一、家庭电路改造之需求分析
在家庭生活中，传统的家庭电路常规控制方式往往存在一些不便之处。例如，每个灯通常只能由一个固定的开关控制，无法实现更加灵活的操作。同时，无法根据特定的时间或需求自动控制灯光的开关，这在一定程度上造成了能源的浪费和使用的不便。
为了解决这些问题，我们希望通过 PLC（可编程逻辑控制器）对家庭电路进行改造，以实现更加智能化和人性化的控制功能。具体来说，我们期望实现以下几个功能：
首先，所有开关按钮采用点动控制，按一下开灯，再按一下关灯。这样的控制方式更加符合人们的使用习惯，操作起来更加便捷。
其次，在主卧设置一个总按钮。当按下这个按钮时，全屋所有的灯都能熄灭，方便在需要快速关闭所有灯光的情况下使用，比如在睡觉前或者紧急情况下。
最后，在入门处设置一个切换开关，作为总电源控制。这个切换开关可以让整个控制电路全部开启或关闭，方便对整个家庭电路进行集中控制。
二、PLC 改造家庭电路的步骤
1. 确定 IO 排布
在进行家庭电路改造之前，我们首先需要对家庭布局进行详细分析。家庭布局中包括多个房间和区域，如阳台、儿童房、主卧室、次卧、厨房、餐厅、卫生间和客厅等。对于每个房间和区域，我们需要确定其输入点（即按钮数量）和输出点（即照明灯数量）。
例如，在一个有三个小房间（一个主卧室、一个次卧和一个儿童房）、两个阳台、厨房、餐厅和两个卫生间的家庭布局中，我们发现不同房间的开关需求有所不同。像儿童房、主卧室和次卧等房间，由于需要在门口和床头设置开关，所以每个房间需要两个开关。而客厅也需要两个开关，分别放置在不同位置。其他区域如阳台、厨房、餐厅和卫生间等则各有一个开关。
通过对各个房间及区域的分析，我们确定了输入点和输出点的数量。接着，我们制作了 IO 排布表，将每个开关和照明灯对应到具体的输入点和输出点。例如，阳台 1 的开关对应输入点 X0，其灯对应输出点 Y0；阳台 2 的开关对应输入点 X1，灯对应输出点 Y1；厨房灯的开关对应输入点 X2，灯对应输出点 Y2 等等。通过这样的方式，我们清晰地了解了家庭电路中各个开关和照明灯与 PLC 输入输出点的对应关系。
2. 选择 PLC 型号
确定了 IO 排布后，接下来我们需要选择合适的 PLC 型号。在选择 PLC 型号时，我们可以通过选型软件来进行选择。考虑到家庭电路控制逻辑相对简单，我们选择了低端型号如 FX3U-32MR/ES-A的 PLC。
这款 PLC 的继电器输出方式非常适合家庭电路改造。因为家庭电路中的负载通常为照明灯具等，继电器输出能够满足这些负载的控制需求。而且，FX3U-32MR/ES-A型号的 PLC 点位能够满足我们的需求，它有从 X0 到 X17 的输入点和 Y0 到 Y15 的输出点，对于我们所规划的家庭电路布局，其输入输出点数量足够。
此外，我们在选择 PLC 时，还需要注意选择继电器输出的类型，而不是晶体管输出。晶体管输出的 PLC 适用于链式结构，而家庭电路改造更适合继电器输出的 PLC。通过选型软件，我们可以快速确定满足需求的 PLC 型号，并了解其具体的参数和接线端子排布等信息。
3. 绘制接线图
选择好 PLC 型号后，我们使用 CAD 软件绘制接线图。接线图包括输入点接线排布和输出点接线排布。
在输入点接线排布方面，FX系列的 PLC 内部自带了一个电源。COM端接到每一个按钮开关信号的一端，按钮的另外一端接到不同的输入点。例如，对于儿童房的两个开关，我们可以用同一个 X 点（如 X7），然后将这两个按钮的一端分别接到 X7，另一端接到COM。这样，当按下任何一个按钮时，都能触发对应的输入点信号。
在输出点接线排布方面，我们采用一个 COM端对应四个 Y 口的连接方式。每个 Y 点的内部都是一个常开触点，当程序控制输出时，这个触点就会闭合。我们将公共端接零线，火线通过空开 SQ2 控制输出电源的开启与否。同时，为了防止 PLC 因电流过大而损坏，我们在每一路都连接了一个2A的保险丝。如果保险丝烧断，可以方便地进行更换，而如果 Y 点烧坏，就需要修改程序，比较麻烦。
通过绘制详细的接线图，我们可以清晰地了解 PLC 与家庭电路中各个设备的连接方式，为实际的接线工作提供准确的指导。
4. 编写程序
绘制完接线图后，我们开始编写程序。首先，在 Excel 中做好 IO 点分配说明，将每个输入点和输出点进行详细的标注和说明。然后，将这些 IO 点复制粘贴到编程软件中。
在编程过程中，我们使用 ALT 交替输出指令来控制每个按钮对应一个灯的状态切换。例如，当我们按下阳台 1 的灯对应的按钮（即触发输入点 X0）时，使用上升沿信号触发 ALT 指令，使输出点 Y0 的状态切换一次。如果灯原来是灭的，按下按钮后就会变亮；再次按下按钮，灯又会熄灭。其他房间和区域的灯也采用同样的控制方式，通过对应的输入点触发 ALT 指令，实现灯的状态切换。
除了单个灯的控制，我们还通过批量复位指令实现主卧总开关和入门总开关对灯的控制。当按下主卧的总开关（对应输入点 X12）时，使用批量复位指令将 Y0 到 Y11 这一批量的灯全部熄灭，这些灯包括客厅、卫生间 1、卫生间 2 等公共区域的照明灯。当按下入门处的总开关（对应输入点 X13）时，也使用批量复位指令将 Y0 到 Y11 全部复位，即整个房间的灯都关闭。由于程序外部接的是常闭信号，所以在程序内部需要写成常闭触点。
此外，我们还可以利用特殊寄存器实现定时自动关灯功能。例如，我们希望每天晚上两点钟过后自动关闭公共区域的灯。这时，我们可以使用 PLC 内部的特殊寄存器 D8015，它保存了当前的时间（小时）。当 D8015 的值大于 2 时，使用上升沿触点触发批量复位指令，将公共区域的照明灯（Y0 到 Y6）全部熄灭。这样，就实现了定时自动关灯的功能。如果需要在早上某个时间自动开灯，也可以通过应用 PLC 内部的特殊寄存器进行控制，实现相应的逻辑要求。
三、思考题与解析
思考题1：我们在每一路都连接了一个2A的保险丝的目的是（）。
解析：为了防止 PLC 因电流过大而损坏，我们在每一路都连接了一个2A的保险丝。
