第四章 系统软件部分的设计

4.1 程序流程图设计

基于PLC的智能家居控制系统程序流程如图4-1所示。

图4-1 系统程序流程图

这两张图分别展示了基于PLC的智能家居控制系统的手动和自动运行程序流程。手动模式下，系统开始运行后进入手动操作状态，根据需求手动开启或关闭空调加热、空调制冷、走廊灯以及燃气报警等设备，操作简单直接，能满足用户即时的个性化控制需求 。

自动模式体现系统的智能化特性。制热模式下，系统先进行温度检测，当当前温度小于开始加热温度时，空调制热开启；当温度上升至大于停止加热温度时，空调制热关闭。制冷模式依据温度检测结果控制空调制冷的开启与关闭。在有人检测的自动流程中，检测到有人后进行光强检测，若当前光强小于开启走廊灯设定强度，走廊灯自动开启；当光强大于停止走廊灯强度设定时，走廊灯关闭。对于燃气浓度检测，当燃气浓度大于报警设定浓度，报警器响应；当浓度降低至小于报警器设定关设定值时，报警器关闭。整个自动模式通过传感器实时采集环境数据，依据预设条件进行逻辑判断，实现设备的自动控制。

4.2 编程软件的介绍

本次设计采用了西门子S7-1200 PLC作为核心控制单元，为了编写程序和设计触摸屏画面，选择了博途TIA（Totally Integrated Automation），这是一个集成的软件平台，提供了友好的用户界面和丰富的功能模块。博途TIA整合了编程、组态、调试、诊断等多种功能，能显著提高工作效率。用户可借助其完成对西门子各类自动化设备的配置和编程，像PLC、HMI、驱动装置等。该平台提供直观的图形化界面，即使是新手也能快速上手。博途TIA具备强大的诊断功能，能快速定位和解决系统故障。在数字化转型浪潮中，博途TIA以其高效、集成的特点，成为工业自动化领域广泛应用的软件工具。

4.3 PLC程序设计

本次智能家居控制系统的梯形图程序包括运行指示、手动/自动控制、时间处理、温度模拟调节、燃气浓度监测报警以及走廊灯控制等功能。各类传感器信号和控制按钮状态的读取，利用逻辑运算和数据处理指令，实现设备控制，本次设计的PLC程序如下所示。

1. 当运行指示（Q0.0）和手动指示（Q0.1）有效时，按下空调制冷开按钮（I0.4） 或组态空调制冷开（M0.4）信号有效，就会置位空调制冷输出（Q0.3），程序如图4-2所示。

图4-2 PLC程序段1

1. 系统首次扫描（M9.0）时执行数据传送操作，MOVE指令，分别将2025、2、20、12、29、30这些数值依次传送到数据块2中的“nian”（年）、“yue”（月）、“ri”（日） 、“shi”（时）、“fen”（分）、“miao”（秒）对应的存储地址。用于初始化智能家居控制系统中的时间参数，为后续基于时间的自动化控制功能提供基础数据。程序如图4-3所示。

图4-3 PLC程序段2

1. NORM_X和SCALE_X指令，将光强信号（IW96）转换成实际光照强度值存储于MD24；程序段3对燃气浓度信号（IW98）做类似处理，转换结果存于MD32 ；程序段4则是将温度信号（IW100）转换为实际温度值，存于MD40。程序如图4-4所示。

图4-4 PLC程序段3

1. 程序段9中，当手动指示有效时，调用手动程序（FC1） ；程序段10里，自动指示有效则调用自动程序（FC2）。程序段11实现按下自动按钮（M0.3），且手动按钮（M0.2 及其组态）未触发时，自动指示置位，系统进入自动运行模式。程序如图4-5所示。

图4-5 PLC程序段4

1. 程序段12利用RD_SYS_T指令读取系统当前时间，将返回值存入数据块1的“int_biaozhi”（DB1.DBW12），时间数据存于“data_now”（P#DB1.DBX0.0），方便系统基于当前时间进行控制逻辑判断。程序段13中，当数据块2的“zhixin”（DB2.DBX28.0）条件满足，通过WR_SYS_T指令将“inouttime”（P#DB2.DBX0.0）设定的时间写入系统，实现时间设定功能。程序如图4-6所示。

图4-6 PLC程序段5

1. 当M300.0（“Tag_1”）为低电平时，启动转换操作。多个CONV指令，分别将数据块2中存储的月、日、星期、时等整数格式的时间信息，转换为无符号整数格式 ，并存储到数据块2中对应的地址，便于时间进行自动化控制。程序如图4-7所示。

图4-7 PLC程序段6

1. 程序段15在运行指示为低电平时，复位手动指示（Q0.1）等8个相关位。程序段16当运行指示、制冷模式开启且当前温度不超45.0，在1Hz时钟脉冲下以0.64的步长增加当前温度。程序段17则是运行指示有效且空调制冷输出时，在1Hz时钟脉冲下，若当前温度高于18.0，以1.12的步长降低当前温度，模拟制冷效果。程序如图4-8所示。

图4-8 PLC程序段7

1. 程序段18在运行且为制热模式，当前温度不低于2.0时，以0.47步长降低温度；程序段19当运行且有制热输出，当前温度低于30.0时，以0.98步长升高温度。程序段20在燃气浓度不高时，控制其在低浓度范围变化。程序如图4-9所示。

图4-9 PLC程序段8

1. 程序段20在运行指示有效，且无燃气高标志和组态燃气高信号时，若当前燃气浓度低于0.12，以0.01步长增加浓度；高于等于0.12则设为0.03。程序段21当运行指示有效，且出现燃气高标志或组态燃气高信号时，将当前燃气浓度设为3.6mg/m³，实现不同状态下的燃气浓度模拟。程序如图4-10所示。

图4-10 PLC程序段9

1. 程序段22在运行指示有效且出现组态燃气高信号（M12.2）时，置位燃气报警蜂鸣器输出，提示燃气浓度高。程序段23则是当运行指示有效，组态燃气高信号和燃气高标志（I12.2）均消失后，复位燃气报警蜂鸣器输出，解除报警。程序如图4-11所示。

图4-11 PLC程序段10

1. 当运行指示和自动指示效且走廊灯输出开启时，每1秒（M10.5）增加当前光照强度值。检测到组态有人信号（M12.3）后启动10秒定时器，计时结束复位该信号；另一个12秒定时器控制走廊灯输出，灯灭时将光照强度设为100.0。程序如图4-12所示。

图4-12 PLC程序段11

1. 当运行指示和自动指示有效，且处于制冷模式（M5.0）时，若当前温度（MD68）大于或等于开始制冷温度（MD44），则置位空调制冷输出开始制冷；若当前温度小于停止制冷温度（MD48），则复位空调制冷输出（Q0.3）停止制冷，程序如图4-13所示。

图4-13 PLC程序段12

1. 当运行指示与自动指示有效，且处于制热模式（M5.1）时，若当前温度（MD68）低于开始制热温度（MD52），则置位空调制热输出（Q0.4）开始制热；若当前温度达到或高于停止制热温度（MD56），则复位空调制热输出（Q0.4）停止制热。程序如图4-14所示。

图4-14 PLC程序段13

1. 当运行指示（Q0.0）和自动指示（Q0.2）有效时，若检测到有人信号（I12.3或M12.3）且当前光照强度（MD76）小于300.0，置位走廊灯输出（Q0.7）开启走廊灯。程序如图4-15所示。

图4-15 PLC程序段14

1. 当运行指示（Q0.0）和自动指示（Q0.2）有效时，若出现燃气高标志（I12.2）或组态燃气高信号（M12.2） ，置位燃气报警蜂鸣器输出（Q1.0），同时将当前燃气浓度（MD72）设为3.6 。程序如图4-16所示。

图4-16 PLC程序段15