智能浴室的集散控制系统设计

1、郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题 目 智能浴室的集散控制系统设计学生姓名 专业班级 自动化 10-02 学 号 541001010 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 完成时间 2014年06月01日 郑州轻工业学院电气信息工程学院本科毕业设计任务书题目： 智能浴室的集散控制系统设计 专业 自动化 班级 10-2 学号 54100101 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容：浴室与人们的生活息息相关，故本毕业设计顺应实际生活的需求，设计了基于PLC的针对浴室环境的智能集散系统。该测量系统不仅能自动对浴室环境进行测量、显示、智能控制，而且还能通过中央电脑进行直观的监测与管

2、理。 基本要求: 1、 查阅相关原始资料，书写文献综述，英文资料翻译2、 理解相关资料，确定系统功能、性能指标，选择系统组成方案，并进 行方案论证3、 选择系统方案，设计硬件结构原理图及电气原理图；编制相关软件4、 撰写研究报告及结果分析，书写毕业论文。主要参考资料：1、现代电气控制技术及PLC应用技术王永华主编、北京航空航天大学出版社。2、PLC应用开发技术与工程实践求是科技编，人民邮电出版社。3、各种与课题相关的期刊文章、学位论文等 完 成 期 限： 2014.02.152014.06.01 指导教师签名： 专业负责人签名： 2014年 01 月 10 日智能浴室的集散控制系统设计智能浴室

3、的集散控制系统设计摘 要本论文设计了一个针对浴室的智能集散控制系统，适用于公共浴室、温泉酒店等各种场合。本设计采用多台PLC为从机，一台PC机为主机。从机对锅炉水温、浴室环境，淋雨出水温度，室内外照明等进行分散智能控制，可以自动保持锅炉温度恒定、水箱水位水温恒定、并且自动开关照明设备等，同时将浴室相关的各项环境指标集中地显示在PC机上，可从PC端进行监测。本设计自动化程度高、方便实用、成本低廉、易于搭建、适用范围广、有着良好的市场前景。关键词 智能浴室 集散控制 PLC 智能浴室的集散控制系统设计The Design of Distributed Control System for Inte

4、lligent BathhouseABSTRACTThis paper designed a distributed control system for the intelligent bathhouse, which is suitable for public bathhouses, hot spring hotels and,etc. This design uses multiple PLC as lower machines, a PC as upper monitor. Lower machines intelligently control the environment of

5、 bathroom, the temperature of water, the lighting, and can automatically keep indoor temperature steady, make the constancy of water level and temperature and so on. At the same time, the various environmental indicators of the bathhouse can be displayed and obviously seen in the PC.The design has a

6、 high degree of automation.It is convenient and practical, at the same time it costs low and is easy to build，which can be applied widely and has a good market prospect.KEY WORDS Intelligent Bathhouse Distributed Control System PLC目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1 课题简介11.2 课题背景及意义11.3 国内外发展现状32 设计方案42.1 总体设计42

7、.2 具体方案53 锅炉温度控制系统73.1 系统硬件设计73.1.1 S7-200PLC选型73.1.2 EM235模拟量输入/输出模块83.1.3 热电式传感器93.1.4 可控硅加热装置103.1.5 PPI总线103.2 系统的软件设计113.2.1 输入输出点配置113.2.2 系统程序编译114 照明系统简单设计154.1 系统硬件设计154.1.1 数据采集电路154.1.2 环境光采集电路164.1.3 人体红外线传感器的工作原理164.2 系统软件设计174.2.1 照明程序流程图174.2.2 系统程序编译195 系统组态界面设计236 结论33参考文献34致 谢351 绪

8、论1.1 课题简介 本课题的主要目的是将智能控制引入公共浴室系统，使公共浴室实现自动化、智能化。浴室系统中最重要的部分是温度的控制，如：锅炉温度、水箱温度、暖气温度。本设计提出了一套关于智能浴室的集散控制方案，并在文中着重阐述了关于锅炉温度的控制方法。1.2 课题背景及意义公共浴室是北方人民的生活之中不可或缺的一部分。不管是在在北方的城市还是农村，公共浴室都遍布在大街小巷之中。尽管公共浴室是如此的普遍，但大多都是靠人工使用锅炉烧热水，人工控制空调的开关与照明等等。这种情况造成了水温过高或过低、室内环境难以及时通风以及人力浪费等诸多问题。面对这种情况，许多的自动化设备应运而生，比如水箱自动上水，

9、智能照明等等。然而，这些设备不能统一管理，也无法实时监测环境情况，一旦出现问题很难及时发现与处理。现有的浴室中存在着很多问题：首先是沐浴用水的温度。宾馆与家庭之中广泛的使用的是机械式混水阀，其类型多种多样。主要有以下几种：冷热水手调式、单把开关调温式等等。虽然这些混水阀的外形设计丰富多变、美观大方，但是洗浴者对水温的调节都是依靠机械式混水阀对热水管道与冷水管道阀门的开启比例来实现的。其操作过程往往需要操作者通过肢体触觉进行测量，来反映混合后水温是否合适，使用多有不便，并且容易导致混水阀门的使用寿命缩短。而公共浴室中旧式的淋浴器水温也不太稳定,有时会突然冒出冷水或热水,使淋浴者苦不堪言。同时以上

10、洗浴系统都是通过手动阀对水温进行调节，这种系统的缺点是热水的温度难控制，热水利用率不高，给人们洗澡造成了一些不便，也增加了水温水位控制的劳动量，同时存在一定的浪费现象。 而更衣室的通风换气大多数也需要人的感觉来控制，如果工作人员过于繁忙或不够细心，很可能造成更衣室湿度过高或者温度过低等诸多问题，让顾客们感到不适，因而影响经济收入。暖气的开关、室内外的照明，等各种设备也都有着各种不同问题。位于浴室系统核心地位的锅炉，当前发展的现状也不容乐观。不单单是应用于浴室系统，锅炉在日常生活生产中的影响也非常大。在锅炉里面燃烧化石燃料（比如说煤、石油、天然气等）产生的热水或水蒸汽的可直接提供工农业生产和生活

11、所需要的热能。早在200多年前锅炉就已经问世，但锅炉在工业方面的应用和发展是最近几十年才开始的。在国外，工农业中对锅炉的控制在五六十年代发展的最快，于七十年代发展至最高点。反观我国，锅炉在新中国成立以后才开始建立和发展在工农业方面的应用。上海在1953年率先成立了一座上海锅炉厂。在锅炉日渐为工农业生产生活提供方便的时候，问题也随之产生，那就是对于锅炉的控制问题。随着科学技术发展，控制理论和技术也有了很大的发展，对于锅炉的自动化控制的掌握程度也在慢慢的提高。目前，大多数公共浴室所使用的仍然是燃煤锅炉。这种锅炉技术比较落后，自动化程度较低，煤的燃烧也不充分，会产生大气污染。温度控制也主要是依靠人工

12、，很难达到恒温控制，生产方式比较粗犷。由于近年来煤价的上涨以及国家对环境污染的日益重视，很多公共浴室更换了电加热锅炉。电加热锅炉相较于燃煤锅炉有着很多优点。首先，电加热不会产生任何废气、废料，清洁环保，不会对大气产生任何污染，不会对人的身体造成伤害。其次，关于电加热的研究已经相对成熟，电加热更加易于控制，可保持出水温度恒定不变，从而解决浴室水温过高或过低的问题。最后，电加热的耗电量虽然较大，但相比于煤的用量与单价还是更加低廉的。因此在本设计中采用的也是结合了计算机与PLC控制的电加热锅炉设计。结合计算机控制的电加热锅炉有着相当久的历史。从六十年代第一台计算机在控制中的应用开始，并随着计算机科学

13、技术以及通信、控制技术等等的快速发展，人们对于锅炉的自动化控制中也逐渐的采用了计算机。锅炉的自动控制技术从三四十年代的单参数仪表控制开始，经历了四五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制，一直到六十年代兴起的计算机过程控制，越来越说明了计算机正在成为这一领域的主要角色并且在锅炉的自动控制的适用范围越来越广。在工农业生产生活中，对于一些工艺过程，温度的浮动直接会对产品的质量以及产量产生影响，在这种情况下，设计出一套针对温度的较为理想的控制系统会非常有价值。1.3 国内外发展现状 国外的浴室主要还是私人浴室，究其原因，是由于国外的家庭都有恒温的暖气，以及淋浴的温度控制也非常成熟。对于温度的控制，国内

14、还是比较落后的。国外从1970左右就开始研究如何对温度进行控制。在1970年至1979年这段时间内，温度控制技术简单来说就是利用模拟式的组合仪表来采集工农业生产过程中的信息，然后再进行计算、推导，对温度进行记录和控制。一直到1989年左右分布式系统才第一次出现在世人面前。到了21世纪10年代，也就是2012年，世界各国的科学家们已经在开始研发那种由计算机来采集和控制信息的“多因子综合控制系统”了。随着科学技术的快速发展，温度控制技术也随之逐步提高，甚至有些国家已经在向着更高的自动化控制水平无人化自动控制发展了。 中国虽然在世界上影响力不小，但是中国的发展并比不上发达国家。作为发展中国家，相对于

15、其他发达国家，我国的科学家们在1980年才开始在汲取其他国家技术的基础上慢慢地学习并掌握针对单项环境因子的温度室内微机技术。现如今，我国对涉及到微机的温度控制技术已经由吸取经验到简单应用再向着综合应用方向发展。但是现在我们还没有真正的多参数综合控制系统，比起其他国家，我国在技术上还是落后不少。眼下我国的温度测控技术比起国外工厂化的温度测控技术仍然差得很远，在实际生产中我国的温控系统的软件、硬件资源还是不能共享，不能达到很高的产业化水平，装备也不能很好的配套，这些难题都需要科学家、技术人员去解决。 到现在为止，我国在温度的测量控制方面仍然比较落后，总体水平处于20世纪80年代中后期水平，比起发达

16、国家还是差别比较大，要想用于一些控制滞后、复杂、时变的温度系统控制，还是有不小的困难。至于更高控制要求的智能化、自适应控制仪表，我们与发达国家相比还是有一定的差距。在形成商品化、控制参数自整定方面，我们还没有开发出性能可靠的自整定软件，控制系统的参数的确定大多都是依靠经验或者现场调试。 随着科学技术的不断发展，温度控制系统的需求已越来越苛刻，高精度、智能化、人性化是国内外温度测控系统发展的必然趋势。 2 设计方案2.1 总体设计本设计智能浴室监控和管理自动化系统主要对以下系统实行监控和管理：锅炉温度自控系统：送、排风自控系统；暖气用水自控系统；给、排水自控系统；及照明控制系统。如图2-1所示：

17、图2-1 智能浴室自动控制系统功能图下面就几个系统简述：（1）锅炉内胆温度自控系统 对锅炉内胆温度进行监测和显示。 根据需要设定锅炉内胆的温度。 自动加热，保持锅炉内胆温度与设定温度相符。根据时间或者程序设置，控制锅炉内胆加热的启动和停止，并且智能调节加热器的电压，节约电能。（2）送、排风自控系统时间或程序控制风机启停，同时监视其运行状态和计算运行时间。故障监测报警。需要通风换气或过渡季节加大新风时，开启换气、排风系统。对大功率风机进行无级变频调速控制，节省能耗。（3）空调用水控制系统控制系统根据回水温度和流量计算空调系统冷（或热）负荷，以此来对冷水泵、热水泵等进行控制，同时监视其运行状态。对

18、冷水与锅炉送水的温度、流量进行监测和故障报警。（4）给、排水自控系统 对锅炉送水的温度进行监测和超限预警。 水箱内水位监测与控制。 水箱内水温监测、显示、预警，恒水温控制。（5）照明控制照明控制主要对建筑内照明设备实行集中管理和控制，照明可分：正常照明，应急照明，景观照明等。根据照明种类的不同如建筑物内房间照明和楼层公共区的照明，进行照明时间控制，并可实现照明设备组其他设备连动控制。同时对建筑物外观景观照明控制，体现出一种优美的环境。2.2 具体方案本设计是以多个西门子S7200PLC为主控制器，以MCGS.6.2为上位机监控软件，来实现锅炉内胆智能温度、室内通风等的DCS自动控制系统。如图2

19、-2所示。图2-2 系统硬件结构由于锅炉加热是浴室设备中最重要的一个环节，也是人工难以控制的环节。眼下我国的温度测控技术比起国外工厂化的温度测控技术仍然差得很远，在实际生产中我国的温控系统的软件、硬件资源还是不能共享，不能达到很高的产业化水平，装备也不能很好的配套，这些难题都亟待解决。随着科学技术的不断发展，温度控制系统的需求已越来越苛刻，因此本设计主要针对锅炉内胆温度控制进行详细阐述。本设计中的被控对象是锅炉内胆的温度，利用Pt100铂热电阻传感器来检测被控对象（即锅炉内胆的温度），经过EM235模块送入测量到的锅炉内胆温度转换的电流信号。然后把比较测量值和设定值所得到的差值经过PID运算后

20、就可以得到0-10mA的控制信号来控制加热器的电压，这样就能控制锅炉内胆的温度了。S7-200PLC与MCGS组态软件通讯，实现了系统的实时监控。如图2-3所示是锅炉内胆温控系统的整体结构框图。图2-3 锅炉内胆温控系统的整体结构框图3 锅炉温度控制系统3.1 系统硬件设计3.1.1 S7-200PLC选型 S7-200系列PLC是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥

21、作用。表3-1 西门子S7-200CPU主要性能指标性能指标CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸90×80×6290×80×62120.5×80×62190×80×62本机数字量I/O6个输入/4个输出8个输入/6个输出14个输入/10个输出6个输入/4个输出程序空间2048字2048字4096字4096字数据空间1024字1024字2560字2560字用户存储器类型E2 PROME2 PROME2 PROME2 PROM扩展模块数量不能扩展2个模块7个模块7个模块数字量I/O128输入/128

22、输出128输入/128输出128输入/128输出128输入/128输出模拟量I/O无16输入/16输出32输入/32输出32输入/32输出定时器/计数器256/256256/256256/256256/256内部继电器256256256256布尔指令执行速度0.37s/指令0.37s/指令0.37s/指令0.37s/指令通信口数量1（RS-485）1(RS-485)1(RS-485)2(RS-485) 数据来源：西门子S7-200选型手册CPU模块是PLC控制系统的核心，它控制着整个PLC控制系统有序地进行。PLC控制系统中，PLC程序的输入和执行、PLC之间或者PLC与上位机之间的通信、接受

23、现场设备的状态数据都离不开CPU模块。CPU模块还可以进行自我诊断，即当电源、存储器、输入/输出端子、通信等出故障时，它可以给出相应的指示或做出相应的动作。西门子S7-200PLC包括CPU221、CPU222、CPU224和CPU226这4种型号的CPU，它们的主要性能指标如表3-1所示。 根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，为以后新设备的介入或设备调整留有余地，CPU226 有6路输入/4路输出，一共有10个I/O点，存储容量比起CPU221和CPU222扩大了一倍,它可以有7个扩展模块,有内置时钟，并且CPU226高速计数处理能力也很强。因此选用的S7-20

24、0型PLC的主模块为CPU224。3.1.2 EM235模拟量输入/输出模块 在温度控制系统中，温度传感器把检测到的温度信号转换成4-20mA的电流信号，系统需要配置模拟量的输入模块把电流信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在本设计中选择了EM235模拟量输入/输出模块用来对CPU进行扩展。 EM235模块有12位模拟量，输入速度迅速，价钱低廉，应用广泛。EM235模块可以在149us的时间段内把输入模块的模拟量信号转换成为与其对应的阿拉伯数字值。表3-2 DIP开关对EM235极性影响EM235开关单/双极性选择增益选择衰减选择SW1SW2SW3SW4SW5SW6ON单极性OFF双极性

25、OFFOFFX1OFFONX10ONOFFX100ONON无效ONOFFOFF0.8OFFONOFF0.4OFFOFFON0.2 数据来源：西门子EM235模块手册 通过表3-2，我们可以了解怎样通过DIP开关来影响并选择EM235模块输入模拟信号的单/双极性、增益和衰减。EM235模块具有4个模拟信号输入通道以及1个模拟信号的输出通道。它允许S7-200PLC连接微小的模拟量信号，电压信号控制在在±80mV以内。我们可以通过选择DIP开关去决定所需要的热电偶的型号。如图3-1所示为PLC与EM235之间的电气连接图。在本控制系统中，TT1（出口温度传感器）将检测到的出口水温度信号转

26、化为电流信号送入EM235模块的A路，模拟信号经过EM235转化为数字信号送入PLC，PLC再通过PID模块进行PID调节并输出。图3-1 电热锅炉温度控制系统的电气连接图3.1.3 热电式传感器 热电式传感器是把温度的变化转换成电流、电压变化的一种装置。目前有很多不同的种类，最常见的就是把温度的变化量相对的转换成电势和电阻。它们的传感原理都是相似的，热电偶可以把温度的变化转换成电势，而热电阻则是把温度的变化相应的转换成电阻。热电偶、热电势是目前工业生产温度测量中最普遍，应用最广泛的器件。 该系统中对传感器的要求是能够将温度信号转化为电流信号，测量的水温上限为100，翻阅各种相关文献资料，权衡

27、之下，决定本系统中采用Pt100热电阻传感器是非常合适的。如图3-2是铂电阻的封装图。Pt100铂热电阻简称为：Pt100铂电阻，如图3-1。它的阻值随温度成正比的变化，是正温度系数热敏电阻传感器。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0时它的阻值为100，在100时它的阻值约为138.5。图3-2 热电阻Pt100的封装图工作原理：当PT100在0的时候他的阻值为100，之后它的阻值会随着温度上升而匀速增长。 应用范围： 医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。  组成的部分：常见的Pt100感温元件有陶瓷元件，玻璃

28、元件，云母元件，它们是由铂丝分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成 主要技术参数如下： 测量范围：-200+850；  允通电流  5mA。  另外，Pt100 温度传感器的精度高，热补偿性较好。在0100 之间变化时，最大非线性偏差小于0.5 摄氏度。还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。  3.1.4 可控硅加热装置可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管（Silicon Contro

29、lled Rectifier,SCR）。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。可控硅加热装置一般按可控硅工作方式分两种：1. 移相触发加热可控硅导通角被调整，电压随之变化，从而调整加热功率;2. 过零触发加热即通常所说的固态继电器，加热时，电压不变化，实际是脉冲通断信号。本系统采用三相可控硅移相触发装置，移相触发加热是动态降低电压，对延长加热元件寿命有好处。输入控制信号为420mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比，输出交流电压来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。3.1.5 PPI总线 本次设计使用的是西门子的PPI总线，PPI（点对点

30、接口）是一种专为SIMATIC S7-200而开发的集成接口。PPI网络通常连接S7-200设备。然而，其它 SIMATIC S7控制器（例如S7-300和S7-400）或操作员面板均可与PPI网络中的S7-200进行通讯。 PPI是一种主站-从站协议，通过该协议主站设备可向从站设备发送请求。从站设备并不启动消息，而是一直等到主站设备发送请求或轮询响应。通讯将通过常用的PPI连接来执行。3.2 系统的软件设计3.2.1 输入输出点配置设计中输入与输出都由EM235模块控制，对内存地址分配如表4-1、表4-2所示：表4-1 PLC的内存地址分配地址说明VD5锅炉出口水温度存放地址VD7锅炉内胆水

31、温存放地址VD9主控制器PID输出存放地址VD20目标设定温度存放地址VD604控制器Kc存放地址VD608主控制器Ti存放地址VD612主控制器Td存放地址表4-2 PID指令回路表地址名称说明VD0调节器过程变量（PVn）必须在0.01.0之间VD4调节器给定值（SPn）必须在0.01.0之间VD8调节器输出值（Mn）必须在0.01.0之间VD12调节器增益（Kc）比例常数，可正可负VD16调节器采样时间（Ts）单位为s，必须是正数VD20调节器积分时间（Ti）单位为min，必须是正数VD24调节器微分时间（Td）单位为min，必须是正数3.2.2 系统程序编译锅炉内胆实际温度的检测是要把

32、测得的温度量转化为0.0到1.0之间的数以便于PLC能够识别。因为PID只能针对浮点型实数进行运算，因此要先把温度变送器输出的值转换成16位的整型存储在累加寄存器AC0中，再将AC0中的值转化为32位的双整型继续存放于AC0中，接着把AC0中的数由双整型转化为实型，仍然存放到AC0中。鉴于实型数的小数点有6位，所以其相对来说还是比较精确的。接下来就要把实数再转化成PLC能够识别的0.01.0之间数。用到的公式如下:其中 Rnorm 标准化的实数值 Rraw 没有标准化的实数值或原值 offset 偏差。单极性为0.0，双极性为0.5 Span 值域大小。可能的最大值减去可能的最小值。 单极性是

33、32000（典型值） 双极性是64000（典型值）系统程序如图3-3所示：图3-3 将采集实际温度转换为PLC计算数值的程序S7-200的编程软件Micro/WIN提供了PID指令向导，PID控制程序可以通过指令向导自动生成，但是PID指令也能够被程序自动调用。本设计的子程序如图3-4所示。图3-4 子程序对于系统输出量的处理，所用程序如图3-5所示。图4-8 输出控制程序图输出量和PID控制的输入是一样的，也要被从整型转换成实型数据。在这次设计里面，我用了5伏的电压变送器反相模块，相对应的最大值就变成了32000。另外，由于Pt100铂热电阻传感器因为制造的工艺不同，其测温范围也有所不同，本

34、设计中设定的最大量程为100摄氏度。PLC的模拟输入/输出最大位是32000，但由于我使用的200PLC的模拟量模块的量程是4-20mA，因此最大值要减去6400的差值。如果输出是0100之间的某个数值，那么输出值要用25600减掉测定值才能够跟反向调压模块相适应，输出值由模拟输出端A1W0输出。4 照明系统简单设计在本章中对浴室更衣室内的照明进行简单介绍。在这部分设计中根据I/O口的需求，选用的是S7-200系列中的CPU224。4.1 系统硬件设计根据浴室内照明设计的要求，PLC与外部设备的硬件接线图如图4-1所示。图4-1 PLC与外部设备的硬件接线图4.1.1 数据采集电路浴室中的环境

35、光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，光敏三极管可以认为是光敏二极管与三极管的一体化结构，其特性是光敏二极管的输出特性再加上三极管的特性。根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。4.1.2 环境光采集电路光电传感器是一种能够将光感转换成电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。在无光照时三极管的穿透电流很小，为暗电流。有光照时，产生的增大，成为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。环

36、境光采集电路原理图如图4-2所示。当自然光强大于一定程度时，光敏三极管D6呈现低阻态状态小于1K欧，三极管Q12的基极电压升高，Q12管饱和导通，集电极输出低电平。当自然光强小于一定程度时，光敏三极管D6呈现高阻态状态，100k欧，使三极管Q12截止，集电极输出高电平。其中可变电阻R26可调节，调R26阻值的大小，使Q12三极管受环境光影响在适当的亮度下导通。 图4-2 环境光采集电路原理图4.1.3 人体红外线传感器的工作原理本系统采用热释红外传感器，人体红外线传感器主要采用的是红外传感器的原理。人体红外传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出

37、特定波长10um左右的红外线，被动红外探头就靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源。红外感应源采用的是热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就产生由人体存在的信号。人体传感器透镜的信号采集敏感区示意图如图4-3所示。传感器最敏感方向 图4-3 信号采集敏感区示意图当有人进入时，移动人体发出的红外线被红外线传感器接收，则人体存在被感应，并输出高电平。而当人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器所体的信号就会不理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人

38、体传感器的安装方向。4.2 系统软件设计4.2.1 照明程序流程图教室内各个区域的红外线传感器和光电传感器光电传感器检测光照的强弱红外线传感器检测是否有人检测所得信息通过PLC对照明灯进行智能控制 图4-4 系统框图是否有人开始Y关闭照明智能控制器06：0018：0018：0023：00若电视打开,电视处灯60s后关闭N开灯关灯NY关灯是否是23：0006：00光亮是否充足是否有人关灯开灯NYYN图4-5 程序流程图由于浴室更衣室面积较大而且一般是单面采光，所以浴室中会有不同区域光照程度差别很大的现象，而且由于浴室人员的流动性大以及选择位置的不确定性，故设想将更衣室分为不同的区域，利用红外线传

39、感器以及光电传感器对整个更衣室进行分区控制，以最大程度地达到节能效果。这种控制方案的思路如图4-4所示：如图4-5所示程序流程图，智能系统先是通过时间来判断的，例如如果时间段在23点到6点之间，智能系统控制灯光的功能会进入休眠状态，此时更衣室灯光的控制只能通过手动开关来控制。另外，如果时间段不在23点到6点之间，系统才会通过判断光照是否充足和有没有人体存在，来合理开关灯的。在更衣室，还要考虑电视的情况，如果更衣室中的电视开关开启，系统会延时60秒后，不管电视附近的灯是否开启，智能系统都会关闭电视附近的灯。4.2.2 系统程序编译关于浴室设计的系统输入、输出点及地址：启动开关I0.0、停止开关I

40、0.1、红外探测器I1.0I1.4、光照传感器I0.3I0.7、电视开关I0.2。T37和T38为定时器。为了减少输出点数，一个区域作为一个输出点，其地址Q0.0Q0.4。表4-1为I/O地址分配表。表4-1 I/O地址分配表。输入点输出点元件名称地址编码元件名称地址编码启动开关I0.0电视区域灯Q0.0停止开关I0.1区域1灯Q0.1电视开关I0.2区域2灯Q0.2光照探测器I0.3I0.7区域3灯Q0.3红外探测器I1.0I1.4区域4灯Q0.4用SETP7软件编写的控制程序如下所示。网络1 ：启动开关I0.0闭合后，中间继电器M0.0通电并自锁，只有当停止开关I0.1按下后，M0.0才断

41、开。见图4-6：图4-6 网络1网络2和网络3：M0.0保持通电时，计时器T37计时3000*100ms=5分钟后，其常开触点闭合，计数器C1计数一次，同时网络2中T37的常闭触点断开。T37常闭触点重新闭合后，T37重新开始计时，如此重复，当计数器C1计数到288次，即288*5min=1440min，即24小时，计数器复位并重新开始计数。见图4-7所示。图4-7 网络2和网络3网络4、5、6：图4-8 网络4、5和6为分时控制梯形图程序，系统在仿真运行时，设定其初始时间为6:00，即C1>=0时，当计数器C1计数范围在0144之间，即这12个小时内，中间继电器M0.1都保持导通。另外

42、，M10.1代表在时间段6.0018.00保持导通状态，M0.2代表在时间段18.0023.00保持导通状态，M0.3代表在时间段23.006.00保持导通状态。但是要确定的是M0.1、M0.2、M0.3这3个时间段的继电器，在任何时候只有一个能保持导通状态。见图4-8。网络7为本系统的输出梯形图程序，其中I0.3至I0.7代表光照探测器的控制触点，I1.0至I1.4为红外探测器的控制触点，Q0.0至Q0.4代表教室5个区域的灯。见图4-9所示。图4-9 网络7 网络8为电视的梯形图程序。当投影仪开关I0.2开启后，定时器T38开始计时，当其计时到600*100ms即60s时，其网络7中的常闭

43、触点会断开，从而会使电视区域的灯关闭。可以使顾客体验到更好的电视效果，不需人为的去关闭灯光。见图4-10所示。图4-10 网络8本程序设计的基本原理和工作过程如下： （1）当时间段在6.0018.00时，常开触点M0.1保持导通状态，假设此时更衣室中5个区域都有人在，各个区域的红外探测器会感应到相应区域的人体，并使常开触点I1.0至I1.4闭合导通，如果更衣室中每个区域光线都很充足，光照探测器会使常开触点I0.3至I0.7保持断开，反之，若光线不足，光线探测器会使其闭合，从而使整个回路导通，各个区域的灯会点亮。假设更衣室全部区域都有人而且灯都亮着，某区域的人突然全部走完了，红外探测器会自动感应

44、到该区域的人体存在情况，从而反馈到其控制的常开触点，从而控制灯光的开和关。（2）当时间段在18.0023.00时，此时M0.2处于导通状态，因为此时一般光线比较暗，已不需要光照探测器工作，只需红外探测器来感应人体的存在与否来控制教室相应区域的灯光开关情况。（3）当时间段位于23.006.00时，此时M0.3的常闭触点会断开，无论是光照探测器还是红外探测器，都会停止工作，此时只能手动来控制灯光的开与关了 。5 系统组态界面设计（1）打开MCGS6.2（通用版）界面，新建一个工程，在用户窗口中新建4个窗口，分别为窗口0、窗口1、窗口2、窗口3。如图5-1所示： 图5-1 新建窗口 （2）在“窗口属

45、性”中将窗口名称分别改为“锅炉内胆”、“锅炉内胆数据显示”、“曲线显示”和“退出提示”四个窗口。如图5-2、图5-3所示： 图5-2 设置窗口图5-3 设置完成（4）打开“锅炉内胆”，设计用户界面。 先打开工具箱，图标用来在编辑图形的时候选取指定的图像；图标用于打开和关闭常用图符工具箱。图标用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；如图5-4.图5-4 读取存盘图形对象 打开“对象元件列表”中的“图形对象库”，然后选择对应的图形放入桌面。如果想要画出水流，只需要点击工具箱里面的（流动块）来进行制作和调整。如图5-5所示：图5-5 画“流动块”在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中

46、双击“数据显示”进入，在“工具箱”中单击“实时曲线”图标，拖放到适当位置调整大小。双击曲线，弹出“实时曲线构件属性设置”窗口，按图5-6设置：图5-6 实时曲线构件属性设置按“确认”即可，在运行环境中单击“数据显示”菜单，就可看到实时曲线。双击曲线可以放大曲线。在“用户窗口”中双击“数据显示”进入，在“工具箱”中单击“历史曲线”图标，拖放到适当位置调整大小。双击曲线，弹出“历史曲线构件属性设置”窗口，按图5-7设置：图5-7 历史曲线构件属性设置然后进入各个窗口进行图形编辑，最后生成成品图如图5-8、图5-9、图5-10、图5-11所示：图5-8 “锅炉内胆”窗口界面图5-9 “锅炉内胆数据显

47、示”界面图5-10 “历史曲线”界面图5-11 “退出”界面选择菜单项 “文件” 中的“保存窗口”，则可对所完成的画面进行保存。（4）鼠标点击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。按“新增对象” 按钮，在窗口的数据变量列表中，增加新的数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量。 选中变量，按“对象属性”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口。如图5-12所示：图5-12 对象属性设置窗口 设置完成后点击“确认”保存数据对象。图5-13是设置完成后的画面：图5-13 数据对象设置完毕（5）鼠标点击工作台的“设备窗口”窗口标签，进入设备窗口页。点击“设备窗口”图标，进入设备窗口

48、后，选择“设备工具箱”选择需要的设备，然后保存。如图5-14所示：图5-14 选择所需设备双击所选设备，设置设备属性。如图5-15、图5-16所示： 图5-15 设置设备属性 图5-16 设置设备属性双击子设备，对I/O点进行分配，如图5-17、图5-18所示：图5-17 分配I/O通道图5-18 分配I/O完毕（6）设置各个变量的动态属性。如下图5-19所示：图5-19 设置动态连接（7）直接按“F5”或直接点击工具条中图标，就可以进入运行环境。如图5-20、图5-21、图5-22所示：图5-20 运行图5-21 设定温度图5-22 设置成功另外本设计还制作了水箱水位的组态软件，过程略，如图5-23所示：图5-23 水箱水位控制组态界面6 结论这次毕业设计我成功地运用西门子S7-200PLC以及MCGS6.2设计了一个能够监控锅炉内胆温度的温度控制系统和一个简单的更衣室照明控制系统