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基于PLC的智能窗控制系统设计

article 2025/3/6 11:30:13

摘要

对于智能窗控制系统来说，该工艺设计主要通过三种控制模式进行窗户的开关设计,当手动模式时,通过手动按钮控制窗户的开关,天气控制模式时,根据室外湿度和风速控制窗户的开关,室内控制模式时,通过室内的温度控制窗户的开关.按照此设计要求，系统通过可编程控制器作为控制单元，采用上位机软件作为监控单元，对智能窗控制系统进行自动化控制设计。

采用S7-200型号的西门子可编程控制器作为主控单元，通过传感器、按钮等对外部的信号进行采集和输入，存储在输入映像寄存器。在梯形图设计中，按照智能窗控制系统的流程设计，分为手动控制和自动控制两种方式，对智能窗控制系统的功能要求通过梯形图进行逻辑实现，将运算的结果寄存在输出映像寄存器中，输出信号控制外部的电动机、指示灯等设备。在上位机中，主要通过上位机设备和可编程控制器之间进行通讯，对智能窗控制系统的重要参数以及控制变量进行驱动建立和通讯，在上位机画面实现该系统的实时参数和当前的工作状态，达到系统可视化控制的目的。按照以上的系统设计思路原理，实现了智能窗控制系统的自动化控制。

关键词：智能窗；梯形图；系统仿真

Abstract

For the intelligent window control system, the process design mainly uses three control modes to design the window switch. In the manual mode, the window switch is controlled by the manual button. In the weather control mode, the window switch is controlled according to the outdoor humidity and wind speed. In the indoor control mode, the window switch is controlled by the manual button, According to the design requirements, the system uses PLC as the control unit and PC software as the monitoring unit to design the automatic control of the intelligent window control system.

The S7-200 Siemens PLC is used as the main control unit. The external signals are collected and input through sensors and buttons, and stored in the input image register. In the ladder diagram design, according to the flow design of the intelligent window control system, it is divided into manual control and automatic control. The function requirements of the intelligent window control system are realized through the ladder diagram logic. The results of the calculation are sent to the output image register, and the output signal controls the external motor, indicator light and other devices. In the upper computer, the important parameters and control variables of the intelligent window control system are driven, established and communicated through the communication between the upper computer equipment and the programmable controller. The real-time parameters and the current working state of the system are realized in the upper computer screen to achieve the purpose of visual control of the system. According to the above system design ideas and principles, the automatic control of intelligent window control system is realized.

Key words: intelligent window; ladder diagram; system simulation

摘要 1

Abstract 2

1 绪论 4

1.1 课题研究的目的及意义 4

1.2 智能窗户的设计内容 4

1.3 课题设计的思路 5

2 智能窗控制的总体设计 6

2.1 智能窗控制的要求 6

2.2 控制方案的选择 6

2.3 智能窗的设计方案 8

3 智能窗控制的硬件设计 9

3.1 可编程控制器的选型 9

3.2 限位开关的选型 10

3.3 温度传感器的选型 11

3.4 湿度传感器的选型 11

3.5 风速传感器的选型 12

3.6 系统I/O分配的设计 12

3.7 主电路的设计 13

3.8 PLC电路的设计 13

4 智能窗控制的软件设计 15

4.1 系统的功能流程设计 15

4.2 编程软件的应用 16

4.3 程序的设计 17

4.3.1 模式选择程序的设计 17

4.3.2 数据转换程序的设计 17

4.3.3 手动模式程序的设计 18

4.3.4 天气模式程序的设计 19

4.3.5 室内模式程序的设计 19

4.3.6 外部输出程序的设计 20

5 智能窗控制的触摸屏设计 21

5.1 上位机设计的过程 21

5.2上位机的仿真调试 25

总结 27

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

在高层大厦、高档办公室等场所，经常能见到自动窗户，通过外部的环境条件，自动控制窗户的打开和闭合。对于有些大型窗户，采用自动控制的方式对窗户进行打开和关闭，可以节省人力，也可以起到改善室内环境和光线的目的。系统采用可编程控制器来实现自动窗户的控制，通过三种控制模式，采用温度传感器、湿度传感器以及风速传感器来控制窗户的自动闭合和打开，采用限位开关来控制窗户的闭合到位和打开到位。

对于智能窗控制系统的设计而言，往往需要对该系统进行自动控制设计，提高系统的自动化程度，提高工作效率，完成自动化控制系统的设计要求。对于市场上常见的自动化控制，主要分为基于单片机的自动控制和基于可编程控制器的自动控制。单片机使用功能比较强大，能够实现现场各种功能要求，并针对这些功能，通过编程语言实现预定的控制流程。可编程控制器作为工业现场应用开发的专用控制器，具有很强的抗干扰性能，并且功能强大，模块众多，扩展性能好，系统控制稳定可靠等，受到工业现场的普遍欢迎和应用。可编程控制器具有各种功能模块，主要包含了数字量采集模块、模拟量输入输出模块、通讯模块、以及特殊场合的特殊功能模块等，这些功能模块可以按照系统的需求进行扩展，达到系统设计控制的要求。

对于智能窗控制系统的设计意义，主要是对智能窗系统控制进行自动化程度和系统运行稳定性的提高，满足工业现场应用条件，符合系统运行的功能设计，提高系统的竞争性，改善工作环境。通过此次设计，对以往学习知识进行复习，学习系统项目设计的基本流程和方法，提高工作能力，有利于后期的工作实践。

1.2 智能窗户的设计内容

智能窗户主要安装在人手不可企及的地方，比如火车站的窗户墙，为了对这些窗户实现打开和关闭，采用自动控制的原理来进行窗户的控制，对窗户安装正反转小电机，实现窗户的打开和关闭。智能窗户采用三种控制模式，分别为手动模式、天气模式以及室内模式。手动模式下，通过按钮来控制窗户的打开和关闭，天气模式下，通过室外的湿度和风速来控制窗户的打开和关闭，室内模式下，通过室内的温度反馈来实现窗户的打开和关闭。按照以上的要求，对系统进行硬件设计和软件设计，通过上位机监控，实现当前窗户的实时数据监控。

1.3 课题设计的思路

按照智能窗控制系统的设计基本内容，以及基于可编程控制器的系统设计方法，对于智能窗系统的设计，具体设计思路主要包括总体方案设计、系统的硬件选型设计、系统的I/O分配设计、硬件接线图纸设计、功能流程图设计以及系统的软件程序设计、以及系统的仿真调试设计等。按照该设计思路，对每个章节的设计要求如下：

（1）对智能窗控制系统的总体控制要求进行阐述，对系统的要求提出具体的控制策略和方案选择，明确系统的外部输入部分功能和控制的对象功能等。绘制系统的总体设计方案框图，阐述智能窗控制系统的控制架构。

（2）对智能窗控制系统的设备进行选型，主要包含了可编程控制器选型、输入部分电器元件选型和输出执行元件的选型。对系统的外部输入和输出进行地址分配，按照输入输出地址的分配，对智能窗控制系统的接线图进行设计，并对接线图进行详细阐述。

（3）对智能窗控制系统的功能流程图进行设计，按照功能流程图的功能设计，对系统的程序梯形图进行设计。按照功能和控制方式的要求，对梯形图进行详细描述。

（4）对智能窗控制系统进行上位机设计，对智能窗控制系统进行驱动建立，画面设计。变量构建、动画设计。完成上位机监控系统的各个功能监控和仿真。

（5）对系统进行总结，主要从功能设计的完整性、系统的优点以及设计的不足进行总结，并且对系统后期的改进设计提出建议。

2 智能窗控制的总体设计

2.1 智能窗控制的要求

智能窗户主要适用于火车站的窗户墙，对窗户安装小电动机，通过电动机的正转和反转来实现窗户的自动打开和关闭。系统设计三种控制方式，分别为手动控制方式、天气控制方式和室内控制方式。

（1）手动控制方式下，通过外部的手动开窗和手动关窗按钮来实现窗户的打开和关闭，通过开窗限位和关窗限位来实现窗户是否打开到位或关闭到位。

（2）天气控制方式下，通过外部的湿度传感器和风速传感器来控制窗户的打开和关闭。对外界的湿度传感器、风速传感器进行信号采集和判断，如果湿度低于设定下限值，将打开窗户，湿度高于上限值，将关闭窗户；风速传感器主要检测室内外的风速，如果风速高于设定上限值，将关闭窗户，如果风速低于设定下限值，将打开窗户。

（3）室内控制方式下，通过集室内温度传感器信号，如果温度低于设定下限值，将关闭窗户，如果温度高于设定上限值，将打开窗户。

（4）对窗户进行开窗限位保护和关窗限位保护。

按照以上的智能窗设计工作要求，对系统进行硬件设计、软件设计，达到设计的动作要求。

2.2 控制方案的选择

对于智能窗控制系统的设计功能描述，系统的设计主要实现该系统的三种控制方式下的窗户打开和关闭控制功能，依据该系统的控制功能和系统控制策略，进行系统的控制方式比较和选择。针对目前市场上的自动控制方案，主要应用方式包括基于单片机的控制方式以及基于可编程控制器的控制方式，每个控制方式都应用在特定的工业场合。

（2）基于单片机的控制方案

单片机使用的场合比较多，功能也比较强大。单片机可以实现现场各种各样的功能要求，响应速度比较快，对控制对象的控制精度比较高，完全可以达到现场应用的设计要求。单片机的开发过程比较繁琐，周期较长。

一般情况下，单片机设计之初，分为硬件设计和软件设计。硬件设计主要是开发电路板，电路板的开发设计，对设计者要求比较高，需要全面掌握控制对象的功能和实现方式，并且要考虑每个环节的硬件开发设计。如果考虑不周到，或者设计有缺陷，往往会导致硬件电路板不合格，成为次品。所以在单片机硬件开发过程中，需要谨慎。在单片机的软件设计中，按照设计对象的系统功能和工艺实现方法，开发设计软件程序。当软件程序设计完毕后，就将软件程序写入储存器中，并且固化在储存器，难以进行改变。单片机硬件和软件开发周期比较长，根据工程的难易程度，往往需要的时间成本更高。基于单片机的控制方案不能满足智能窗控制系统的设计工艺要求，所以单片机的方案不是最佳方案。

（2）基于可编程控制器的控制方案

可编程控制器应用的范围比较广，重点应用在工业环境下的自动化控制系统。特别是近年来计算机应用技术的发展、通信技术的发展、传感器技术的发展等，为可编程控制器的功能丰富全面提供了条件。可编程控制器对现场适应性比较强，具有很强的抗干扰性能，并且可靠性高，稳定性好，能够解决各种复杂的控制功能，可编程控制器的设计，往往根据现场各种各样的需求，通过模块化设计，来更好的适应现场需求。比如现场的数字量或模拟量I/O点数较多，就可以在可编程控制器中扩展更多的数字量模块或模拟量模块。如果现场中需要实现精度比较高的控制，需要将编码器信号或位置传感器信号输入到可编程控制器，就可以在可编程控制器中扩展专用的高速计数模块，用来检测现场的脉冲，达到更高的控制精度。如果现场需要实现通信功能，将现场的数据和其他控制系统之间进行共享，就可以选择各种类型的通信模块。常见的通信模块为MODBUS通信模块、PROFINET通信模块，PROFIBUS通信模块以及PTP通信模块等。

按照以上的系统控制方案的说明和比较，对于智能窗控制系统的控制要求和基本策略方案，决定采用比较广泛应用的可编程控制器+上位机的控制方案。在智能窗控制系统设计中，将分为三大部分进行详细设计，分别为硬件选型及I/O分配设计，系统的电气接线图设计和软件程序设计、系统的上位机控制设计等。根据这三大部分的设计，实现智能窗控制系统的各种功能设计要求。

2.3 智能窗的设计方案

对智能窗的设计，采用可编程控制器+上位机的控制方式进行设计，对外部的温度传感器、湿度传感器以及风速传感器通过模拟量信号采集传输到可编程控制器的模拟量输入模块，通过三种控制模式的选择以及外部系统启动按钮等进行命令输入，实现控制智能窗的电动机正转和反转，从而实现系统的开窗和关窗功能。系统设计的具体方案如下框图所示。

图2-1 智能窗控制的方案框图

3 智能窗控制的硬件设计

3.1 可编程控制器的选型

可编程控制器在开发之初，是为了解决工业现场的控制问题，取得很好的控制效果。可编程控制器是基于工业现场开发的智能控制器，可以解决工业现场的各种工况问题，对于现场的工况，主要包含了现场执行机构的逻辑控制和联锁控制问题、对现场模拟量数据进行检测和控制问题、对现场数据进行远程通讯和数据交互问题、对现场的各种复杂问题进行计算和过程控制问题等。面对这些工况问题，通过可编程控制器来实现，可编程控制器是基于现场环境开发，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、扩展性能比较好等优点，在硬件和软件的开发设计过程中，周期可以预算，后期升级方便，成为当前工业社会发展的可信赖的工控产品，也是现代工业智能化、自动化的发展方向。

对于可编程控制器的接口电路，就是将外部的信号，包括按钮旋钮、传感器信号、模拟量信号以及高速脉冲信号等，输入到可编程控制器内部，信号传递的桥梁是通过接口电路完成。在工业现场电磁环境复杂多变，信号的干扰比较繁杂，经常遇到信号失真、波动或偏移的现象，所以需要可靠的接口电路来保证信号的稳定可靠输入。接口电路一般采用光电隔离的方式进行传输。也就是说外部输入信号将电信号通过发光二极管，转换为光信号，可编程控制器内部电路接收到光信号后，将导通电路信号，这就完整传递了外部信号的通断状况。光电隔离方式的好处在于能够将可编程控制器内部的电路和外部电路完全隔断，内部电路和外部电路通过光信号进行传递，这样就实现了可编程控制器的高可靠性和稳定性。对于可编程控制器而言，常用的信号包括数字量信号和模拟量信号，所以接口电路也分为开关量接口电路和模拟量接口电路。

西门子公司生产的可编程控制器主要包含了小型可编程控制器、中型以及大型可编程控制器，小型可编程控制器主要为S7-200、S7-200SMART、S7-1200；中型可编程控制器主要为S7-300，大型可编程控制器主要为S7-400、S7-1500。对于这些可编程控制器，使用的场合比较多，根据使用场合的复杂程度和具体要求进行选择。S7-200可编程控制器的功能比较多，采用STEP7-MICRO/WIN软件进行程序设计和编译。在硬件中，该可编程控制器可以扩展7个模块，通讯方式为PPI通讯，可以组态USS通讯和MODBUS通讯。通过编程电缆可以实现程序的下载和上传。本设计按照系统控制的要求，选择的可编程控制器为S7-200 CPU224,该可编程控制器具有24个DI端子，16个DO端子，使用的电源为交流AC220V。可以实现系统的逻辑控制和数据计算，可以实现上位机和可编程控制器之间的通讯和数据交互。系统设计采用该可编程控制器可以满足设计的要求。

图3-1 S7-200可编程控制器

3.2 限位开关的选型

限位开关作为位置检测的主令元件，主要分为两部分，检测部分和电路部分。检测部分负责感应或识别感应对象的当前位置，如果感应到对象达到规定的位置，就通过电路部分的触点实现信号的状态变化，将常开触点变为常闭，将常闭触点变为常开。电路元件都安装在电路小盒子内，小盒子与外部的检测部分连接。本设计按照要求，以及设备安装限位开关的位置和方式，选择的限位开关型号为YBLX-K1/411,该限位开关属于活塞式的限位开关，可以接触感应对象的表面，通过感应对象表面的接触碰触，实现位置的检测。该限位开关的触点电压可以达到AC380V以上，完全满足系统设计的要求。

图3-2 YBLX-K1/411型限位开关

3.3 温度传感器的选型

对于智能窗控制系统来说，选择的PT100温度传感器，适合本设计对介质的温度检测，而且温度检测范围比较宽，能够达到设计要求。PT100温度传感器安装在介质内部，通过检测介质的温度值，将温度信号转换为电阻阻值信号，然后传输到变送器，通过变送器接收电阻阻值信号，设置最低温度值和最高温度值，以及零点偏移值等参数，再通过变送器输出标准的模拟量信号。变送器输出的模拟量信号一般包含0-5V，4-20MA以及0-10V三种类型的信号。对于本设计的使用，可编程控制器需要接受4-20MA的标准信号作为温度检测信号，所以在设定标准信号参数时，需要设定4-20MA的类型作为标准信号。PT100温度传感器的安装方式为嵌入式安装，传感器头要暴露在介质内部，这样才能准确的检测出介质的温度值。具体的温度传感器图片如下图所示。

图3-3 PT100温度传感器

3.4 湿度传感器的选型

湿度传感器主要作用是对空间的湿度进行检测，该传感器主要通过湿敏检测元件来实现外部的湿度感应，将外部的湿度值转换为微弱的电量信号，然后通过放大电路进行湿度电量的处理，转换为标准的4-20mA信号，对于本设计选用的湿度传感器型号为RS-WS-N01，供电电压 24VDC，检测湿度0-100%RH，湿度精度±1%RH。该湿度传感器的示意图如下图所示。

图3-4 湿度传感器

3.5 风速传感器的选型

风量传感器的电气部分接线一般为两线制接线和四线制接线。两线制接线的风量传感器，该传感器的电源由控制单元供给，为标准的DC24V电压，两线的电流是随着风量的变化而变化的，所以两线制接线的风量传感器一般输出4-20MA的标准信号，两线制的其中两根线必须要使用屏蔽电线，并且屏蔽层要接牢固，两线制的电线，其中一根为正极，另一根为公共端。对于四线制接线的风量传感器，其中两根线是电源供电，一般为DC24V或AC220V两种电压等级。另两根线是信号线，主要为0-10V或4-20MA两种类型，可以通过风量传感器来设置输出的信号类型。根据系统的工艺和控制要求，选择国产的SATS-300 DC24V系列的风量传感器。该传感器的检测风量范围为0-100m3/min，信号输出类型为4-20MA，该风量传感器为两线制传感器，需要通过可编程控制器进行供电输出，供电电压等级为DC24V。

3.6 系统I/O分配的设计

按照智能窗系统的控制要求和方案，需要对可编程控制器的输入输出点进行分配设计。通过方案的描述，和可编程控制器的选型，以及充分考虑系统各种信号的采集输入和执行单元的输出功能，按照基本分配的原则，实现系统的输入输出点的分配。输入输出点的分配主要有利于系统的接线图设计，可以按照I/O分配的具体要求，对可编程控制器接线图的输入部分和输出部分进行线路设计，规定每个输入点和输出点的具体功能。系统的输入点分配原则是先进行按钮或旋钮的分配，再进行外部传感器输入分配，再进行系统保护信号分配；系统的输出点分配原则是先进行执行单元的分配，再进行系统指示的分配等。具体的分配如下表所示。

表3-2 I/O分配表

输入点

功能

输出点

功能

I0.0

手动模式

Q0.0

开窗接触器

I0.1

天气模式

Q0.1

关窗接触器

I0.2

室内温度模式

Q0.2

系统运行指示

I0.3

系统启动

Q0.3

手动模式指示

I0.4

系统停止

Q0.4

天气模式指示

I0.5

手动开窗按钮

Q0.5

室内模式指示

I0.6

手动关窗按钮

AIW0

温度模拟量

I0.7

窗户打开限位

AIW2

湿度模拟量

I1.0

窗户关闭限位

AIW4

风速模拟量

3.7 主电路的设计

根据智能窗控制系统的设计内容和方案,对系统的主电路进行设计,系统主电路主要为窗户电动机的设计,该电动机设计需要实现电机正反转控制,对于该电动机的主电路设计,需要的电器元件包含了断路器、接触器等。在系统为正反转控制时，电动机控制需要两台接触器互锁进行，主要按照可编程控制器发出电动机正转的控制指令，此时正转接触器线圈得电，主触点吸合，电动机可以正转旋转运行，如果可编程控制器发出电动机反转的控制指令，反转接触器线圈得电，主触点吸合，电动机可以反转旋转运行。正转接触器和反转接触器之间互锁，不能同时接通。当电动机发生过流或短路故障时，断路器迅速动作断开。

图3-5 窗户电机电路图

3.8 PLC电路的设计

在智能窗控制系统的硬件设计中，可编程控制器的硬件设计为重要部分的设计，也是决定系统是否正常运行的关键部分。可编程控制器型号为CPU224，电源输入电压等级为AC220V，输入输出端子为继电器型端子。可编程控制器包含了两个485接口，分别为PPI接口和MODBUS接口，以及各种PLC状态指示灯。根据系统的I/O分配可知，需要设计输入部分的功能信号包含了外部按钮启停和方式转换、传感器信号输入、系统保护输入等，输出部分功能信号包含了接触器线圈输出、指示灯输出等。对于可编程控制器的接线，要严格按照系统的I/O分配进行接线设计，这样做的目的是对每个端子的功能进行确定，以便于后期程序设计方便查询，后期调试方便。具体的接线图如下所示。

图3-6 系统的PLC设计电路图

4 智能窗控制的软件设计

4.1 系统的功能流程设计

对于智能窗的系统功能流程设计，如下图4-1所示。

图4-1 系统的功能流程设计图

当系统初始化后，首先进行系统的模式选择，当选择手动控制模式时，按下外部手动开窗按钮，电动机开始旋转，当到达开窗限位后，电动机停止运行；当按下外部手动关窗按钮，电动机开始反转，当到达关窗限位后，电动机停止运行。在天气模式下，根据系统的启动，进行湿度和风速的判断。当湿度小于下限值，或者风速小于下限值，将窗户打开，当湿度大于上限值，或风速大于上限值，将窗户关闭。在室内模式下，系统启动后，当温度大于上限值，将窗户打开，当温度小于下限值，将窗户关闭。按照此功能流程图进行系统的梯形图设计。

4.2 编程软件的应用

智能窗控制系统采用的可编程控制器为S7-200,该系列产品的编程设计软件为STEP7-Micro/WIN.该软件安装在WINDOW操作系统中,可以实现对S7-200系列的可编程控制器程序设计和监控.STEP7-Micro/WIN软件具有多语言界面,通过"工具"中的选项,可以将语言设置为"中文"。该软件可以完成系统的组态设计、程序编译、变量建立、在线监控和下载以及特殊功能块的设置等，软件功能全面，设计梯形图指令丰富，能够完成各种特定功能的实现。该软件可以实现PPI通讯设计、MODBUS通讯设计、USS通讯设计，通过这三种通讯方式，可以与外界其他设备之间进行数据交互。在进行程序下载时，需要采用专用的PPI通讯电缆，设置好电缆驱动的地址、波特率等，就可以将编译好的梯形图下载到可编程控制器，并可以实现在线监控和修改。STEP7-Mirco/WIN软件的界面主要由菜单栏、工具栏、状态栏以及程序编译区域、变量表区域等部分组成。STEP7-Micro/WIN软件的界面如下所示。

图4-2 STEP7-Micro/WIN软件编程界面

4.3 程序的设计

4.3.1 模式选择程序的设计

当按下手动模式按钮I0.0后，将Q0.3手动模式指示置位，其他模式指示复位；当按下天气控制模式按钮I0.1后，将Q0.4天气控制模式指示置位，其他模式指示复位；当按下室内控制的模式按钮I0.2后，将Q0.5指示置位，其他模式指示复位。

4.3.2 数据转换程序的设计

对于温度模拟量、湿度模拟量以及风速模拟量，传输的数据为6400-32000之间的模拟量数值，需要转换为当前的温度反馈值、湿度反馈值以及风速反馈值。通过调用数据处理子程序来进行设计。

4.3.3 手动模式程序的设计

通过外部的开窗手动按钮I0.5输入，将手动开窗位M0.0得电，实现手动开窗；通过外部的关窗手动按钮I0.6输入，将手动关窗位M0.1得电，实现手动关窗；当碰触限位开关后，开窗和关窗位失电。

4.3.4 天气模式程序的设计

当选择天气模式后，通过湿度反馈值和风速反馈值的比较，来实现天气模式下的开窗和关窗。并进行限位保护设计。

4.3.5 室内模式程序的设计

在当前为室内模式下，系统运行后，对当前的温度反馈值和上限值以及下限值进行比较，来实现室内模式的开窗和关窗功能。并进行限位保护设计。

4.3.6 外部输出程序的设计

在三种模式下，如果有开某个位接通，将控制窗接触器或关窗接触器动作输出，并实现接触器之间的互锁控制和开关窗限位保护。

5 智能窗控制的触摸屏设计

5.1 上位机设计的过程

根据智能窗控制系统设计的内容和方案，系统选用触摸屏的具体型号为TPC7062KX的HMI，该触摸屏为彩色触摸屏，分辨率为800X480，内存为128MB，完全满足系统设计的要求。安装好MCGSE设计软件，并打开软件，对工程进行建立，设置TPC的类型、背景。如下图所示。

图5-1 MCGSE新建工程框图

选择好触摸屏的型号后，对工程名称和储存地址进行建立和修改。此时就进入具体设计的界面。界面主要包括主控窗口界面、设备窗口界面、用户窗口界面、实时数据库界面以及运行策略界面。在这些界面中，设备窗口界面主要进行驱动的建立，在驱动建立中，通过设备工具箱来添加驱动，并且需要设置好通讯地址和设备名称。完成与可编程控制器通讯的变量地址建立。在用户窗口界面可以进行画面的设计，新建窗口后，可以根据工具箱来添加所需要的图画，编译文字等。在实时数据库界面中，可以添加内部变量和外部变量，修改数据的类型和存盘属性以及报警属性等。如下图5-2所示。

图5-2 MCGSE组态界面图

按照系统设计的方案，与可编程控制器之间进行通讯，在进行父设备新建后，通过工具箱来添加驱动，选择的驱动为S7-200PPI通讯驱动，打开驱动后，要进行驱动相关的设置，设置PLC地址为2。如下图5-3所示。

图5-3 MCGSE的驱动组态框图

在驱动框图的右边进行变量的设置，变量设置包含了变量类型、变量绝对地址、变量名称、变量数据类型等。通过添加变量，就可以实现触摸屏和可编程控制器之间的通讯。比如需要添加M位变量，就在通道类型中选择M寄存器，通道地址为0，数据类型选择“通道的第00位”，通道数量选择为1，读写方式选择为“读写”，并单击“确定”，此时M0.0变量就建立起来，当变量添加完毕后，单击“完成”，此时变量就保存，并添加在实时数据库内。设备变量添加如下图5-4所示。

图5-4 设备通道添加对话框

按照以上的步骤对系统的每个变量的地址和变量名称进行添加，确定变量的类型，一般包括“字符型”、“开关型”、“数值型”，建立好后，变量就保存在数据库内。如下图5-5所示。

图5-5 变量数据库

当数据库的变量全部建立好之后，就可以进行画面的设计，在用户窗口中添加画面，对画面的属性修改，主要修改内容包含画面的名称、画面背景颜色、画面是否需要网格等。设置好画面的属性后，就可以打开画面窗口，进行画面的编译。可以在工具箱中选择需要编译的内容，一般包含了按钮的添加、各种趋势图的添加、字体的修改和添加、管道的添加。在位图中可以寻找相应的图片，使画面符合现场的工艺要求。工具箱的功能比较丰富，可以完成各种形式的画面组态。对于本设计，具体的设计效果图如下图5-6所示。

图5-6 画面编译图

当画面设计完成后，就需要建立各种变量，比如对指示灯、按钮、趋势图、以及各种位图等进行变量的建立，从而实现变量的动画设计。比如如下图5-7所示的动画设计框图。

图5-7 动画连接框图

当动画设计完成后，按照需要进行命令语言的编写，命令语言是MCGSE触摸屏软件特有的功能，主要实现画面中各种变量的联锁。根据命令语言内部的各种指令功能，完成画面的辅助设计。当命令语言编写完成后，系统的上位机组态设计就完成，可以通过模拟仿真运行来实现画面的仿真。

5.2上位机的仿真调试

在触摸屏的组态设计中，可以实现系统的仿真运行。仿真运行的目的是检查设计是否准确，能否满足系统的要求。系统仿真运行有两种方式，分别为“联机仿真”和“单机模拟仿真”。在联机仿真中，需要和可编程控制器建立通讯，通过通讯电缆的连接，完成触摸屏的程序下载。当触摸屏中的变量发生变化时，可编程控制器内相对应的变量状态也发生变化，这样就实现了通讯。当可编程控制器内某个变量发生变化时，可以在触摸屏中显示改变了变化的状态。对于智能窗控制系统设计，具体的仿真运行效果如下所示。

图5-7 室内模式仿真运行图

图5-8 天气模式仿真运行图

通过以上的仿真运行，达到了智能窗控制系统的各种功能要求，设计直观，完全满足可行性的要求。

总结

对于智能窗控制系统设计,主要实现的功能通过三种控制模式进行窗户的开关设计,当手动模式时,通过手动按钮控制窗户的开关,天气控制模式时,根据室外湿度和风速控制窗户的开关,室内控制模式时,通过室内的温度控制窗户的开关.，通过系统控制的方案，采用可编程控制器作为主控制单元，采用电动机作为驱动单元，通过外部的各种传感器来检测系统的实时状态。系统分为手动控制和天气模式控制、室内模式控制三种方式，来实现手动调试和自动运行。系统设计分为硬件设计和软件设计，硬件设计中根据I/O分配的设计，对图纸进行了设计。在软件设计中，完成了功能流程图设计和梯形图的设计。在系统调试中，根据功能流程图的要求，实现系统的各种工况调试，完成了自动调试，达到了工艺设计的要求。

致谢

大学时光就要接近尾声，我们通过毕业设计完成了大学最后一个学习实践任务，在毕业设计的过程中，我们掌握了许多以前未接触过的知识，特别是可编程控制器的应用，包括硬件接线和梯形图设计等，对系统调试部分让我们在查找问题和解决问题中感受到快乐和成就。在此我感谢我的指导老师，指导老师对我的论文设计帮助很大，指导我如何分析方案可行性，怎样设计电气原理接线图，梯形图设计的思路和指令的使用方法等，这些知识点非常重要，我如饥食渴地学习掌握，并应用到我的毕业设计中。我也感谢我的室友们，我们朝夕相处，共同学习，共同憧憬未来，相互讨论设计，取长补短，毕业设计是个快乐而又坚持的事情，在他们身上我也学到什么是坚持，什么是细心，特别感谢他们。毕业季的我们对未来憧憬，对校园怀念，我相信自己一定会在技术道路上越走越好。