PLC在居家安全监控系统中的应用研究
（泰州技师学院，江苏 泰州 225300）
摘要：从PLC在居家安全监控系统中的应用入手分析，研究以PLC为基础的居家安全监控系统架构设计、功能设计的方式，提出监控整体系统架构设计、硬件设计、软件设计的建议以及防盗功能、防腐防烟功能、防火灾功能的设计措施，达到提升居家安全监控系统运行水平的效果。提出了整体系统的架构设计、软件部分的设计和硬件系统设计的措施，能够提升系统设计的效果和应用水平，满足居家安全监控的需求，通过防盗功能、防腐防烟功能、防火灾功能的优化和设置，可以使人们在应用居家安全监控系统的过程中及时发现家庭被盗窃的风险、烟雾的风险、火灾的风险等，及时做出科学合理的应对，快速进行报警，在一定程度上能够有效维护居家人员的生命财产安全。通过对系统整体架构和功能的设计，能够满足人们使用居家安全监控系统的需求，提升居家安全监控的自动化水平和智能化程度，因此，在居家安全监控系统未来发展和设计的过程中需要重点采用PLC技术，为居家人群提供良好的安全监控服务。
关键词：PLC；居家安全监控系统；应用
作者简介：仲寒兵（1985—），男，江苏省连云港市人，讲师，学士，研究方向：单片机、电工电子。
当前，国内外自动化和智能化技术快速发展的过程中，我国很多厂家也开始进军智能自动化领域，部分实力雄厚的IT企业采用现代化的技术研究开发智能自动化系统，为我国智能安防监控系统的完善和优化提供助力。由于我国在智能安防监控系统方面多数都是使用有线通信技术，整体系统的设计成本和施工成本很高，不利于系统自动化和智能化发展，因此，建议我国在构建居家安全监控系统的过程中，积极借鉴国外的成功经验引进先进的PLC自动化控制技术和无线通信技术，提升居家安全监控系统的智能化水平和自动化水平，为居民提供良好的居家安全监控系统。本文针对以PLC为基础的居家安全监控系统设计进行研究，以期对居家安全监控系统的智能化和数字化发展有所帮助。
1 以PLC为基础的居家安全监控系统架构设计
1.1 整体系统的架构设计
PLC技术在居家安全监控系统设计中的应用，能够改善系统控制的自动化水平，使系统控制更为集中、更为合理，具有应用价值和优势。整体系统主要应用传感器自动化控制方式和手动控制方式，将电灯、门窗电极设备、排风扇设备、灭火消防阀门设备和电控锁为核心控制对象，利用PLC技术自动化进行控制，以此预防发生火灾安全风险、盗窃安全风险、煤气中毒安全风险等，如图1所示，为整体系统的架构。
图1 居家安全监控系统架构
整体系统在实际运行的过程中，主要通过各类传感器采集烟雾信息、火焰信息、陌生人进入信息等，一旦发现有安全风险隐患问题，就可以通过预警系统将信息传输到PLC系统，然后PLC向相关的控制模块发送指令，有效维护居家安全。
1.2 硬件系统的设计
采用PLC技术设计居家安全监控系统，设计硬件的部分如图2所示。系统运行的原理就是在编辑工具、人机界面和通讯模块进行操作，和CPO主机对应，然后CPU主机进入到扩展模块进行硬件的扩展。
图2 硬件系统功能模块设计
（1）CPU主机功能模块属于整体系统中的核心部分，I/O数量不能满足系统控制需求的情况下可设计各类I/O扩展模块，快速连接不同的扩展单元，为能够有效完成一些特定性的控制任务，可进行特殊功能模块的扩展，确保特殊控制任务的快速处理。同时考虑到PLC在居家安全监控系统中的应用，各类系统需要不断扩充，因此可利用CPU进行模块的区分处理，合理设置I/O模块、电源模块和功能模块等。
（2）电源功能模块的设计可以按照系统的特点与实际情况，设置DC24V的电源进行供电，或是按照系统的运行需求和情况，设计输出容量为2A/5A/10A的电源模块，为系统的良好运行提供保障[1]。
（3）I/O扩展模块设计的过程中将输入和输出点当作是系统、被控制对象相互之间的连接点，在需要进行特殊性控制的同时主机可以利用扩展功能进行特殊模块的扩展。另外需结合扩展模块的应用需求，设计数字量输出类型、数字量输入类型、数字量输入和输出扩展类型的模块，以及模拟量输入输出模块、模拟量输入输出扩展模块。
1.3 软件部分的设计
采用PLC技术进行居家安全监控系统的控制，需要设计整体系统的软件部分，完善系统的应用程序，首先，合理选择软件的编程语言、采用相应的文件进行软件编程，完善智能居家安全监控系统程序流程图、设置I/O地址的分配表，为整体系统中防火和防煤气中毒自动化控制软件的设计，通过对软件的设计完善应用程序和监控系统的运行流程。另一方面，根据居家安全监控的需求和预先设计软件进行扩展和应用的空间，确保能够按照用户的需求针对性进行软件功能的扩展，满足不同用户的个性化居家安全监控需求[2]。
2 PLC在居家安全监控系统功能设计中的应用
2.1 防盗功能
通常情况下，人类和动物的身体温度在37摄氏度左右，体温波动的幅度很小，因此所发出的红外线波动幅度也很低，通常情况下波长为10 um左右，而人体的温度和外界温度有着一定不同之处，在人体进入红外传感器检测范围之内，会释放出10 um左右的红外线，可以在红外探测器方面设计菲涅尔透镜滤光片，对红外感应源进行汇聚处理，在系统感应到人体红外辐射的情况下，红外感应源会使得电负荷失去平衡，向外部释放电负荷，产生△T，将其向外围的电路输出，生成脉冲信号，此情况下就可在门窗的区域设计红外感应器设备，通过PLC技术进行自动化控制，及时感应到小偷的行为，如图3所示，在小偷进入房间盗窃的情况下，可通过人体红外探测器技术进行实时监控，将检测的人体红外数据信息传输到PLC数据系统，做出智能化决策，调用家庭内的安防监控摄像头，远程实时性捕捉图像发送相应的报警信息[3]。
图3 系统的防盗功能
2.2 防毒防烟功能
通常情况下家庭生活中煤气是主要的有毒有害气体来源，在居家安全监控系统设计的过程中为了能够通过PLC自动化控制系统有效进行防毒防烟的控制，主要设计器皿类型的烟雾传感器设备、外围电路控制烟雾超标检测系统，保证气体传感器具备一定的敏感性，能够准确检测丙烷气体、天然气气体和可燃蒸汽气体，在系统日常运行的过程中一旦检测到有毒有害气体，传感器就可以将信号发送给PLC系统，之后PLC系统进行扫描，扫描一个周期之后进行数据信息的处理，最终通过自动化控制系统发送开启门窗和关闭煤气总阀的指令，同时向用户手机发送警告信息。
2.3 防火灾功能
居家安全监控系统中防火灾的功能设计非常重要，在采用PLC技术期间，应重点考虑到，虽然气敏性烟雾传感器设备的应用，能够进行火灾发生期间烟雾的检测，但是无法进行火灾的准确判断，难以区分是由于气体泄漏所引发的烟雾还是起火所引发的烟雾，此情况下就应设置火焰探测器设备，将其与烟雾传感器共同运行，同步进行灭火消防阀的控制，在防火功能实际应用的过程中，应对PLC系统进行初始化处理，如果在厨房区域或是卧室区域、客厅区域检测到烟雾信号，就要通过PLC系统进行样本的采集，如果同时采集到火焰探测器的信号和烟雾传感器的信号，就要进行卧室、厨房和客厅的灭火，开启消防灭火系统，直到两个信号恢复到正常状态之后才能关闭灭火系统，以此达到良好的防火目的。据调查，以PLC控制技术为基础设计的居家安全监控系统，和传统的居家安保系统相比，防火的性能较高，如表1所示，可以降低火灾的发生率，具有一定的应用价值[4]。
表1 PLC居家安全监控系统和传统安保系统的防火灾效果对比
防火灾效果 传统系统 PLC系统
火灾判断速度 100秒钟 3秒钟
灭火的速度 2分钟 1分钟
2.4 其他的安全监控功能
为了能够满足用户群体的个性化需求，在整体系统设计的过程中，需重点设计其他类型的居家安全监控功能，首先，自动化进行老年人与儿童的监控功能。如果系统用户外出不在家，担心家庭中的老年人与儿童的安全，即可登录客户端进行家庭内实时性状况的查看，利用云端进行监控器的控制，用PLC系统自动化观察家庭多个角度的情况，一旦发现家庭中老年人或是儿童出现安全问题，即可快速进行报警。其次，家庭电气设备的安全监控功能。随着人们经济水平和生活质量的不断提升，家庭中的电气设备数量和类型开始增多，用电功率大幅度增高，可能会受到家庭电气设备因素的影响而引发用电安全事故，此情况下就可在整体的居家安全监控系统中设计家庭电气设备安全监控的功能，通过电气电力功率检测系统，将不同电气设备的用电功率数据信息发送给PLC控制器，一旦电力功率超出安全指标，就可通过PLC控制系统自动化将电气设备的电源切断，以免引发电气设备用电安全风险。再次，合理设计门控制的功能。整体系统设计的过程中需要重点设置门控制的功能，如图4所示，将门的控制器和PLC控制系统相互连接，对系统进行初始化处理，一旦系统接收到着火信号、煤气泄漏信号等，就可以向控制器自动化发送开启门的指令，快速做出开门的动作。最后，设计排风扇的控制功能，采用PLC技术进行自动化控制，在系统接收到煤气泄漏信号或是火灾信号之后，快速将排风扇打开，直到火灾问题和煤气泄漏问题解决之后才能关闭排风扇，如果没有检测到煤气泄漏信号和火灾信号，但是系统接收到自动化开启排风扇的信号，也需要按照系统控制的指令，自动化将厨房区域或是卧室区域或是卫生间区域的排风扇打开，满足用户对排风扇的智能化控制需求[5]。
图4 门控制功能
PLC在居家安全监控系统中的应用目的在于有效维护家庭的安全性，还需合理设计窗户自动化控制的功能，一旦系统接收到火灾信号或是煤气泄漏信号，就要自动化将窗户打开，如果家庭中没有人员，即使系统未接收到煤气泄漏信号与火灾信号，也可以自动化进行窗户的关闭，预防雨水倒灌或是小偷进入，确保能够维护居家的安全。这样在科学合理进行居家安全监控系统设计和优化的情况下，不仅能充分发挥PLC自动化控制技术的作用和价值，还能有效维护居家的安全性，保障用户的生命财产安全，因此在居家安全监控系统设计的过程中需要积极采用先进的PLC技术，增强家庭安保服务的效果，满足当前的居民安全风险防护需求[6]。
3 结束语
综上所述，以PLC技术为基础设计居家安全监控系统，应重点完善相关系统的架构和模式，确保硬件部分和软件部分的优化设计，同时还需按照居家安全监控的需求，合理进行系统功能的设计和优化，完善整体系统的防火灾控制功能、放毒气控制功能、防偷盗控制功能等，完善整体的功能模式，按照监控的信息和情况自动化进行家庭门窗、消防系统等控制，维护居家安全。
参考文献：
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[4] 陈玉键，王璐，闭芬，等. 基于可编程逻辑控制器（PLC）的隧道安全监控[J]. 价值工程，2020,39(34):191-192.
[5] 段春霞,韩英. PLC在居家安全监控系统中的应用[J]. 办公自动化,2020,25(4):48-51.
[6] 刘武垚,朱志红,吕晓凡,等. 基于PLCopen Safety的数控系统安全PLC软件系统[J]. 组合机床与自动化加工技术,2022，34(4):114-117,122.
