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      智能窗戶控制系統設計

       摘要:對于智能窗控制系統來說,該工藝設計通過三種控制模式進行窗戶的開關設計,當手動模式時,通過手動按鈕控制窗戶的開關,天氣控制模式時,根據室外濕度和風速控制窗戶的開關,室內控制模式時,通過室內的溫度控制窗戶的開關.按照此設計要求,系統通過上位機軟件作為監控單元,對智能窗控制系統進行自動化控制設計。采用S7-200型號的西門子可編程控制器作為主控單元,通過傳感器、按鈕等對外部的信號進行采集和輸入,存儲在輸入映像寄存器。在梯形圖設計中,按照智能窗控制系統的流程設計,分為手動控制和自動控制兩種方式,對智能窗控制系統的功能要求通過梯形圖進行邏輯實現,將運算的結果寄存在輸出映像寄存器中,輸出信號控制外部的電動機、指示燈等設備。

       關鍵詞:智能窗;梯形圖;系統仿真

      1緒論

        1.1課題研究的目的及意義

      在高層大廈、高檔辦公室等場所,經常能見到自動窗戶,通過外部的環境條件,自動控制窗戶的打開和閉合。對于有些大型窗戶,采用自動控制的方式對窗戶進行打開和關閉,可以節省人力,也可以起到改善室內環境和光線的目的。系統采用可編程控制器來實現自動窗戶的控制,通過三種控制模式,采用溫度傳感器、濕度傳感器以及風速傳感器來控制窗戶的自動閉合和打開,采用限位開關來控制窗戶的閉合到位和打開到位。

      對于智能窗控制系統的設計而言,往往需要對該系統進行自動控制設計,提高系統的自動化程度,提高工作效率,完成自動化控制系統的設計要求。對于市場上常見的自動化控制,主要分為基于單片機的自動控制和基于可編程控制器的自動控制。單片機使用功能比較強大,能夠實現現場各種功能要求,并針對這些功能,通過編程語言實現預定的控制流程??删幊炭刂破髯鳛楣I現場應用開發的專用控制器,具有很強的抗干擾性能,并且功能強大,模塊眾多,擴展性能好,系統控制穩定可靠等,受到工業現場的普遍歡迎和應用??删幊炭刂破骶哂懈鞣N功能模塊,主要包含了數字量采集模塊、模擬量輸入輸出模塊、通訊模塊、以及特殊場合的特殊功能模塊等,這些功能模塊可以按照系統的需求進行擴展,達到系統設計控制的要求。

      對于智能窗控制系統的設計意義,主要是對智能窗系統控制進行自動化程度和系統運行穩定性的提高,滿足工業現場應用條件,符合系統運行的功能設計,提高系統的競爭性,改善工作環境。通過此次設計,對以往學習知識進行復習,學習系統項目設計的基本流程和方法,提高工作能力,有利于后期的工作實踐。

       1.2智能窗戶的設計內容

      智能窗戶主要安裝在人手不可企及的地方,比如火車站的窗戶墻,為了對這些窗戶實現打開和關閉,采用自動控制的原理來進行窗戶的控制,對窗戶安裝正反轉小電機,實現窗戶的打開和關閉。智能窗戶采用三種控制模式,分別為手動模式、天氣模式以及室內模式。手動模式下,通過按鈕來控制窗戶的打開和關閉,天氣模式下,通過室外的濕度和風速來控制窗戶的打開和關閉,室內模式下,通過室內的溫度反饋來實現窗戶的打開和關閉。按照以上的要求,對系統進行硬件設計和軟件設計,通過上位機監控,實現當前窗戶的實時數據監控。

       1.3課題設計的思路

      按照智能窗控制系統的設計基本內容,以及基于可編程控制器的系統設計方法,對于智能窗系統的設計,具體設計思路主要包括總體方案設計、系統的硬件選型設計、系統的I/O分配設計、硬件接線圖紙設計、功能流程圖設計以及系統的軟件程序設計、以及系統的仿真調試設計等。按照該設計思路,對每個章節的設計要求如下:

      (1)對智能窗控制系統的總體控制要求進行闡述,對系統的要求提出具體的控制策略和方案選擇,明確系統的外部輸入部分功能和控制的對象功能等。繪制系統的總體設計方案框圖,闡述智能窗控制系統的控制架構。

      (2)對智能窗控制系統的設備進行選型,主要包含了可編程控制器選型、輸入部分電器元件選型和輸出執行元件的選型。對系統的外部輸入和輸出進行地址分配,按照輸入輸出地址的分配,對智能窗控制系統的接線圖進行設計,并對接線圖進行詳細闡述。

      (3)對智能窗控制系統的功能流程圖進行設計,按照功能流程圖的功能設計,對系統的程序梯形圖進行設計。按照功能和控制方式的要求,對梯形圖進行詳細描述。

      (4)對智能窗控制系統進行上位機設計,對智能窗控制系統進行驅動建立,畫面設計。變量構建、動畫設計。完成上位機監控系統的各個功能監控和仿真。

      (5)對系統進行總結,主要從功能設計的完整性、系統的優點以及設計的不足進行總結,并且對系統后期的改進設計提出建議。

       2智能窗控制的總體設計

        2.1智能窗控制的要求

      智能窗戶主要適用于火車站的窗戶墻,對窗戶安裝小電動機,通過電動機的正轉和反轉來實現窗戶的自動打開和關閉。系統設計三種控制方式,分別為手動控制方式、天氣控制方式和室內控制方式。

      (1)手動控制方式下,通過外部的手動開窗和手動關窗按鈕來實現窗戶的打開和關閉,通過開窗限位和關窗限位來實現窗戶是否打開到位或關閉到位。

      (2)天氣控制方式下,通過外部的濕度傳感器和風速傳感器來控制窗戶的打開和關閉。對外界的濕度傳感器、風速傳感器進行信號采集和判斷,如果濕度低于設定下限值,將打開窗戶,濕度高于上限值,將關閉窗戶;風速傳感器主要檢測室內外的風速,如果風速高于設定上限值,將關閉窗戶,如果風速低于設定下限值,將打開窗戶。

      (3)室內控制方式下,通過集室內溫度傳感器信號,如果溫度低于設定下限值,將關閉窗戶,如果溫度高于設定上限值,將打開窗戶。

      (4)對窗戶進行開窗限位保護和關窗限位保護。

      按照以上的智能窗設計工作要求,對系統進行硬件設計、軟件設計,達到設計的動作要求。

       2.2控制方案的選擇

      對于智能窗控制系統的設計功能描述,系統的設計主要實現該系統的三種控制方式下的窗戶打開和關閉控制功能,依據該系統的控制功能和系統控制策略,進行系統的控制方式比較和選擇。針對目前市場上的自動控制方案,主要應用方式包括基于單片機的控制方式以及基于可編程控制器的控制方式,每個控制方式都應用在特定的工業場合。

      (2)基于單片機的控制方案

      單片機使用的場合比較多,功能也比較強大。單片機可以實現現場各種各樣的功能要求,響應速度比較快,對控制對象的控制精度比較高,完全可以達到現場應用的設計要求。單片機的開發過程比較繁瑣,周期較長。

      一般情況下,單片機設計之初,分為硬件設計和軟件設計。硬件設計主要是開發電路板,電路板的開發設計,對設計者要求比較高,需要全面掌握控制對象的功能和實現方式,并且要考慮每個環節的硬件開發設計。如果考慮不周到,或者設計有缺陷,往往會導致硬件電路板不合格,成為次品。所以在單片機硬件開發過程中,需要謹慎。在單片機的軟件設計中,按照設計對象的系統功能和工藝實現方法,開發設計軟件程序。當軟件程序設計完畢后,就將軟件程序寫入儲存器中,并且固化在儲存器,難以進行改變。單片機硬件和軟件開發周期比較長,根據工程的難易程度,往往需要的時間成本更高?;趩纹瑱C的控制方案不能滿足智能窗控制系統的設計工藝要求,所以單片機的方案不是最佳方案。

      (2)基于可編程控制器的控制方案

      可編程控制器應用的范圍比較廣,重點應用在工業環境下的自動化控制系統。特別是近年來計算機應用技術的發展、通信技術的發展、傳感器技術的發展等,為可編程控制器的功能豐富全面提供了條件??删幊炭刂破鲗ΜF場適應性比較強,具有很強的抗干擾性能,并且可靠性高,穩定性好,能夠解決各種復雜的控制功能,可編程控制器的設計,往往根據現場各種各樣的需求,通過模塊化設計,來更好的適應現場需求。比如現場的數字量或模擬量I/O點數較多,就可以在可編程控制器中擴展更多的數字量模塊或模擬量模塊。如果現場中需要實現精度比較高的控制,需要將編碼器信號或位置傳感器信號輸入到可編程控制器,就可以在可編程控制器中擴展專用的高速計數模塊,用來檢測現場的脈沖,達到更高的控制精度。如果現場需要實現通信功能,將現場的數據和其他控制系統之間進行共享,就可以選擇各種類型的通信模塊。常見的通信模塊為MODBUS通信模塊、PROFINET通信模塊,PROFIBUS通信模塊以及PTP通信模塊等。

      按照以上的系統控制方案的說明和比較,對于智能窗控制系統的控制要求和基本策略方案,決定采用比較廣泛應用的可編程控制器+上位機的控制方案。在智能窗控制系統設計中,將分為三大部分進行詳細設計,分別為硬件選型及I/O分配設計,系統的電氣接線圖設計和軟件程序設計、系統的上位機控制設計等。根據這三大部分的設計,實現智能窗控制系統的各種功能設計要求。

       2.3智能窗的設計方案

      對智能窗的設計,采用可編程控制器+上位機的控制方式進行設計,對外部的溫度傳感器、濕度傳感器以及風速傳感器通過模擬量信號采集傳輸到可編程控制器的模擬量輸入模塊,通過三種控制模式的選擇以及外部系統啟動按鈕等進行命令輸入,實現控制智能窗的電動機正轉和反轉,從而實現系統的開窗和關窗功能。系統設計的具體方案如下框圖所示。

      圖2-1智能窗控制的方案框圖

      f417ff9d4444e00eb048353fe7f69695  3智能窗控制的硬件設計

        3.1可編程控制器的選型

      可編程控制器在開發之初,是為了解決工業現場的控制問題,取得很好的控制效果??删幊炭刂破魇腔诠I現場開發的智能控制器,可以解決工業現場的各種工況問題,對于現場的工況,主要包含了現場執行機構的邏輯控制和聯鎖控制問題、對現場模擬量數據進行檢測和控制問題、對現場數據進行遠程通訊和數據交互問題、對現場的各種復雜問題進行計算和過程控制問題等。面對這些工況問題,通過可編程控制器來實現,可編程控制器是基于現場環境開發,具有可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、擴展性能比較好等優點,在硬件和軟件的開發設計過程中,周期可以預算,后期升級方便,成為當前工業社會發展的可信賴的工控產品,也是現代工業智能化、自動化的發展方向。

      對于可編程控制器的接口電路,就是將外部的信號,包括按鈕旋鈕、傳感器信號、模擬量信號以及高速脈沖信號等,輸入到可編程控制器內部,信號傳遞的橋梁是通過接口電路完成。在工業現場電磁環境復雜多變,信號的干擾比較繁雜,經常遇到信號失真、波動或偏移的現象,所以需要可靠的接口電路來保證信號的穩定可靠輸入。接口電路一般采用光電隔離的方式進行傳輸。也就是說外部輸入信號將電信號通過發光二極管,轉換為光信號,可編程控制器內部電路接收到光信號后,將導通電路信號,這就完整傳遞了外部信號的通斷狀況。光電隔離方式的好處在于能夠將可編程控制器內部的電路和外部電路完全隔斷,內部電路和外部電路通過光信號進行傳遞,這樣就實現了可編程控制器的高可靠性和穩定性。對于可編程控制器而言,常用的信號包括數字量信號和模擬量信號,所以接口電路也分為開關量接口電路和模擬量接口電路。

      西門子公司生產的可編程控制器主要包含了小型可編程控制器、中型以及大型可編程控制器,小型可編程控制器主要為S7-200、S7-200SMART、S7-1200;中型可編程控制器主要為S7-300,大型可編程控制器主要為S7-400、S7-1500。對于這些可編程控制器,使用的場合比較多,根據使用場合的復雜程度和具體要求進行選擇。S7-200可編程控制器的功能比較多,采用STEP7-MICRO/WIN軟件進行程序設計和編譯。在硬件中,該可編程控制器可以擴展7個模塊,通訊方式為PPI通訊,可以組態USS通訊和MODBUS通訊。通過編程電纜可以實現程序的下載和上傳。本設計按照系統控制的要求,選擇的可編程控制器為S7-200 CPU224,該可編程控制器具有24個DI端子,16個DO端子,使用的電源為交流AC220V??梢詫崿F系統的邏輯控制和數據計算,可以實現上位機和可編程控制器之間的通訊和數據交互。系統設計采用該可編程控制器可以滿足設計的要求。

      圖3-1 S7-200可編程控制器

      40af70187c68db3f783b151af08c1987  3.2限位開關的選型

      限位開關作為位置檢測的主令元件,主要分為兩部分,檢測部分和電路部分。檢測部分負責感應或識別感應對象的當前位置,如果感應到對象達到規定的位置,就通過電路部分的觸點實現信號的狀態變化,將常開觸點變為常閉,將常閉觸點變為常開。電路元件都安裝在電路小盒子內,小盒子與外部的檢測部分連接。本設計按照要求,以及設備安裝限位開關的位置和方式,選擇的限位開關型號為YBLX-K1/411,該限位開關屬于活塞式的限位開關,可以接觸感應對象的表面,通過感應對象表面的接觸碰觸,實現位置的檢測。該限位開關的觸點電壓可以達到AC380V以上,完全滿足系統設計的要求。

      圖3-2 YBLX-K1/411型限位開關

      1bd434cbe84daa14fad5a010a9c8901c  3.3溫度傳感器的選型

      對于智能窗控制系統來說,選擇的PT100溫度傳感器,適合本設計對介質的溫度檢測,而且溫度檢測范圍比較寬,能夠達到設計要求。PT100溫度傳感器安裝在介質內部,通過檢測介質的溫度值,將溫度信號轉換為電阻阻值信號,然后傳輸到變送器,通過變送器接收電阻阻值信號,設置最低溫度值和最高溫度值,以及零點偏移值等參數,再通過變送器輸出標準的模擬量信號。變送器輸出的模擬量信號一般包含0-5V,4-20MA以及0-10V三種類型的信號。對于本設計的使用,可編程控制器需要接受4-20MA的標準信號作為溫度檢測信號,所以在設定標準信號參數時,需要設定4-20MA的類型作為標準信號。PT100溫度傳感器的安裝方式為嵌入式安裝,傳感器頭要暴露在介質內部,這樣才能準確的檢測出介質的溫度值。具體的溫度傳感器圖片如下圖所示。

      圖3-3 PT100溫度傳感器

      76e3e96c157a2ba40bb96f19ce6b1584  3.4濕度傳感器的選型

      濕度傳感器主要作用是對空間的濕度進行檢測,該傳感器主要通過濕敏檢測元件來實現外部的濕度感應,將外部的濕度值轉換為微弱的電量信號,然后通過放大電路進行濕度電量的處理,轉換為標準的4-20mA信號,對于本設計選用的濕度傳感器型號為RS-WS-N01,供電電壓24VDC,檢測濕度0-100%RH,濕度精度±1%RH。該濕度傳感器的示意圖如下圖所示。

      圖3-4濕度傳感器

      17c52240e1cfb808ef4130632b1db9e9  3.5風速傳感器的選型

      風量傳感器的電氣部分接線一般為兩線制接線和四線制接線。兩線制接線的風量傳感器,該傳感器的電源由控制單元供給,為標準的DC24V電壓,兩線的電流是隨著風量的變化而變化的,所以兩線制接線的風量傳感器一般輸出4-20MA的標準信號,兩線制的其中兩根線必須要使用屏蔽電線,并且屏蔽層要接牢固,兩線制的電線,其中一根為正極,另一根為公共端。對于四線制接線的風量傳感器,其中兩根線是電源供電,一般為DC24V或AC220V兩種電壓等級。另兩根線是信號線,主要為0-10V或4-20MA兩種類型,可以通過風量傳感器來設置輸出的信號類型。根據系統的工藝和控制要求,選擇國產的SATS-300 DC24V系列的風量傳感器。該傳感器的檢測風量范圍為0-100m3/min,信號輸出類型為4-20MA,該風量傳感器為兩線制傳感器,需要通過可編程控制器進行供電輸出,供電電壓等級為DC24V。

       3.6系統I/O分配的設計

      按照智能窗系統的控制要求和方案,需要對可編程控制器的輸入輸出點進行分配設計。通過方案的描述,和可編程控制器的選型,以及充分考慮系統各種信號的采集輸入和執行單元的輸出功能,按照基本分配的原則,實現系統的輸入輸出點的分配。輸入輸出點的分配主要有利于系統的接線圖設計,可以按照I/O分配的具體要求,對可編程控制器接線圖的輸入部分和輸出部分進行線路設計,規定每個輸入點和輸出點的具體功能。系統的輸入點分配原則是先進行按鈕或旋鈕的分配,再進行外部傳感器輸入分配,再進行系統保護信號分配;系統的輸出點分配原則是先進行執行單元的分配,再進行系統指示的分配等。具體的分配如下表所示。

      407bce079d034b37805bf582c67a18d3

       3.7主電路的設計

      根據智能窗控制系統的設計內容和方案,對系統的主電路進行設計,系統主電路主要為窗戶電動機的設計,該電動機設計需要實現電機正反轉控制,對于該電動機的主電路設計,需要的電器元件包含了斷路器、接觸器等。在系統為正反轉控制時,電動機控制需要兩臺接觸器互鎖進行,主要按照可編程控制器發出電動機正轉的控制指令,此時正轉接觸器線圈得電,主觸點吸合,電動機可以正轉旋轉運行,如果可編程控制器發出電動機反轉的控制指令,反轉接觸器線圈得電,主觸點吸合,電動機可以反轉旋轉運行。正轉接觸器和反轉接觸器之間互鎖,不能同時接通。當電動機發生過流或短路故障時,斷路器迅速動作斷開。

      圖3-5窗戶電機電路圖

      662430b9e569cfb07a9ece428d8f6246  3.8 PLC電路的設計

      在智能窗控制系統的硬件設計中,可編程控制器的硬件設計為重要部分的設計,也是決定系統是否正常運行的關鍵部分??删幊炭刂破餍吞枮镃PU224,電源輸入電壓等級為AC220V,輸入輸出端子為繼電器型端子??删幊炭刂破靼藘蓚€485接口,分別為PPI接口和MODBUS接口,以及各種PLC狀態指示燈。根據系統的I/O分配可知,需要設計輸入部分的功能信號包含了外部按鈕啟停和方式轉換、傳感器信號輸入、系統保護輸入等,輸出部分功能信號包含了接觸器線圈輸出、指示燈輸出等。對于可編程控制器的接線,要嚴格按照系統的I/O分配進行接線設計,這樣做的目的是對每個端子的功能進行確定,以便于后期程序設計方便查詢,后期調試方便。具體的接線圖如下所示。

      圖3-6系統的PLC設計電路圖

      1b0d8c49f0add5c4215cc19dfe49e2db  4智能窗控制的軟件設計

        4.1系統的功能流程設計

      對于智能窗的系統功能流程設計,如下圖4-1所示。

      圖4-1系統的功能流程設計圖

      d88bfb2d3065cf3e7af9cc9f5cb1f8c6  當系統初始化后,首先進行系統的模式選擇,當選擇手動控制模式時,按下外部手動開窗按鈕,電動機開始旋轉,當到達開窗限位后,電動機停止運行;當按下外部手動關窗按鈕,電動機開始反轉,當到達關窗限位后,電動機停止運行。在天氣模式下,根據系統的啟動,進行濕度和風速的判斷。當濕度小于下限值,或者風速小于下限值,將窗戶打開,當濕度大于上限值,或風速大于上限值,將窗戶關閉。在室內模式下,系統啟動后,當溫度大于上限值,將窗戶打開,當溫度小于下限值,將窗戶關閉。按照此功能流程圖進行系統的梯形圖設計。

       4.2編程軟件的應用

      智能窗控制系統采用的可編程控制器為S7-200,該系列產品的編程設計軟件為STEP7-Micro/WIN.該軟件安裝在WINDOW操作系統中,可以實現對S7-200系列的可編程控制器程序設計和監控.STEP7-Micro/WIN軟件具有多語言界面,通過”工具”中的選項,可以將語言設置為”中文”。該軟件可以完成系統的組態設計、程序編譯、變量建立、在線監控和下載以及特殊功能塊的設置等,軟件功能全面,設計梯形圖指令豐富,能夠完成各種特定功能的實現。該軟件可以實現PPI通訊設計、MODBUS通訊設計、USS通訊設計,通過這三種通訊方式,可以與外界其他設備之間進行數據交互。在進行程序下載時,需要采用專用的PPI通訊電纜,設置好電纜驅動的地址、波特率等,就可以將編譯好的梯形圖下載到可編程控制器,并可以實現在線監控和修改。STEP7-Mirco/WIN軟件的界面主要由菜單欄、工具欄、狀態欄以及程序編譯區域、變量表區域等部分組成。STEP7-Micro/WIN軟件的界面如下所示。

      圖4-2 STEP7-Micro/WIN軟件編程界面

      e80b355e7ef0a0e26889a4d8ec84cd43  4.3程序的設計

        4.3.1模式選擇程序的設計

      當按下手動模式按鈕I0.0后,將Q0.3手動模式指示置位,其他模式指示復位;當按下天氣控制模式按鈕I0.1后,將Q0.4天氣控制模式指示置位,其他模式指示復位;當按下室內控制的模式按鈕I0.2后,將Q0.5指示置位,其他模式指示復位。

      cbf70f2a4ed52af8dd69c27e24952867  4.3.2數據轉換程序的設計

      對于溫度模擬量、濕度模擬量以及風速模擬量,傳輸的數據為6400-32000之間的模擬量數值,需要轉換為當前的溫度反饋值、濕度反饋值以及風速反饋值。通過調用數據處理子程序來進行設計。

      bf6701dac14a15013e00ee540700992a  4.3.3手動模式程序的設計

      通過外部的開窗手動按鈕I0.5輸入,將手動開窗位M0.0得電,實現手動開窗;通過外部的關窗手動按鈕I0.6輸入,將手動關窗位M0.1得電,實現手動關窗;當碰觸限位開關后,開窗和關窗位失電。

      f091adb65db7211459b142ef9f2f4061  4.3.4天氣模式程序的設計

      當選擇天氣模式后,通過濕度反饋值和風速反饋值的比較,來實現天氣模式下的開窗和關窗。并進行限位保護設計。

      91c5eb6230bdd6c7b5cd333d07f269ad  4.3.5室內模式程序的設計

      在當前為室內模式下,系統運行后,對當前的溫度反饋值和上限值以及下限值進行比較,來實現室內模式的開窗和關窗功能。并進行限位保護設計。

      98fb3ecc5a379c4fba8d5b49bbb039b8  4.3.6外部輸出程序的設計

      在三種模式下,如果有開某個位接通,將控制窗接觸器或關窗接觸器動作輸出,并實現接觸器之間的互鎖控制和開關窗限位保護。

      64c776cbb49cf74eacd4ec6f743894a3  5智能窗控制的觸摸屏設計

        5.1上位機設計的過程

      根據智能窗控制系統設計的內容和方案,系統選用觸摸屏的具體型號為TPC7062KX的HMI,該觸摸屏為彩色觸摸屏,分辨率為800X480,內存為128MB,完全滿足系統設計的要求。安裝好MCGSE設計軟件,并打開軟件,對工程進行建立,設置TPC的類型、背景。如下圖所示。

      圖5-1 MCGSE新建工程框圖

      28440e76d04539091a649531981d8770  選擇好觸摸屏的型號后,對工程名稱和儲存地址進行建立和修改。此時就進入具體設計的界面。界面主要包括主控窗口界面、設備窗口界面、用戶窗口界面、實時數據庫界面以及運行策略界面。在這些界面中,設備窗口界面主要進行驅動的建立,在驅動建立中,通過設備工具箱來添加驅動,并且需要設置好通訊地址和設備名稱。完成與可編程控制器通訊的變量地址建立。在用戶窗口界面可以進行畫面的設計,新建窗口后,可以根據工具箱來添加所需要的圖畫,編譯文字等。在實時數據庫界面中,可以添加內部變量和外部變量,修改數據的類型和存盤屬性以及報警屬性等。如下圖5-2所示。

      圖5-2 MCGSE組態界面圖

      b9de3d198552984129b28deea21e4adc  按照系統設計的方案,與可編程控制器之間進行通訊,在進行父設備新建后,通過工具箱來添加驅動,選擇的驅動為S7-200PPI通訊驅動,打開驅動后,要進行驅動相關的設置,設置PLC地址為2。如下圖5-3所示。

      圖5-3 MCGSE的驅動組態框圖

      7e84c660a36b0ef8cd88c68cf6bbd3ed  在驅動框圖的右邊進行變量的設置,變量設置包含了變量類型、變量絕對地址、變量名稱、變量數據類型等。通過添加變量,就可以實現觸摸屏和可編程控制器之間的通訊。比如需要添加M位變量,就在通道類型中選擇M寄存器,通道地址為0,數據類型選擇“通道的第00位”,通道數量選擇為1,讀寫方式選擇為“讀寫”,并單擊“確定”,此時M0.0變量就建立起來,當變量添加完畢后,單擊“完成”,此時變量就保存,并添加在實時數據庫內。設備變量添加如下圖5-4所示。

      圖5-4設備通道添加對話框

      595f09e4548821e12be7d55fadd863e9  按照以上的步驟對系統的每個變量的地址和變量名稱進行添加,確定變量的類型,一般包括“字符型”、“開關型”、“數值型”,建立好后,變量就保存在數據庫內。如下圖5-5所示。

      圖5-5變量數據庫

      872b2c928ba7aea476b0a49642a503c1  當數據庫的變量全部建立好之后,就可以進行畫面的設計,在用戶窗口中添加畫面,對畫面的屬性修改,主要修改內容包含畫面的名稱、畫面背景顏色、畫面是否需要網格等。設置好畫面的屬性后,就可以打開畫面窗口,進行畫面的編譯??梢栽诠ぞ呦渲羞x擇需要編譯的內容,一般包含了按鈕的添加、各種趨勢圖的添加、字體的修改和添加、管道的添加。在位圖中可以尋找相應的圖片,使畫面符合現場的工藝要求。工具箱的功能比較豐富,可以完成各種形式的畫面組態。對于本設計,具體的設計效果圖如下圖5-6所示。

      圖5-6畫面編譯圖

      9f3c9ea46ac9b5184c0a223c8a878103  當畫面設計完成后,就需要建立各種變量,比如對指示燈、按鈕、趨勢圖、以及各種位圖等進行變量的建立,從而實現變量的動畫設計。比如如下圖5-7所示的動畫設計框圖。

      圖5-7動畫連接框圖

      3758f02f39c5873d1ad257ed96212171  當動畫設計完成后,按照需要進行命令語言的編寫,命令語言是MCGSE觸摸屏軟件特有的功能,主要實現畫面中各種變量的聯鎖。根據命令語言內部的各種指令功能,完成畫面的輔助設計。當命令語言編寫完成后,系統的上位機組態設計就完成,可以通過模擬仿真運行來實現畫面的仿真。

        5.2上位機的仿真調試

      在觸摸屏的組態設計中,可以實現系統的仿真運行。仿真運行的目的是檢查設計是否準確,能否滿足系統的要求。在聯機仿真中,需要和可編程控制器建立通訊,通過通訊電纜的連接,完成觸摸屏的程序下載。當觸摸屏中的變量發生變化時,可編程控制器內相對應的變量狀態也發生變化,這樣就實現了通訊。當可編程控制器內某個變量發生變化時,可以在觸摸屏中顯示改變了變化的狀態。對于智能窗控制系統設計,具體的仿真運行效果如下所示。

      圖5-7室內模式仿真運行圖

      93e7f63498d75ad7b4ff3369fad31ca1  圖5-8天氣模式仿真運行圖

      a72338e831240537b2f397f1d7d2d0bd  5.3 PLC仿真調試

      在PLC仿真軟件中,手動I0.0啟動,Q0.3有用。天氣I0.1啟動,Q0.4有用。室內溫度I0.2啟動,Q0.5有用。

      換到手動模式,這時候智能窗戶,只能通過人為控制,就是說你自己需要開著,人為動手打開,需要關上,人為動手關上。

      換到天氣模式,這個時候,智能窗戶會根據天氣濕度和風度的變化,改變打開和關閉的狀態。

      換到室內模式,這個時候,智能窗戶會根據室內溫度的變化,改變打開和關閉的狀態。

      通過以上的仿真運行,達到了智能窗控制系統的各種功能要求,設計直觀,完全。

       總結

      對于智能窗控制系統設計,主要實現的功能通過三種控制模式進行窗戶的開關設計,當手動模式時,通過手動按鈕控制窗戶的開關,天氣控制模式時,根據室外濕度和風速控制窗戶的開關,室內控制模式時,通過室內的溫度控制窗戶的開關.,通過系統控制的方案,采用可編程控制器作為主控制單元,采用電動機作為驅動單元,通過外部的各種傳感器來檢測系統的實時狀態。系統分為手動控制和天氣模式控制、室內模式控制三種方式,來實現手動調試和自動運行。系統設計分為硬件設計和軟件設計,硬件設計中根據I/O分配的設計,對圖紙進行了設計。在軟件設計中,完成了功能流程圖設計和梯形圖的設計。在系統調試中,根據功能流程圖的要求,實現系統的各種工況調試,完成了自動調試,達到了工藝設計的要求。

       致謝

      大學時光就要接近尾聲,我們通過畢業設計完成了大學最后一個學習實踐任務,在畢業設計的過程中,我們掌握了許多以前未接觸過的知識,特別是可編程控制器的應用,包括硬件接線和梯形圖設計等,對系統調試部分讓我們在查找問題和解決問題中感受到快樂和成就。在此我感謝我的指導老師,指導老師對我的論文設計幫助很大,指導我如何分析方案可行性,怎樣設計電氣原理接線圖,梯形圖設計的思路和指令的使用方法等,這些知識點非常重要,我如饑食渴地學習掌握,并應用到我的畢業設計中。我也感謝我的室友們,我們朝夕相處,共同學習,共同憧憬未來,相互討論設計,取長補短,畢業設計是個快樂而又堅持的事情,在他們身上我也學到什么是堅持,什么是細心,特別感謝他們。畢業季的我們對未來憧憬,對校園懷念,我相信自己一定會在技術道路上越走越好。

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      智能窗戶控制系統設計

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