畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于plc的智能家居安防系統(tǒng)

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）</p><p>　　題 目：基于PLC的智能家居安防系統(tǒng)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p>　　專 業(yè)：自動(dòng)化</p><p&

2、gt;<b>　　班 級(jí)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　基于PLC的智能家居安防系統(tǒng)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對(duì)居家的概念已從最初滿足

3、簡單的居住功能發(fā)展到注重對(duì)住宅的人性化需求。安全、舒適、快捷、方便的智能小區(qū)，已成為住宅發(fā)展的主流趨勢，其中，安全性是首要目標(biāo)。智能小區(qū)安全性的實(shí)現(xiàn)，除了人為的因素外，主要依靠小區(qū)的智能化安全防范系統(tǒng)。所以研究和開發(fā)智能家居安防系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值。在安防系統(tǒng)中，防火和防盜是主要的。因此，通過傳感器把各種防火防盜的信號(hào)傳輸給小區(qū)報(bào)警中心，小區(qū)報(bào)警中心能迅速做出反應(yīng)，阻止不法分子的得逞和火災(zāi)的發(fā)生。智能安防系統(tǒng)就是保障了人們居家的安全和

4、利益，使人們的生活更加安全、舒適。所以設(shè)計(jì)和開發(fā)智能家居安防系統(tǒng)，不僅具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，也有廣泛的市場前景。</p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了西門子 S7-300的通信協(xié)議和工控組態(tài)軟件WinCC在家具安防系統(tǒng)中的應(yīng)用,并討論通過用 MPI 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) S7-300與工控組態(tài)軟件WinCC 之間通信和用PROFIBUS-DP總線實(shí)現(xiàn)S7-300與S7-300之間通信的方法。</p><p>

5、;　　關(guān)鍵字: 智能小區(qū)；安防系統(tǒng)；WinCC；住宅；報(bào)警</p><p>　　Based on PLC intelligent household security system </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With economy rapid developed and living stan

6、dard continuous improved, people’s concept of home has changed from initial simple living function to the individual demands. The intelligent community, which is safe, convenient and comfortable, has become the housing d

7、evelopment tendency. And safety is the primary target in that tendency. The safe of the intelligent community, except for human factors, mainly rely on safe guard system of intelligent community. So the research and deve

8、lopment of intel</p><p>　　This design introduces application of Siemens S7-300 communication protocol and the industrial control configuration software security system WinCC in furniture security system. The

9、n the paper discusses the methods which use MPI network to realize the communicating between S7-300 and industrial control configuration software WinCC, and use PROFIBUS-DP to realize the communicating between S7-300 and

10、 S7-300.</p><p>　　Kye words: Intelligent village; Security systems; WinCC; House; alarm</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　Abs

11、tractII</p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p><b>　　1.1 緒論1</b></p><p>　　1.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域2</p><p>　　1.2.2 PL

12、C的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.3 西門子S7-300簡介4</p><p>　　1.3.1 一般特性4</p><p>　　1.3.2 模塊的種類4</p><p>　　1.3.3 通信5</p><p>　　1.3.4 擴(kuò)展功能6</p><p>　　1.4 監(jiān)控軟件Wi

13、nCC簡介6</p><p>　　1.5 STEP 7編程軟件簡介7</p><p>　　1.6 智能家居安防系統(tǒng)開發(fā)的必要性8</p><p>　　1.7 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　1.8 論文的主要研究內(nèi)容8</p><p><b>　　本章小結(jié)9</b></p&

14、gt;<p>　　第二章 智能家居安防系統(tǒng)10</p><p>　　2.1 智能家居安防系統(tǒng)的組成與工作原理10</p><p>　　2.1.1 智能家居安防系統(tǒng)的組成10</p><p>　　2.1.2 智能家居安防系統(tǒng)的工作原理11</p><p>　　2.2 智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11</p>&l

15、t;p>　　2.2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.2.1.1 S7-300系列的PLC硬件系統(tǒng)11</p><p>　　2.2.1.2 PLC的選型15</p><p>　　2.2.1.3 PLC擴(kuò)展機(jī)架和供電電源的設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15</p><p

16、>　　2.2.2.1 程序流程圖15</p><p>　　2.2.2.2 PLC的I/O地址分配表15</p><p>　　2.2.2.3 程序16</p><p><b>　　本章小結(jié)17</b></p><p>　　第三章 WinCC對(duì)小區(qū)報(bào)警的組態(tài)18</p><p>　　3

17、.1 西門子S7-300及工程組態(tài)軟件的應(yīng)用18</p><p>　　3.1.1 S7-300、多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò) ( MPI ) 及PROFIBUS-DP18</p><p>　　3.1.2 S7-300與S7-300之間的通信連接19</p><p>　　3.1.3 S7-300與工控組態(tài)軟件WinCC之間的通信27</p><p>

18、　　3.2 組態(tài)小區(qū)報(bào)警28</p><p>　　3.2.1 建立項(xiàng)目及項(xiàng)目管理器介紹28</p><p>　　3.2.2 組態(tài)變量30</p><p>　　3.2.3創(chuàng)建過程畫面及組態(tài)項(xiàng)目35</p><p>　　3.2.3.1 圖形編輯器的布局35</p><p>　　3.2.3.2. 建立過程畫面36

19、</p><p>　　3.2.3.3. 創(chuàng)建及組態(tài)過程畫面37</p><p><b>　　本章小結(jié)45</b></p><p>　　第四章 WinCC與STEP 7對(duì)小區(qū)報(bào)警的監(jiān)控46</p><p>　　4.1 STEP 7對(duì)PLC的模擬46</p><p>　　4.1.1 創(chuàng)建項(xiàng)目

20、46</p><p>　　4.1.2 硬件組態(tài)47</p><p>　　4.1.3 在線調(diào)試47</p><p>　　4.1.4 PLCSIM48</p><p>　　4.2 小區(qū)報(bào)警系統(tǒng)的模擬運(yùn)行49</p><p>　　4.2.1 在STEP 7中編寫運(yùn)行的模擬程序49</p><p&

21、gt;　　4.2.2運(yùn)行中的主畫面50</p><p>　　4.2.3 運(yùn)行中的報(bào)警畫面50</p><p>　　4.2.3.1 運(yùn)行中的報(bào)警原因畫面50</p><p>　　4.2.3.2 運(yùn)行中的報(bào)警樓號(hào)畫面50</p><p>　　4.2.3.3 運(yùn)行中的報(bào)警住戶畫面51</p><p>　　4.2.4

22、 運(yùn)行中的報(bào)警記錄畫面53</p><p>　　4.2.5 運(yùn)行中的歸檔畫面53</p><p>　　4.2.6 運(yùn)行中的報(bào)表畫面53</p><p><b>　　本章小結(jié)55</b></p><p><b>　　總結(jié)與展望56</b></p><p><b&

23、gt;　　參考文獻(xiàn)57</b></p><p>　　附錄A 程序58</p><p><b>　　致謝67</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1 緒論</b></p><p>　

24、　隨著智能家居的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)財(cái)產(chǎn)、人身安全的要求也越來越高，安防系統(tǒng)不再只局限于防盜，而且要能做到防火、防劫，以及即時(shí)解決突發(fā)事件，家居安防模式也由古老的鐵門鐵鎖鐵欄桿（被動(dòng)式防盜）逐漸向各種電子探測器、報(bào)警中心（主動(dòng)式防盜）方向發(fā)展。智能家居安防系統(tǒng)開始逐漸成為普通用戶和智能家居設(shè)備提供商的關(guān)注重點(diǎn)，因此開發(fā)一套安全可靠的安防設(shè)備，成了當(dāng)務(wù)之急。智能家居安防系統(tǒng)是指由各種先進(jìn)的、智能化的電子保安設(shè)備對(duì)住宅各要害部位

25、進(jìn)行多種監(jiān)測、一旦監(jiān)測到異常情況就觸發(fā)報(bào)警服務(wù)的智能系統(tǒng)；它集防盜、防劫、防火、防燃?xì)庑孤┑裙δ苡谝惑w，一遇異常即刻自動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)中各安防設(shè)備相互通信配合，讓居住者高枕無憂。家居安防系統(tǒng)主要由防盜、防火災(zāi)、防燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)組成。</p><p>　　安防報(bào)警系統(tǒng)必須具有穩(wěn)定、可靠、易操作等特點(diǎn)，且能保證實(shí)現(xiàn)有警必報(bào)、無警不誤報(bào)這兩個(gè)主要目標(biāo)。現(xiàn)在市場上已經(jīng)有不少針對(duì)家居的安防系統(tǒng)出現(xiàn)，主要可分為兩類。一種是較為

26、傳統(tǒng)的本地監(jiān)控方式，主要是由一些報(bào)警探頭和對(duì)講門鈴等組成，當(dāng)用戶出門以后，該系統(tǒng)就不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，這樣在最需要監(jiān)控的時(shí)刻設(shè)備反而不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。另一種對(duì)傳統(tǒng)的方式進(jìn)行了改進(jìn)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警后，該信息可通過小區(qū)報(bào)警中心，由小區(qū)報(bào)警中心的工作人員派出保安人員去進(jìn)行檢查和通知主人。</p><p>　　通過小區(qū)聯(lián)網(wǎng)，采用可編程控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)小區(qū)內(nèi)所有安裝家庭安全防范系統(tǒng)的用戶進(jìn)行集中的保安接警管理。每個(gè)家庭的安

27、全防范系統(tǒng)通過總線都可將報(bào)警信號(hào)傳送到管理中心，管理人員可確認(rèn)報(bào)警的位置和類型，同時(shí)計(jì)算機(jī)還顯示與住戶相關(guān)的一些信息，以供保安人員及時(shí)和正確的進(jìn)行接警處理。安防監(jiān)控系統(tǒng)是智能化住宅小區(qū)的重要組成部分。其監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)小區(qū)重點(diǎn)區(qū)域采取實(shí)時(shí)監(jiān)控、層層設(shè)防。讓業(yè)主生活在無形防盜網(wǎng)之中。既安全，又人性化，使智能住宅小區(qū)具備了全方位的安全保障。</p><p>　　樓宇自動(dòng)化的不斷發(fā)展，由古老的家居安防模式（被動(dòng)式防盜）遠(yuǎn)遠(yuǎn)不

28、能滿足住戶要求。我們本次設(shè)計(jì)的家居安防系統(tǒng)就是采用可編程控制器S7-300系列，它不僅可靠性高，而且操作、修改、擴(kuò)展極為方便，提高了安防系統(tǒng)的功能與性能。</p><p>　　可編程控制器與個(gè)人計(jì)算機(jī)、圖形工作站、小型機(jī)等相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)屏幕顯示、數(shù)據(jù)采集、記錄保持、回路面板顯示等功能亦即實(shí)現(xiàn)了分散型控制系統(tǒng)的功能。</p><p>　　可編程控制器的不斷發(fā)展，使越來越多的工程人員認(rèn)識(shí)到它的

29、優(yōu)越性。對(duì)于當(dāng)今的可編程控制器來說，凡是需要自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在的地方，就需要可編程控制器。目前來說，可編程控制器主要應(yīng)用于有大量開關(guān)和少量模擬量的控制系統(tǒng)方面。</p><p>　　本設(shè)計(jì)從掌握和規(guī)劃家居安防自動(dòng)控制系統(tǒng)入手，重點(diǎn)介紹如何實(shí)現(xiàn)小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建和上位機(jī)監(jiān)控的小區(qū)報(bào)警問題，了解家居安防系統(tǒng)控制工藝和流程，熟悉如何利用西門子WinCC監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)可編程控制器進(jìn)行監(jiān)控和STEP7軟件對(duì)可編程控制器進(jìn)行模擬

30、控制，從而做到系統(tǒng)完善與實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、安全防范、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。</p><p><

31、b>　　開關(guān)量的邏輯控制</b></p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、</p><p>　　順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。</p><p><b>　　模擬量控制</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)

32、中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等</p><p>　　都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>

33、　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開</p><p>　　關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如何驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b><

34、;/p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定得控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p>

35、<p><b>　　通信及聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)</p><p>　　展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 </p><p>　　1.2.2 P

36、LC的發(fā)展趨勢</p><p>　　向高速度、大容量方向發(fā)展</p><p>　　為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。</p><p>　　向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展</p><p>　　當(dāng)前中小型PLC比較多

37、，為了適應(yīng)市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為8～16點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。</p><p>　　PLC大力開發(fā)智

38、能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力</p><p>　　為滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。</p><p>　　加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信

39、，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的重要組成部分。</p><p>　　增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力</p><p>　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU

40、占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p><b>　　編程語言多樣化</b></p><p>　　在

41、PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。</p><p>　　1.3 西門子S7-300簡介</p><p>　　1.3.1 一般特性

42、</p><p>　　SIMATIC S7-300是一種通用型的PLC，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握的特點(diǎn)，使得S7-300在不少工業(yè)領(lǐng)域中成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。</p><p>　　S7-300由多種模塊部件所組成，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，滿足不同的

43、應(yīng)用需求。各模塊安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，并用螺絲固定。這種結(jié)構(gòu)形式既可靠，又能滿足電磁兼容要求。背板總線集成在各模塊上，通過將總線連接器插在模塊的背后，使背板總線連成一體。在一個(gè)機(jī)架上最多可并排安裝8個(gè)模塊（不包括CPU模塊和電源模塊）。</p><p>　　S7-300有各種不同性能檔次的CPU模塊可供使用。標(biāo)準(zhǔn)CPU提供范圍廣泛的基本功能，如指令執(zhí)行、I/O讀寫、通過MPI和CP模塊的通訊，緊湊型CPU本機(jī)集

44、成I/O，并帶有高速計(jì)數(shù)、頻率測量、定位和PID調(diào)節(jié)等技術(shù)功能。部分CPU還集成了點(diǎn)到點(diǎn)或PROFIBUS通訊接口。</p><p>　　S7-300的指令集包含350多條指令，包括了位指令、比較指令、定時(shí)指令、計(jì)數(shù)指令、整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令等。CPU的集成系統(tǒng)功能提供了例如中斷處理和診斷處理等這樣一類系統(tǒng)功能，由于它們是集成在CPU的操作系統(tǒng)中，因此也省了很多RAM空間。</p><p>

45、;　　1.3.2 模塊的種類</p><p>　　S7-300的模塊品種齊全，因此，它能適合各種類型的應(yīng)用場合。有以下類型的模塊可供選用： </p><p>　　● 數(shù)字量和模擬量I/O模塊，幾乎對(duì)所有類型的現(xiàn)場信號(hào)都適用，包括具有中斷處理和診斷功能的模塊。</p><p>　　● 數(shù)字量和模擬量ExI/O模塊，可用于危險(xiǎn)防爆場所。</p><

46、p>　　● 功能模塊，供測量、計(jì)數(shù)、各種定位控制、凸輪控制和閉環(huán)控制使用。</p><p>　　● 通訊模塊，供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，或通過AS—i、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。</p><p>　　● 電源模塊，提供24V直流工作電壓。</p><p>　　● 接口模塊，當(dāng)用于SIMATIC S7-300多層機(jī)架配置時(shí)，連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。</p&

47、gt;<p>　　信號(hào)模塊是SIMATIC S7-300和生產(chǎn)過程之間的接口。有各種不同類型的數(shù)字量和模擬量模塊可供選擇，因此可以按擴(kuò)展功能所需的輸入和輸出的要求做出正確選擇。S7-300的模塊具有以下特點(diǎn)。</p><p><b>　　安裝容易</b></p><p>　　傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是通過前連接器連接到模塊的，如果模塊被置換，只需將該連接器插入相

48、同類型的新模塊就可，其連線保持不變。前連接器上的機(jī)械編碼能起到防止插入其他類型的模塊的作用。</p><p><b>　　組裝密度高</b></p><p>　　S7-300節(jié)省空間的原因之一在于每個(gè)模塊上帶有大量的通道。帶有8~32個(gè)數(shù)字量通道或者2~8個(gè)模擬量通道的模塊可供選用。</p><p><b>　　組態(tài)簡單</b&

49、gt;</p><p>　　利用STEP7，就可以對(duì)模塊進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)賦值，不用做復(fù)雜的開關(guān)設(shè)定動(dòng)作。數(shù)據(jù)是集中存儲(chǔ)的，在一個(gè)模塊被置換后，數(shù)據(jù)就被自動(dòng)傳送到新的模塊上以防止傳送出錯(cuò)。</p><p><b>　　診斷/中斷功能</b></p><p>　　許多模塊還監(jiān)視信號(hào)的采集（診斷）和來自過程的信號(hào)（過程中斷）。這表明，系統(tǒng)能對(duì)任何采集出

50、錯(cuò)或過程事件做出快速響應(yīng)。對(duì)于控制器是否應(yīng)該做出響應(yīng)以及做出什么樣的響應(yīng)，用戶能在STEP7中進(jìn)行組態(tài)。</p><p><b>　　1.3.3 通信</b></p><p>　　S7-300支持的通訊網(wǎng)絡(luò)包括：</p><p>　　● 工業(yè)以太網(wǎng)（IEEE802.3和802.3u）—供擴(kuò)展級(jí)和單元級(jí)聯(lián)網(wǎng)使用的國際標(biāo)準(zhǔn)。</p>

51、<p>　　● PROFIBUS（IEC61158/EN50170）—供單元級(jí)和現(xiàn)場使用的國際標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　● AS-Interface（EN50295）—與傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通訊的國際標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　● EIB（EN50090，ANSI EIA776）—供樓宇安裝系統(tǒng)和樓宇自動(dòng)化使用的國際標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　● MPI

52、-多點(diǎn)連接—供兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）之間，以專用的通訊協(xié)議進(jìn)行通訊使用。點(diǎn)到點(diǎn)的連接是最簡單通訊方式，有多種專用通訊協(xié)議可供選擇，如RK512、3964（R）和ASCⅡ。</p><p><b>　　過程或現(xiàn)場通訊</b></p><p>　　過程或現(xiàn)場通訊用來將執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器連接到CPU，這種連接可以通過集成在CPU上的接口或接口模塊（IM）、功能模塊（FM）和通訊模塊（

53、CP）來實(shí)現(xiàn)。另外，AS-i和PROFIBUS-DP網(wǎng)也支持過程或現(xiàn)場通訊。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)通訊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)通訊是指可編程控制器相互之間的數(shù)據(jù)傳送，或一臺(tái)可編程控制器和智能設(shè)備（如PC機(jī)）之間的數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)通訊是經(jīng)由MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)來完成的。</p><p>　　1.3.4 擴(kuò)展功能

54、</p><p>　　若控制任務(wù)需要使用的模塊數(shù)多于8個(gè)，則S7-300的中央控制器可用擴(kuò)展機(jī)架加以擴(kuò)展（CPU312IFM、CPU312、CPU312C和CPU313除外）。最多可有32個(gè)模塊與中央控制器相連，每個(gè)擴(kuò)展機(jī)架最多可以放置8個(gè)模塊。各機(jī)架之間的通訊是由接口模塊IM自動(dòng)處理。若工廠設(shè)備分布較分散，則中央控制器和擴(kuò)展機(jī)架可以分開安裝，距離最遠(yuǎn)為10m。也就是說，單機(jī)架配置時(shí)，最大配置是256個(gè)I/O；而

55、多機(jī)架配置時(shí)，最多可達(dá)1024個(gè)I/O。對(duì)于使用PROFIBUS-DP的分布式系統(tǒng)，最多可以連接65536個(gè)I/O。</p><p>　　1.4 監(jiān)控軟件WinCC簡介</p><p>　　西門子公司的WinCC是Windows Control Center（視窗控制中心）的簡稱。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本（Script）語言和OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)（Wi

56、ndows 2000 或XP）環(huán)境下使用的各種通用軟件功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動(dòng)化（TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無縫集成的特點(diǎn)。</p><p>　　WinCC運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方法靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)控畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢

57、曲線和打印報(bào)表等。它為操作者提供了圖文并茂的、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。WinCC的另外一個(gè)特點(diǎn)在于其整體的開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機(jī)界面，滿足實(shí)際需求。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需求的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　WinCC因其具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想而具有廣泛的應(yīng)用前景。借助于模塊化的設(shè)計(jì)，能以靈

58、活的方式對(duì)其加以擴(kuò)展。它不僅能應(yīng)用于單用戶系統(tǒng)，而且能構(gòu)成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個(gè)服務(wù)器和客戶機(jī)在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。WinCC集生產(chǎn)過程和自動(dòng)化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互間的集成。 </p><p>　　1.5 STEP 7編程軟件簡介</p><p>　　STEP 7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。為了在個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用S

59、TEP 7，應(yīng)配置MPI通信卡或PC/MPI通信適配器，將計(jì)算機(jī)連接到MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，來上載和下載PLC的用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)。STEP 7允許兩個(gè)或多個(gè)用戶同時(shí)處理一個(gè)工程項(xiàng)目，但是禁止兩個(gè)或多個(gè)用戶同時(shí)寫訪問。</p><p>　　STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)配置、通信組態(tài)、測試、編程、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷等功能。在STEP 7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件和硬件。S

60、TEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。</p><p>　　STEP 7提供了幾種不同的版本以適應(yīng)不同的應(yīng)用和需求。</p><p>　　● STEP 7 Micro/DOS, STEP 7 Micro /WIN:適用于S7-200系

61、列PLC的編程、組態(tài)軟件包；</p><p>　　● STEP 7 Lite：適用于S7-300、C7系列PLC、ET200X和ET200S系列分布式I/O的編程、組態(tài)軟件包；</p><p>　　● STEP 7 Basis：適用于S7-300/S7-400、M7-300/M7-400和C7系列編程、組態(tài)軟件包；</p><p>　　● STEP 7 Profes

62、sional:除包含了STEP 7 Basis版本中標(biāo)準(zhǔn)組件外，還包含了STEP 7擴(kuò)展軟件包，如SCL、GRAPH和PLCSIM。</p><p>　　1.6 智能家居安防系統(tǒng)開發(fā)的必要性</p><p>　　近年來，隨著貧富差距的不斷增大，各地入室盜搶案件和火災(zāi)的時(shí)有發(fā)生，造成了無數(shù)家庭巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。如何加強(qiáng)門窗防護(hù)，把匪徒擋在家外，是避免入室命案的關(guān)鍵所在！目前最為先進(jìn)

63、的智能化家庭安防系統(tǒng)的出現(xiàn)，為居室的使用者營造了一個(gè)安全、舒適、高效、便利的居住環(huán)境，必將以不可逆轉(zhuǎn)之勢席卷千家萬戶。</p><p>　　統(tǒng)計(jì)表明，未來5年內(nèi)，智能門窗總盈利空間達(dá)到38億元之巨，如果加上各地寫字樓、賓館酒店、高校學(xué)府、體育館、展館、科研機(jī)構(gòu)等，實(shí)在是難以計(jì)算！未來幾年內(nèi)，一個(gè)又一個(gè)百萬富翁乃至千萬富翁將因此而產(chǎn)生。據(jù)此，盡快研制開發(fā)出一套適合我國國情的智能家居安防系統(tǒng)并投運(yùn)市場，具有廣泛的應(yīng)用

64、前景。</p><p>　　1.7 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著智能家居的發(fā)展，安防系統(tǒng)在智能家居中顯得越來越重要，國外的許多大公司早已進(jìn)入到該領(lǐng)域中，如微軟公司投資一家Itran公司，專業(yè)從事家庭安防和家庭自動(dòng)化的開發(fā)設(shè)計(jì)；IBM公司與建筑商合作，為用戶提供裝備有先進(jìn)的安防系統(tǒng)的智能化住宅。美國聯(lián)邦政府和IBM、AT$T等大型IT企業(yè)，聯(lián)合投資4000億美元，為全國500萬個(gè)

65、小區(qū)和9000萬個(gè)家庭提供全面的小區(qū)和家庭的安全防護(hù)和信息服務(wù)。在國內(nèi)外關(guān)于智能家居系統(tǒng)相關(guān)的示范工程和研究就有：IBM的網(wǎng)絡(luò)化家居和夢幻空間（dream space）工程；HoneyWell的家庭自動(dòng)化工程；Cisco的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)工程；Motorola智能家居工程；Invensys的網(wǎng)絡(luò)化家居工程；MIT的智能廚房研究項(xiàng)目；亞利桑那大學(xué)的WAVES和I2SEE項(xiàng)目；中美科龍智控聯(lián)合中心（中科院、廣東科龍和美國亞桑那大學(xué)）的智能家居項(xiàng)目；

66、北京恒生新創(chuàng)的智能家居系統(tǒng)工程等。</p><p>　　1.8 論文的主要研究內(nèi)容</p><p>　　結(jié)合國內(nèi)一些智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們主要做了以下幾個(gè)方面的研究工作:</p><p>　?。?）介紹了智能家居安防的組成結(jié)構(gòu)與工作原理。</p><p>　?。?）對(duì)智能家居安防系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>

67、　　（3）S7-300軟件編程，工控組態(tài)軟件WinCC，S7-300與S7-300之間和S7-300與工控組態(tài)軟件WinCC之間的通信。</p><p>　?。?）WinCC對(duì)小區(qū)報(bào)警的組態(tài)。</p><p>　?。?）WinCC與STEP 7對(duì)小區(qū)報(bào)警的調(diào)試與監(jiān)控。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><

68、p>　　本章首先介紹了智能家居安防系統(tǒng)的定義及其功能，然后介紹智能家居安防系統(tǒng)目前在國內(nèi)外的發(fā)展情況并著重分析了現(xiàn)階段智能家居安防系統(tǒng)的必要性，從而引出了PLC控制技術(shù)。接著從PLC的發(fā)展歷史、體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及優(yōu)勢等方面對(duì)PLC技術(shù)做了全面的論述。最后提出了本課題研究的主要內(nèi)容：使用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于PLC的智能家居安防系統(tǒng)。</p><p>　　第二章 智能家居安防系統(tǒng)</p><p

69、>　　2.1 智能家居安防系統(tǒng)的組成與工作原理</p><p>　　2.1.1 智能家居安防系統(tǒng)的組成</p><p>　　從工藝方面說，智能家居安防系統(tǒng)包括防盜報(bào)警系統(tǒng)和防火報(bào)警系統(tǒng)兩個(gè)主要部分。家居安防系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 小區(qū)家居安防系統(tǒng)框圖</p><p>　　(1) 防盜報(bào)警系統(tǒng)</p&

70、gt;<p>　　防盜報(bào)警系統(tǒng)是通過無線傳感器對(duì)門窗進(jìn)行檢測，一旦有人非法通過門窗闖入，門磁和窗磁的傳感器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，通過S7-300和PROFIBUS-DP總線把報(bào)警信息傳回小區(qū)報(bào)警中心，從而讓小區(qū)報(bào)警中心的工作人員作出反應(yīng)，由小區(qū)報(bào)警中心的工作人員派出保安人員對(duì)該住戶進(jìn)行檢查和通知該住戶的主人，這樣既保證住戶的財(cái)產(chǎn)安全，更重要的是比較有效的保障了住戶的人身安全。</p><p>　　(2)

71、 防火報(bào)警系統(tǒng)</p><p>　　防火報(bào)警系統(tǒng)是通過無線傳感器對(duì)住戶的廚房、客廳和臥室的煙氣、燃?xì)膺M(jìn)行檢測，如果客廳和臥室的煙感探測器檢測到室內(nèi)的煙氣超標(biāo)和廚房的燃?xì)馓綔y器檢測到廚房的燃?xì)獬瑯?biāo)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，通過S7-300和PROFIBUS-DP總線把報(bào)警信息傳回小區(qū)報(bào)警中心，從而讓小區(qū)報(bào)警中心的工作人員作出反應(yīng)，由小區(qū)報(bào)警中心的工作人員派出保安人員對(duì)該住戶進(jìn)行檢查和通知該住戶的主人，這樣就能提前防止火災(zāi)的

72、發(fā)生，保障了住戶的利益。</p><p>　　2.1.2 智能家居安防系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　用戶通過無線遙控器設(shè)置主機(jī)的狀態(tài)：</p><p>　　1. 有人在家時(shí)可設(shè)置為“撤防”狀態(tài)。此時(shí)，主機(jī)對(duì)室內(nèi)的門窗傳感器信號(hào)不接收，</p><p>　　只接收室內(nèi)的煙氣、燃?xì)夂途o急報(bào)警信號(hào)，一旦室內(nèi)的煙氣、燃?xì)夂途o急報(bào)警信號(hào)發(fā)出，主機(jī)

73、立即將報(bào)警信號(hào)傳回小區(qū)報(bào)警中心。</p><p>　　2. 當(dāng)用戶離家時(shí)，可設(shè)置為“布防”狀態(tài)。此時(shí)，主機(jī)接收所有傳感器傳來的信號(hào)，</p><p>　　如有非法闖入，主機(jī)將自動(dòng)向外報(bào)警。小區(qū)物業(yè)管理中心在電子地圖上自動(dòng)顯示出警情方位，便于讓小區(qū)報(bào)警中心工作人員派出小區(qū)保安人員，以最快的速度趕往住戶現(xiàn)場進(jìn)行檢查。</p><p>　　防盜報(bào)警系統(tǒng)滿足以下條件，小區(qū)報(bào)

74、警中心主機(jī)才能允許門磁和窗磁接通報(bào)警：房主將系統(tǒng)設(shè)為布防狀態(tài)，報(bào)警復(fù)位按鈕處于常開狀態(tài)，門磁和窗磁開關(guān)有數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)，系統(tǒng)才能發(fā)出報(bào)警。如果房主將系統(tǒng)設(shè)為撤防狀態(tài)，小區(qū)報(bào)警中心將不允許門磁和窗磁接通報(bào)警。無論房主將系統(tǒng)設(shè)為布防還是撤防狀態(tài)，只要當(dāng)煙氣和燃?xì)獾臐舛瘸^安全系數(shù)時(shí)和有緊急報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，主機(jī)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)給小區(qū)報(bào)警中心。</p><p>　　如果報(bào)警復(fù)位按鈕處于常閉狀態(tài)，小區(qū)報(bào)警系統(tǒng)將不發(fā)生任何任

75、何報(bào)警；報(bào)警復(fù)位按鈕設(shè)在小區(qū)報(bào)警中心。小區(qū)報(bào)警中心在接到報(bào)警信息發(fā)出報(bào)警時(shí)，如果小區(qū)報(bào)警中心的工作人員沒有按下報(bào)警復(fù)位按鈕，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)一直處于報(bào)警狀態(tài)，直到小區(qū)報(bào)警中心工作人員按下報(bào)警復(fù)位按鈕才會(huì)消除報(bào)警。這樣小區(qū)報(bào)警中心的工作人員才能及時(shí)知道和不會(huì)漏掉報(bào)警信息。小區(qū)報(bào)警的無線傳輸系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。</p><p>　　2.2 智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1

76、 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　在PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：</p><p>　　2.2.1.1 S7-300系列的PLC硬件系統(tǒng)</p><p>　　SIMATIC S7-300硬件系統(tǒng)的配置方式采用模塊式，可以擴(kuò)展各種功能模塊。模塊</p><p>　　圖2.2 無線傳輸系統(tǒng)框圖</p&g

77、t;<p>　　式PLC的電源、中央處理器（CPU）、輸入/輸出、通信等一般為獨(dú)立模塊。一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 S7-300硬件系統(tǒng)組成</p><p>　　CPU模塊又稱為主機(jī)是系統(tǒng)的核心，主機(jī)I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的I/O點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同

78、決定的。當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，可擴(kuò)展特殊功能模塊，以完成某種特殊的控制任務(wù)。 </p><p>　　利用網(wǎng)絡(luò)接口，可以充分和方便地利用為SIMATICS7-300系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 </p><p>　　所有以上這些硬件設(shè)備，都在一個(gè)統(tǒng)一的工業(yè)軟件平臺(tái)上編程和運(yùn)行，為了更好地管理和使用這些設(shè)備，S7-300P

79、LC配備了許多功能強(qiáng)大的專用功能指令，方便地實(shí)現(xiàn)各種控制目的。</p><p><b>　　主機(jī)（CPU）模塊</b></p><p>　　S7-300PLC產(chǎn)品的規(guī)格眾多，而且還在不斷擴(kuò)充中，產(chǎn)品性能主要通過不同的CPU模塊進(jìn)行區(qū)分，I/O模塊、電源模塊、功能模塊通用。最新S7-300CPU包括了標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、故障安全性和技術(shù)功能型4大系列；而且同系列產(chǎn)品的性能與

80、型號(hào)也有不同程度的變化。</p><p><b>　　（1） 標(biāo)準(zhǔn)型</b></p><p>　　S7-300系列標(biāo)準(zhǔn)型CPU包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/DP、</p><p>　　CPU317-2DP、CPU317-2PN/DP、CPU318-2DP七種規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)型CPU均為模塊式結(jié)構(gòu)，CPU無

81、集成I/O點(diǎn)。</p><p>　　在標(biāo)準(zhǔn)型CPU中，CPU312不可以連接擴(kuò)展機(jī)架，主機(jī)架上的最大安裝模塊為8個(gè)，</p><p>　　每一模塊的最大I/O點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)，因此，PLC的最大輸入/輸出點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。其余的CPU均可連接最多3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，每一機(jī)架的安裝模塊均為8個(gè)，連同主機(jī)架PLC的最大安裝模塊數(shù)為32個(gè)，因此，PLC的最大輸入/輸出點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)。</p>

82、<p><b>　　（2） 緊湊型</b></p><p>　　S7-300系列緊湊型CPU包括CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP六種規(guī)格。緊湊型CPU與標(biāo)準(zhǔn)型CPU的主要區(qū)別是CPU本身帶有數(shù)量不等的集成I/O點(diǎn)、集成計(jì)數(shù)、脈沖輸出等功能，同樣，它也可以根據(jù)需要選擇不同的I/O模塊進(jìn)

83、行擴(kuò)展。與標(biāo)準(zhǔn)型一樣，緊湊型的CPU312C同樣不可以連續(xù)擴(kuò)展機(jī)架，其余CPU均可以連接最多3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。</p><p><b>　?。?） 故障安全型</b></p><p>　　S7-300系列故障安全型CPU包括CPU315F-2DP、CPU317F-2DP兩種規(guī)格。故障安全型PLC內(nèi)部安裝有經(jīng)德國技術(shù)監(jiān)督委員會(huì)認(rèn)可的基本功能塊與安全型I/O模塊參數(shù)化工具，可

84、以用于鍋爐、索道以及對(duì)安全性要求極高的特殊控制場合，它可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)立即進(jìn)入安全狀態(tài)或安全模式，以確保人身和設(shè)備的安全。</p><p><b>　?。?） 技術(shù)功能型</b></p><p>　　S7-300系列技術(shù)功能型CPU目前只有CPU317T-2DP一種規(guī)格。技術(shù)功能型PLC是一種專門用于運(yùn)動(dòng)控制的PLC，最大可以控制16軸。CPU除可以控制軸定位外，

85、還可以實(shí)現(xiàn)簡單的插補(bǔ)與同步控制，可以用于需要進(jìn)行坐標(biāo)位置、速度等控制的場合。</p><p><b>　　電源模塊</b></p><p>　　S7-300PLC的CPU與其他模塊一般需要DC24V電源供電，因此，在絕大多數(shù)場合，PLC都配套有S7-300PLC用的DC24V電源模塊。</p><p>　　常用的S7-300PLC電源模塊有PS

86、305（直流輸入型）與PS307（交流輸入型）兩種類型。輸出容量有DC24V/2A、DC24V/5A、DC24V/10A三類；PS307輸入為單相AC120V/230V，PS305輸入為DC24~110V。電源模塊的容量需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)中需要選擇，它與PLC需要模塊供電的負(fù)載大小有關(guān)。</p><p><b>　　I/O擴(kuò)展模塊</b></p><p>　　輸入和輸出

87、點(diǎn)是系統(tǒng)與被控制對(duì)象的連接點(diǎn)。當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，S7-300主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊。所以S7-300擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊；模擬量輸入、模擬量輸出、模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊和功能擴(kuò)展模塊。 </p><p>　　a) 數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊 </p><p>　　輸入擴(kuò)展模塊SM321共有十多種規(guī)格可供選擇：按照不同的輸入點(diǎn)數(shù)有8點(diǎn)

88、輸入，16點(diǎn)輸入，32點(diǎn)輸入；從輸入電壓上總體可以分為DC24V輸入、DC24V~48V輸入、DC48V~125V輸入、AC120V輸入和AC120V/230V輸入；標(biāo)準(zhǔn)為“源輸入”連接，但也可以選擇“匯點(diǎn)輸入”連接方式，單個(gè)模塊最大輸入點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)。 </p><p>　　輸出擴(kuò)展模塊SM322共有20多種規(guī)格可供選擇：按照不同的輸出點(diǎn)數(shù)有8點(diǎn)輸出，16點(diǎn)輸出，32點(diǎn)輸出；從輸出驅(qū)動(dòng)類型上總體可以分為晶體管驅(qū)動(dòng)

89、（包括DC24V/0.5A、DC24V/2A、DC24~48V/0.5A、DC48~125V/1.5A）、雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)（包括AC120V/1A、AC120~230V/1A、AC120~230V/2A）、繼電器觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)（包括2A、5A、8A）三大類。</p><p>　　輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊SM323有4種常用規(guī)格：可以根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選用。數(shù)字量輸入/輸出模塊的輸入均為DC24V，輸出均為DC24V晶體管驅(qū)

90、動(dòng)，單個(gè)模塊最大輸入/輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。8點(diǎn)DC24V輸入/8點(diǎn)DC24V/0.5A輸出、8點(diǎn)DC24V輸入/8點(diǎn)DC24V/0.5A輸出（戶外型）、16點(diǎn)DC24V輸入/8點(diǎn)DC24V/0.5A輸出、8點(diǎn)DC24V輸入/8點(diǎn)DC24V/0.5A輸出。</p><p>　　b) 模擬量I/O擴(kuò)展模塊 </p><p>　　模擬量輸入擴(kuò)展模塊SM331有8種：</p><

91、;p>　　模擬量輸出擴(kuò)展模塊SM332有4種： </p><p>　　模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊SM334有2種： </p><p><b>　　接口模塊</b></p><p>　　在S7-300PLC（CPU312、312C除外）中，當(dāng)PLC得I/O點(diǎn)數(shù)超過256點(diǎn)或安裝</p><p>　　的模塊（包括I/O

92、模塊與特殊功能模塊）數(shù)超過8個(gè)小時(shí)，需要在基本機(jī)架（或中央機(jī)架，簡稱CR）的基礎(chǔ)上通過擴(kuò)展機(jī)架（簡稱ER）進(jìn)行擴(kuò)展。在S7-300中，PLC最大允許連接的擴(kuò)展機(jī)架數(shù)位3個(gè)。</p><p>　　用于S7-300PLC擴(kuò)展的接口模塊共有IM365、IM360、IM361共3種基本型號(hào)，IM365只能用于一級(jí)擴(kuò)展（僅能連接一個(gè)擴(kuò)展機(jī)架），擴(kuò)展時(shí)在基本機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架均應(yīng)安裝一個(gè)IM365模塊。IM360/IM361需要

93、配套使用，可以用于多級(jí)擴(kuò)展，擴(kuò)展時(shí)在基本機(jī)架上安裝IM360模塊，在擴(kuò)展機(jī)架均安裝IM361模塊，IM361還可以連接其他IM361模塊，多級(jí)擴(kuò)展時(shí)可以通過IM361依次串聯(lián)連接，但是受到S7-300最大擴(kuò)展級(jí)的限制（最多可以連接3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架）。</p><p>　　2.2.1.2 PLC的選型</p><p>　　通過對(duì)上述西門子S7-300PLC的分析，可得知選用西門子S7-300PL

94、C能夠滿足工藝的要求，且具備強(qiáng)大的功能。綜合以上對(duì)系統(tǒng)的分析及價(jià)格上的考慮因素，本系統(tǒng)選用S7-300PLC CPU315-2DP；電源模塊選用PS307/5A；I/O模塊選用數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322，數(shù)字量輸入模塊采用32點(diǎn)DC24V/6.5W，數(shù)字量輸出模塊采用32點(diǎn)DC24V/6.6W；接口模塊選用IM360和IM361。 </p><p>　　2.2.1.3 PLC擴(kuò)展機(jī)架和供電

95、電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中是將380V線電壓變壓為DC24V的電壓以給PLC的擴(kuò)展模塊供電， PLC的電源模塊由相電壓220V供電。擴(kuò)展機(jī)架和供電電路圖見附圖。</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　用對(duì)于PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其軟件（程序）設(shè)計(jì)是核心。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)是指根據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和工藝要求，使用相應(yīng)編程語言，對(duì)實(shí)際

96、應(yīng)用程序的編制和相應(yīng)文件形成過程。</p><p>　　2.2.2.1 程序流程圖</p><p>　　智能家居安防系統(tǒng)的程序流程圖如圖2.4所示。</p><p>　　2.2.2.2 PLC的I/O地址分配表</p><p>　　根據(jù)智能家居安防系統(tǒng)的技術(shù)要求，其部分I/O地址分配表如表2.1所示。</p><p>

97、　　圖2.4 程序流程圖</p><p>　　2.2.2.3 程序</p><p>　　智能家居安防系統(tǒng)的程序見附錄A。</p><p>　　表2.1 部分I/O地址分配</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章著重從硬件上及軟件上介紹了這次設(shè)計(jì)中使用到的西門子S7

98、-300 PLC的相關(guān)知識(shí)，并且根據(jù)改造系統(tǒng)的實(shí)際需要對(duì)所使用的PLC進(jìn)行CPU型號(hào)及擴(kuò)展模塊的選擇，進(jìn)行了I/O地址的分配并繪制了程序流程圖。</p><p>　　第三章 WinCC對(duì)小區(qū)報(bào)警的組態(tài)</p><p>　　3.1 西門子S7-300及工程組態(tài)軟件的應(yīng)用</p><p>　　3.1.1 S7-300、多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò) ( MPI ) 及PROFIBUS-D

99、P</p><p>　　S7-300采用模塊化設(shè)計(jì)，在一塊機(jī)架底板上可安裝電源、CPU、I/O模板、通信處理器CP等模塊，其中CPU上有一標(biāo)準(zhǔn)化MPI接口，該接口既是編程接口又是數(shù)據(jù)通信接口，使用S7協(xié)議，通過此接口PLC之間、或與上位計(jì)算機(jī)之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而構(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備被稱為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有唯一的MPI地址，該地址是在S7-300硬件組態(tài)中設(shè)置的。</p><p>

100、　　此外，通信處理器模塊上有一個(gè)RS485接口，通過此接口可構(gòu)成PROFIBUS現(xiàn)場總線，實(shí)現(xiàn)PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。該總線為多主多從結(jié)構(gòu)，可方便構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)，性能可靠，硬件組成簡單，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)用，抗干擾能力強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 網(wǎng)絡(luò)配置圖</p><p>　?。?）S7-300硬件組態(tài)</p>

101、;<p>　　計(jì)算機(jī)作為編程裝置，配備專用的通信卡 ( 如CP5412) ，運(yùn)行S7-300編程軟件包STEP7，首先對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，如通信端口的設(shè)置，MPI地址設(shè)定，選擇數(shù)據(jù)傳輸速率等；然后通過MPI端口對(duì)S7-300進(jìn)行硬件組態(tài)，即對(duì)S7-300的機(jī)架、電源、CPU、信號(hào)模件、通信處理器CP等按其實(shí)際配置類型和物理地址進(jìn)行組態(tài)，其中在CPU的組態(tài)中設(shè)置MPI地址，最后將組態(tài)程序下載到PLC以確認(rèn)。依次完成各P

102、LC的組態(tài)后，便構(gòu)建了MPI網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上，將各PLC的通信端口由MPI口切換到通信處理器CP的RS485口，然后，設(shè)定各節(jié)點(diǎn)的通信地址，選擇相應(yīng)的PROFIBUS通信協(xié)議，便可構(gòu)建PROFIBUS現(xiàn)場總線。</p><p>　　(2) S7-300軟件編程</p><p>　　在STEP7中，可用梯形圖 ( Ladder ) 、語句表( STL ) 或流程圖 ( FlowChart )

103、 進(jìn)行編程，若選擇“線性程序設(shè)計(jì)”方法，則把所有程序放在組織塊OB1中即可，OB1是PLC操作系統(tǒng)與用戶程序間的接口，PLC周期性地調(diào)用此塊。若選擇“結(jié)構(gòu)式程序設(shè)計(jì)”方法，則通過組織塊OB1調(diào)用其它塊如功能塊FB、數(shù)據(jù)塊DB等。</p><p>　　(3) S7-300相互間的通信</p><p>　　多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)MPI及PROFIBUS中的各PLC之間通信比較容易實(shí)現(xiàn)，可在STEP7中創(chuàng)

104、建全局?jǐn)?shù)據(jù)通信表 ( 簡稱GD表)，,對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù) ( GlobalData ) 進(jìn)行定義，標(biāo)明數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收關(guān)系，然后將GD表下載到各PLC即可。</p><p>　　3.1.2 S7-300與S7-300之間的通信連接</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用PROFIBUS-DP總線對(duì)S7-300之間進(jìn)行通信，下面分別對(duì)S7-300進(jìn)行組態(tài)，原則上先組態(tài)從站。主從站均采用S7-300CPU31

105、5-2DP。</p><p><b>　?。?）組態(tài)從站</b></p><p>　　1） 新建項(xiàng)目：在STEP7中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，點(diǎn)擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“Insert </p><p>　　New Object”—“SIMATIC 300 Station” ，插入S7-300從站，如圖3.2所示。</p><p>

106、;　　2） 組態(tài)硬件：雙擊“Hardware”選項(xiàng)，進(jìn)入“HW Config”窗口。點(diǎn)擊“Catalog”</p><p>　　圖標(biāo)打開硬件目錄，按硬件安裝次序和訂貨號(hào)依次插入機(jī)架、電源、CPU等進(jìn)行硬件組態(tài)。</p><p>　　插入CPU時(shí)會(huì)同時(shí)彈出PROFIBUS組態(tài)界面。點(diǎn)擊“New”按鈕新建PROFIBUS（1），組態(tài)PROFIBUS站地址，本例中為3。點(diǎn)擊“Propertie

107、s”按鈕組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性，選擇“Network Settings”進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，在本例中設(shè)置PROFIBUS的傳輸速率為“1.5Mbit/s” ，行規(guī)為“DP” ，如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.2 插入S7-300從站</p><p>　　圖3.3 PROFIBUS-DP的“Network Settings”界面設(shè)置</p><p>　　雙擊CPU3

108、15-2DP項(xiàng)下的“DP”項(xiàng)，會(huì)彈出PROFIBUS-DP的屬性菜單，如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 配置S7-300從站</p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)屬性窗口選擇頂部菜單“Operating Mode” ，選擇“DP slave”操作模式，如果其下的選擇框被激活為，則編程器可以對(duì)從站編程，換句話說這個(gè)接口既可以作為DP從站，同時(shí)還可以通過這個(gè)接口監(jiān)控程序。診斷地址為1022

109、，為PROFIBUS的診斷時(shí)，選擇默認(rèn)值即可。</p><p>　　選擇標(biāo)簽“Configuration” ，點(diǎn)擊“New”按鈕新建一行通信的接口區(qū)，如圖3.5所示。</p><p>　　在圖3.5中定義S7-300從站的通信接口區(qū)。</p><p>　　Address type：選擇為“Input”對(duì)應(yīng)I區(qū)，“Output”對(duì)應(yīng)Q區(qū)。</p><

110、;p>　　Length：設(shè)置通信區(qū)域的大小，最多32字節(jié)。</p><p>　　Unit：選擇是按字節(jié)還是按字來通信。</p><p>　　Consistency：選擇“Unit”是按在“Unit”中定義的數(shù)據(jù)格式發(fā)送，即按字節(jié)或字發(fā)送；若選擇“All”表示是打包發(fā)送，每包最多32字節(jié)。</p><p>　　設(shè)置完成后點(diǎn)擊“Apply”按鈕確認(rèn)，通信區(qū)的大小與

111、PLC型號(hào)有關(guān)，最大為244字節(jié)。圖3.5主站的接口區(qū)是虛的，不能操作，等到組態(tài)主站時(shí)，虛的選項(xiàng)框才被激活。</p><p>　　圖3.5 配置S7-300從站</p><p><b>　?。?）組態(tài)主站</b></p><p>　　組態(tài)完成從站后，以同樣的方式建立S7-300主站并組態(tài)，本例中設(shè)置站地址為2，并選擇與從站相同的PROFIBUS