【《PLC控制的智能家居系统硬件设计案例》2700字】

PLC控制的智能家居系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u1254PLC控制的智能家居系统硬件设计案例 1266741.1PLC及硬件设备的选择和确定 1184991.1.1PLC的选择 1231341.1.2温、湿度传感器的选择 2237011.1.3亮度传感器的选择 4322631.1.4红外线传感器的选择 5277431.2电路设计 621721.2.1主电路设计 684851.2.2控制电路设计 7268471.2.2PLC接线图设计 71.1PLC及硬件设备的选择和确定1.1.1PLC的选择PLC作为控制核心，是整个家居系统智能化运行的大脑，负责数据存储以及逻辑运算功能，它的选择格外重要。输入继电器和输出继电器是PLC中非常重要的组成部分，外部所有的信号必须经由输入继电器才能传送给PLC。而PLC对外界设备的控制要通过输出继电器，外界设备与输出继电器相连接，接收PLC发出的指令，做出相应的动作。PLC的输入和输出信号都只能是数字量信号，为此三菱专门配备有多种型号的A/D和D/A转换模块，可以与PLC直接进行连接使用，用户可以根据需要进行选择使用。根据设计方案的要求，智能家居系统的设计中共计使用了32个输入，18个输出。三菱FX2N系列的PLC是高性能小型化PLC，性价比高，编程容易，接线操作简单。其拥有的输入输出点从16到256不等，可以满足多种情况下的使用要求。根据下表3-1：FX2N系列PLC的I/O继电器元件号，选择FX2N-64MR，在有额外需求时，可以选择添加扩展模块使用，拥有富裕输入输出点，可供改造使用。表3-1FX2N系列PLC的I/O电器元件号形式型号FX2N-16MRFX2N-32MRFX2N-48MRFX2N-64MRFX2N-80MR输入X0~X78点X0~X1716点X0~X2724点X0~X3732点X0~X4740点输出Y0~Y78点Y0~Y1716点Y0~Y2724点Y0~Y3732点Y0~Y4740点1.1.2温、湿度传感器的选择本课题选用QFA2060型温、湿度传感器对室内温度和湿度同时进行监控，实时获得室内温、湿度数据。QFA2060型温、湿度传感器是利用环境温、湿度变化引起电容以及电阻的变化测得室内的温度和湿度，再由QFA2060的输出端直接输出测量的模拟量信号。由于模拟量不能直接传送给PLC，选择FX-2AD模拟量输入模块，将传感器输出模拟量进行转换，再传送至PLC中，由PLC进行运算。根据设置的温、湿度数据进行调控，使得室内温度和湿度保持在舒适的范围内。QFA2060型温、湿度传感器体积小、外形美观，可直接固定在室内的墙壁之上，不会对室内的环境美观造成影响。QFA2060型温、湿度传感器的外形实物图如下图3-1所示。图3-1QFA2060型温、湿度传感器实物图QFA2060的接线端子少，安装方便，适用于家居系统使用。它含有4个接线端子分别为：G、GO、U1和U2。其中G和GO为工作电压，U1为相对湿度的信号输出，U2为温度的信号输出。传感器的接线图如下图3-2所示。图3-2QFA2060型温、湿度传感器接线图QFA2060型温、湿度传感器对温度测量的原理是随着温度变化，传感器中敏感元件的阻值按照一定规律随之变化，通过转换元件和电路将环境中的温度数据转换成直流0到10伏的电压信号并向外界输出。对湿度的测量原理是室内湿度的变化引起传感器内部敏感元件电容值的变化，通过这种变化得到室内相对湿度的值。温、湿度传感器的详细参数如下表3-2所示。表3-2温、湿度传感器的详细参数名称参数型号QFA2060电源AC24VorDC11.5-35V温湿度输出信号DC0-10V湿度测量范围0-95%温度测量范围0-50゜Cor-35-35゜C测量精度23゜C时，精度为±5%时间常数湿度<2min,温度<3min防护等级IP30接线4线1.1.3亮度传感器的选择本课题针对智能家居控制系统室内亮度整体调控的考虑选用了E2000系列的E5031PE亮度传感器。E5031PE可以对室内亮度进行实时采集，把采集到的数据传送给PLC，由PLC进行数据计算然后调控灯光。E5031PE亮度传感器详细参数如下表3-3所示。表3-3E5031PE亮度传感器详细参数名称参数型号E5031PE电源DC15-36V电流消耗18mA工作温度0-45℃工作湿度0-95%RH亮度测量范围20-3000lx1.1.4红外线传感器的选择本课题采用5753L红外线检测设备检测室内是否有人在。5753L型亮度传感器探测角度大，可以达到360°无死角检测；探测范围可以达到12m×14m的椭圆，满足家居系统使用；工作湿度：0-95%RH，工作温度：0-45℃。5753L红外传感器实物图如下图3-3所示。图3-3红外传感器实物图1.2电路设计1.2.1主电路设计主电路图如下图3-4所示，采用单相220V交流电供电。主电路采用空气开关QF控制所有设备得电，并用熔断器FU进行短路、过载保护。采用2P-40A带漏保型空气开关，工作电压220V，允许通过最大电流40A。采用RT18-40A型熔断器，工作电压在380V以下，允许通过最大电流40A。M1是控制门开关的电动机，KM1主触点闭合时，实现控制门的电动机实现进行正转，此时可以控制门打开；KM2主触点闭合时，电动机则实现反转，此时控制门关闭。电容C1是门电动机单向正反转控制电容。采用YU632-4型单相电动机，工作电压220V，频率50Hz，功率90W。控制窗户和窗帘开关的电动机在主电路设计上采取和控制门的电路一样的电路设计。在空调、地暖、消防等电动机的电路上接入相对应的接触器主触点控制电路的通断。采用CJX2-4011型接触器，额定电流40A，三常开主触点，一开一闭辅助触点。图3-4主电路图1.2.2控制电路设计控制电路图如下图3-5所示，采用单相交流电源供电。采用S-60W-24V型开关电源将交流220V转换为直流24V。采用JZX-22F(D)/2Z-DC24V型继电器，线圈工作电压直流24V，触点可以在交流220V下使用。图3-5控制电路图采用KA1、KA2闭合控制KM1、KM2得电，通过KM1和KM2主触点的闭合控制门电动机的启动。当KA1动作时，KM1线圈得电，常开主触点立即闭合，电动机正转，控制门打开；反之，KA2动作时，电动机反转，实现窗户关闭动作。FR是热继电器的常闭触点，使用热继电器对电路进行过载保护，当电路发生长时间过载工作时，热继电器常闭触点断开，接触器线圈失电，主触点断开，电动机断电停止运转，使电路得到保护。KM1、KM2的常闭触点分别串接在对方线圈所在的电路上，形成互锁保护电路。当KM1的线圈得电时，常闭辅助触点自动断开，使得KM2的工作线圈电路断开；反之，KM2得电时，KM1工作线圈电路断开。通过使用KM1和KM2的常闭辅助触点进行互锁，使得KM1和KM2的线圈不能同时得电，即电动机正反转电路同一时刻不能都接通，保证电路可以安全可靠工作。窗户和窗帘的控制电路与门的控制电路同理。控制空调、地暖、加湿器、除湿机、消防和通风电动机设备运转的接触器，用继电器触点控制电路的通断，并在电路上串接热继电器触点进行保护。1.2.2PLC接线图设计按照智能家居系统的使用要求，对PLC的输入、输出点进行地址分配，得到I/O分配表如表3-4所示：表3-4PLC的I/O分配表输入输出器件号地址号功能说明器件号地址号功能说明S1X0门上红外感应KA1Y0开门S2X1窗户红外感应KA2Y1关门S3X2温度传感器KA3Y2开窗S4X3湿度传感器KA4Y3关窗S5X4燃气泄漏检测KA5Y4开窗帘S6X5亮度传感器KA6Y5关窗帘S7X6烟雾传感器KA7Y6空调S8X7人体红外感应KA8Y7地暖SQ1X10窗开启到位KA9Y10加湿器续表器件号地址号功能说明器件号地址号功能说明SQ2X11窗关闭到位KA10Y11除湿机SQ3X12门开启到位KA11Y12通风SQ4X13门关闭到位KA12Y13消防SB1X14手动开门HA1Y14闯入报警SB2X15手动关门HA2Y15火灾报警SB3X16手动开窗HA3Y16燃气泄漏报警SB4X17手动关窗EL1Y17照明灯SB5X20手动开窗帘EL2Y20卧室灯SB6X21手动关窗帘EL3Y21洗手间灯QS1X22手动开灯QS2X23卧室灯开关QS3X24洗手间灯开关QS4X25手动开空调QS5X26手动