基于plc的楼宇自动控制系统

基于plc的楼宇自动控制系统内容摘要：

是通用微型计算机适应 工业生产控制要求发展起来的一种控制设备，硬件构成方面总线标准化程度高、兼容性强，而软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象控制占优势 ,但是使用工业控制器控制生产工艺过程，要求开发人员有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。 但比较 PLC 使用的技术人员熟悉的梯形图语言编辑，易学易懂便于推广。 从可靠性方面来看， PLC 控制系统是专门为工业现场而设计的，并采用了一系列抗干扰措施，具有很高的可靠性而工业控制计算机虽然能够在艰苦的工作环境下可靠的运行，但 毕竟是由通用机发展而来，在整体结构上一定要完全适应现场生产环境。 PLC 控制系统用户程序是在 PLC 监控程序的基础上运行的，软件方面的抗干扰措施在监控程序里已经考虑的很周全，而工业控制计算机用户程序则必须考虑抗干扰问题。 这也正是 PLC控制系统的优势所在。 选择 PLC 控制系统的优势 ：由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 基于信号处理和程序运行的速度， PLC 经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。 更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。 ：所有的 I/O 输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。 各输入端均采用 RC 滤波器，其滤波时间常数一般为 10~20ms。 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 采用性能优良的开关电源。 对采用的元器件进行严格的筛选。 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采取有效措施，以防止故障扩大。 大型控制器还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,以及实现电源模块冗余、 IO 模块冗余，使可靠性更进一步提高。 ：灵活控制器 产 品种类繁多，规模可分大、中、小等。 I/O 卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。 满足控制工程需要前提下， I/O 卡件可灵活组合。 I/O 卡件：控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等 ,有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人 机对话的接口模块。 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接 口模块，等等。 ：为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。 控制器的各个部件，包括 CPU，电源， I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 ：质优价廉，性价比高。 ，维修方便：可以在各种工业环境下直接运行。 使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。 各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用 模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 ：逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制、 PID 控制数据计算、通讯和联网。 其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块， CRT 模块。 21 世纪， PLC 会有更大的发展。 从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更 丰富、规格更齐全，从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破。 从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 总上所述，对备选的几种控制系统进行比较分析，本次毕业设计题目所要求控制系统需要有较高的实时性、可靠性、同时应该遵循系统配置简单并具有丰富的 I/O 卡等功能，因此本次毕业设计选用 PLC 控制系统。 PLC 的选型 输入输出点统计 此次毕业设计楼宇控制系统模型主要包括楼宇照明系统、楼宇消防系统、楼宇水压系统、门禁系统、供暖系统五个方面根据其控制方式的不同，其输入输出点也互不相同，下面我们就分别分析一下五种控制系统的输入输出点。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 楼宇照明控制系统，系统需要 PLC 9 个输出点，厨房灯需要 1 个输出信号，客厅灯需要 1 个输出信号，卧室灯需要 1 个输出信号，卫生间灯需要 1 个输出信号，楼道灯需要 1 个输出信号。 节日彩灯需要 4 个输出信号，共计 9 个。 系统需要 PLC 6 个输入点，控制厨房灯的开关需要 1 个输入信号，控制客厅灯的开关需要 1 个输入信号，控制卧室灯的开关需要 1 个输入信号，控制卫生间灯开关需要 1 个输入信号，控制楼道灯的开关需要 1 个输入信号，控制节日彩灯的开关需要一个输入信号。 共计 6 个。 楼宇消防控制系统，系统需要 PLC 2 个输出点，泵需要 1 个输出信号，排风扇排除烟雾需要 1 个输出信号，系统需要 PLC 2 个输入点，控制报警器开关需要 1 个输入信号，烟雾传感器接收信号需要 1 个输入信号。 楼宇水压控制系统，系统需要 PLC 3 个输出信号， 1水泵运行需要 1 个输出信号，2水泵运行需要 1 个输出信号， 3水泵运行需要一个输出信号，系统需要 PLC 4 个输入信号，供水启动控制按钮需要 1 个输入信号，供水停止控制按钮需要 1 个输入信号，压力变速器控制压力下限需要 1 个输入信号，压力变速器控制压力上限需要 1 个输入信号。 门禁系统 ,系统需要 2 个输出点，开门一个输出信号，关门一个输出信号，开门刷卡需要一个输入信号。 空调 系统，系统需要 2 个输出 点，温度达到一定的下限开阀门一个，关阀门一个。 需要一 个输入信号温度过高一个，温度过低一个。 PLC 型号的选取 目前市面上比较流行的 PLC 产品型号有很 多，例如：欧姆龙 C 系列，西门子 S7 系列，松下电工 FP1 系列，三菱 FX2N系列等等。 欧姆龙 C 系列 PLC 产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。 大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。 整体式结构的微型 PLC 机是以 C20P 为代表的机型。 叠装式（或称紧凑型）结构的微型机以 CJ 型机最为典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。 小型 PLC 机以 P 型机和 CPM 型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构。 具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过 I/O 扩展可实现 10140 点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进 行编程， CPM 型机是 OMRON 产品用户目前选用最多的小型机系列产品。 OMRON 中型机以 C200H 系列最为典型，主要有 C200H、 C200HS、C200HX、 C200HG 和 C200HE 等型号产品。 中型机在程序容量，扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可配置更完善的接口单元模块，河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 如模拟量 I/O 模块、温度传感器模块、高速记数模块、位置控制模块、通讯联接模块等。 可以与上位计算机、下位 PLC 机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。 在一般的工业控制系统中，小 型 PLC 机要比大、中型机的应用更广泛。 在电气设备的控制应用方面，一般采用小型 PLC 机都能够满足需求。 德国西门子（ SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。 西门子（ SIEMENS）公司的 PLC 产品包括 LOGO，S7200， S7300， S7400，工业网络， HMI 人机界面，工业软件等。 S7200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制 有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列。 由于 FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 FP1 是日本松下电工公司生产的小型 PLC 产品。 有 C1 C1 C2 C C56。 FP1是近代功能非常强的小型机。 主机控制单元内有高速计数器。 可输入频率高达 10KHZ 的脉冲。 并可同时输入两路脉冲。 另外输出频率可调的脉冲信号。 该机有 8 个中断源的中断优先权管理。 主机控制单元还配有 RS232 口，可实现 PLC 与 PC 机之间的通讯。 除了主机控制单元以外，与之配套的还有扩展单元、 能单元和链接单元。 扩展单元为 I/O 扩展点数的模块，由 E8E40 系列组成。 利用此模块可以将 I/O 点数扩展至 152 点。 智能单元主要为 A/D、 D/A 模块。 当需要对模拟量进行测量和控制时，可以连接智能单元。 链接单元，通过远程 I/O 可实现主 FP 系统进行 I/O 数据通讯，从而实现一台主控制单元的控制。 三菱 PLC 是目前销量世界领先的 PLC 产品，三菱的 FX 系列，是 PLC 家族中最先进的 PLC 产品，也是最大众化的 PLC 产品。 另外我们学习的课程中也主要是 三菱 FX 系列PLC 产品。 因此此次设计中我选择三菱 FX 系列的 PLC。 另外根据输入输出点统计，所以此次设计中我们选用三菱 FX2n48mr 型的 PLC。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 3 电路设计 电气主回路设计 本设计中主要设计了楼宇的电气主回路和控制电路。 电气主回路中主要针对楼宇水压控制系统的电气主回路，楼宇消防系统电气主回 路，楼宇空调系统电气主回路，楼宇门禁系统的电气主回路以及楼宇照明系统的电气主回路进行设计。 控制回路中主要针对控制台和 PLC 的外围接线进行了设计。 楼宇水压控制系统电气主回路设计 楼宇水压电路的设计，采用三个单相电机， PLC 通过控制接触器的常开触电，从而控制电机的得电和失电，从而控制电机是否运行。 当 1 电机运行供水时， PLC 检测，是否欠压，如果欠压， PLC 控制 2 电机运行，此时，若仍然欠压， PLC 将控制 3 电机的运行。 从而增加水压。 反之，当三个电机同时运行时， PLC 将检测时候过压，若过压，将减少电 机运行，直到压强保持正常为止。 图 31 楼宇水压控制系统电器主回路图 水泵的供电电路设计说明：水泵采用单相水泵，所以电源取三相电源的一相电源和零线供电，电源的主接线进线用一个空气开关进行电源隔离；同时该空开还起到短路保河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 护的作用，对水泵进行短路保护和 电流速断保护。 水泵的 供电 控制采用 一个接触器控制 ，当给接触器的线圈通电时，接触器的主触点闭合，水泵电源接通，水泵 开始转动给供水系统提供水压源；当接触器的线圈供电断开时，接触器的触点在弹簧的作用下复位断开 ，水泵的电源断开，水泵停转，此时，水泵从供水系统中解裂开， 不再 给供水系统提供压力。 热继电器对电机进行过热保护 ，将热继电器的主接线端接入水泵的供电线路中，取热继电器的常闭触点接入水泵的接触器线圈的供电回路中，当水泵过负荷运行超过一点时间后热继电器动作，热继电器的常闭触点断开，水泵接触器线圈的供电断开，水泵停转 ，从而达到对水泵进行过负荷保护的目的。 楼宇消防系统电气主回路设计 楼宇消防系统 电气主回路，主要有报警电路，火警报警探测电路，以及排风，高压水泵，三部分组成。 探测电路主要是由 MQ2 烟雾传感器和三极管组成 的 信号放大电路为 PLC 提供一个信号，从而到达探测 火灾的目的。 报警电路主要由指示灯和蜂鸣器组成，当 PLC为其提供信号后，指示灯闪烁，蜂鸣器发声，从而到达报警的目的。 排风、高压水泵电路，是当 PLC 为其提供信号后，控制接触器的常开触电闭合，从而为增压电机供电，促使增压电机转动，从而达到排风和灭火的作用。 排风，高压水泵电路 图 32 排风、高压水泵 电气主回路图 高压水泵的供电电路设计说明：高压水泵采用单相高压水泵，所以电源取三相电源的一相电源和零线供电，电源的主接线进线用一个空气开关进行电源隔离；同时该空开河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 还起到短路保护的作用，对高压水泵进行短路保护和 电流 速断保护。 高压水泵的 供电 控制采用 一个接触器控制 ，当给接触器的线圈通电时，接触器的主触点闭合，高压水泵电源接通，高压水泵开始转动给供水系统提供水压源；当接触器的线圈供电断开时，接触器的触点在弹簧的作用下复位断开 ， 高压水泵的电源断开，高压水泵停转，此时，。