台达PLC与物联网的智能家居应用

工业4.0技术结合台达PLC的智能家居自动化在农村发展中的应用

摘要

可编程逻辑控制器（PLC）通常用于机电过程自动化。本文正在开发一种基于PLC的家庭自动化系统。所提出的控制模块将包含模型功能模块设备仿真。提升人类生活水平是推动技术进步的最重要动力。技术创新直接或间接地为人类提供并增强了安全与舒适性。因此，技术的进步通过智能家居系统的设计直接影响生活质量。智能家居系统可分为本地和远程两种类型。

本研究利用台达PLC（可编程逻辑控制器）进行了智能家居自动化系统的设计。该控制模块可在多个组件的敏感区域实现故障检测、容错以及开关控制。PLC模型还可与其他设备（如GSM）相结合。通过提供语音控制和保护功能，此类应用对老年人和残障人士将极为有益。世界正日益通过物联网（IoT）不断发展。本文设计了一种系统，能够自动跟踪家用电器，并通过物联网模型生成电子邮件或消息通知，或做出智能决策。本文的主要贡献在于总结了利用物联网结合人工智能在工业领域中进行市场追踪与调控的应用。通过优化整体硬件配置和软件算法，台达PLC设备可在短时间内灵活调整以满足需求，并集成不同的家用电器。PLC易于理解，且通过单一模型即可提供多种解决方案。PLC将成为许多新应用的核心，因其新颖且比以往系统更强大。

关键词 ：物联网（Internet of Things），台达PLC，GSM，互联网连接端口，RS232和梯形图段。

引言

自动化是指使用不同的控制系统以极少或无需人工干预的方式管理和运行各种机器、机械、制造过程及其他设备的方法。

参与。自动化有多种形式，可分类为家庭自动化、工业自动化、自主自动化、楼宇自动化等。本文将探讨包含物联网（Internet of Things）的无线家庭自动化。

家庭自动化概述

尽管家庭自动化行业存在多种产品。为了弥补此类项目的不足并提高生产效率、降低成本，PLC软件设备的管理会降低效率并增加费用。编程复杂性以及输入数量的增加。使用台达PLC的一项先进PLC技术可能解决早期版本的缺点，但可能会导致超过一个月甚至一年的延迟。经济地调控复杂过程将是PLC技术的优势。它可以轻松快速地重新应用于监控其他系统。凭借计算能力，可实现精密控制。编程更简单，并通过故障排除能力减少停机时间。组件可靠性和使用寿命使PLC有望运行多年。如图1所示，可在无人为干预的情况下调节热水器、空调、排气扇、灯光等家用电器。例如，如果房间内光线较暗或照明不足，传感器会感知到并向PLC发出指令打开灯光。同样，如果检测到烟雾，排气扇将被启动。

1 模型控制模块

1.1 家庭自动化（现有系统）

对于现有的家庭自动化，是使用不同的控制系统来自动控制家用电器的方法，但没有自动故障纠正功能。可以通过不同的控制技术来控制家庭中的电气和电子设备，例如风扇、灯具、外部照明、火灾报警器、厨房计时器等。但此处提出的方法是借助台达PLC以自动方式克服问题。因为台达PLC非常紧凑且易于使用。

2 物联网与自动化

控制家用电器有多种技术，例如基于云的物联网家庭自动化、通过智能手机上的移动应用实现的WiFi家庭自动化、基于Arduino的家庭自动化、基于安卓的远程控制家庭自动化、数字控制家庭自动化、基于射频的家庭自动化系统以及基于触摸屏的家庭自动化。但基于PLC的自动化最适合高功率处理，并能实现自动故障纠正和快速响应[1]。

2.1 PLC编程

梯形图基于用于PLC编程的最常见方法。编写程序等同于绘制一个开关电路或类似电路。

梯形图由两侧的两条垂直线组成，代表正极和中性电源轨。电路连接在这两条电源轨之间的梯形图水平横档上。最初，梯形图逻辑是一种用于记录设计和继电器架结构的书面系统，广泛应用于制造和过程控制领域。梯形图上的符号以及设备之间的连接可表示继电器架中的各个设备。此外，梯形图还会显示继电器架外部的其他设备，例如泵、加热器等。梯形图逻辑是一种描述的编程语言

基于继电器逻辑硬件电路图的图形化图表形式的程序，用于工业控制应用[2]。由于其形状类似于一个两侧有垂直导轨、中间由一系列水平连接的梯级构成的梯子，因此称为梯形图逻辑。该方案将以梯形图的形式编程到可编程逻辑控制器中。程序导入可编程逻辑控制器后，可在梯形图工作区中跟踪执行过程[3]。台达PLC提供了简单的用户界面，便于安装软件、上传程序，并返回在线模式以查看程序的预期状态。本文档中，如流程图所示，可编程逻辑控制器控制每个家用电器。

2.2 提出的梯形图设计及结果

本文中，利用可编程逻辑控制器开发了用于实时数据采集的监控系统，该系统具有高精度、强大和 robust 的特点。所采用的可编程逻辑控制器因其可扩展性和能力，连接了一系列输入‐输出模块。新的扩展模块可以是数字或模拟类型，本研究中使用的是数字模块。可编程逻辑控制器传感器在编程和网络通信方面的简便性体现了设备的高度用户友好性。由于它能够轻松替代老旧、过时且笨重的继电器逻辑，单个可编程逻辑控制器便可主导整个工业[4]。因此，这项最新工作对电气工程师和设计人员具有重要意义。使用Logo可编程逻辑控制器，设备能够检测过程中发生的两种事件。该装置需要在运行过程中进行调试，并在必要时进行微调。

3 工作的相关性

通过使用多种技术平台或协议，智能家居可以在广阔区域内安装。每种技术都有其自身的语言，这些语言用于连接各种设备并提供执行功能的指令。家庭、家务或家庭事务的自动化由这些设备组成。对于偏远地区，智能家居系统仅用于扩展楼宇自动化，需要对灯泡、供暖、通风、空调（HVAC）和电器的开启进行监控和自动化[5]。未来，家庭自动化方案的市场规模将超过100亿美元。

3.1 仿真模块

仿真图如图所示。每个梯级以0.2ms的时间运行 g.

梯形图段 1 ：家庭主电源指示与控制
梯形图段 2 ：主板保护电路
梯形图段 3 ：全屋电流限制断路器
第4行 ：带主开关的保护电路
第5行 ：主厅控制传感器与开关控制的连接
第6行 ：厨房电器控制板

梯级7 ：卧室开关板控制模块
梯级8 ：祈祷室开关板传感器连接
梯级9 ：漏电保护自动/手动开关板
梯级10 ：结束（每日重复该过程）

4 结论

由物联网驱动的智能家居系统将为人们的生活提供更多的便利和舒适。本研究提出的仿真工作完全通过基于物联网控制的在线平台运行。基于PLC的智能家居框架通过互联网与本地服务器进行交互。安装智能家居应用时，可以使用任何支持的系统。安卓或PLC连接设备用户可对智能家居环境进行管理和监控。这类家庭自动化系统是必不可少的，因为在不需要使用电器时，人们常常会忘记关闭电器，而家庭自动化系统可用于减少能源浪费，同时保护电器。