内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题目：基于PLC的智能家居安防系统
学生姓名：许*
学号：************
专业：自动化
班级：自2005-3班
指导教师：任彦讲师
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
I
基于PLC的智能家居安防系统
摘要
随着我国经济的快速发展，生活水平的不断提高，人们对居家的概念已从最初满足
简单的居住功能发展到注重对住宅的人性化需求。安全、舒适、快捷、方便的智能小区，
已成为住宅发展的主流趋势，其中，安全性是首要目标。智能小区安全性的实现，除了
人为的因素外，主要依靠小区的智能化安全防范系统。所以研究和开发智能家居安防系
统具有很高的实用价值。在安防系统中，防火和防盗是主要的。因此，通过传感器把各
种防火防盗的信号传输给小区报警中心，小区报警中心能迅速做出反应，阻止不法分子
的得逞和火灾的发生。智能安防系统就是保障了人们居家的安全和利益，使人们的生活
更加安全、舒适。所以设计和开发智能家居安防系统，不仅具有很强的现实意义，也有
广泛的市场前景。
本设计介绍了西门子S7-300的通信协议和工控组态软件WinCC在家具安防系统
中的应用,并讨论通过用MPI网络实现S7-300与工控组态软件WinCC之间通信和用
PROFIBUS-DP总线实现S7-300与S7-300之间通信的方法。
关键字:智能小区；安防系统；WinCC；住宅；报警
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II
BadonPLCintelligenthouholdcuritysystem
Abstract
Witheconomyrapiddevelopedandlivingstandardcontinuousimproved,people’s
conceptofhomehaschangedfrominitialsimplelivingfunctiontotheindividualdemands.
Theintelligentcommunity,whichissafe,convenientandcomfortable,hasbecomethe
eof
theintelligentcommunity,exceptforhumanfactors,mainlyrelyonsafeguardsystemof
earchanddevelopmentofintelligenthouholdcurity
ecuritysystem,fireproofingandcuritysystemis
ore,iftransmitvariousfire-theftalarmsignaltothecommunityalarm
centersthroughthensor,communityalarmcenterscanrapidreactionsothatpreventthe
lawbreakers’igentsurveillancesystemisthe
guaranteeforthecurityandinterestsofthehousingpeopleandmakesthelifeofpeople
esignanddevelopmentofintelligenthouholdcurity
system,notonlyhasastrongpracticalsignificance,buralsohaswideprospectofmarket.
ThisdesignintroducesapplicationofSiemensS7-300communicationprotocolandthe
industrialcontrolconfigurationsoftwarecuritysystemWinCCinfurniturecuritysystem.
ThenthepaperdiscussthemethodswhichuMPInetworktorealizethecommunicating
betweenS7-300andindustrialcontrolconfigurationsoftwareWinCC,andu
PROFIBUS-DPtorealizethecommunicatingbetweenS7-300andS7-300.
Kyewords:Intelligentvillage;Securitysystems;WinCC;Hou;alarm
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III
目录
摘要.............................................................................................................................................I
第一章概述..............................................................................................................................1
1.1绪论.............................................................................................................................1
1.2PLC的应用领域和发展趋势.....................................................................................2
1.2.1PLC的应用领域................................................................................................2
1.2.2PLC的发展趋势................................................................................................3
1.3西门子S7-300简介...................................................................................................4
1.3.1一般特性............................................................................................................4
1.3.2模块的种类........................................................................................................4
1.3.3通信....................................................................................................................5
1.3.4扩展功能............................................................................................................6
1.4监控软件WinCC简介...............................................................................................6
1.5STEP7编程软件简介................................................................................................7
1.6智能家居安防系统开发的必要性.............................................................................8
1.7国内外发展现状.........................................................................................................8
1.8论文的主要研究内容.................................................................................................8
本章小结.............................................................................................................................9
第二章智能家居安防系统....................................................................................................10
2.1智能家居安防系统的组成与工作原理...................................................................10
2.1.1智能家居安防系统的组成..............................................................................10
2.1.2智能家居安防系统的工作原理......................................................................11
2.2智能家居安防系统的设计.......................................................................................11
2.2.1系统的硬件设计..............................................................................................11
2.2.1.1S7-300系列的PLC硬件系统.............................................................11
2.2.1.2PLC的选型...........................................................................................15
2.2.1.3PLC扩展机架和供电电源的设计.......................................................15
2.2.2系统的软件设计..............................................................................................15
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IV
2.2.2.1程序流程图...........................................................................................15
2.2.2.2PLC的I/O地址分配表.......................................................................15
2.2.2.3程序.......................................................................................................16
本章小结...........................................................................................................................17
第三章WinCC对小区报警的组态.......................................................................................18
3.1西门子S7-300及工程组态软件的应用.................................................................18
3.1.1S7-300、多点接口网络(MPI)及18
3.1.2S7-300与S7-300之间的通信连接...............................................................19
3.1.3S7-300与工控组态软件WinCC之间的通信.............................................27
3.2组态小区报警...........................................................................................................28
3.2.1建立项目及项目管理器介绍..........................................................................28
3.2.2组态变量..........................................................................................................30
3.2.3创建过程画面及组态项目...............................................................................35
3.2.3.1图形编辑器的布局...............................................................................35
3.2.3.2.建立过程画面......................................................................................36
3.2.3.3.创建及组态过程画面..........................................................................37
本章小结...........................................................................................................................45
第四章WinCC与STEP7对小区报警的监控.....................................................................46
4.1STEP7对PLC的模拟..............................................................................................46
4.1.1创建项目..........................................................................................................46
4.1.2硬件组态..........................................................................................................47
4.1.3在线调试..........................................................................................................47
4.48
4.2小区报警系统的模拟运行.......................................................................................49
4.2.1在STEP7中编写运行的模拟程序................................................................49
4.2.2运行中的主画面...............................................................................................50
4.2.3运行中的报警画面..........................................................................................50
4.2.3.1运行中的报警原因画面.......................................................................50
4.2.3.2运行中的报警楼号画面.......................................................................50
4.2.3.3运行中的报警住户画面.......................................................................51
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V
4.2.4运行中的报警记录画面..................................................................................53
4.2.5运行中的归档画面..........................................................................................53
4.2.6运行中的报表画面..........................................................................................53
本章小结...........................................................................................................................55
总结与展望..............................................................................................................................56
参考文献..................................................................................................................................57
附录A程序..........................................................................................................................58
致谢..........................................................................................................................................67
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1
第一章概述
1.1绪论
随着智能家居的发展和人民生活水平的提高，人们对财产、人身安全的要求也越来
越高，安防系统不再只局限于防盗，而且要能做到防火、防劫，以及即时解决突发事件，
家居安防模式也由古老的铁门铁锁铁栏杆（被动式防盗）逐渐向各种电子探测器、报警
中心（主动式防盗）方向发展。智能家居安防系统开始逐渐成为普通用户和智能家居设
备提供商的关注重点，因此开发一套安全可靠的安防设备，成了当务之急。智能家居安
防系统是指由各种先进的、智能化的电子保安设备对住宅各要害部位进行多种监测、一
旦监测到异常情况就触发报警服务的智能系统；它集防盗、防劫、防火、防燃气泄漏等
功能于一体，一遇异常即刻自动报警，系统中各安防设备相互通信配合，让居住者高枕
无忧。家居安防系统主要由防盗、防火灾、防燃气泄漏报警系统组成。
安防报警系统必须具有稳定、可靠、易操作等特点，且能保证实现有警必报、无警
不误报这两个主要目标。现在市场上已经有不少针对家居的安防系统出现，主要可分为
两类。一种是较为传统的本地监控方式，主要是由一些报警探头和对讲门铃等组成，当
用户出门以后，该系统就不能发挥应有的作用，这样在最需要监控的时刻设备反而不能
发挥应有的作用。另一种对传统的方式进行了改进，当出现报警后，该信息可通过小区
报警中心，由小区报警中心的工作人员派出保安人员去进行检查和通知主人。
通过小区联网，采用可编程控制器可实现对整个小区内所有安装家庭安全防范系统
的用户进行集中的保安接警管理。每个家庭的安全防范系统通过总线都可将报警信号传
送到管理中心，管理人员可确认报警的位置和类型，同时计算机还显示与住户相关的一
些信息，以供保安人员及时和正确的进行接警处理。安防监控系统是智能化住宅小区的
重要组成部分。其监控系统对小鲁迅名言 区重点区域采取实时监控、层层设防。让业主生活在无
形防盗网之中。既安全，又人性化，使智能住宅小区具备了全方位的安全保障。
楼宇自动化的不断发展，由古老的家居安防模式（被动式防盗）远远不能满足住户
要求。我们本次设计的家居安防系统就是采用可编程控制器S7-300系列，它不仅可靠
性高，而且操作、修改、扩展极为方便，提高了安防系统的功能与性能。
可编程控制器与个人计算机、图形工作站、小型机等相结合，可实现屏幕显示、数
据采集、记录保持、回路面板显示等功能亦即实现了分散型控制系统的功能。
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可编程控制器的不断发展，使越来越多的工程人员认识到它的优越性。对于当今的
可编程控制器来说，凡是需要自动化控制系统存在的地方，就需要可编程控制器。目前
来说，可编程控制器主要应用于有大量开关和少量模拟量的控制系统方面。
本设计从掌握和规划家居安防自动控制系统入手，重点介绍如何实现小区的网络扩
建和上位机监控的小区报警问题，了解家居安防系统控制工艺和流程，熟悉如何利用西
门子WinCC监控软件实现对可编程控制器进行监控和STEP7软件对可编程控制器进行
模拟控制，从而做到系统完善与实现。
1.2PLC的应用领域和发展趋势
1.2.1PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽
车、轻纺、交通运输、安全防范、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为
如下几类。
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、
顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控制及自动化流水线。
2.模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等
都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量
（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，
使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开
关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如何驱
动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几
乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转
换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与
存储在存储器中的参考值比较，完成一定得控制操作，也可以利用通信功能传送到别的
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智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制
造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发
展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出
各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
1.2.2PLC的发展趋势
1.向高速度、大容量方向发展
为了提高P肌联蛋白 LC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目
前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性
能指标。
2.向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发
展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，
其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型PLC由整体结
构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的
超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。
大力开发智能模块，加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数
模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的
智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一
类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与
计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通
信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，
PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。
4.增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输
入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，
它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故
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障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一
步提高系统的可靠性。
5.编程语言多样化
在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提
高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序
控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、
C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
1.3西门子S7-300简介
1.3.1一般特性
SIMATICS7-300是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤
其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于
掌握的特点，使得S7-300在不少工业领域中成为一种既经济又切合实际的解决方案。
S7-300由多种模块部件所组成，各种模块能以不同方式组合在一起，从而可使控
制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。各模块安装在DIN标准导轨上，并用螺丝
固定。这种结构形式既可靠，又能满足电磁兼容要求。背板总线集成在各模块上，通过
将总线连接器插在模块的背后，使背板总线连成一体。在一个机架上最多可并排安装8
个模块（不包括CPU模块和电源模块）。
S7-300有各种不同性能档次的CPU模块可供使用。标准CPU提供范围广泛的基本
功能，如指令执行、I/O读写、通过MPI和CP模块的通讯，紧凑型CPU本机集成I/O，
并带有高速计数、频率测量、定位和PID调节等技术功能。部分CPU还集成了点到点
或PROFIBUS通讯接口。
S7-300的指令集包含350多条指令，包括了位指令、比较指令、定时指令、计数
指令、整数和浮点数运算指令等。CPU的集成系统功能提供了例如中断处理和诊断处理
等这样一类系统功能，由于它们是集成在CPU的操作系统中，因此也省了很多RAM空
间。
1.3.2模块的种类
S7-300的模块品种齐全，因此，它能适合各种类型的应用场合。有以下类型的模
块可供选用：
●数字量和模拟量I/O模块，几乎对所有类型的现场信号都适用，包括具有中断
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处理和诊断功能的模块。
●数字量和模拟量ExI/O模块，可用于危险防爆场所。
●功能模块，供测量、计数、各种定位控制、凸轮控制和闭环控制使用。
●通讯模块，供点对点的连接，或通过AS—i、PROFIBUS和工业以太网进行通
讯。
●电源模块，提供24V直流工作电压。
●接口模块，当用于SIMATICS7-300多层机架配置时，连接主机架和扩展机架。
信号模块是SIMATICS7-300和生产过程之间的接口。有各种不同类型的数字量和
模拟量模块可供选择，因此可以按扩展功能所需的输入和输出的要求做出正确选择。
S7-300的模块具有以下特点。
①安装容易
传感器和执行机构是通过前连接器连接到模块的，如果模块被置换，只需将该连
接器插入相同类型的新模块就可，其连线保持不变。前连接器上的机械编码能起
到防止插入其他类型的模块的作用。
②组装密度高
S7-300节省空间的原因之一在于每个模块上带有大量的通道。带有8~32个数字
量通道或者2~8个模拟量通道的模块可供选用。
③组态简单
利用STEP7，就可以对模块进行组态和参数赋值，不用做复杂的开关设定动作。
数据是集中存储的，在一个模块被置换后，数据就被自动传送到新的模块上以防
止传送出错。
④诊断/中断功能
许多模块还监视信号的采集（诊断）和来自过程的信号（过程中断）。这表明，
系统能对任何采集出错或过程事件做出快速响应。对于控制器是否应该做出响应
以及做出什么样的响应，用户能在STEP7中进行组态。
1.3.3通信
S7-300支持的通讯网络包括：
●工业以太网（IEEE802.3和802.3u）—供扩展级和单元级联网使用的国际标准。
●PROFIBUS（IEC61158/EN50170）—供单元级和现场使用的国际标准。
●AS-Interface（EN50295）—与传感器和执行机构进行通讯的国际标准。
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●EIB（EN50090，ANSIEIA776）—供楼宇安装系统和楼宇自动化使用的国际标
准。
●MPI-多点连接—供两个节点（站）之间，以专用的通讯协议进行通讯使用。点
到点的连接是最简单通讯方式，有多种专用通讯协议可供选择，如RK512、3964
（R）和ASCⅡ。
①过程或现场通讯
过程或现场通讯用来将执行机构和传感器连接到CPU，这种连接可以通过集成在
CPU上的接口或接口模块（IM）、功能模块（FM）和通讯模块（CP）来实现。另外，
AS-i和PROFIBUS-DP网也支持过程或现场通讯。
②数据通讯
数据通讯是指可编程控制器相互之间的数据传送，或一台可编程控制器和智能设备
（如PC机）之间的数据传送。数据通讯是经由MPI、PROFIBUS或工业以太网来完成
的。
1.3.4扩展功能
若控制任务需要使用的模块数多于8个，则S7-300的中央控制器可用扩展机架加
以扩展（CPU312IFM、CPU312、CPU312C和CPU313除外）。最多可有32个模块与中
央控制器相连，每个扩展机架最多可以放置8个模块。各机架之间的通讯是由接口模块
IM自动处理。若工厂设备分布较分散，则中央控制器和扩展机架可以分开安装，距离
最远为10m。也就是说，单机架配置时，最大配置是256个I/O；而多机架配置时，最
多可达1024个I/O。对于使用PROFIBUS-DP的分布式系统，最多可以连接65536个I/O。
1.4监控软件WinCC简介
西门子公司的WinCC是WindowsControlCenter（视窗控制中心）的简称。它集成
了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操
作系统（Windows2000或XP）环境下使用的各种通用软件功能。WinCC继承了西门
子公司的全集成自动化（TIA）产品的技术先进和无缝集成的特点。
WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富
的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方法灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下
进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监控画面、控制画面、报警画面、
实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂的、形象直观
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的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另外一个特点
在于其整体的开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人
机界面，满足实际需求。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，
开发其自身需求的应用系统。
WinCC因其具有独特的设计思想而具有广泛的应用前景。借助于模块化的设计，能
以灵活的方式对其加以扩展。它不仅能应用于单用户系统，而且能构成多用户系统，甚
至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。WinCC集生产过程和自动化于一体，实
现了相互间的集成。
1.5STEP7编程软件简介
STEP7编程软件用于SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它们编程、
监控和参数设置的标准工具。为了在个人计算机上使用STEP7，应配置MPI通信卡或
PC/MPI通信适配器，将计算机连接到MPI或PROFIBUS网络，来上载和下载PLC的
用户程序和组态数据。STEP7允许两个或多个用户同时处理一个工程项目，但是禁止
两个或多个用户同时写访问。
STEP7具有以下功能：硬件配置和参数配置、通信组态、测试、编程、启动和维
护、文件建档、运行和诊断等功能。在STEP7中，用项目来管理一个自动化系统的软
件和硬件。STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC
S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集
成在STEP7中。
STEP7提供了几种不同的版本以适应不同的应用和需求。
●STEP7Micro/DOS,STEP7Micro/WIN:适用于S7-200系列PLC的编程、组态
软件包；
●STEP7Lite：适用于S7-300、C7系列PLC、ET200X和ET200S系列分布式I/O
的编程、组态软件包；
●STEP7Basis：适用于S7-300/S7-400、M7-300/M7-400和C7系列编程、组态
软件包；
●STEP7Professional:除包含了STEP7Basis版本中标准组件外，还包含了STEP7
扩展软件包，如SCL、GRAPH和PLCSIM。
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1.6智能家居安防系统开发的必要性
近年来，随着贫富差距的不断增大，各地入室盗抢案件和火灾的时有发生，造成了
无数家庭巨大的经济损失甚至人员伤亡。如何加强门窗防护，把匪徒挡在家外，是避免
入室命案的关键所在！目前最为先进的智能化家庭安防系统的出现，为居室的使用者营
造了一个安全、舒适、高效、便利的居住环境，必将以不可逆转之势席卷千家万户。
统计表明，未来5年内，智能门窗总盈利空间达到38亿元之巨，如果加上各地写
字楼、宾馆酒店、高校学府、体育馆、展馆、科研机构等，实在是难以计算！未来几年
内，一个又一个百万富翁乃至千万富翁将因此而产生。据此，尽快研制开发出一套适合
我国国情的智能家居安防系统并投运市场，具有广泛的应用前景。
1.7国内外发展现状
随着智能家居的发展，安防系统在智能家居中显得越来越重要，国外的许多大公司
早已进入到该领域中，如微软公司投资一家Itran公司，专业从事家庭安防和家庭自动
化的开发设计；IBM公司与建筑商合作，为用户提供装备有先进的安防系统的智能化住
宅。美国联邦政府和IBM、AT$T等大型IT企业，联合投资4000亿美元，为全国500
万个小区和9000万个家庭提供全面的小区和家庭的安全防护和信息服务。在国内外关
于智能家居系统相关的示范工程和研究就有：IBM的网络化家居和梦幻空间（dream
space）工程；HoneyWell的家庭自动化工程；Cisco的网络社区工程；Motorola智能家
居工程；Invensys的网络化家居工程；MIT的智能厨房研究项目；亚利桑那大学的WAVES
和I2SEE项目；中美科龙智控联合中心（中科院、广东科龙和美国亚桑那大学）的智能
家居项目；北京恒生新创的智能家居系统工程等。
1.8论文的主要研究内容
结合国内一些智能家居安防系统设计经验，我们主要做了以下几个方面的研究工作:
（1）介绍了智能家居安防的组成结构与工作原理。
（2）对智能家居安防系统进行设计。
（3）S7-300软件编程，工控组态软件WinCC，S7-300与S7-300之间和S7-300与
工控组态软件WinCC之间的通信。
（4）WinCC对小区报警的组态。
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（5）WinCC与STEP7对小区报警的调试与监控。
本章小结
本章首先介绍了智能家居安防系统的定义及其功能，然后介绍智能家居安防系统目
前在国内外的发展情况并着重分析了现阶段智能家居安防系统的必要性，从而引出了
PLC控制技术。接着从PLC的发展历史、体系结构、特点以及优势等方面对PLC技术做
了全面的论述。最后提出了本课题研究的主要内容：使用PLC技术实现基于PLC的智能
家居安防系统。
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第二章智能家居安防系统
2.1智能家居安防系统的组成与工作原理
2.1.1智能家居安防系统的组成
从工艺方面说，智能家居安防系统包括防盗报警系统和防火报警系统两个主要部
分。家居安防系统框图如图2.1所示。
图2.1小区家居安防系统框图
(1)防盗报警系统
防盗报警系统是通过无线传感器对门窗进行检测，一旦有人非法通过门窗闯入，门
磁和窗磁的传感器就会发出报警信息，通过S7-300和PROFIBUS-DP总线把报警信息
传回小区报警中心，从而让小区报警中心的工作人员作出反应，由小区报警中心的工作
人员派出保安人员对该住户进行检查和通知该住户的主人，这样既保证住户的财产安
全，更重要的是比较有效的保障了住户的人身安全。
(2)防火报警系统
防火报警系统是通过无线传感器对住户的厨房、客厅和卧室的烟气、燃气进行检测，
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如果客厅和卧室的烟感探测器检测到室内的烟气超标和厨房的燃气探测器检测到厨房
的燃气超标就会发出报警信息，通过S7-300和PROFIBUS-DP总线把报警信息传回小
区报警中心，从而让班级规划 小区报警中心的工作人员作出反应，由小区报警中心的工作人员派
出保安人员对该住户进行检查和通知该住户的主人，这样就能提前防止火灾的发生，保
障了住户的利益。
2.1.2智能家居安防系统的工作原理
用户通过无线遥控器设置主机的状态：
1.有人在家时可设置为“撤防”状态。此时，主机对室内的门窗传感器信号不接收，
只接收室内的烟气、燃气和紧急报警信号，一旦室内的烟气、燃气和紧急报警信号发出，
主机立即将报警信号传回小区报警中心。
2.当用户离家时，可设置为“布防”状态。此时，主机接收所有传感器传来的信号，
如有非法闯入，主机将自动向外报警。小区物业管理中心在电子地图上自动显示出警情
方位，便于让小区报警中心工作人员派出小区保安人员，以最快的速度赶往住户现场进
行检查。
防盗报警系统满足以下条件，小区报警中心主机才能允许门磁和窗磁接通报警：房
主将系统设为布防状态，报警复位按钮处于常开状态，门磁和窗磁开关有数字信号输出
时，系统才能发出报警。如果房主将系统设为撤防状态，小区报警中心将不允许门磁和
窗磁接通报警。无论房主将系统设为布防还是撤防状态，只要当烟气和燃气的浓度超过
安全系数时和有紧急报警信号输入时，主机立即发出报警信号给小区报警中心。
如果报警复位按钮处于常闭状态，小区报警系统将不发生任何任何报警；报警复位
按钮设在小区报警中心。小区报警中心在接到报警信息发出报警时，如果小区报警中心
的工作人员没有按下报警复位按钮，报警系统就会一直处于报警状态，直到小区报警中
心工作人员按下报警复位按钮才会消除报警。这样小区报警中心的工作人员才能及时知
道和不会漏掉报警信息。小区报警的无线传输系统框图如图2.2所示。
2.2智能家居安防系统的设计
2.2.1系统的硬件设计
在PLC应用系统中，硬件是系统的基础。系统的硬件设计包括以下内容：
2.2.1.1S7-300系列的PLC硬件系统
SIMATICS7-300硬件系统的配置方式采用模块式，可以扩展各种功能模块。模块
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12
图2.2无线传输系统框图英语手抄报一年级
式PLC的电源、中央处理器（CPU）、输入/输出、通信等一般为独立模块。一个完整的
PLC系统如图2.3所示。
图2.3S7-300硬件系统组成
CPU模块又称为主机是系统的核心，主机I/O数量不能满足控制系统的要求时，用
户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O
点数是由多种因素共同决定的。当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可扩展特殊功
能模块，以完成某种特殊的控制任务。
利用网络接口，可以充分和方便地利用为SIMATICS7-300系统的硬件和软件资源
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13
而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。
所有以上这些硬件设备，都在一个统一的工业软件平台上编程和运行，为了更好地
管理和使用这些设备，S7-300PLC配备了许多功能强大的专用功能指令，方便地实现各
种控制目的。
1.主机（CPU）模块
S7-300PLC产品的规格众多，而且还在不断扩充中，产品性能主要通过不同的CPU
模块进行区分，I/O模块、电源模块、功能模块通用。最新S7-300CPU包括了标准型、
紧凑型、故障安全性和技术功能型4大系列；而且同系列产品的性能与型号也有不同程
度的变化。
（1）标准型
S7-300系列标准型CPU包括CPU312、CPU314、CPU315-2DP、CPU315-2PN/DP、
CPU317-2DP、CPU317-2PN/DP、CPU318-2DP七种规格。标准型CPU均为模块式结
构，CPU无集成I/O点。
在标准型CPU中，CPU312不可以连接扩展机架，主机架上的最大安装模块为8个，
每一模块的最大I/O点数为32点，因此，PLC的最大输入/输出点数为256点。其余的
CPU均可连接最多3个扩展机架，每一机架的安装模块均为8个，连同主机架PLC的
最大安装模块数为32个，因此，PLC的最大输入/输出点数为1024点。
（2）紧凑型
S7-300系列紧凑型CPU包括CPU312C、CPU313C、CPU313C-2PtP、CPU313C-2DP、
CPU314C-2PtP、CPU314C-2DP六种规格。紧凑型CPU与标准型CPU的主要区别是
CPU本身带有数量不等的集成I/O点、集成计数、脉冲输出等功能，同样，它也可以根
据需要选择不同的I/O模块进行扩展。与标准型一样，紧凑型的CPU312C同样不可以
连续扩展机架，其余CPU均可以连接最多3个扩展机架。
（3）故障安全型
S7-300系列故障安全型CPU包括CPU315F-2DP、CPU317F-2DP两种规格。故障
安全型PLC内部安装有经德国技术监督委员会认可的基本功能块与安全型I/O模块参数
化工具，可以用于锅炉、索道以及对安全性要求极高的特殊控制场合，它可以在系统出
现故障时立即进入安全状态或安全模式，以确保人身和设备的安全。
（4）技术功能型
S7-300系列技术功能型CPU目前只有CPU317T-2DP一种规格。技术功能型PLC
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14
是一种专门用于运动控制的PLC，最大可以控制16轴。CPU除可以控制轴定位外，还
可以实现简单的插补与同步控制，可以用于需要进行坐标位置、速度等控制的场合。
2.电源模块
S7-300PLC的CPU与其他模块一般需要DC24V电源供电，因此，在绝大多数场合，
PLC都配套有S7-300PLC用的DC24V电源模块。
常用的S7-300PLC电源模块有PS305（直流输入型）与PS307（交流输入型）两种
类型。输出容量有DC24V/2A、DC24V/5A、DC24V/10A三类；PS307输入为单相
AC120V/230V，PS305输入为DC24~110V。电源模块的容量需要根据实际系统中需要
选择，它与PLC需要模块供电的负载大小有关。
3.I/O扩展模块
输入和输出点是系统与被控制对象的连接点。当需要完成某些特殊功能的控制任务
时，S7-300主机可以扩展特殊功能模块。所以S7-300扩展模块包括数字量输入、数字
量输出、数字量输入/输出扩展模块；模拟量输入、模拟量输出、模拟量输入/输出扩展
模块和功能扩展模块。
a)数字量I/O扩展模块
输入扩展模块SM321共有十多种规格可供选择：按照不同的输入点数有8点输入，
16点输入，32点输入；从输入电压上总体可以分为DC24V输入、DC24V~48V输入、
DC48V~125V输入、AC120V输入和AC120V/230V输入；标准为“源输入”连接，但
也可以选择“汇点输入”连接方式，单个模块最大输入点数为32点。
输出扩展模块SM322共有20多种规格可供选择：按照不同的输出点数有8点输出，
16点输出，32点输出；从输出驱动类型上总体可以分为晶体管驱动（包括DC24V/0.5A、
DC24V/2A、DC24~48V/0.5A、DC48~125V/1.5A）、双向晶闸管驱动（包括AC120V/1A、
AC120~230V/1A、AC120~230V/2A）、继电器触点驱动（包括2A、5A、8A）三大类。
输入/输出混合扩展模块SM323有4种常用规格：可以根据控制系统的要求选用。
数字量输入/输出模块的输入均为DC24V，输出均为DC24V晶体管驱动，单个模块最大
输入/输出点数为16点。8点DC24V输入/8点DC24V/0.5A输出、8点DC24V输入/8
点DC24V/0.5A输出（户外型）、16点DC24V输入/8点DC24V/0.5A输出、8点DC24V
输入/8点DC24V/0.5A输出。
b)模拟量I/O扩展模块
模拟量输入扩展模块SM331有8种：
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模拟量输出扩展模块SM332有4种：
模拟量输入/输出扩展模块SM334有2种：
4.接口模块
在S7-300PLC（CPU312、312C除外）中，当PLC得I/O点数超过256点或安装
的模块（包括I/O模块与特殊功能模块）数超过8个小时，需要在基本机架（或中央机
架，简称CR）的基础上通过扩展机架（简称ER）进行扩展。在S7-300中，PLC最大
允许连接的扩展机架数位3个。
用于S7-300PLC扩展的接口模块共有IM365、IM360、IM361共3种基本型号，IM365
只能用于一级扩展（仅能连接一个扩展机架），扩展时在基本机架与扩展机架均应安装
一个IM365模块。IM360/IM361需要配套使用，可以用于多级扩展，扩展时在基本机架
上安装IM360模块，在扩展机架均安装IM361模块，IM361还可以连接其他IM361模
块，多级扩展时可以通过IM361依次串联连接，但是受到S7-300最大扩展级的限制（最
多可以连接3个扩展机架）。
2.2.1.2PLC的选型
通过对上述西门子S7-300PLC的分析，可得知选用西门子S7-300PLC能够满足工
艺的要求，且具备强大的功能。综合以上对系统的分析及价格上的考虑因素，本系统选
用S7-300PLCCPU315-2DP；电源模块选用PS307/5A；I/O模块选用数字量输入模块
SM321和数字量输出模块SM322，数字量输入模块采用32点DC24V/6.5W，数字量输
出模块采用32点DC24V/6.6W；接口模块选用IM360和IM361。
2.2.1.3PLC扩展机架和供电电源的设计
本设计中是将380V线电压变压为DC24V的电压以给PLC的扩展模块供电，PLC
的电源模块由相电压220V供电。扩展机架和供电电路图见附图。
2.2.2系统的软件设计
用对于PLC应用控制系统设计，其软件（程序）设计是核心。应用程序设计是指
根据系统硬件结构和工艺要求，使用相应编程语言，对实际应用程序的编制和相应文件
形成过程。
2.2.2.1程序流程图
智能家居安防系统的程序流程图如图2.4所示。
2.2.2.2PLC的I/O地址分配表
根据智能家居安防系统的技术要求，其部分I/O地址分配表如表2.1所示。
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16
开始
布/撤防
用户设定报警
门窗报警
门窗是否报警
启动报警
烟感、燃气、
紧急是否报警
烟感、燃气、
紧急报警
报警复位
结束
完成
Y
N
Y
N
N
Y
图2.4程序流程图
2.2.2.3程序
智能家居安防系统的程序见附录A。
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17
表2.1部分I/O地址分配
信
号
功能信号功能信号功能
I0.0
报警复位
I1.6
1#楼02住户撤防
Q0.0
门磁报警
I0.1
1#楼01住户门磁
I1.7
1#楼03住户门磁
Q0.1
窗磁报警
I0.2
1#楼01住户窗磁
I2.0
1#楼03住户窗磁
Q0.2
烟感报警
I0.3
1#楼01住户烟感
I2.1
1#楼03住户烟感
Q0.3
燃气报警
I0.4
1#楼01住户燃气
I2.2
1#楼03住户燃气
Q0.4
紧急报警
I0.5
1#楼01住户紧急
I2.3
1#楼03住户紧急
Q0.5
1#楼
I0.6
1#楼01住户布防
I2.4
1#楼03住户布防
Q0.6
2#楼
I0.7
1#楼01住户撤防
I2.5
1#楼03住户撤防
Q0.7
3#楼
I1.0
1#楼02住户门磁
I2.6
1#楼04住户门磁
Q0.8
4#楼
I1.1
1#楼02住户窗磁
I2.7
1#楼04住户窗磁
Q3.1
01住户
I1.2
1#楼02住户烟感
I2.8
1#楼04住户烟感
Q3.2
02住户
I1.3
1#楼02住户燃气
I2.9
1#楼04住户燃气
Q3.3
03住户
I1.4
1#楼02住户紧急
I3.0
1#楼04住户紧急
Q3.4
04住户
I1.5
1#楼02住户布防
I3.1
1#楼04住户布防
Q3.5
05住户
本章小结
本章着重从硬件上及软件上介绍了这次设计中使用到的西门子S7-300PLC的相关
知识，并且根据改造系统的实际需要对所使用的PLC进行CPU型号及扩展模块的选择，
进行了I/O地址的分配并绘制了程序流程图。
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18
第三章WinCC对小区报警的组态
3.1西门子S7-300及工程组态软件的应用
3.1.1S7-300、多点接口网络(MPI)及PROFIBUS-DP
S7-300采用模块化设计，在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处
理器CP等模块，其中CPU上有一标准化MPI接口，该接口既是编程接口又是数据通
信接口，使用S7协议，通过此接口PLC之间、或与上位计算机之间可进行数据传输，
从而构成MPI网络。网络上的设备被称为节点，每个节点有唯一的MPI地址，该地址
是在S7-300硬件组态中设置的。
此外，通信处理器模块上有一个RS485接口，通过此接口可构成PROFIBUS现场
总线，实现PLC之间、PLC与上位计算机之间的数据通信。该总线为多主多从结构，
可方便构成集中式、集散式和分布式控制系统，性能可靠，硬件组成简单，网络协议实
用，抗干扰能力强。网络配置图如图3.1所示。
图3.1网络配置图
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19
（1）S7-300硬件组态
计算机作为编程装置，配备专用的通信卡(如CP5412)，运行S7-300编程软件包
STEP7，首先对计算机进行相应参数设置，如通信端口的设置，MPI地址设定，选择数
据传输速率等；然后通过MPI端口对S7-300进行硬件组态，即对S7-300的机架、电
源、CPU、信号模件、通信处理器CP等按其实际配置类型和物理地址进行组态，其中
在CPU的组态中设置MPI地址，最后将组态程序下载到PLC以确认。依次完成各PLC
的组态后，便构建了MPI网络，在此基础上，将各PLC的通信端口由MPI口切换到通
信处理器CP的RS485口，然后，设定各节点的通信地址，选择相应的PROFIBUS通信
协议，便可构建PROFIBUS现场总线。
(2)S7-300软件编程
在STEP7中，可用梯形图(Ladder)、语句表(STL)或流程图(FlowChart)进行
编程，若选择“线性程序设计”方法，则把所有程序放在组织块OB1中即可，OB1是
PLC操作系统与用户程序间的接口，PLC周期性地调用此块。若选择“结构式程序设计”
方法，则通过组织块OB1调用其它块如功能块FB、数据块DB等。
(3)S7-300相互间的通信
多点接口网络MPI及PROFIBUS中的各PLC之间通信比较容易实现，可在STEP7
中创建全局数据通信表(简称GD表)，,对全局数据(GlobalData)进行定义，标明数
据的发送和接收关系，然后将GD表下载到各PLC即可。
3.1.2S7-300与S7-300之间的通信连接
本设计采用PROFIBUS-DP总线对S7-300之间进行通信，下面分别对S7-300进行
组态，原则上先组态从站。主从站均采用S7-300CPU315-2DP。
（1）组态从站
1）新建项目：在STEP7中创建一个新项目，点击右键，在弹出的菜单中选择“Inrt
NewObject”—“SIMATIC300Station”，插入S7-300从站，如图3.2所示。
2）组态硬件：双击“Hardware”选项，进入“HWConfig”窗口。点击“Catalog”
图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、CPU等进行硬件组
态。
插入CPU时会同时弹出PROFIBUS组态界面。点击“New”按钮新建PROFIBUS
（1），组态PROFIBUS站地址，本例中为3。点击“Properties”按钮组态网络属性，选
择“NetworkSettings”进行网络参数配置，在本例中设置PROFIBUS的传输速率为
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20
“1.5Mbit/s”，行规为“DP”，如图3.3所示。
图3.2插入S7-300从站
图3.3PROFIBUS-DP的“NetworkSettings”界面设置
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21
双击CPU315-2DP项下的“DP”项，会弹出PROFIBUS-DP的属性菜单，如图3.4
所示。
图3.4配置S7-300从站
在网络属性窗口选择顶部菜单“OperatingMode”，选择“DPslave”操作模式，
如果其下的选择框被激活为，则编程器可以对从站编程，换句话说这个接口既可以作为
DP从站，同时还可以通过这个接口监控程序。诊断地址为1022，为PROFIBUS的诊断
时，选择默认值即可。
选择标签“Configuration”，点击“New”按钮新建一行通信的接口区，如图3.5
所示。
在图3.5中定义S7-300从站的通信接口区。
Addresstype：选择为“Input”对应I区，“Output”对应Q区。
Length：设置通信区域的大小，最多32字节。
Unit：选择是按字节还是按字来通信。
Consistency：选择“Unit”是按在“Unit”中定义的数据格式发送，即按字节或字
发送；若选择“All”表示是打包发送，每包最多32字节。
设置完成后点击“Apply”按钮确认，通信区的大小与PLC型号有关，最大为244字节。
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22
图3.5主站的接口区是虚的，不能操作，等到组态主站时，虚的选项框才被激活。
图3.5配置S7-300从站
（2）组态主站
组态完成从站后，以同样的方式建立S7-300主站并组态，本例中设置站地址为2，
并选择与从站相同的PROFIBUS网络，如图3.6所示。
打开硬件目录，选择“PROFIBUS-DPConfiguratingStating”文件夹，选择
CPU31x，将其拖拽到DP主站系统的PROFIBUS总线上，从而将其连接到DP网络上，
如图3.7所示。
此时自动弹出“DP-slaveProperties”，在其中的“Connection”标签中选择已经组
态过得从站，如果有多个从站时，要一个一个连接，上面已经组态完的S7-300从站可
在列表中看到，点击“Connect”按钮将其连接至网络，如图3.8所示。
然后点击：“Configuration”标签，设置主站的通信接口区。从站的输出区与主站的
输入区相对应，从站的输入区同主站的输出区相对应，如图3.9所示。
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图3.6S7-300主站组态
图3.7在S7-300主站上连接从站
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图3.8S7-300从站的连接过程
图3.9设置输入输出接口区
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配置完成以后，用MPI接口分别下载到各自的CPU中初始化接口数据。在本例中，
主站的QB0~QB9的数据将自动对应从站的数据IB0~IB9，从站的QB0~QB9对应主站
的IB0~IB9。
在组态PROFIBUS-DP通信时常常见到参数“Consistency”（数据的一致性），如图
3.10所示。如果选“Unit”，数据的通信将以在参数“Unit”中定义的格式——字或字
节来发送和接受，比如，主站以字节格式发送20字节，从站将一字节一字节地接收和
处理这20字节。若数据到达从站接收区不在同一时刻，从站可能不在一个循环周期处
理接受区的数据，如果想要保持数据的一致性，在一个周期处理这些数据就要选择参数
“All”，有的版本是参数“Totallength”，通信数据3字节或大于4字节时，要调用
SFC15给数据打包，调用SFC14给数据解包。
图3.10配置输入输出接口区
（3）编程
1）编写主站程序：在系统块中找到SFC14、SFC15如下所示，并在OB35中调用。
CALL“DPRD_DAT”SFC14
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LADDR：=W#16#0
RET_VAL：=MW2
RECORD：=P#0.0BYTE10
SFC14解开主站存放在IB0~IB9的数据包并放在0~9中。
CALL“DPWR_DAT”SFC15
LADDR：=W#16#0
RECORD：=P#0.0BYTE10
RET_VAL：=MW4
SFC15给存放在主站0~9的数据打包，通过QB0~QB9发送出去。
2）编写从站程序：在从站的组织块OB35中调用SFC14、SFC15。
CALL“DPRD_DAT”SFC14
LADDR：=W#16#0
RET_VAL：=MW2
RECORD：=P#0.0BYTE10
SFC14解开从站存放在IB0~IB9的数据包并放在0~9中。
CALL“DPWR_DAT”SFC15
LADDR：=W#16#0
RECORD：=P#0.0BYTE10
RET_VAL：=MW4
SFC15给存放在从站0~9的数据打包，通过QB0~QB9发送出去。
程序参数说明：
LADDR接口区起始地址
RET_VAL状态字
RECORD通信数据区，一般为ANY指针格式
主站—从站通信数据区对应关系：
主站数据从站数据
输入：0~9输入：0~9
输出：0~9输出：0~9
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3.1.3S7-300与工控组态软件WinCC之间的通信
PLC与上位机之间的通信可用高级语言编程实现，但用户必须熟悉互连的PLC及
PLC网络采用的通信协议，严格按照通信协议为计算机编写程序，所以对用户要求较高。
选用工控组态软件实现PLC与上位机的通信则相对较简单，因为工控组态软件提供不
同设备的通信驱动程序，用户可不必熟悉PLC网络的通信协议，此外，工控组态软件
提供的功能性强的工具使开发应用程序变得非常方便。下面通过西门子公司的工控组态
软件WinCC，介绍S7-300与上位机之间通信的实现方法。
（1）工控组态软件WinCC
工控组态软件WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统，它是西
门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物，WinCC是视
窗控制中心(WindowsControlCenter)的简称。其特性之一是全面开放，各系统集成商
可用WinCC作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。WinCC提供
各种PLC的驱动软件，因此使PLC与上位机的联接变得非常方便，如果将WinCC与
STEP7合用，更是大幅度降低工程时间，因为在STEP7中定义的变量可以在WinCC中
直接使用。另外，WinCC中的C语言脚本(Script)及提供的与数据库之间的接口更增
加其应用功能，能满足用户的复杂要求。
（2）S7-300与WinCC之间通信的实现方法
首先启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，然后在标签管理(TagManagement)
中选择添加PLC驱动程序，若要建立一个多点接口网络MPI，选择支持S7协议的通信
驱动程序，在其中的“MPI”项联接各S7-300，并且要设
置节点名、MPI地址等参数，MPI地址必须与PLC中设置的相同；以此方法，还可建
立PROFIBUS现场总线，但必须选择支持PROFIBUS协议的通信驱动程序。此时，便
建立了WinCC与PLC之间的通信连接。
第二步在组态完的S7-300下设置标签，每个标签有三个设置项:标签名、数据类型、
地址，其中最重要的是标签地址，它定义了此标签与S7-300中某一确定地址如某一输
入位、输出位或标志位等一一对应的关系。设置标签地址很方便，可以直接利用在STEP7
中配置的变量表，如设置标签地址为Q010，表示S7-300中输出地址Q010。以此方法，
将S7-300与WinCC之间需要通信的数据一一定义标签，即完成了S7-300与WinCC之
间的数据通信。
第三步在图形编辑器(GraphicsEditor)中，用基本元件或图形库中对象制作生产工
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艺流程监控画面，并将变量标签与每个对象连接，即相当于画面中各对象与现场设备相
连，从而可在CRT画面上监视、控制现场设备。此外，WinCC还具有打印报表、历史
趋势、报警、系统安全等功能，在下文将逐一介绍。
3.2组态小区报警
3.2.1建立项目及项目管理器介绍
单击WinCC项目管理器上的按钮，打开“WinCC资源管理器”对话框，如图3.11
所示。这里选择“单用户项目”，直接单击“确定”按钮，即打开“创建新项目”对话
框，如图3.12所示。在此对话框中输入项目名称和项目的完整存放路径。单击“创建”
按钮后，WinCC开始创建一个名称为“XUJIAN”的项目，随后在WinCC项目管理器
中将该项目打开。
使用WinCC项目管理器，可以完成以下工作：
–创建和打开项目；
–管理项目数据和归档；
–打开各种编辑器；
–激活或取消激活项目；
图3.11“WinCC资源管理器”对话框
WinCC项目管理器的用户界面由以下元素组成：标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、浏
览窗口和数据窗口，如图3.13所示。
●标题栏：标题栏显示当前所打开项目的详细路径和项目是否激活。
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29
图3.12“创建新项目”对话框
●菜单栏和工具栏：菜单栏上的大部分菜单项的定义及操作与Windows相同。下
面介绍WinCC上独有的菜单项。
–“激活”菜单项：位于“文件”菜单下，用于激活或取消激活下项目。相当于工具栏
上的和按钮。
–“驱动程序连接状态”菜单项：用于查看所有建立的通道单元的连接状态及变量读/
写信息。
●状态栏：状态栏显示与编辑有关的一些提示，还显示文件的当前路径、已组态
外部变量数目和授权范围内的变量数目。
●浏览窗口和数据窗口：在WinCC项目管理器中，在浏览窗口和数据窗口中都可
进行工作，如图3.13所示。在这些窗口中，右击可打开每个元素的快捷菜单。
浏览窗口包含WinCC项目管理器中的编辑器和功能的列表。双击列表或使用相
应的快捷菜单可打开相应的编辑器。数据窗口位于窗口的右侧，单击浏览窗口
中的编辑器或文件夹，数据窗口将显示编辑器或文件夹的元素。所显示的信息
将随编辑器的不同而变化。
●搜索功能：通过选择项目、计算机或变量管理器的快捷菜单中的“查找”命令，
可在WinCC项目管理器浏览窗口和数据窗口中启动搜索功能。此功能在菜单栏
上无相应的菜单项，只能在快捷菜单中完成。可在项目中搜索的元素有：客户
机计算机、服务器计算机、驱动程序连接、通道单元、连接、变量组和变量。
所搜索的名称支持“﹡”字符用做通配符，进行搜索的条目均不分大小写。
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30
图3.13“项目属性”对话框
3.2.2组态变量
1.添加逻辑连接
若要使用WinCC来访问自动化系统（PLC）的当前过程值，则在WinCC与自动化
系统间必须组态一个通讯连接。通讯将由称作通道的专门的通讯驱动程序来控制。
WinCC有针对自动化系统SIMATICS5/S7/505的专用通道以及与制造商无关的通道，
例如PROFIBUS-DP和OPC。
●添加一个通讯驱动程序，右击浏览窗口中的“变量管理”，在快捷菜单击选择“添
加驱动程序”，打开“添加新的驱动程序”对话框。
●在“添加新的驱动程序”对话框中，选择，并单
击“打开”按钮，所选的驱动程序显示在变量管理的子目录下。
●单击SIMATICS7ProtocolSuite驱动程序前面的“+”，右击MPI通道单元，在
快捷菜单中选择“新驱动程序的连接”菜单项。在打开的如图3.14所示的“连
接属性”对话框中输入“小区报警”作为逻辑连接名，单击“确定”按钮。
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图3.14建立逻辑连接
2．选择插槽号
为了与下面的STEP7编程软件进行通讯和模拟，点击“连接属性”对话框中的“属
性”按钮，打开“连接参数-MPI”对话框，如图3.15所示，把“插槽号”改为“2”。
图3.15选择插槽号
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3．建立变量
●单击“变量管理器”>SIMATICS7PROTOCOLSUITE>MPI前面的“+”，展开各
自节点，右击出现的节点小区报警，在快捷菜单中选择“新建组”菜单选项，建
立“输入”变量组，依此步骤再建立输出和M变量组。建立完毕如图3.16所示。
●右击“输入”变量组，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单选项，打开“变量属
性”对话框，在对话框中给变量命名，并选择数据类型，这里选择数据类型为“二
进制变量”。
●给变量分配一个PLC中对应的地址，地址类型与通讯对象有关。单击地址域旁
边的“选择”按钮，打开“地址属性”对话框，如图3.17所示。这里选择输入
组变量的数据类qq的个性签名 型为“输入”，输出组变量的数据类型为“输出”，M组变量的
数据类型为“位内存”。
●在过程变量的“地址属性”对话框中，选择数据列表框中过程变量所对应的存储
区域。地址列表框和编辑框用于选择详细的地址信息。
●单击“确定”按钮，关闭“地址属性”对话框。单击“确定”按钮，关闭“变量
属性”对话框。
图3.16建立变量组
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图3.17过程变量的属性对话框
按上面的创建变量的步骤，创建的M变量组、输出变量组和输入变量组分别如下
图3.18，图3.19，图3.20所示。
图3.18M变量组
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图3.19输出变量组
图3.20输入变量组
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3.2.3创建过程画面及组态项目
3.2.3.1图形编辑器的布局
图形编辑器由图形程序和各种各样的工具组成。基于Windows标准，图形编辑器具
有创建和动态修改过程画面的功能；与AutoCAD等图形软件相似的程序界面和操作方
法可以容易地使用WinCC的图形编辑器；直接帮助提供了对问题的快速问答；用户还
可以自定义工作环境。
图形编辑器的画面布局如图3.21所示。
图3.21图形编辑器构成
图形编辑器包括以下元素：
1．绘图区
绘图区位于图形编辑器的中央。在绘图区中，水平方向为x轴，垂直方向为y轴。
画面的左上角为画面的坐标原点，其坐标为x=0，y=0。坐标以像素为单位。绘图区中
的对象原点位于包围对象的矩形的左上角。
2．标题栏和菜单栏
标题栏显示当前编辑的画面名称。菜单栏操作方法与标准Windows操作类似。单击
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菜单栏上的菜单“查看”>“工具栏”菜单项，打开“工具栏”对话框。在此对话框中
可以设置显示或隐藏画面编辑器中的各种工具栏。
3．标准工具栏
位于图形“编辑”菜单栏下的标准工具栏是缺省设置，包括常用的Windows命令按
钮。按住
和删除按钮，并改变标准工具栏上的按钮顺序。如要恢复缺省设置的工具栏，可单击“重
置”按钮。
4．“对象选项板”
“对象选项板”包含在过程画面中频繁使用的不同类型的对象。它包括“标准”和
“控件”两个选项卡。“标准”选项卡包括“标准对象”、“智能对象”和“窗口对象”。
“控件”选项卡上默认是WinCC提供的最常用的Active控件，如有需要可以连接其他
控件。
5．“样式选项卡”
“样式选项卡”允许快速更改线型、线粗细、线端样式和填充图案。
6．“动态向导”
默认情况下，“动态向导”工具栏没有显示在图形编辑器中。“动态向导”提供了大
量预定义的C动作，以支持频繁重复出现的过程组态。各种动作按“动态向导”的各选
项卡中的主题排序。各个选项卡的内容可根据所选对象类型的不同而改变。
此外，还有“对齐选项卡”、“图层选项卡”、“变量天涯歌女简谱 选项卡”、缩放选项板、调色板、
字体选项板和状态栏等。
3.2.3.2.建立过程画面
在组态期间，图形系统用于创建在运行系统中显示过程的画面。图形编辑器是图形
系统的组态软件，是用于创建过程画面的编辑器。
●右击WinCC资源管理器的图形编辑器，从快捷菜单中选择“新建画面”菜单项，
将创建一个名字为的画面，并显示在WinCC资源管理器的右边窗
口中。右击此文件，从快捷菜单中选择“重命名画面”菜单项，在随后打开的
对话框中输入“主画面.pdl。”
●重复上述步骤创建6个新画面，分别命名为“报警原因.pdl”和、“报警住户.pdl”、
“报警楼号.pdl”、“报警记录.pdl”、“报表.pdl”和“归档.pdl”。
●双击画面名称主画面.pdl，打开图形编辑器编辑画面。
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3.2.3.3.创建及组态过程画面
1．创建主画面
●选择菜单“查看”>“库”或者单击工具栏上的图标，显示对象库中的对象
目录。双击“全局库”后显示全局库中的目录树。单击对象库工具栏上的图标，
可预览对象库中的图形。并将所要图形拖至画图区中。
●单击“全局库”>PlantElements>Motors，选择图形放置在画面上。
●选择“标准对象”中的“静态文本”和“智能对象”中的“按钮”将其放置在画
面中。
●拖动对象周围的黑色方块改变对象到合适大小。用复制粘贴的方法使“静态文本”
和“按钮”达到所需的个数并拖动到合适位置，对于库中没有的对象，用标准对
象构造出。
创建的画面如图3.22所示。
图3.22创建的主画面
2．创建动态画面
画面上的图形要动态地变化，必须将对象的某个属性与变量相关联。这里以系统
报警的指示灯为例进行说明。
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选择指示灯对象并右击，从快捷菜单中选择“属性”菜单项。在“对象属性”窗口
中选择“属性”选项卡。并单击左边的“颜色”。右击“背景颜色”行上的绿色灯泡，
从快捷菜单中选择“动态对话框”菜单项，如图3.23所示。
在出现的对话框中选择输出变量组中的过程变量门磁报警，数据类型选择“布尔
型”，然后编辑背景颜色，“是/真”显示为红色，“否/假”显示为绿色。单击“应用”按
钮，关闭“对象属性”对话框，并单击工具栏上的，保存组态。
3．组态报警
报警记录分两个组件：组态系统和运行系统。
报警记录的组态系统为报警记录编辑器。报警记录定义显示何种报警、报警的内容、
报警的时间。使用报警记录组态系统可对报警消息进行组态，以便将其以渴望的形式实
时在运行系统中。报警记录的运行系统主要负责过程值的监控、控制报警输出、管理报
警确认。
图3.23为对象连接过程变量
组态报警：
第一步：打开报警记录编辑器。
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●在WinCC项目管理器左边的浏览窗口中，右击“报警记录”组件。
●从快捷菜单中选择“打开”菜单项。
第二步：启动报警记录的系统向导。
●单击报警记录编辑器的主菜单“文件”>“选择向导”或单击工具栏上按钮，
启动报警的系统向导。
●打开“选择向导”对话框中双击“系统向导”，打开“系统向导”对话框单击“下
一步”。
●在“系统向导：选择消息块”对话框中，选中“系统块”中的“日前，时间，
编号”，选中“用户文本块”中的“消息文本，错误位置”，对于“过程值块”
选中“无”如图3.24所示。选择完毕，单击“下一步”。
●打开“系统向导：预设置类别”对话框，选中“带有报警，故障和警告的类别
错误（进入的确认）”，单击“下一步”。
●最后出现的一个对话框是对前面所做选择的描述，如果想做修改可单击“返回”
按钮；否则单击“完成”按钮。
第三步：组态报警消息和报警消息文本。
在这一步中，将在报警记录编辑器的表格窗口（见图3.25下部窗口）中组态消息。
图3.24选择报警的消息块
●右击窗口表格第一行数字1，从快捷菜单中选择“属性”，打开“单个消息”对
话框，在打开的对话框中选择“消息变量”为1#楼01住户门磁报警。
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●单击上面的“文本”，在“消息文本”中写入“门磁报警”，在“错误点”中写
入“1#楼01住户”。
●单击“变量/动作”，在“画面名称/参数：”中选择“报警原因.pdl”画面。单
击“确定”按钮。
●右击窗口表格第一行数字1，从快捷菜单中选择“添加新行”菜单项。然后按
上述步骤组态另外报警消息，最后保存组态。
报警显示：
WinCCAlarmControl作为显示消息事件的消息视图使用。通过报警控件，希望显
示的消息视图、消息行和消息块均可在图形编辑器中进行组态。在WinCC中，报警事
件将以表格的形式显示在画面中。
对于在运行系统中的显示，必须根据显示的消息使用报警记录数据。
图3.25组态报警消息
组态报警事件窗口。
●打开图形编辑器。创建一个新画面并命名为报警记录.pdl。在“对象选项板”上，
选择“控件”选项卡上的WinCCAlarmControl，如图3.26所示。
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图3.26“对象选项板”上的报警控件
将鼠标指向绘图区各种放置此控件到合适尺寸和位置。
●组态完的报警记录画面如图3.27所示。
图3.27报警记录画面
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2.组态归档
过程值归档的目的是采集、处理和归档工业现场的过程数据。以这种方法获得的过
程数据可用于获得与设备的操作状态有关的管理和技术标准。
在运行系统中，采集并处理将被归档的过程值，然后将其存储在归档数据库中。在
运行系统中，可以以表格或趋势的形式输出当前过程值或已归档的过程值，也可将所归
档的过程值作为记录打印输出。
WinCC使用“变量记录”组件来组态过程值的归档，可选择组态过程值归档和压缩
归档，定义采集和归档周期，并选择想要归档的过程值。
在图形编辑器中，WinCC提供了WinCCOnlineTableControl和WinCCOlineTrend
Control这两个Active控件，以便能在运行系统中以不同的方式显示过程数据。组态过
程值归档：
第一步：打开变量记录编辑器。
●在WinCC项目管理器的浏览窗口中，右击“变量记录”。
●从快捷菜单中选择“打开”菜单项。
第二步：创建归档
●右击“变量记录”编辑器的浏览窗口中的“归档向导”。
●从快捷菜单中选择“归档向导”菜单项。在随后打开的第一个对话框中单击“下
一步”。在“创建归档：步骤1”对话框中输入guidang作为归档的名称。
●单击“下一步”。在“创建归档：步骤2”对话框中单击“选择”按钮，从“变
量选择”对话框中选择“1#楼01住户门磁报警”，单击确定按钮。重复“选择”
从“变量选择”中选出其他的需要归档的变量：“1#楼01住户门磁报警”、“1
#楼01住户窗磁报警”、“1#楼01住户烟感报警”、“1#楼01住户燃气报警”等。
●单击“完成”按钮，并单击工具栏上的对归档进行保存。
归档后的变“变量记录”对话框如图3.28所示。
组态归档画面：
WinCC也可以以表格的形式显示已归档变量的历史值。按照与组态报警画面类似的
方法，在“对象选项板”上选择“控件”选项卡，选择“WinCCOnlineTableControl控
件。按步骤对控件进行组态，组态后的画面如图3.29所示。
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图3.28归档后的“变量记录”对话框
图3.29归档画面
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3.组态报表
报表编辑器是WinCC基本软件包的一部分，提供了报表的创建和输出功能。创建
是指创建报表布局；输出是指打印输出报表。WinCC允许输出下列报表：
—项目文档报表，输出WinCC项目的组态数据；
—运行系统数据报表，可在运行期间输出过程数据。
组态报警消息顺序报表：
在进行组态之前，必须已经组态好了报警记录和报警显示的页面。页面中已经具有
显示报警记录的控件WinCCAlarmControl。由于创建报表比较繁琐，这里只介绍创建
的大步骤。
●创建页面布局；
●编辑页面布局；
●组态打印任务；
●定义运行状态下的属性。
组态后的报表画面如图3.30所示。
图3.29报表画面
图3.30报表画面
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本章小结
本章介绍了西门子S7-300及工程软件的应用和如何利用工程软件对小区报警进行
组态的过程，着重介绍了S7-300和S7-300之间的通信，S7-300和监控软件WinCC之
间的通信和对整个小区的报警进行组态。
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第四章WinCC与STEP7对小区报警的监控
4.1STEP7对PLC的模拟
硬件组态是STEP7软件的一项重要功能。STEP7软件中的“硬件组态”，就是模
拟真实的PLC硬件系统，将CPU、电源和信号模块等设备安装到相应的机架上，并对
PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程。
4.1.1创建项目
打开SIMATICManager单击对话框中的Preview按钮，显示对话快下面的预览窗口。
在预览窗口中可以立即看到不同选项对将生成的项目产生的影响。单击Next按钮。
选择CPU型号和MPI的地址。对于本设计，在CPU列表中选择CPU315-2DP，
MPI接受默认值“2”，如图4.1所示。单击Next按钮。
图4.1CPU型号和MPI地址选择
添加OB块，这里选择OB1，编程语言选择LAD。单击Next按钮，进入下一步。
在Projectname一栏中输入项目名称“shangliao”，单击“Finish”，项目创建完成了。新
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建项目在SIMATICManager的窗口中打开，如图4.2所示。根据用张满胜 户选择SIMATIC300
站、CPU315-2DP以及相应的程序目录和OB块已经添加在项目中了。
4.1.2硬件组态
硬件组态是STEP7软件的一项重要功能。STEP7软件中的“硬件组态”，就是模
图4.2新建的项目结构
拟真实的PLC硬件系统，将CPU、电源和信号模块等设备安装到相应的机架上，并对
PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程。当用户需要修改模块的参数或地址，需要
设置网络通讯，或者需要将分布式外设连接到主站的时候，都要做硬件组态。硬件组态
如图4.3所示。
4.1.3在线调试
（1）在线连接
在SIMATICManager中，单击工具栏上的按钮，可以建立在线连接，并显示在
线视图；单击按钮，显示离线视图。
（2）下载
STEP7可以将用户程序（OB）和硬件组态信息（SDB）等下载到PLC的CPU中。
在不同的应用程序组件中，下载功都可以通过单击工具栏上的下载按钮实现。
①在SIMATICManager中，选中需要下载的对象，单击下载按钮，就可以将相
应对象的内容下载到CPU。选中一个块时，下载该块；选中Blocks目录时，下载整个
目录中所有的块；选中PLC站，则下载该站内的所有用户程序块和硬件组态信息。
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图4.3硬件组态
②在程序编辑器中，单击下载按钮，下载到当前正在编辑的程序块或数据块。
③在硬件组态程序中，单击下载按钮，下载当前正在编辑的硬件组态信息。下
载硬件组态信息需要CPU处于STOP模式。
4.1.4PLCSIM
PLCSIM是一个PLC仿真软件，它能够在PC/PG上模拟S7-300、S7-400系列CPU
的运行。可以像对真实的硬件一样，对模拟CPU进行程序下载、测试和故障诊断，具
有方便和安全的特点，因此非常适合前期的工程调试。
要使用PLCSIM进行调试，首先也需要设置PC/PG接口。在SetPC/PGInterface中，
将接口参数选择为None。在SIMATICManager中，单击工具栏上的按钮，即可启动
PLCSIM，如图4.4所示。
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图4.4PLCSIM运行界面
4.2小区报警系统的模拟运行
4.2.1在STEP7中编写运行的模拟程序
在SIMATICManager中，双击图4.2中右边窗口中的OB1，打开如图4.5
“LAD/STL/FBD”编辑器（简称“程序编辑器”）。
在CPU中，用户程序由启动程序、主程序和各种中断相应程序模块构成，这些模
块在STEP7中实现形式就是组织块OB。OB是直接被操作系统调用的用户程序块。OB1
是对应于循环执行的主程序的程序块，它是STEP7的主干。在图4.4中已经编辑好了
本设计所用的模拟程序。单击工具栏上的下载按钮，将PLCSIM运行界面中的CPU
打到“RUN”档（即在线调试档）。打开WinCCExplorer中的主画面“主画面.pdl”，单
击工具栏上的运行按钮，就可以对小区报警监控系统进行调试了。
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图4.5程序编辑器
4.2.2运行中的主画面
如图4.6是运行中的主画面
4.2.3运行中的报警画面
4.2.3.1运行中的报警原因画面
如图4.7是运行中的报警原因画面
4.2.3.2运行中的报警楼号画面
如图4.8是运行中的报警楼号画面
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图4.6运行中的主画面
图4.7运行中的报警原因画面
4.2.3.3运行中的报警住户画面
如图4.9是运行中的报警住户画面
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图4.8运行中的报警楼号画面
图4.9运行中的报警住户画面
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4.2.4运行中的报警记录画面
如图4.10报警信息包括：日期，时间，编号，错误点，消息文本。
图4.10运行中的报警记录画面
4.2.5运行中的归档画面
在运行系统中，采集并处理将被归档的过程值，然后将其存储在归档数据库中。在
运行系统中，可以以表格的形式输出当前过程值或已归档的过程值，也可将所归档的过
程值作为记录打印输出。如图4.11是运行中的归档画面
4.2.6运行中的报表画面
图4.12历史报表记录可选定初始时间，点击显示刷新当日的实时记录值，可以设置
所要显示的关心的主要内容，屏蔽掉不关心的；
历史记录值是以秒为单位增加按序号显示的记录表格；增加万能报表功能，根据用户自
己的需求可自己灵活制作表格添加内容，也可用户提前提出报表要求；上位机可以打印
全部的报警消息。
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图4.11运行中的归档画面
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图4.12运行中的报表画面
图4.12运行中的报表画面
本章小结
本章介绍了WinCC与STEP7对小区报警的监控进行模拟运行。
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总结与展望
科学技术的日新月异，自动化技术的发展普及，使智能小区在人们对美好生活的呼
声中迅速崛起，也使得安防产品的发展出现了前所未有的变化。相信在以人为本的理念
指导下，各种功能更强大，保卫更安全，信息更随身的新型系统将会应运而生，为人们
的日常生活带来便利，从而激发出更广阔的市场。
现将本文主要工作总结如下：
（1）在理解PLC体系结构、特点及安防系统运行原理的基础上，分析了开发基于PLC
的只能家居安防系统的现实意义及市场前景。
（2）阐述了基于PLC构建智能家居安防系统的可行性及运行原理，设计了一套基于PLC
的智能家居安防系统，并对各子系统的功能模块进行了详细的分析和设计，所设计的系
统具有良好的开放性和可裁减性。同时为了提高系统操作的便利性，并在该系统中实现
了安防系统的无线控制。
将PLC引入到只能家居安防系统中具有很强的现实意义和广泛的市场前景。随着
PLC在国内的发展，一系列基于PLC的智能家居系统必将成为未来的发展趋势。
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参考文献
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附录A程序
主站程序
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从站程序
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致谢
经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，
由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起
工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
首先要感谢我的导师任彦老师。任老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个
阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整
个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是任老师仍然细心地纠正
图纸中的错误。除了敬佩任老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我
永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
其次要感谢刘丕亮师兄对我的热情指导和帮助，特别是在软件的使用方面，正因为
如此我才能顺利的完成设计。我要感谢我的母校——内蒙古科技大学，是母校给我们提
供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会
我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。
本文发布于:2023-03-21 15:59:49，感谢您对本站的认可！
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