基于PLC的智能房屋安防控制系统分析研究 电气工程自动化专业

基于PLC的高科技房屋安防控制系统摘要：由于中国的经济很快发展，人们的生活质量有所改善，装修安家的概念对老百姓来说，早就从当初的实现方便生活变成了聚焦于对房子个性化改变。安全、宜人、高效、便捷的高科技小区，早就是房屋发展的总体走向。特别的是，安全是最先考虑到的一点。为了实现高科技小区的首要因素，不仅仅有可以人来改变的因素，更重要的是靠高科技小区的高端的安全防卫系统。这样看来仔细观摩和制造高科技家居安防系统就有了迫切性。在安全防卫系统中，很重要的是要防火和防盗。那么，用传感器将很多种防火防盗的迹象表述到小区的控制联系警局的地方，小区的控制联系警局的地方能很快的出动人手应对，防止非小区居民、外来闯入者的破坏和火灾的发生。高科技安防系统就是保障了小区居民的住房安全和钱财，这样就能让大家有一个更好地的、安全的、宜人的居住体验和生活质量。那么设计和开发高科技家居安防系统，对现实生活有很大的意义，也能够很快的回收成本。所以,通过这个传感器就能实现将很多种防火防盗的迹象表述到小区的控制联系警局的地方，小区的控制联系警局的地方能很快的出动人手应对。所以，高科技家居安全控制系统可以让我们的生活更舒适、更安全，而且发展前景也很好。关键字：高科技系统、住宅、报警IntelligenthomesecuritycontrolsystembasedonPLCAbstract:WiththerapiddevelopmentofChina'seconomyandthecontinuousimprovementoflivingstandards,people'sconceptofhomehasevolvedfromtheinitialsatisfactionofsimplelivingfunctionstothehumanizeddemandforhousing.Safe,comfortable,fastandconvenientsmartcommunityhasbecomethemainstreamtrendofresidentialdevelopment.Amongthem,safetyistheprimarygoal.Inadditiontohumanfactors,therealizationofintelligentcommunitysecuritymainlyreliesontheintelligentsecuritysystemofthecommunity.Therefore,researchanddevelopmentofsmarthomesecuritysystemshashighpracticalvalue.Insecuritysystems,fireandburglaryarethemainstays.In

this

way,

it

seems

urgent

to

carefully

observe

and

manufacture

high-tech

home

security

system.Theintelligentsecuritysystemguaranteesthesafetyandinterestsofpeopleathome,makingpeople'slivessaferandmorecomfortable.Sothedesignanddevelopmentofhigh-techhomesecuritysystemisofgreatsignificancetoreallifeandcanquicklyrecovercosts.Therefore,thesensorcantransmitvariousfirepreventionandanti-theftinformationtothecommunityalarmcenter,andthecommunityalarmcentercanrespondquicklytopreventillegalactivitiesandfiresofillegalelements.Therefore,thesmarthomesecuritycontrolsystemcanmakeourlifemorecomfortableandsafer,andthedevelopmentprospectsarealsoverygood..Keywords:intelligentsystem,residential,alarm目录第1章引言 51.1课题来源及研究意义 51.2国内外的研究与应用概况 61.2.1国外的技术与发展概况 61.2.2国内的发展与发展概况 6第2章PLC简介 82.1PLC的应用领域 82.2PLC的组成 92.3西门子S7-300的简介 10第3章高科技家居安防系统 113.1高科技家居安防系统的系统组成 113.2高科技家居系统的工作原理 123.3.2PLC的选型 143.4系统的软件设计 143.4.1程序流程图 143.4.2PLC的I/O分配表 15表3-2高科技家居控制系统I/O地址分配表 16第4章报警系统设置 204.1报警系统设置 204.1.1MCGS组态简介 204.1.2建立项目及项目管理器介绍 204.1.3创建组态过程画面 214.2监控系统 244.2.1STEP的硬件组态 244.2.2在线调 21第5章小区报警系统的模拟运行 225.1在STEP7中编写运行的模拟程序 225.2小区报警监控主画面 235.3运行中的报警原因画面 235.4运行中的报警楼号画面 245.5运行中的报警住户画面 255.6运行中的报警记录画面 265.7运行中的归档画面 27总结 28致谢 29参考文献 30附录 31第1章引言1.1课题来源及研究意义由于高科技生活用品的发展还有百姓生活质量有所提高，大家对钱财和自己的保障要求越来越看重，并愿意为其投入很多金钱。安全系统不再局限于防盗，还可以防火、防移动、即时解决。在这次事件中，家庭安全模式逐渐从防盗门护栏(被动防盗)变成了各式各样的机械高科技检查设备和预报设备(主动防盗)。高科技家居安全系统已逐渐成为普通用户和高科技家居设备供应商关注的焦点，因此开发安全可靠的安全设备已成为当务之急。高科技家庭安全系统指的是一种高科技系统,触发报警服务通过各种先进的高科技电子安全设备监控的各个关键部分的房子和监控异常条件:防盗、防劫、防火、防毒泄漏和其他功能,自动报警当发生异常情况时,系统中的安全设备相互通信,这样使用者就可以坐下来,放松一下。家庭安防系统主要由防盗、防火、防漏气报警系统组成。。安全报警系统必须稳定、可靠、易于操作，并能保证实现警察报警的两大主要目标，即无报警和无误报。市场上已经有很多家庭安全系统，差不多能分成两种类型。一种类型是老式的从小的方面、只兼顾一部分的观察办法，总体差不多是负责提示的探头和用来交流的铃。但是如果居住人离开家的时候，这种类型的老式检测器就不能发挥作用了，所以监控装置无法在最应该发挥作用的时候监控一些重要的信息。另一类型是调整了上一种类型。当发生报警时，社区报警中心的工作人员可以将信息发送到安全中心进行检查并通知业主。通过社区联网，可编程控制器可以为整个社区内安装家庭安全系统的所有用户实现集中的安全报警管理。每个家庭的安全系统通过总线向管理中心发送报警信号。管理员可以确认报警的位置和类型，电脑也会显示一些与住户有关的信息，以便安全人员及时正确的执行。被警察接待。安全监控系统是高科技住宅小区的重要组成部分。其监控系统对社区重点区域进行实时监控和逐层防御。让业主生活在无形的防盗网络中。它安全人性化，使高科技住宅小区具有全方位的安全性。随着楼宇自动化的不断发展，旧的家居安全模式(被动防盗)已远远不能满足居民的需求。本次设计的家庭安防系统采用可编程控制器S7-300系列，不仅可靠性高，而且运行可靠。、修改、扩展极为方便，提高了安全系统的功能和性能。该可编程序控制器与个人计算机、图形工作站、小型计算机等相结合，实现了屏幕显示、数据采集、记录保存、环板显示等功能。现在在家庭中用的高科技安全控制设备系统已经出现了，目前市场上已经出现了家用安全控制系统，差不多能分成两种类型。一种类型是老式的从小的方面、只兼顾一部分的观察办法，总体差不多是负责提示的探头和用来交流的铃。但是如果居住人离开家的时候，这种类型的老式检测器就不能发挥作用了，所以监控装置无法在最应该发挥作用的时候监控一些重要的信息。另一类型是调整了上一种类型。当发生报警时，社区报警中心的工作人员可以将信息发送到安全中心进行检查并告诉居住人。1.2国内外的研究与应用概况高科技产业的逐渐完善和改良，百姓们的日常茶余饭后也都在讨论高科技家居，并且十分关注。这些高科技家居控制系统其实被很多人所需要，而且百姓们在设计装潢自己房子的时候也会很自然的想到一些有关高科技家具生活的一些问题，甚至有人已经对使用高科技家具跃跃欲试了，并且从中获得了很大便利。1.2.1国外的技术与发展概况随着首先的高科技建筑展示在大家面前，这个事情也成为了全球制备高科技家具的导火索。欧美洲国家也做了一个关于高科技家具领域市场的研究工作，研究表明，欧美国家利用高科技家具的人很多。世界上高科技家具市场名列前茅的是美国，日本，德国，中国和德国。海外高科技家居普及率如图1.1所示。图1.1高科技家居普及率1.2.2国内的发展与发展概况我们国家的老式高科技小区其实早就扩展成为了表现出高能，宜人，安全和方便的多种多样的会客场地。之前好多年，我们构架的高科技家具都在以很快的速度提升升级和改良。之前这个高科技家具只是群众们的设想，但是，随着中国的高科技家居在过去几十年里的不断发展，这些高科技家具真的融入了老百姓的日常，虽然经历坎坷，咱们国家的高科技家具的历史阶段有萌芽期、行动期、瓶颈期和升华期这四个阶段。我国高科技家居市场情况现近几年状况如图1.2所示图1.2高科技家居现状由于经济的发展和考虑到现实因素，有很大一部分开发者的社区意识到了小区和居民已经被接到了高速公路的宽带，高科技家居研发和运营的基本条件初步具备。近年来关于高科技家居概念的争论在潜移默化中对市场培育和消费者教育起到了一定的作用。第2章PLC简介2.1PLC的应用领域PLC使用可编程控制器将逻辑操作和顺序操作这些方法来让这些信息保存到里面的存储器中。现在，它已经被用到了海内外各种化工产业和日常中，具有很大的市场前景和可制造力。它的特点为：（1）能够改变的程序；（2）数量少的外来接线，有保障，安全；（3）能完成的事情多；（4）制造原理好理解；在此基础上使用的情况差不多分为以下几种；如表2-1。表2-1种类及作用种类作用开关逻辑控制它实现了逻辑控制、顺序控制，不仅能够用来实现对一个设备控制，还能够用来控制好几个机器或者是自动化流水线，代替了继电器电路。工厂加工控制加工控制指的是一些比如说流量、温度、压力、液位和速度等这些总是变化的指标，它用的是对应的很多种控制的算法加工的系统，从而实现完成闭环控制。运行控制如今能够可以专门用来运动控制的模块，比方说可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，各式各样的的用来多种机床、机器人、电梯等情况。所以它能够被用于圆周运动和直线运动的控制。数据处理它具有数学运算（含矩阵运算、函数运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理通常是被用作比方说造纸、冶金、化工工业中的许多较为大型的控制系统。通讯及网络PLC通信拥有PLC间的通信及它与别的高科技设备间的通信。由于工厂以及其他产业自动化产业流程的发展，如今这些设备都留有通信接口，通信交流都很便捷。其实。这个设备的投入在许多产业中都被广泛应用着。工业、冶炼、机械、化工、纺织、食品、建造等行业基本上都会用到。2.2PLC的组成它是由CPU模块、输出模块、输入模块、存储器和通信接口组成。它运行的时候总是来回扫描程序，如果只要是能够满足这些条件条件就会自动运行这个扫描程序。它的硬件系统框图如图2.1所示。图2.1系统框图如图2.2所示，是它的硬件组成图。虽即便是它的类型有很多种，但是它的组成结构都差不太多。图2.2硬件组成图2.3S7-300西门子简介这个型号的系统是一个分区域化的比较小巧的系统，它是由很多个模块构成的，而每个模块之间都能够相互联系，实现它的功能。网络配置图如图2.3所示：图2.3它的网络配置第3章高科技家居安防系统3.1高科技家居安防系统的系统组成高科技安防控制系统是许多高科技家居系统里面无法缺少的一个项目，它指的是对保护生命金钱安全来设置的安全防卫和警报控制和防御。它一共可以分成防盗警报和火灾警报。它的系统图如图3.1所示。图3.1小区家居安防系统框图（1）根据不同的地点，这个屋内防盗设计和防盗报警系统差不多分为两部分，就是家中防盗和屋内周围防盗。在重要过道和重点的屋子配备红外探测器就指的是住宅室内防盗;在房屋门窗上面按上有磁力的开关[1]，就指的是住宅周边防盗。如果有人在屋子里，那么该情况下屋子的附近的防盗报警装置，将要被加固，这个时候，就会自动解除布防屋子里的防盗报警装置。那么另一种情况，如果屋子里，没有人，就会自动加固屋子附近的防盗警报系统，也就是说，也会加固的是屋子里的防盗警报系统。通过报警系统向社区报警中心发送报警信息，高科技控制主机就是这么运行的，在发生非法入侵的情况下，发出信号表明楼宇中有非法入侵现象。（2）由家庭火灾报警、家庭火灾探测器和火灾报警三部分组成的是居民宅中室内消防设计家庭火灾警报系统由。那么，一个火灾探测器至少应放置在家中的每个卧室和客厅，易燃气体探测器应放置在厨房。3.2高科技家居系统工作原理如果说小区警报中心的主机能够让门磁和窗磁连上报警，就是防盗报警系统满足了以下的条件：房主将系统设为设防状态，报警系统的复位按钮处于常开状态，门磁和窗磁开关都有数字信号输出时，系统才能发出报警。如果主人将系统设为撤防状态，小区报警中心将不允许门磁和窗磁接通报警。无论主人将系统设为布防还是撤防状态，只要当烟气和燃气的浓度超过安全指数时以及有紧急报警信号输入时，就会立刻把报警信号发给小区报警中心。图3.2系统框图报警系统就会一直处于报警状态，如果工作人员在之后没有按复位按钮，直到小区报警中心工作人员按下报警复位按钮才会消除。如果不按复位就不会再收到其他报警。系统框图如上图3.2所示。3.3硬件设计3.3.1S7-300系列的PLC硬件系统它是分模块的，主要由CPU、扩展模块、编程模块、通讯模块、控制模块组成。可如图3.3所示。PU机展块展块程具机面讯块图3.3S7-300系统框图有很多个小模块，功能也不一样。如表表3-1PLC的模块及功能PLC的模块功能电源模块它与其他信号模块之间通过电缆连接。电源模块可以连接到120/230V交流电源或24/48/60/110V直流电源。单元模块为了能让用户更方便，S7-300有了很多性能不一样的CPU。除了提高5V直流电源给S7-300总线，还可以能够实现执行用户程序的主要任务，通过接口和其他中央处理器或编程装置进行通信。接口模块接口模块用在多个机架配置时连接主机架和扩展机架。S7-300通过分布式知道主机架和3个扩展机架，至多可操作达32个模块。信号模块不同的信号模块都配有各自的自编码的螺旋型前连接器。信号模块使不同的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配。功能模块处理实时性强、存储计数量较大的过程信号任务3-1所示。它们之间的连接可以通过系统内部的总线，从而可以使得不同模块之间互相配合，就可以完成用户的标准要求。3.3.2选型我们可以看出该它的选型能够满足工艺要求，功能强大。基于以上对系统的分析和对价格的考虑，本次设计的选型如表3-2所示。表3-2S7-300的组成类别型号特性CPU315-20P用于包括分布式及集中式I/O的任务中。具有64KB，内置96KB的装在存储器，可用存储卡扩充装载存储器。电源模块PS307/10A可装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。输入模块32点DC24V/6.5V提供开关触点，输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离器和滤波，然后送至输入缓冲器等待CPU取样。数字量输出模块32点DC24V/6.5V输出模块没有反极性保护措施，输出具有短路保护功能，适用于驱动电磁阀和直流接触器。接口模块IM360和IM361用于多机架配置时链接主机架和扩展机架。3.4系统的软件设计3.4.1程序流程图根据这个设计，经过分析，我们可以设计一个流程图，让我们更加直观的了解这个设计的基本流程。高科技家居安全控制系统程序流程图如图3.4所示。图3.4高科技家居安防控制流程图如图3.4所示，当业主打开报警器时，烟气就会处于报警状态。如有烟雾或气体泄漏，则会产生烟雾或气体报警;反之，如果没有检测到烟雾、气体等，则不会发出警报。户主也可以自行设置报警系统:当户主设置解除武装状态时，即使有人靠近门窗也不会产生报警;当主人设置好开机状态，当有人出现在门窗附近时，会发出报警。无论是在烟雾或气体产生报警后，还是在门窗产生报警时，报警系统都会自动复位，确保以后发生危险事故。3.4.2PLC的I/O分配表高科技家居安全防卫控制设施的I/O地址分配表如下表3-2所示。其中，输入信号为I0.0-I0.07、I1.0-I1.7、I2.0-I2.9、I3.0-3.1。输出信号为Q0.0-Q0.8、Q3.1-Q3.5。表3-2高科技家居控制系统I/O地址分配表信号功能信号功能信号功能I0.0报警复位I1.61#楼02住户撤防Q0.0门磁报警I0.11#楼01住户门磁I1.71#楼03住户门磁Q0.1窗磁报警I0.21#楼01住户窗磁I2.01#楼03住户窗磁Q0.2烟感报警I0.31#楼01住户烟感I2.11#楼03住户烟感Q0.3燃气报警I0.41#楼01住户燃气I2.21#楼03住户燃气Q0.4紧急报警I0.51#楼01住户紧急I2.31#楼03住户紧急Q0.51#楼I0.61#楼01住户布防I2.41#楼03住户布防Q0.62#楼I0.71#楼01住户撤防I2.51#楼03住户撤防Q0.73#楼I1.01#楼02住户门磁I2.61#楼04住户门磁Q0.84#楼I1.11#楼02住户窗磁I2.71#楼04住户窗磁Q3.11住户I1.21#楼02住户烟感I2.81#楼04住户烟感Q3.22住户I1.31#楼02住户燃气I2.91#楼04住户燃气Q3.33住户I1.41#楼02住户紧急I3.01#楼04住户紧急Q3.44住户I1.51#楼02住户布防I3.11#楼04住户布防Q3.55住户3.4.3程序图

如图3.5所示，为01栋1号楼的拆装系统流程。第一个常闭开关I0.7表示1号楼01处于解除武装状态，第二个常开开关I0.6表示1号楼01处于武装状态，最后一个M0.0表示开关传输。信号，按下常闭开关时，01号楼1户处于解除武装状态;按下常开按钮后，01栋1号楼的住户将处于武装状态。无论M0.0是武装还是解除武装，信号都被传输到M0.0,M0.0具有自锁功能。图3.6住户的门磁报警程序图如图3.6所示，为01号楼1号门磁报警程序框图。第一常开开关I0.1表示1号楼01门磁报警;第二个常闭开关I0.0表示报警复位。门磁报警响后，报警系统需要复位，否则下次需要门磁报警时，门磁报警不会报警。最后将报警信号传输给M0.1,M0.1具有自锁功能。如图3.7所示，它是01栋1号楼的家用烟雾探测器。第一常开开关I0.3表示1号楼01的烟雾报警器;第二个常闭开关I0.0表示报警复位。当烟雾报警器响起时，信号将传输到M0.3。当警报响起时，复位开关将复位报警系统。3.71#楼01住户烟感报警器图3.8为01号楼的应急报警系统程序。第一个I0.5表示1号楼01户的紧急报警，第二个常闭开关I0.0表示报警复位。报警信号在报警过程中传输到M0.5。M0.5具有自锁功能。图3.81#楼01紧急报警系统高科技家居安防控制系统具体程序图见附录1。第4章系统设置4.1系统设置4.1.1组态简介MCGS组态软件又叫监控软件，它可用于数据的采集和过程的控制。它提供了一个良好的用户开发界面，并以一种简单的方式，在通用的配置中让你能在灵活使用它[2]。MCGS具有操作方便简单、容易学习、容易上手等突出特点。这个集团的软件广泛应用在石油化工、能源原材料、农业自动化、航空航天这些十分重要的领域。并且下，经过许多长时间的运行，验证了它的可靠。4.1.2建立项目及项目管理器介绍（1）打开MCGS配置软件，在用户窗口中创建一个新窗口，并在右侧窗口属性中将其重命名为“小区报警系统”。如图4.1所示。4.1窗口创建图（2）创建动画显示画面窗口:打开用户窗口后，显示的屏幕如图4.2所示。主屏幕顶部的一些小图标可以用来模拟项目运行。右边是工具箱，里面有供用户使用的各种符号和元器组件。图4.2动画显示图4.1.3创建组态过程画面（1）创建组态的主画面打开组态的用户窗口，有一个图标（矩形通过箭头连向圆形），点击它，它是一个工具箱，里面有各种组件。比方说，这次我们用到的建筑传真机、树木、按钮等。选择工具箱的“插入元件”，打开对象组件库。有一个类型，双点“其他”对象，在右侧滑，找到树，点它，点确定，树就会出现在主屏幕上。在主屏幕中，按住鼠标左键将它移动到适当的位置，也可以改变大小。创建的屏幕如图4.3所示图4.3静态画面如图4.3所示，如果单元格发生警报，可以单击警报原因，看发生警报的原因是哪个方面。显示警报的指示灯为红色，不显示报警的指示灯为绿色;点击报警号码，就可以看到是哪栋楼发出的;点击居民就可查到是哪一户报警，他的房号就能看出来，就能更准确地了解报警位置和紧急情况，使各个部门能做出反应，减少危胁户主的人身安全的产生以及财产的损失。图4.4记录画面。（3）在运行中，对收集到的数据信息进行归档，并将归档后的数据保存到数据库中。在运行过程中，可以将系统运行中的过程值以表或图的形式输出，便于观察，也可以将存档的过程值打印为记录。为了便于社区管理员对数据进行组织，在主屏幕上设置了归档屏幕，并记录和归档了所有的报警记录。点击图4.3中的存档显示，可以显示具体家庭的具体时间和报警原因。如图4.5所示。4.2监控系统4.2.1硬件组态

图4.5归档监控画面打开步骤7的硬件配置软件，选择CPU型号和MPI地址。在本设计中，为了在CPU列表中选择CPU315-2DP模型，MPI接受默认值“2”，如图4.6所示。然后单击Next按钮。图4.6硬件组态型号和MPI（1）从站建立1.STEP7NewObject”—“SIMATIC300Station”，插入S7-300从站。2.组态硬件：双击“Hardware”选项，进入界面窗口。单击“Catalog”等进行硬件组态。从站建完要连到主站，就像如图4.7所示。图4.7从站连接主站图（2）主站建立建立了从站建立之后S7-300主站并组态，如果说站建立完成后本次设计中的地址站设置为2，那么还有选择与从站相同的PROFIBUS网络，就像如图4.8所示。图4.8建立主站4.2.2在线调试在SIMATIC管理器中，为了将相应对象内容下载到CPU，就要单击要下载的组件并单击download按钮。选择了一个块后，下载这个块之后选择目录后，下载整个目录中所有块;下载硬件配置信息需要它停止。硬件配置图如图4.9所示。图4.9组态第5章小区报警系统的模拟运行5.1在STEP7中编写运行的模拟程序打开图4.7右侧的OB1，就会有图5.1页面，执行STEP中编写的程序，PLCSIM运行界面中的CPU称为“RUN”(即在线调试文件)。打开这个的主屏幕。在MCGS中，点击上面的run，就可以改变并且空控制小区的报警监控系统。程序界面如图5.1所示。图5.1编辑器5.2报警监控主画面报警监控是如图5.2所示的画面。这样的监控更加直观。图5.2报警监控主画面5.3报警原因画面。报警原因画面如图5.3所示。5.3报警原因图5.4报警楼号画面如图5.4是报警楼号画面。看如图5.4，报警建筑物编号的指示灯为红色，其他未报警建筑物编号的显示灯为绿色，那么就是建筑物编号的人报了警，那么就应该点击报警原因按钮，看看发生何种情况，并采取具体的急救措施;您还可以点击报警家居按钮，看看家居位置，节省时间。点击后退，可以看见报警监控主屏幕。图5.4报警楼号画面5.5报警住户画面如图5.5是报警住户画面。图5.5报警住户画面如图所示，如果某户显示报警，报警户的指示灯为红色，未报警户的指示灯为绿色。点一下底下的原因，看到突发情况;点击报警楼号，看到具体报警位置。5.6报警记录画面记录画面如图5.6所示。图5.6报警记录画面。5.7运行中的画面在运行时候，收集并处理已归档的过程值，然后把它保存在归档数据库当中。如图5.7是运行中的画面。图5.7运行中画面总结随着科学技术的飞速发展，自动化技术的发展使高科技社区迅速在人们的呼声中崛起，让人们过上了更好的生活，安全产品的开发也发生了前所未有的变化。