基于PLC的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 基于PLC的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 系：機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)班級：自動(dòng)化1402班姓 名：涂雷 學(xué) 號：20142101048指導(dǎo)教師：李 靜2018年5月基于PLC的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Design of Access Control System based on PLC 摘 要伴隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的高速發(fā)展，人民生活水平日漸提高，安全的重要性逐漸被人們重視，門禁系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生了，傳統(tǒng)的防盜門已經(jīng)不能滿足人們的需求。本文研究的主要內(nèi)容是基于PLC的自動(dòng)門禁系統(tǒng)。首先對PLC的特點(diǎn)、組成結(jié)構(gòu)和工作原理以及設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)的思想和步驟進(jìn)行了論述；隨后簡單的介紹了一下門禁的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；主要是對門

2、禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括總體設(shè)計(jì)硬件框圖設(shè)計(jì)，PLC的選型介紹，I/O口地址分配，PLC輸入和輸出接線圖的設(shè)計(jì)還有對程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。最終通過監(jiān)控軟件組態(tài)王實(shí)現(xiàn)了對門禁系統(tǒng)的監(jiān)控效果，設(shè)計(jì)了登錄界面和監(jiān)控界面。本次設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)報(bào)警和消防的功能，這是傳統(tǒng)門禁實(shí)現(xiàn)不了的功能。門禁系統(tǒng)功能的完善大大的提高了社會(huì)的安全性。關(guān)鍵詞: 門禁系統(tǒng) PLC 組態(tài)王 GX DeveloperAbstractWith the rapid development of modern social science and technology, the people's living standard is

3、 increasing, the importance of security has been gradually paid attention to. The entrance guard system has come into being, and the traditional anti-theft door can not meet the needs of people.The main content of this paper is automatic access control system based on PLC. First, the characteristics

4、, structure and working principle of PLC and the ideas and steps to design a control system are discussed. Then the basic structure and working principle of the entrance guard are briefly introduced. The design of the entrance guard system, including the design of the overall design of the hardware

5、frame, the introduction of the type selection of the PLC, and the I/O port Address assignment, PLC input and output wiring diagram design, and program design and debugging. Finally, the monitoring effect of the access control system is realized by monitoring Kingview software, and the login interfac

6、e and monitoring interface are designed. This design has also realized the function of automatic alarm and fire control, which is the function of traditional access control. The function of the access control system has greatly improved the safety of the society.Key words: Access Control System PLC

7、KingView GX Developer緒 論 為了能跟上現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展的腳步，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對安全性的需求，保護(hù)人民的財(cái)產(chǎn)安全，提高社會(huì)治安的安全性，門禁系統(tǒng)也就隨之誕生了。門禁系統(tǒng)不僅僅為居民帶來了安全便捷性，還為管理者提供了更加快速便捷的可操作性，提高了整個(gè)社會(huì)的安全性。本文研究的基于PLC的門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要適用于市政辦公樓，居民小區(qū)，醫(yī)院，工廠，以及人流量大的建筑中。門禁系統(tǒng)在近些年科技日漸發(fā)展的過程中已經(jīng)逐漸完善了其安全性，便捷性和實(shí)用性，目前市面上比較流行的門禁系統(tǒng)識別方式有生物識別，指紋識別，無線識別等，適用于不同的社會(huì)人群。本次設(shè)計(jì)主要是利用光電傳感器、溫度傳感器、一

8、氧化碳濃度傳感器和電子鎖等其他硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)了門的自動(dòng)開閉，報(bào)警消防等功能，同時(shí)管理者可以通過上位機(jī)來登錄監(jiān)控界面實(shí)施對門禁系統(tǒng)的監(jiān)控管理，門禁系統(tǒng)就是對出入人員進(jìn)出通道的系統(tǒng)化管理，能夠有效提高社會(huì)的安全性和便捷性。本次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的鑰匙門鎖能夠更加有效的對出入人員進(jìn)行管理，傳統(tǒng)鑰匙門鎖需要對出入人員進(jìn)行登記管理且效率低工作量大，而此次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)能夠更加快速準(zhǔn)確的記錄人員身份，在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時(shí)能夠快速開門，同時(shí)更加方便于管理者的管理操作，具體來說就是門禁系統(tǒng)從管理上對管理者的工作更加準(zhǔn)確便捷，門禁模式下刷卡或者電磁鎖開門，非門禁模式下人員通過光感應(yīng)開關(guān)自動(dòng)開門。從某種意義

9、上來講，門禁系統(tǒng)不僅帶來進(jìn)出人員方便，減少人員工作量，更提高了社會(huì)安全性，使人們在通道管理方面上跨入了一個(gè)新電子時(shí)代。1 PLC簡介1.1 PLC的特點(diǎn)可編程邏輯控制器（PLC）是一種電子設(shè)備，其存儲(chǔ)內(nèi)部程序通過可編程存儲(chǔ)器執(zhí)行邏輯操作，順序控制，計(jì)數(shù)，同步和其他指令操作。通過專門為工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種類型的機(jī)器或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心。（1） 抗干擾能力強(qiáng)繼電器接觸器控制系統(tǒng)使用大量機(jī)械觸點(diǎn)，這會(huì)使設(shè)備接線復(fù)雜，當(dāng)觸點(diǎn)打開和閉合時(shí)，觸點(diǎn)被電弧破壞，從而降低其壽命和可靠性。PLC采用微電子技術(shù)，并通過非接觸式電子存儲(chǔ)元件進(jìn)行大量的開關(guān)操作。復(fù)雜的接線和大多數(shù)繼電器

10、被軟件取代，使用壽命長，可靠性大大提高?？刂破鞯闹髂K采用非常大規(guī)模的集成電路，并具有完善的通道保護(hù)和信號調(diào)理電路來保護(hù)輸入和輸出端口。 機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)以及硬件和軟件采用了一系列抗干擾措施，制造商的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)不斷得到改善。PLC的平均故障間隔時(shí)間高達(dá)數(shù)萬小時(shí)，非常適合工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的使用，PLC已成為機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中的主要控制設(shè)備，并得到了廣泛的認(rèn)可。（2） 編程方便 PLC程序編譯簡潔的梯形圖或簡單的指令，不需要其他微型計(jì)算機(jī)的知識。 這種編程語言更簡單，更直觀，更易于用戶理解。另外，程序可以在線修改而不需要拆卸硬件來實(shí)現(xiàn)不同的控制效果。（3） 功能全面，適應(yīng)性強(qiáng) PLC的I / O系統(tǒng)功能齊

11、全，可用于各種類型的模擬量輸入和輸出。 通過使用微處理器，還可以使用邏輯功能和順序控制功能來執(zhí)行諸如模擬，監(jiān)視和報(bào)告打印等功能。控制器配有不同類型的硬件，用戶可以根據(jù)不同的控制要求和控制規(guī)模進(jìn)行配置。一旦確定了硬件配置，通過在不改變條件的情況下修改軟件即可快速輕松地實(shí)現(xiàn)工藝生產(chǎn)要求。（4） 體積小，維護(hù)方便 PLC體積小，重量輕，易于安裝。由于PLC的輸入輸出系統(tǒng)能直觀的反映出系統(tǒng)的內(nèi)部工作狀態(tài)并且擁有完善的自診斷功能，所以PLC的故障率相比傳統(tǒng)微機(jī)要低得多。當(dāng)PLC故障時(shí)，會(huì)有一個(gè)非常簡潔易讀的提示，這對維護(hù)人員來說將非常方便的檢修和監(jiān)視。（5） 設(shè)計(jì)到調(diào)試的工作量少 通常，通過繼電器和接觸

12、器來執(zhí)行控制任務(wù)，必須根據(jù)工藝要求建立接線圖和接線圖，然后進(jìn)行安裝和調(diào)試，修改也十分不便。由于PLC采用軟件控制取代了硬件布線控制，硬件模塊非常簡潔，大大縮短了設(shè)計(jì)周期和安裝布線工作量。完成調(diào)試和接線后，在后期調(diào)試過程中倘若發(fā)現(xiàn)了問題，由于PLC是通過軟件程序來實(shí)現(xiàn)控制功能，所以只需要修改程序就可以解決。1.2 PLC的組成中央處理單元(CPU)CPU是控制器的控制中心。它主要由算術(shù)單元，控制器，寄存器以及相互連接的數(shù)據(jù)，控制和狀態(tài)總線組成。 CPU還包括外圍芯片，總線接口和相關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，并且是控制器的一個(gè)重要組成部分。每組PLC至少有一個(gè)CPU，根據(jù)控制器的系統(tǒng)程序分

13、配的功能接收和存儲(chǔ)程序和用戶數(shù)據(jù)，并使用掃描來收集設(shè)備傳輸?shù)臓顟B(tài)或數(shù)據(jù)并存入寄存器中。另外還能診斷運(yùn)行狀態(tài)下PLC的電源和內(nèi)部電路以及在編程過程中的語法錯(cuò)誤。為了進(jìn)一步提高可編程控制器的可靠性，大型可編程控制器也使用雙CPU來構(gòu)成冗余系統(tǒng)或三CPU投票系統(tǒng)。這樣即使CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)也能正常工作。CPU速度和內(nèi)存容量是控制器的重要參數(shù)，用于確定控制器的運(yùn)行速度，I / O數(shù)量和軟件容量，從而限制控制規(guī)模。存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器成為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器成為用戶程序存儲(chǔ)器電源可編程邏輯控制器的功能在整個(gè)系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。如果沒有一個(gè)良好可靠的電源，系統(tǒng)的工作將會(huì)變

14、得不正常，可編程邏輯控制器制造商也非常重視電源的設(shè)計(jì)和制造。正常的交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)的范圍內(nèi)，PLC可以直接連接到交流網(wǎng)絡(luò)，無需采取任何其他措施。輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由微型計(jì)算機(jī)的光耦合電路和輸入接口電路構(gòu)成，并且用作計(jì)算機(jī)接口的輸入通道，是可編程邏輯控制器和現(xiàn)場控制之間的接口。現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器，選通電路和中斷請求電路集成，并且可編程邏輯功能控制器輸出對應(yīng)于輸出電路的執(zhí)行部分的控制信號。功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊，通信模塊等PLC硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示圖1-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖1.3 PLC的工作原理與等待命令的微型計(jì)算機(jī)的操作模式不同，PL

15、C采用循環(huán)掃描操作模式。CPU根據(jù)第一條指令的指令步數(shù)開始循環(huán)分析。如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令順序執(zhí)行用戶程序，直到遇到結(jié)束符號并返回第一條語句指令，連續(xù)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。通常，PLC控制器的掃描周期等于所有時(shí)間的總和，如自診斷、通信、輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段：（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器依次讀取所有輸入狀態(tài)和掃描數(shù)據(jù)，并將它們存儲(chǔ)在I/O映射區(qū)域的相應(yīng)單元中。輸入采樣完成后，它繼續(xù)執(zhí)行用戶程序和輸出的刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映射區(qū)域中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是

16、脈沖信號，脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，以確保在所有情況下都能讀取輸入。（2）程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按降序掃描用戶程序（梯形圖）。 掃描每個(gè)圖案時(shí)，始終掃描梯形圖左側(cè)每個(gè)觸點(diǎn)形成的控制電路，并在邏輯上按照先左后右、先上后下的順序運(yùn)算由觸點(diǎn)形成的控制電路。然后，根據(jù)邏輯操作的結(jié)果，刷新邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中相應(yīng)位的狀態(tài)，或更新輸出線圈I/O映象區(qū)中相應(yīng)位的狀態(tài)或確定是否執(zhí)行梯形圖中指定的特殊功能指令。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序時(shí)，可編程邏輯控制器進(jìn)入輸出的刷新階段。在此期間，CPU根據(jù)I/O卡區(qū)域中的狀態(tài)和相應(yīng)數(shù)據(jù)刷新所有輸出鎖存電路，并通過輸出電

17、路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的器件。此時(shí)，這是可編程邏輯控制器的真實(shí)輸出。1.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟在執(zhí)行PLC控制系統(tǒng)之前，需要定義控制系統(tǒng)要執(zhí)行的功能和處理?xiàng)l件，然后通過分析控制系統(tǒng)的功能來定義控制和輸出信號的結(jié)構(gòu)，類型和數(shù)量。最后，確定PLC的選擇和具體配置。一般控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可按以下幾個(gè)步驟來進(jìn)行：（1）熟悉被控對象制定控制計(jì)劃以分析受控對象的過程和工作特性，并確定PLC控制系統(tǒng)的受控對象控制要求。（2）確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求確定用戶所需的I/O點(diǎn)數(shù)，輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號指示燈等)（3）分配PLC的I/O地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按

18、鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號列出輸入輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部I/O接線圖和編制程序。（4）設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)，接觸器，電磁閥，信號指示器等各種類型，規(guī)格，數(shù)量的輸入輸出設(shè)備，根據(jù)所選PLC型號列出輸入輸出設(shè)備和PLC輸入輸出端子比較圖，用于繪制PLC外部I/O電路圖和編譯程序。（5）聯(lián)機(jī)調(diào)試使用編程器的監(jiān)視功能執(zhí)行逐步調(diào)試，所有部件調(diào)試成功后，運(yùn)行實(shí)際負(fù)載。如果不符合要求，則調(diào)整設(shè)備和程序。通常只需要修改部分程序。2 門禁系統(tǒng)綜述2

19、.1 門禁系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)（1）身份識別單元身份識別部分在門禁控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它可以識別和確認(rèn)經(jīng)過的人的身份，并且有許多方法和手段來實(shí)現(xiàn)身份識別，有卡片識別方法，密碼識別方法和生物學(xué)識別方法和綜合識別方法。（2）處理與控制單元處理與控制單元，即訪問控制器，能夠存儲(chǔ)和處理相關(guān)人員的信息，并且響應(yīng)于判斷出入的各種輸入和輸出請求，包括操作單元，輸入單元，存儲(chǔ)單元，輸出單元和通信單元，并且是門禁控制系統(tǒng)中最重要的部分。（3）傳感與報(bào)警單元傳感器與報(bào)警單元包括各種傳感器，探測器和按鈕等設(shè)備，并應(yīng)具有針對機(jī)械創(chuàng)傷的具體措施。同時(shí)，門禁系統(tǒng)還可以監(jiān)控以下報(bào)警情況：報(bào)警，短路，斷路，退出請求，設(shè)備斷

20、線等，防止人們屏蔽和破壞報(bào)警信號，提高控制系統(tǒng)接入安全性。（4）電鎖與執(zhí)行單元 電鎖與執(zhí)行單元部分包括必須具有靈敏，實(shí)施可靠，良好的防潮和防腐性能以及足夠的機(jī)械強(qiáng)度的電子鎖，擋車器等控制設(shè)備。2.2 門禁系統(tǒng)的工作原理通過打開和關(guān)閉控制門來管理進(jìn)出人員被稱為門禁系統(tǒng)。 門禁系統(tǒng)的操作過程可分為檢測，管理和執(zhí)行。讀卡器，密碼鍵盤，各種生物識別技術(shù)，開門按鈕等都是傳感器，他們的任務(wù)是接受命令并下載信號或在驗(yàn)證后下載信號?？刂破骱凸芾碥浖?fù)責(zé)門禁系統(tǒng)的管理功能，在接收到傳感器發(fā)送的信息后，根據(jù)門禁人員的信息決定開關(guān)門。 當(dāng)電子鎖收到打開或關(guān)閉門的命令時(shí)，它會(huì)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)直到它與命令匹配。（1）當(dāng)有人

21、員準(zhǔn)備出入的時(shí)候，會(huì)將門禁卡在讀卡器上刷卡或者指紋識別等一系列方式來識別出入人員身份。（2）完成信息采樣之后，信息會(huì)傳送到附近的控制器中，通過控制器自動(dòng)識別，確認(rèn)出入人員是否有權(quán)限通過，然后發(fā)送控制信號到門鎖，執(zhí)行開門操作。（3）當(dāng)人員通過后，開門過程完成之后開門限位開關(guān)閉合，傳送信號給控制器，控制器反饋關(guān)門信號。（4）當(dāng)溫度和一氧化碳濃度超出設(shè)定范圍時(shí)，門禁系統(tǒng)的一氧化碳濃度和溫度傳感器傳送數(shù)字信號給控制器，一氧化碳濃度開門和溫度傳感器開關(guān)閉合，系統(tǒng)將電鎖一直處于開啟狀態(tài)，以便人們能夠方便逃生。3 門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)硬件框圖門禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示：圖3-1 門禁

22、系統(tǒng)硬件框圖3.2 PLC的選型在門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用單片機(jī)或PLC，其本質(zhì)是一個(gè)由單片機(jī)集成的復(fù)雜集成系統(tǒng)。PLC控制的主要優(yōu)點(diǎn)是：程序更換簡單方便，可直接連接生產(chǎn)設(shè)備，適應(yīng)一般工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，并提供強(qiáng)大的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間長，檢查、維護(hù)和安裝方便，設(shè)計(jì)簡單，調(diào)試周期短，適用范圍廣泛。單片機(jī)控制的主要優(yōu)點(diǎn)是它可以使用程序來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，并使用中斷處理程序以低成本快速響應(yīng)。考慮到這種設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，單片機(jī)用于家庭使用，這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)相結(jié)合，所以在設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)時(shí)采用了PLC控制?，F(xiàn)在市面上常見的PLC主要有三菱，西門子，歐姆龍，松下等，在考慮選擇PLC機(jī)型時(shí)不僅要滿

23、足系統(tǒng)控制功能還要保證系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，維護(hù)方便。根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)，存儲(chǔ)容量，通訊功能確定PLC控制模式。三菱FX2N系列PLC基于上述要求，具有配置靈活，運(yùn)行速度快，寄存器容量大等優(yōu)點(diǎn)。3.3 傳感器的選型傳感器是一種識別設(shè)備，可以捕獲測量信息并將其轉(zhuǎn)換為電信號或其他形式的信號輸出。這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和控制的第一個(gè)環(huán)節(jié)。 圖3-2 傳感器組成結(jié)構(gòu)圖（1）門禁系統(tǒng)光電探測開關(guān)傳感器的選型我在門禁系統(tǒng)的光電檢測開關(guān)部分選擇了紅外傳感器。紅外傳感器系統(tǒng)是一種使用紅外線作為媒介的測量系統(tǒng)。該傳感器的創(chuàng)新之處在于能夠承受來自外部的強(qiáng)烈光線干擾。太陽光包含干擾紅外接收管的紅外線。該燈可以打開紅外接收器二極

24、管，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤的日志，甚至使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)置多點(diǎn)記錄，并且可以根據(jù)需要選擇管陣列的間距和陣列數(shù)量。（2） 門禁系統(tǒng)溫度監(jiān)控報(bào)警傳感器的選型溫度傳感器是一種檢測溫度并將其轉(zhuǎn)換為可用輸出信號的傳感器。監(jiān)控警報(bào)不是關(guān)于特定溫度值，而是關(guān)于溫度是否超出我們指定的范圍。一旦溫度超過規(guī)定范圍，就會(huì)輸出報(bào)警信號。 因此我在溫度監(jiān)控部分選擇了邏輯輸出類型的傳感器。LM56，MAX6501-MAX6504和MAX6509 / 6510就是典型的例子。 在這里我選擇了MAX6501，它允許用戶選擇一個(gè)接近他想要的控制的溫度閾值，并且只需將它插入電路即可使用，無需任何外部元件。（3）

25、門禁系統(tǒng)一氧化碳濃度監(jiān)控報(bào)警傳感器的選型一氧化碳傳感器屬于化學(xué)傳感器，與報(bào)警器一起使用，是報(bào)警系統(tǒng)中的核心檢測元件，基于固定電位的電解原理。當(dāng)一氧化碳擴(kuò)散到氣體傳感器中時(shí)，其輸出產(chǎn)生電流輸出，該電流輸出提供給警報(bào)器中的傳感電路并用于將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 隨著氣體濃度的變化，氣體傳感器的輸出電流也隨輸出電流成比例變化。 報(bào)警裝置的直流鏈路將放大后的輸出轉(zhuǎn)換為各種輸出設(shè)備，以完成聲音，光線和電力等檢測和報(bào)警功能，與控制器一起構(gòu)成環(huán)境檢測或監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)。3.4 I/O地址分配本次設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)有11個(gè)輸入點(diǎn)，5個(gè)輸出點(diǎn)。其中X0、X1、X2、X10、X11為功能開關(guān)，X3、X4為限位開關(guān)，X5為感應(yīng)

26、開關(guān)，X6、X7為報(bào)警開關(guān)，X12為模式轉(zhuǎn)換開關(guān)。具體分布見表3-1：表3-1 PLC的輸入點(diǎn)分配表啟動(dòng)按鈕X0溫度報(bào)警開關(guān)X6停止按鈕X1一氧化碳報(bào)警開關(guān)X7消鈴按鈕X2刷卡X10開門限位X3鑰匙手動(dòng)開門X11關(guān)門限位X4門禁模式X12光電感應(yīng)開關(guān)X5輸出點(diǎn)包括功能輸出Y0、Y1，報(bào)警輸出Y2、Y3、Y4，具體分布見表3-2。表3-2 PLC輸出點(diǎn)分配表開門Y0溫度指示燈Y3關(guān)門Y1警鈴Y4火警指示燈Y2上位啟動(dòng)按鈕M0上位手動(dòng)關(guān)門M4上位停止按鈕M1上位機(jī)門禁模式M5上位消鈴按鈕M2啟動(dòng)標(biāo)志M10上位手動(dòng)開門M3允許關(guān)門條件M113.5 PLC外部輸入輸出接線圖與工作流程部分開關(guān)說明：SQ

27、1，SQ2：開關(guān)門限位開關(guān)K1：處于門禁模式下用戶可刷卡進(jìn)入K2：發(fā)生故障時(shí)人員檢修需要鑰匙進(jìn)行手動(dòng)開關(guān)門圖3-2 PLC外部輸入輸出接線圖外部系統(tǒng)是通過I/O端口與CPU連接的，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的I/O分配表畫出外部輸入輸出接線圖，其工作流程為：（1） 門禁系統(tǒng)啟動(dòng)之后，管理者根據(jù)時(shí)段和要求選擇是否進(jìn)入門禁模式。（2） 當(dāng)門禁系統(tǒng)沒有處于門禁模式下時(shí)，出入者在進(jìn)出前觸發(fā)光電感應(yīng)開關(guān)（光電感應(yīng)開關(guān)是脈沖觸發(fā)，需要對其進(jìn)行自鎖），電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，自動(dòng)打開直到達(dá)到開門限位開關(guān)，電動(dòng)機(jī)停止，完成開門動(dòng)作。（3） 當(dāng)自動(dòng)門開門動(dòng)作完成后，觸發(fā)開門限位開關(guān)，啟動(dòng)可調(diào)延時(shí)定時(shí)器5秒后（可通過程序修改定時(shí)器時(shí)間長短

28、），電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程直到達(dá)到關(guān)門限位開關(guān)，電動(dòng)機(jī)停止，完成關(guān)門動(dòng)作。（4） 若在關(guān)門過程中若有其他人員進(jìn)出，觸發(fā)光電感應(yīng)開關(guān)，則立刻停止關(guān)門動(dòng)作，進(jìn)行開門動(dòng)作，防止人員受到傷害。（5） 當(dāng)門禁系統(tǒng)處于門禁模式時(shí)，進(jìn)出者在通過自動(dòng)門時(shí)只能通過刷卡或者鑰匙手動(dòng)開門來獲得出入權(quán)限，同時(shí)當(dāng)有人靠近時(shí)激活報(bào)警單元通知保安。（6） 當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)溫度報(bào)警指示燈亮起，并響起警鈴。（7） 當(dāng)一氧化碳濃度超出設(shè)定范圍時(shí)火警指示燈亮起，警鈴響起，同時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)大門打開。3.6 門禁系統(tǒng)的主電路圖3-3 門禁主電路接線圖圖中器件說明：KM1：正轉(zhuǎn)接觸器線圈 KM2：反轉(zhuǎn)接觸器線圈 FU：熔斷器QF：

29、低壓斷路器該電路主要控制門的打開和關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)允許開門時(shí)，KA1閉合，KM1線圈通電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)打開門，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到允許關(guān)門狀態(tài)時(shí)，KA2閉合，KM2線圈通電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)門4 軟件程序設(shè)計(jì)與調(diào)試4.1 梯形圖程序設(shè)計(jì) 下面是基于PLC的門禁系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)： 管理者通過啟動(dòng)按鈕X0或者上位機(jī)控制啟動(dòng)按鈕M0進(jìn)行門禁系統(tǒng)的啟動(dòng)。圖4-1 啟動(dòng)標(biāo)志系統(tǒng)啟動(dòng)之后M10通電，當(dāng)X5、X7、X10或X11閉合后YO通電形成自鎖，自動(dòng)開門。圖4-2 開門當(dāng)?shù)竭_(dá)開門限位開關(guān)時(shí)，X003閉合，M11得電，允許關(guān)門，若此時(shí)光電感應(yīng)開關(guān)感知到有人通過，則X005斷開，M11不得電，中斷關(guān)門操作。當(dāng)發(fā)生火警災(zāi)害時(shí)，M11

30、不得電，不允許關(guān)門。圖4-3 允許關(guān)門條件當(dāng)達(dá)到關(guān)門條件時(shí)，M11得電，通過可調(diào)延時(shí)繼電器可對開門時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。圖4-4 延時(shí)自動(dòng)關(guān)門當(dāng)延時(shí)自動(dòng)關(guān)門設(shè)定的時(shí)間到達(dá)之后T1得電，若滿足允許關(guān)門條件M11得電且處于啟動(dòng)狀態(tài)下即M10得電，則進(jìn)行關(guān)門操作，同時(shí)管理者也可以通過上位機(jī)控制M4閉合完成關(guān)門。圖4-5 關(guān)門當(dāng)一氧化碳濃度超出所設(shè)定的范圍時(shí)，X007閉合，Y002得電，火警指示燈亮起；當(dāng)溫度超出所設(shè)定的范圍時(shí)，X006閉合,Y003得電，溫度報(bào)警指示燈亮起。圖4-6 報(bào)警指示燈當(dāng)溫度或一氧化碳濃度超出所設(shè)定范圍時(shí),X006或X007檢測到上升沿脈沖，觸發(fā)報(bào)警開關(guān)，Y004得電，警鈴響起。若報(bào)

31、警開關(guān)誤觸或警報(bào)解除，管理者可通過消鈴按鈕X002關(guān)閉警鈴。圖4-7 警鈴4.2 指令表根據(jù)設(shè)計(jì)的梯形圖程序生成出的指令表如下：;* 系統(tǒng)啟動(dòng)標(biāo)志 0 LD X000 1 OR M0 2 OR M10 3 ANI X001 4 ANI M1 5 OUT M10;* 開門 6 LD X005 7 OR Y000 8 ANI M5 9 ANI X012 10 AND M10 11 OR X007 12 OR X010 13 OR X011 14 OR Y000 15 ANI Y00116 ANI X003 17 OUT Y000;* 允許關(guān)門條件 18 LD X003 19 LDI X005 20

32、 ANI M5 21 ANI X012 22 OR X012 23 OR M5 24 ANB 25 ANI X007 26 ANI X004 27 ANI X010 28 ANI X011 29 ANI M3 30 OUT M11;* 延時(shí)自動(dòng)關(guān)門 31 LD M11 32 OUT T1 K50;* 關(guān)門 35 LD T1 36 OR Y001 37 AND M10 38 AND M11 39 OR M4 40 ANI Y000 41 ANI X007 42 ANI X004 43 OUT Y001;* 火警 44 LD X007 45 OUT Y002;* 溫度高報(bào)警指示燈 46 LD X0

33、06 47 OUT Y003;* 警鈴 48 LDP X006 50 ORP X007 52 OR Y004 53 ANI X002 54 OUT Y004 55 END4.3 軟件介紹及程序調(diào)試4.3.1 GX Developer軟件簡介及安裝GX Developer是一款三菱編程軟件，可通過梯形圖，指令列表，SFC和標(biāo)簽等語言程序進(jìn)行編程，支持Q，Qnu，QS，AnS和FX等全系列可編程控制器。 梯形圖程序編寫的邏輯測試功能可以在調(diào)試過程中節(jié)省大量時(shí)間，無需連接PLC進(jìn)行調(diào)試。 由于軟件環(huán)境的原因，它只能安裝在Windows XP中，不能安裝在Windows 7和其他系統(tǒng)中。安裝方法如下：

34、（1） 首先安裝軟件的環(huán)境文件，在ENVMEL文件夾中找到SETUP并雙擊安裝它，該軟件必須使用此環(huán)境文件正常安裝。（2）按照步驟提醒完成環(huán)境文件的安裝 （3）在主文件夾里找到安裝程序SETUP進(jìn)行GX Developer的安裝。 （4）由于該軟件一般是公司購買，所以個(gè)人下載的時(shí)候需要輸入序列號，可以在文件夾里的序列號說明里找到。（5）軟件安裝完成后，會(huì)在開始菜單-所有程序中找到剛安裝號的軟件。4.3.2 工程創(chuàng)建與調(diào)試仿真進(jìn)入軟件后，點(diǎn)擊左上角的項(xiàng)目-創(chuàng)建新項(xiàng)目，選擇PLC系列，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇程序類型，創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目。如圖4-8所示：圖4-8 創(chuàng)建新工程通過上方工具狀態(tài)欄的梯形圖語言進(jìn)行梯

35、形圖程序設(shè)計(jì)，如圖4-9所示：圖4-9 梯形圖程序編寫頁面完成了程序的編譯之后，點(diǎn)擊工具欄中的程序檢查，對線圈，軟元件和梯形圖等進(jìn)行檢查是否有錯(cuò)誤。經(jīng)檢查之后發(fā)現(xiàn)無程序語言錯(cuò)誤，程序可正常運(yùn)行，如圖4-10所示:圖4-10 梯形圖檢查調(diào)試程序后，需要進(jìn)行仿真來驗(yàn)證程序是否可以按預(yù)期運(yùn)行。點(diǎn)擊工具-梯形圖邏輯測試開始模擬仿真，軟件將自動(dòng)寫入PLC程序，如圖4-11所示：圖4-11 梯形圖邏輯測試在菜單起動(dòng)里選擇繼電器內(nèi)存監(jiān)視，然后添加要監(jiān)視的軟元件窗口，開始模擬仿真。在仿真過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)在關(guān)門動(dòng)作進(jìn)行中（Y001亮）如果關(guān)門條件達(dá)不到（M11熄滅）仍能進(jìn)行關(guān)門動(dòng)作（Y001亮

36、），這與本設(shè)計(jì)的要求相悖。仿真圖如圖4-12：圖4-12 仿真結(jié)果圖退出仿真返回檢查梯形圖，發(fā)現(xiàn)在35步的關(guān)門程序中關(guān)門電機(jī)（Y001）自鎖時(shí)將啟動(dòng)標(biāo)志（M10）和關(guān)門條件（M11）并聯(lián)了，因此當(dāng)達(dá)不到關(guān)門條件時(shí)Y001仍然得電繼續(xù)關(guān)門動(dòng)作。根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求做修改，應(yīng)該只并聯(lián)可調(diào)延時(shí)繼電器（T1），與M10和M11串聯(lián)。梯形圖程序錯(cuò)誤解決如圖：圖4-13 梯形圖修改前圖4-14 梯形圖修改后修改梯形圖程序之后進(jìn)行仿真調(diào)試，觀察是否能按設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，仿真結(jié)果如圖4-15，4-16：圖4-15 達(dá)到關(guān)門條件仿真圖圖4-16 達(dá)不到關(guān)門條件仿真圖經(jīng)過對上述程序的調(diào)試和仿真，解決了錯(cuò)誤，PLC程序

37、可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，調(diào)試結(jié)束。5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 監(jiān)控軟件的選擇組態(tài)軟件是上位機(jī)軟件的一種，通過數(shù)據(jù)采集和過程控制為用戶提供對控制系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控，即通過計(jì)算機(jī)信號來監(jiān)控，控制和管理自動(dòng)過程。市面上常用的國外組態(tài)軟件有萬維公司的In Touch，西門子公司的WinCC以及Movicon與Citech，國內(nèi)的組態(tài)軟件主要有世紀(jì)星，組態(tài)王以及MCGS，這些不同的組態(tài)軟件各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇組態(tài)王軟件是因?yàn)榻M態(tài)王6.53版本具有適應(yīng)性強(qiáng)，功能全面，軟件易于安裝，安全可靠，易于使用，并為用戶提供可視化監(jiān)控屏幕。綜上所述，選擇組態(tài)王軟件用于實(shí)現(xiàn)門禁控制系統(tǒng)的自動(dòng)管理和監(jiān)控。 5.2

38、 組態(tài)王介紹5.2.1 組態(tài)王功能及特點(diǎn)具有適應(yīng)性強(qiáng)，開放性好，易擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)，開發(fā)周期短的優(yōu)點(diǎn)。 總的來說，這個(gè)系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次：控制層，監(jiān)控層和管理層。其中，監(jiān)控層下層將連接到控制層，上層連接管理層，不僅實(shí)現(xiàn)了對站點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且完成了承上啟下和配置開發(fā)的重要作用。特別要考慮三個(gè)方面：屏幕，數(shù)據(jù)，動(dòng)畫。 通過分析監(jiān)控系統(tǒng)的需求和實(shí)施能力，組態(tài)王被用來設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件還為實(shí)驗(yàn)者提供了一個(gè)可視化監(jiān)控界面，以支持測試人員進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，它可以充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地形成一個(gè)監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫的方式顯示控制器的狀態(tài)，具有可輕松生成的報(bào)警窗口，實(shí)時(shí)趨勢圖等各種報(bào)

39、道。 它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的配置方法和數(shù)據(jù)鏈接功能。組態(tài)王擁有可視化的用戶界面和分布式的警報(bào)和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，I/O點(diǎn)可以自動(dòng)設(shè)置，設(shè)備集成能力足夠強(qiáng)大，幾乎可以連接任何設(shè)備或系統(tǒng)。核心功能包括流程圖監(jiān)控功能，完整的腳本編輯功能，實(shí)時(shí)趨勢監(jiān)控功能，全面的警報(bào)，歷史數(shù)據(jù)管理功能，報(bào)告查看功能，歷史數(shù)據(jù)檢索功能以及歷史趨勢圖。5.2.2 組態(tài)王工程界面介紹進(jìn)入組態(tài)王之后在工程管理器界面點(diǎn)擊新建工程，選擇好工程存儲(chǔ)路徑后點(diǎn)擊下一步，如圖5-1所示：圖5-1 選擇路徑 定義好工程的存儲(chǔ)路徑之后輸入工程名稱和工程描述，輸入工程名稱“組態(tài)王門禁”，工程描述可以不寫，如圖5-2所示：圖5-2 工程

40、命名點(diǎn)擊完成之后在工程管理器中找到新建好的工程雙擊進(jìn)入，此時(shí)進(jìn)入開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新畫面，由于本次設(shè)計(jì)是門禁系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)管理員登錄系統(tǒng)和報(bào)警頁面，設(shè)置頁面如圖5-3，5-4所示：圖5-3 創(chuàng)建新畫面圖5-4 管理者用戶配置5.3 組態(tài)王門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括登錄界面的設(shè)計(jì)，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及報(bào)警窗口的設(shè)計(jì)。 用戶必須通過登錄界面正確輸入用戶名和密碼登錄到配置界面，否則配置界面無法進(jìn)入。登錄界面如圖5-5所示：圖5-5 登錄界面點(diǎn)擊管理員登錄/注銷按鈕進(jìn)入登錄界面，輸入正確的密碼進(jìn)入監(jiān)控畫面。 如果用戶尚未注銷，請?jiān)俅螁螕粼摪粹o以注銷當(dāng)前用戶。如圖5-6所示：圖5-6 口令輸

41、入根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了溫度報(bào)警和一氧化碳濃度報(bào)警，由于是火警性報(bào)警因此只設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，沒有歷史報(bào)警窗口。先在數(shù)據(jù)庫里找到報(bào)警組，創(chuàng)建新報(bào)警節(jié)點(diǎn)，如圖5-7所示：圖5-7 報(bào)警組定義在數(shù)據(jù)詞典中定義溫度報(bào)警值，因?yàn)槭腔鹁瘻囟葓?bào)警，所以不需要設(shè)置下限值，只需要設(shè)置上限溫度50度，如圖5-8所示：圖5-8 變量值定義可根據(jù)設(shè)計(jì)要求自行選擇報(bào)警窗口配置，報(bào)警窗口界面如圖5-9所示：圖5-9 報(bào)警窗口界面本次設(shè)計(jì)分為門禁模式和非門禁模式，管理者可以通過上位機(jī)控制門禁系統(tǒng)的停啟和模式的切換。當(dāng)讀卡器或者光電感應(yīng)開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)管理者可以通過上位機(jī)控制門的開閉，由于此設(shè)計(jì)要求不需要管理者太多的操作，只

42、需要監(jiān)控報(bào)警窗口是否出現(xiàn)報(bào)警信號即可。監(jiān)控界面如圖5-10所示：圖5-10 組態(tài)監(jiān)控界面結(jié) 論伴隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的高速發(fā)展，門禁系統(tǒng)技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的鑰匙開門、刷卡開門門禁系統(tǒng)在管理效率、訪客管理、安防性能上已經(jīng)無法滿足市場的需求，而更為便捷、安全、高效的智能門禁逐漸成為市場寵兒。門禁系統(tǒng)已經(jīng)超越了簡單的門禁和密鑰管理，逐步演變?yōu)橥暾拈T禁系統(tǒng)，在職業(yè)安全管理和考勤管理行政管理中發(fā)揮著重要作用。門禁系統(tǒng)指對出入口控制的一套配套系統(tǒng)，包括對能夠通行的各種通道，人通行的門，車輛通行的門等。隨著社會(huì)進(jìn)入科學(xué)技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展的信息時(shí)代，人們對于高科技服務(wù)于生活的要求也越來越高，各個(gè)政府部

43、門和事業(yè)單位對門禁系統(tǒng)的需求越來越大，其主流是非接觸式智能卡門禁通系統(tǒng)。同樣，由于市場需求的激增，門禁系統(tǒng)的智能化發(fā)展也引起了人們的關(guān)注。智能門禁系統(tǒng)作為安全系統(tǒng)不可缺少的組成部分，越來越多地應(yīng)用于智能建筑系統(tǒng)的建設(shè)。例如，在倉庫中，門禁系統(tǒng)不僅可以保證倉庫的安全，還可以在發(fā)生火災(zāi)等情況下快速撲滅火災(zāi)，并發(fā)出報(bào)警信號以減少損失。 門禁系統(tǒng)是一個(gè)高度安全的門禁系統(tǒng)，通過智能門禁系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā)和應(yīng)用，將在市政辦公樓，居民小區(qū)，醫(yī)院，工廠，以及人流量大的建筑中得到越來越多的應(yīng)用。門禁系統(tǒng)近幾年在國內(nèi)發(fā)展迅速，在大城市中更是高安全性的象征標(biāo)志。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用三菱公司PLC與組態(tài)王 監(jiān)控基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，能夠通過PLC實(shí)現(xiàn)門禁功能和報(bào)警功能，如開門，延時(shí)關(guān)門，超出設(shè)定溫度和一氧化碳濃度自動(dòng)報(bào)警和火警自動(dòng)開門等，還能通過上位機(jī)監(jiān)控控制，便于管理者的監(jiān)管。由于時(shí)間精力和硬件設(shè)備條件有限，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還有很多