宾馆客房居室环境检测系统文样例.docx
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宾馆客房居室环境检测系统文样例
天津大学网络教育学院
专科毕业论文
题目：
宾馆客房居室环境检测系统
完成期限：
2014年1月3日至2014年5月5日
学习中心某某某年级
专业某某某某指导教师某某某
姓名某某某学号092000000000
摘要
PLC可编程控制器由于其在工业控制方面的应用意义日趋明显，并在发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。
它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。
与此同时,居室环境智能调节系统也正被广泛地应用,在将其俩双双结合的情况下,不仅促进了科技的发展,也提高了人民生活水平。
随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。
智能化也往往是从设备自动化系统开始。
本文主要针对我们本次的毕业设计《居室环境智能调节系统》阐述PLC控制设计与智能调节系统的关系。
关键词：
宾馆；居室环境；智能调节；PLC
宾馆客房居室环境智能检测调节系统
一、绪论
（一）课题的意义及研究背景
居室环境广义上讲是人类生存和活动的主要场所，包括办公室、会议室、教室、医院等室内环境和宾馆、饭店、图书馆、候车室等。
宾馆居室环境的舒适和污染防治是十分重要的，居室环境质量很大程度上决定了人们生活质量的优劣。
居室环境智能调节系统可以很大程度上改善人们的生活和工作环境，有利于身体健康。
这项研究符合低碳经济需求，是科学技术和绿色环保的良好结合。
智能家居进入我国已经有将近10年的时间，从最初的家庭网络体系结构到目前的软硬件相结合的智能化接口技术、智能家庭网关、家庭网络应用环境和家庭网络的远程控制技术；应用层面也从最初的家庭电话电脑网络、安防监控到目前的灯光、空调控制，实现方式也从原来的单纯产品功能叠加到现场总线集中控制等。
（二）国内外研究现状
史上旨在减少室外空气污染的努力可以追溯到14世纪，以当时英国伦敦的烟雾法为代表。
现代空气污染问题的研究源于1952年的伦敦烟雾事件，经过50多年的研究，人们对空气污染的成因、影响因素和代表性危害都有了全面地认识。
同时，控制空气污染的方法或措施也不断完善，并形成了与室外空气污染控制相关的产业。
1939年美国成立了工业卫生协会（AIHA），这标志着生产环境对人体健康的影响已受到社会关注。
对非生产场所，如住宅、办公室、会议室、教室、医院、旅馆、图书馆、候车（机、船）厅等室内空气的关注始于20世纪60年代的北欧和北美，正是在那个时期提出了室内空气质量（IAQ）的概念。
我国最初大规模出现室内空气污染是在20世纪80年代。
为了改善城镇居民居住条件，各地大规模建造单元式居民楼，装空调的人数也为数不少。
在居住条件大幅度改善的同时，室内空气品质却不断恶化。
较之国外，我国研究室内空气品质起步较晚，我国从事住宅室内空气污染的研究始于70年代。
到1980年，中国预防医学科学院何兴舟研究员所领导的环境流行病研究室开始了云南宣威地区农村室内燃料燃烧与癌症并发率关系的研究，这是我国较早的室内空气污染与健康关系的研究。
到了90年代，随着人们生活水平的提高，引起居室室内空气污染最主要的原因是由于不良装修，即在装修过程中使用了大量有害物质如甲醛、挥发性有机物等一些装饰材料。
1995年秦钰慧研究员组织“室内化学品与健康关系的研究”，室内空气质量和装饰建材研究是其重要的方面。
国家环境保护总局于2000年8-9月召开“室内空气质量相关法规及污染控制技术培训班”，2001年5月，中国科学技术协会过程学会联合会举办了“全国室内环境质量研讨会”。
另外在实际应用中，从深圳首个已交付的智能住宅小区红树西岸到号称天价豪宅的上海汤臣一品，从单日开盘销售近10个亿的智能豪宅东方润园到座拥帝王气息的北京御园，智能住宅理念在高端物业开发中已经深入人心。
二、客房居室环境检测系统的研究内容
本控制系统所研制的客房居室环境智能调节系统充分利用自然环境条件，通过对建筑物室内外温度、湿度、风速等测量运行、比较、优化、进而控制送风、排风设备的状态，配合并联联动空调，同事操作系统、设定与修改系统的运行参数及空调启动条件，打到时能调节建筑物居室环境的目的。
本控制系统研究的重点内容是系统硬件设备和软件设计，其中控制器、遥控器等主设备和系统软件为自主研发，其他常规传感器、辅助设备等采用集成方法实现。
本设计用计算机PC作为上位机，并通过PC机的串行通信口与可编程序控制器PLC相连接，来对下位机PLC进行实时的监测和控制，构成监控功能完善的居室环境智能调节系统。
在居室中装有温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、烟气传感器和光线传感器，用来感知居室环境的情况，同时，有空调、加湿器、排风扇、报警器等，用来改善居室环境。
当温度低于15℃高于30℃时，开启空调；当室外温度在15℃-30℃之间时，可关闭空调。
当湿度低于20%时，开启加湿器；当湿度高于70%时，关闭加湿器。
当二氧化碳传感器动作时，开启排风扇，十五分钟后关闭。
当烟气传感器动作时，报警器报警。
光线强度传感器可控制灯和窗帘的开闭。
系统有自动控制模式和手动模式，有启动和停止控制：
三、居室环境智能控制系统的设计
（一）系统控制要求
在居室中装有温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、烟气碳传感器和光线传感器，用来感知居室环境的情况，同时，有空调、加湿器、排风扇、报警器等，用来改善居室环境。
当温度低于15℃高于30℃时，开启空调；当室外温度在15℃-30℃之间时，可关闭空调。
当湿度低于20%时，开启加湿器；当湿度高于70%时，关闭加湿器。
当二氧化碳传感器动作时，开启排风扇，十五分钟后关闭。
当烟气传感器动作时，报警器报警。
光线强度传感器可控制灯和窗帘的开闭。
系统有自动控制模式和手动模式，有启动和停止控制。
本控制系统采用上下位机结构形式，扩展性好，稳定性高，可显著提高居室的自动化控制，具有诱人的前景。
（二）PLC的系统设计
该系统根据实际的温度、湿度、光线强度、二氧化碳浓度和事先设置的各环境因素对比，决定各执行机构的输出状态。
其主要功能分为PLC自动控制，监控系统远程控制及辅助功能部分，辅助功能用于参数的设置。
该系统的执行机构可分为两大类：
一类是正反转运行电机，如开窗、空调等，这些电机需要正转、反转和停止，必须有限位开关；另一类是开关控制设备，如加湿器、排风扇、报警器等。
本设计中包含的居室环境调控系统有自然通风系统、光线强度调节系统、温度调节系统。
系统设计为“手动”、“自动”两种工作方式，即PLC可以脱离上位机单独控制，又可以与上位机联合控制。
而且不同的设备还可以单独设定采用不同的控制策略。
为了保证执行机构的安全，各执行部件的限位开关的连接非常重要。
主电路接线：
1、输入开关和输出模拟元件实验板上均有，根据I/O分配表与主机输入、输出端口进行相应连接。
2、将电源模板上1、输入开关和输出模拟元件实验板上均有，根据I/O分配表与主机输入、输出的24V直流电源引到实验板上的24V直流电源端。
3、把主机上用到的输入接点对应的COM端与实验板的0V端相连，输出接点对应的COM端与实验板的+24V端相连。
（如图4-1）
图4-1接线图
4.输入输出接点分配按照课题的要求分配，X001-X006分别设置为启动、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、烟气碳传感器、光线强度传感器、停止，Y000-Y005分别设置为空调、加湿器、排风扇、报警器、灯、窗帘。
输入输出接点要符合课题的要求，并且要简洁明了，能够以最简单的线路来实现课题的要求。
输入输出接点的分配也要合理。
按照设计要求先设置好启动按钮，在根据流程依次设置X002-X006为居室环境内的环境因素开关。
Y000-Y005设置为居室环境的调节机构。
并根据草拟的分配方法将居室环境智能调节的输入输出地址编排入表。
（具体设置如下表4-1）
表4-1输入输出接点分配图
输入点分配
输出点分配
输入接点
输入开关名称
输出接点
驱动设备
XO01
启动
Y000
空调
X002
温度传感器
Y001
加湿器
X003
湿度传感器
Y002
排风扇
X004
二氧化碳传感器
Y003
报警器
X005
烟气碳传感器
Y004
灯
X006
光线强度传感器
Y005
窗帘
X007
停止
（三）下位机的设计
并以下位机是这个控制系统的主体部分，采用三菱可编程控制器（PLC），完成居室环境智能控制的模拟的数据采集，根据要求的控制策略，控制各个执行机构的输出。
下位机系统和外部执行机构之间的隔离，可以防止一些外部干扰，还能防止外部电路短路对下位机造成破坏。
下位机位于居室环境内，包括传感器，环境控制模块和执行机构。
控制单元有三菱PLC重的相关扩张模块构成。
由于居室环境是一个多变量的复杂动态系统，很难建立一个精确地数学模型，正好可以利用PLC循环扫描的特点，将居室内各环境因素（如温度，湿度等）的实际值和设定值作比较，根据不同的比较结果采取相应的执行方案。
因而下位机主要用来实现环境数据的实时采集，经PLC处理，然后将检测采集的环境数据传输给上位机，接受上位机的控制对各控制设备进行开启和关闭的操作。
下位机也可以脱离上位PC机独立工作，控制系统。
下位机手动控制部分采用TVT-90可编程序控制器，通过开关的手动控制来进行调节，当温度低于15℃或高于30℃时，手动开启X001，使得Y000工作，当温度在15-30℃之间时，关闭X001。
当湿度低于20%时，开启X002，使得Y001工作，当湿度高于70%时，关闭X002，Y001则停止工作。
当二氧化碳浓度出现异常时，开启X003，Y002开始工作，经过15分钟后Y002自动关闭。
当居室中的烟气碳含量异常时，开启X004，Y003工作。
居室中的光线强度发生变化时，开启按钮X005，Y004和Y005工作。
X006主要是用来控制程序的停止。
按照上述要求完成对下位机程序的编写与调试，然后把调试好的程序通过可编程序控制器进行完整的调试。
下位机软件主要实现PLC与监控机构的通讯、PLC对居室环境的控制，故障诊断等。
打开电源初始化，当系统开始运行时，为了保证系统运行的安全性，首先将系统的所有输出点设置为安全状态。
初始化操作包括数据的清0，对控制参数的初始化，当前A/D转换器模拟量采样值等参数进行预先设置。
系统要求的温度控制在15℃-30℃范围内，为了控制方便，随意设定一个比较温度，此作为基准值。
居室内湿度、二氧化碳等环境因素的设置也如上述方法设置。
在此系统中，PLC通过输出端口控制灯的亮灭，来实现温度监测与控制过程。
（下位机流程图如图4-2）
图4-2下位机流程图
1）PLC投入运行时，通过特殊继电器产生初始化脉冲进行初始化，包括将温度校准值、设定值等，存入有关的数据寄存器，使定时器复位。
2）按动启动按钮控制系统投入运行。
3）传感器把所测量的居室环境因素送到变送器中进行标准量转换。
4）模拟量输入通道通过读入模拟电流量送入PLC。
5）经过程序比较后得出实际测量的温度。
6）将实际温度与设定温度允许上限比较。
如未超过上限，将实际温度与温度允许下限比较，若也未低于下限，等待下一次采样。
7）进行上限处理，计算实际温度与上限温度偏差，根据偏差计算调整量，发出调整命令，并判断调节时间，若调节时间太长，超高温度报警灯闪烁，若未到调节时间超高温度就被调节到正常温度范围内，则温度正常指示灯亮。
8）当采样温度低于下限，进行下限处理，计算与下限温度偏差，计算调节量，发出调节命令，并判断调节时间，调节时间太长，蓝灯亮报警。
（下位机程序如下图4-3所示）
图4-3手动控制图
下位机的自动控制主要根据读取A/D转换器传过来的数据，在和设定的标准值进行比较，如温度在15-30℃之间，则温度控制机构不工作，当温度大于30℃时，温度控制机构开始工作，当温度小于15℃时，再次进行温度控制机构。
通过对A/D转换器的脉冲个数的分析来判断实行居室环境调节机构的工作情况。
下位机设置了4个A/D转换器来分别判断温度、湿度、二氧化碳浓度、光线强度的情况，进行相应的调节。
A/D转换器的功能是把模拟量变换成数字量。
PLC通过对转换器数字量的读取来与设定值相比较，通过计算判断出居室环境内的实际环境情况，进而对居室环境进行智能调节，从而达到本课题的要求，实现居室环境智能调节的目的。
图4-4自动控制图
（四）位机的设计
根据下位机的流程图，可以利用MCGS组态环境来模拟居室环境智能调节系统。
MCGS可以更直观的表示居室环境控制的流程。
上位机的设计主要注意的是参数的设计和与PLC的通讯。
工控机作为上位机实现系统的监控管理软件，采用MCGS工控组态软件，通过对居室环境数据的采集处理、监测、控制，实现下列主要功能:
（1）居室环境智能调节系统中各个控制环节流程以及环境数据的在线显示和控制。
通过MCGS与PLC进行通讯，利用软件进行上位机的通讯，并通过实时从现场控制级与上位机之间数据交换和提取；实时显示居室环境智能调节系统的各种监控数据，并对居室内数据设定和控制。
通过各种动态画面直观、精确了解该系统中的工作状况，便于实验人员进行相关的研究。
（2）数据在线查询功能。
通过主机画面上的下拉菜单的实时数据曲线对各种现场数据进行实时显示和观测，以便了解系统的进展情况；通过历史数据曲线将现场数据存放到数据库,以便了解长时间实验过程的历史趋势。
数据的在线查询保证实验数据的精确、方便和快捷。
（3）报警功能。
可以对各超出设定值极限范围的参数进行设置，并做相应处理，同时还设置报警提示功能,根据提示要求进行相应的操作。
数据对象是实时数据库的基本单元，在MCGS生成应用系统时，对实际工程问题进行简化和抽象化处理，代表工程特征的所有物理量，并作为系统参数加以定义。
MCGS中定义的数据对象均为全局变量，数据对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效，系统中的其它部分都能对实时数据库中的数据对象进行操作处理。
以MCGS窗口为单位组建系统的图形界面，通过设置各种类型的图形对象，定义相应的属性，实现漂亮、生动、具有多种风格和类型的流程画面。
系统的流程画面通过MCGS提供的图元对象、图符对象和动画构件来完成。
针对图形对象进行改变图形的颜色和大小、调整图形的位置和排列形式、图形的旋转及组合分解等项操作，完成系统复杂的图形界面，以图形方式精确表示外部物理对象；通过动画连接将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系，利用对图形对象在不同的数值区间内设置不同的状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等），依靠数据对象值的变化来驱动图形对象的状态改变，使系统在运行过程中，产生形象逼真的流程画面的动画效果；通过主控窗口属性的设置，完成对系统启动和运行时的参数设置，如：
基本属性：
指明反映工程外观的显示要求，包括工程的名称，系统启动时首页显示的画面，显示菜单等；启动属性：
指定系统启动时自动打开的用户窗口；内存属性：
指定系统启动时自动装入内存的用户窗口。
（五）MCGS监控系统的设计
组态软件是可从可编程控制器以及各种数据采集卡等设备中实时采集数据，然后发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包。
其主要功能如下：
（1）远程监视功能。
它可以通过通讯线远程监视居室环境的当前状态，包括“室内温度、光照强度、湿度、二氧化碳浓度等和开关状态。
（2）数据统计功能。
它可以统计任意时刻的居室温度、光照强度、室内湿度、二氧化碳浓度等实时数据。
（3）居室环境智能控制设备运行记录功能。
它能在线记录各温室设备状态变化时的时间、当前状态和位置、当前目标温度、室内温度、目标湿度和室内湿度。
（4）远程设定功能。
可以通过通讯线远程修改可编程控制器的全部设定参数。
通讯口的选择
通讯口的选择我们主要在组态软件的设备管理里面选择我们要用的设备，然后再对相应的器件进行属性设置。
主要过程如下：
在“设备窗口”中双击“设备窗口”进入，点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”，
如果在“设备工具箱”中没有发现“模拟设备”，请单击“设备工具箱”中的“设备管理”进入。
在“可选设备”中您可以看到我们MCGS组态软件所支持的大部分硬件设备。
在“通用设备”中打开“模拟数据设备”，双击“模拟设备”，按确认后，在“设备工具箱”中就会出现“模拟设备”，双击“模拟设备”，则会在“设备窗口”中加入“模拟设备”。
双击，进入模拟设备属性设置，具体操作如下：
在“设备属性设置”中，点击“内部属性”，会出现图标，单击进入“内部属性”设置，添加自己所需的通道数，其它不变，设置好后按“确认“按钮，退到“基本属性”页。
在“通道连接”中“对应数据对象”中输入变量，与之前设置的一一对应，然后在“设备调试”中您就可看到数据变化。
四、系统的调试级及结果
（一）系统调试方法
因为先做的是下位机，所以先调试的是下位机，下位机还是相对比较简单的，主要就是运行，再通过监控看哪路信号通不通，但这主要看一些逻辑上的错误，一些设计上的问题还是通过不断思考和问询解决的。
根据控制要求设计居室环境PLC控制程序，利用PLC可编程控制软件实现程序的输入、注释、修改、编译等，然后将程序输入下位机PLC中。
打开上面所建的工程文件，按快捷键F5或通过菜单点击进入MCGS运行环境，再将PLC置于运行状态，但注意不要点击PLC自主的监控系统，再观察监控的居室环境的运行情况是否满足所控制要求。
如果不满足要求，则修改PLC程序，然后再在运行环境中观察直到程序正确为止。
（二）调试中出现的问题
在下位机的调试过程中，还是出现了很多问题，一开始编程的时候，主要是按一个个控制要求去编的，然后再往下叠加，形成一个总体的设计。
第一次运行的时候，可能时由于一段时间没用软件编程，最简单的程序都没有弄出来。
接下来的问题主要就是集中在对环境的判断上，主要使用的是比较指令，也许是设计的过程稍微多点，总是出线这样那样的问题，其中还出现了一个低级错误，多次使用同一线圈输出，所以无论怎么那个输出灯都无信号。
还有的问题就是在单独设计模块的时候是没什么问题，但一结合起来就出现配合上的问题了。
（三）问题的解决方案
在设计过程中遇到了很多的问题，起初在开始接触课题的时候感到无所适从，不知道从哪里做起。
后来通过在图书馆查了大量的资料，找了一些跟课题相关的资料，像温室环境的调节等，这些和我所选择的课题有许多可以借鉴的地方，使我找到入手的方向。
开始时候的设计遇到了很大的问题，手动控制可以正常显示结果，但自动控制的时候总出线这样那样的问题，有时候该程序会出现梯形图转化错误的提示，没有办法解决，最后只能通过重新编写才能解决。
自动控制的难点在于如何才能达到自动控制的要求，请教老师之后才知道自动控制的时候需要用到A/D转换器进行温度和湿度的监测，但由于我以前没有学过有关A/D转换器的相关内容，我不得不去图书馆寻找相关的资料。
A/D转换器的编程经过我一段时间的摸索终于成功编出，但这时候另一个问题出现了，如何把A/D转换器的内容放到以编好的程序中去，这个问题苦恼了我很久，最近在请教小组其他成员的情况下，终于解决了这个问题。
五、结论
设计主要研究的是居室环境智能调节有关于PLC的部分以及如何用MCGS实现监控功能。
通过这样的一个过程很好地锻炼了自己做个小项目的能力，也许表面上看上去很简单，但实际操作中还是遇到了各种各样的问题，发现问题只是第一步，如何去处理好问题才是关键所在。
这只是一个开始，不能说我们已经学到很多很多，但最起码我们已经有了自己的思路，遇到类似的案例我们不会束手无策，相信以后我们会遇到更多的挑战，只要努力没有什么不可以的。
经过这次的课程设计，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC理论知识和设计方法的理解，并对PLC设计产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己还有很多不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，使我的程序复杂程度大大地加深，造成易读性差，修改繁琐。
很多在学习过程中遇到的不能想通的问题，在PLC设计过程中，终于得以理解和掌握。
可以看出实践动手对理论教学起到了必要的补充和额外的拓宽作用，这对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才是必不可少的。
在这次的课程中，我发现PLC对于工业控制具有相当广泛的使用性，它可以大大提高生产的自动化程度，最大程度的减少人为因素对生产的影响，同时大大地降低了产品的成本，很大地提高了生产效率。
在此过程中我还发现到修改完善程序的重要性。
当编完一个程后感觉是正确的，但一旦上机调试时往往就显示出错，因此仔细检查自己的程序，考虑到各种可能发生的情况，对于一个好的程序是十分必要的。
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