IR 控制器的设备 这并不意味着电视机 将从遥远的地方开启 而是要关闭另一个电视机 或者开始在卫星 机顶盒或录像机 3 我们设计中应用的 PLC 的 IR 模块在应用中并不常见 因此它代表了某种新颖性 6 图 6厨房音箱控制的插图 六 结论 根据我们的项目 为智能住宅控制创建了一个复杂的系统 重点放在软件开发上 其中可以从家中的任何房间甚至从世界任何地方访问轻松控制的界面 我们的系统提高了生活舒适度 并带来了新的控制可能性及其在普通房屋中不常见 的组合 主要得益于加热效率 进一步无可争议的优势是能源成本优化 该系统概念还 提供了其他技术的简单扩展 如服务用水的太阳能加热等 致谢 这项工作是在捷克共和国教育青年和体育部的研究项目 NPU I 号及欧洲区域发展 基金项目 CEBIA Tech No CZ 项目的资助下完成的 通过可编程控制器控制智能家庭住宅的监控系统 9 参考文献 1 J Dvo ek A Family House Model controlled by PLC Model domku monitorovan a ovl dan programovateln m automate diploma work in czech Tomas Bata University in Zlin Faculty of Aplied Informatics 2007 2 O Vrzal Sequence control of elevator model by programmable logic controller Sekven n zen modelu v tahu programovateln m automate diploma work in czech Tomas Bata University in Zlin Faculty ofAplied Informatics 2010 3 T Sysala P Neumann J Pribyslavsky M Adamek Tutorial development kit for 32 bit ARM microcontrollers with a focus on multimedia International Journal of Circuits Systems and Signal Processing Issue 2 Vol 7 2013 North Atlantic University Union 4 M Vale Co je to inteligentn d m Whatis it smart house in czech In IQdum cz Online Available http www iqdum cz co je inteligentni dum 5 P Navratil L Pekar Combined production of heat and electric energy linear mathematical model Proc of the 16th WSE