畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC電子密碼鎖設(shè)計

1、一、題 目： 基于plc電子密碼鎖設(shè)計 二、內(nèi)容與要求：1.培養(yǎng)學(xué)生運用學(xué)生基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識及基本技能來分析和解決實際問題的能力。2.收集有關(guān)論文的方面的相關(guān)知識和各種材料質(zhì)詢相關(guān)人士，在指導(dǎo)老師的幫助下完成畢業(yè)設(shè)計。3.本設(shè)計以德國西門子公司s7-200為核心，完成電子密碼鎖的設(shè)計，本設(shè)計要求易于操作，安全系數(shù)高，使用方便等優(yōu)點。三、設(shè)計（論文）起止日期：任務(wù)下達日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日四、教研室審查意見：教研室負責人簽名： 年 月 日）基于plc電子密碼鎖設(shè)計摘要 本設(shè)計是采用西門子plc來設(shè)計密碼程序的，程序中應(yīng)用到了近20個計數(shù)器。設(shè)計的密

2、碼鎖外觀圖類似于銀行取款機臺上的鍵盤。給人感覺就和那種輸入密碼的過程一樣。其實不然，本設(shè)計中采用了計數(shù)器控制的特點，每個計數(shù)器的次數(shù)設(shè)定為幾次那么所對應(yīng)的按鍵就要按幾次。本設(shè)計分為開鎖環(huán)節(jié)和解鎖環(huán)節(jié)，開鎖環(huán)節(jié)設(shè)定六個按鍵有效，解鎖環(huán)節(jié)設(shè)定了七個按鍵有效，這樣一來設(shè)定的開鎖密碼位數(shù)就大于等于六位了，解鎖密碼位數(shù)就大于等于七位。要看計數(shù)器設(shè)定的次數(shù)而定。如果密碼鎖報警的話必須先輸入解鎖密碼，后輸入開鎖密碼方能開鎖。關(guān)鍵詞 plc 電子密碼鎖 梯形圖based on plc electronic combination lock designabstract the design is used t

3、o design the password siemens plc program, the program applied to nearly 20 counter. the combination lock appearance design similar to a bank on the atm figure of the keyboard. give a person feel and that kind of input password as the process. actually otherwise, the design with the characteristics

4、of the counter control, the number of times each counter set for several times so of the corresponding key to be a few times. this design is divided into the lock and unlock link link, the lock link set six key effective, unlock the link set seven key effective, so the unlock password digits set was

5、 bigger than the equal to six, unlock password was bigger than the equal to seven digits. to see the number of counter set and decide. if the combination lock alarm words must first input unlock password input unlock password can unlock after. keywords: plc electronic locks ladder diagram - 18 -目 錄引

6、 言1第1章 電子密碼鎖的背景及應(yīng)用21.1密碼鎖的發(fā)展21.2電子密碼鎖的概念21.3 電子密碼鎖的性能特點21.4 電子密碼鎖的電路組成部分31.5 電子密碼鎖的應(yīng)用3第2章 密碼鎖的硬件設(shè)計42.1 s7200plc的系統(tǒng)組成42.1.1 s7200 的系統(tǒng)基本構(gòu)成42.1.2 主機單元42.2 控制要求52.3.1 i/o的確定52.3.2 存儲容量的選擇62.3.3 i/o模塊的選擇62.4 i/o口分配表62.5 plc外部接線圖8第3章 密碼鎖的軟件設(shè)計93.1 梯形圖9第4章 程序設(shè)計的局限性和優(yōu)點19結(jié) 論20致 謝21參考文獻22引 言plc具有控制能力強、可靠性高、使用靈

7、活方便和易于編程、擴張、通信等一系列優(yōu)點，是當今及今后工業(yè)控制的主要手段和控制核心，因此plc技術(shù)、數(shù)控計數(shù)、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助生產(chǎn)以及機器人技術(shù)、已并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的四大支柱。西門子是中國多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)先工業(yè)解決方案供應(yīng)商，在制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化、運動控制、驅(qū)動、低壓控制以及電氣安裝技術(shù)方面提供了各類創(chuàng)新、可靠、高效和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。本設(shè)計以德國西門子公司的s7200系列為主，主要介紹了plc的產(chǎn)生定義及分類，具體介紹了s7200系列的組成、性能特點及基本功能，主要性能指標和輸入輸出系統(tǒng)，通過s7200 cpu226型plc介紹了本設(shè)計的全過程，從而實現(xiàn)了密碼鎖的plc

8、控制。第1章 電子密碼鎖的背景及應(yīng)用1.1密碼鎖的發(fā)展隨著社會物質(zhì)財富的日益增長和人們生活水平的提高,安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)心的問題之一。而鎖自古以來就是把守門戶的鐵將軍,人們對它要求甚高,即要安全可靠地防盜,又要使用方便,這也是制鎖者長期以來研制的主題。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子鎖得研究從30年代就開始了，在某些特殊場所早就有所應(yīng)用。研究這種鎖的初衷，是提高鎖的安全性，因為電子鎖的密碼鑰量（密碼量）極大，可以和機械所配合，避免因鑰匙被仿制而出現(xiàn)的問題。在安全性極高的前提下，他的另一個特點是無需鑰匙卻被越來越多的人所欣賞。因為電子鎖只需要記住一組密碼，無需攜帶金屬鑰匙，免除了人們的煩惱，電子所得種類繁

9、多，從大的方面講可能有數(shù)十種，例如數(shù)碼鎖、指紋鎖、卡片鎖、磁卡鎖、生物鎖等等。但是能談的上實用一些或者大眾化一些的還是按鍵式電子密碼鎖，這是一種操作方式類似于銀行取款機式的電子鎖，通過鍵盤上的數(shù)碼按鍵依次輸入一組密碼，如果密碼與內(nèi)部已約定的密碼相同，則輸出一個電信號，以驅(qū)動電磁鐵或者小馬達將門閂打開，完成一個開鎖過程。1.2電子密碼鎖的概念電子鎖是采取電子電路控制，以電磁鐵或者衛(wèi)星電機和鎖體作為執(zhí)行裝置的機電一體化鎖具，相比傳統(tǒng)的機械鎖具，電子鎖不適用金屬鑰匙，保密性、精度都有很大提高。電子所得發(fā)明思路，源自古代發(fā)明的自動機械，例如古希臘數(shù)學(xué)家赫倫的液壓自動門，中國古代諸葛亮的木牛流馬，它們以

10、重力或蒸汽壓力驅(qū)動，最廣泛的用途乃是用在古代木道德地下機關(guān)。電子工業(yè)的誕生，使得一微小電量驅(qū)動機械成為可能，于是有了電子鎖一日潛力的躍進。1.3 電子密碼鎖的性能特點1保密性好: 編碼量多,遠遠大于彈子鎖。隨機開鎖成功率幾乎為零。2密碼可變: 用戶可以經(jīng)常更改密碼，防止密碼被盜，同時也可以避免因人員的更替而使鎖的密級下降。3.誤碼輸入保護: 當輸入密碼多次錯誤時，報警系統(tǒng)自動啟動。4.電子密碼鎖操作: 簡單易行，一學(xué)即會。5.干擾碼功能: 在輸入正確密碼前可輸入任意碼。6.安保功能:如果連續(xù)輸錯4次密碼將會自動斷電3分鐘。7.緊急開啟功能: 出門時無需其他操作，只需一次的把手動作，可機械的開啟

11、門，所以遇到火災(zāi)等應(yīng)急狀況下也迅速，安全的開啟門。8.入侵感應(yīng)功能: 在門上鎖的狀態(tài)下，有人破鎖而入時，會發(fā)出強力的報警音。9.火災(zāi)報警功能: 在室內(nèi)如果溫度達到75左右，將會發(fā)出強力的報警音，同時鎖會自動開啟。10.雙重鎖定功能: 外部強制鎖定,在內(nèi)部不能開啟，適用于外出時，防止有人入侵.內(nèi)部強制鎖定,在外部不能開啟，讓您在家時更安心、安全。11.弱電提醒當電量不足時: 在啟動開門時，會有美妙的音樂提示您及時更換電池。12.自動上鎖功能: 采用全自動鎖芯，門關(guān)后6秒內(nèi)自動上鎖,外出更加安全。13.外部顯示功能: 當密碼輸入錯誤，鎖舌沒正常鎖到位，室內(nèi)反鎖，弱電等情況下，外部都有提示功能。1.

12、4 電子密碼鎖的電路組成部分（1）字密碼輸入電路（2）控制電路（3）顯示電路1.5 電子密碼鎖的應(yīng)用（1）主要應(yīng)用于保險箱（2）金庫，大型倉庫（3）運鈔車。第2章 密碼鎖的硬件設(shè)計2.1 s7200plc的系統(tǒng)組成2.1.1 s7200 的系統(tǒng)基本構(gòu)成s7200是西門子公司前幾年投入市場的小型可變程序控制器，可以單機控制，也可以進行輸入,輸出和功能塊的擴展。s7200屬于整體式結(jié)構(gòu)，它價格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運行速度快，有極豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，具有很高的性能價格比。根據(jù)控制規(guī)模的大小（即輸入,輸出點數(shù)的多少），可以選擇相應(yīng)的cpu主機。除了cpu221以外，其

13、他cpu主機均可進行系統(tǒng)擴張，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。同其他的plc一樣，s7 200的系統(tǒng)基本組成也是由主機單元加編程器組成。在需要進行系統(tǒng)擴展時，系統(tǒng)組成中還可以包括：數(shù)字量擴展單元模塊、模塊量擴展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、人機界面（hmi）等。2.1.2 主機單元s7200的主機單元的cpu共有兩個系列：cpu21x及cpu22x。cpu21x系列包括cpu212，cpu214，cpu215，cpu216，cpu22x系列包括cpu222，cpu224，cpu226，cpu226xm。由于cpu21x系列屬于s7200的第一代產(chǎn)品，下面介紹cpu226的特點：24

14、輸入/16輸出共40個數(shù)字量i/o點；可連接7個擴展模塊單元，最大可擴展至248個數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o；13kb的程序和數(shù)據(jù)存儲器空間；6個獨立的30 khz的高速計數(shù)器，2路獨立的20khz的高速脈沖輸出；具有pid控制器；2個rs485 通信/編程口；具有多點接口（mufti point interface，mpi）通信協(xié)議；具有點對點（point to point interface，ppi）通信協(xié)議； 具有自由通過信口； i/o端子排可以很容易地整體拆除；2.2 控制要求（1）如圖2-1所知，密碼鎖共有14個按鍵，分別為：啟動按鈕sb1，停止按鈕sb12，復(fù)位按鈕sb13

15、，未知按鈕（主人知道它的作用）sb14，按鈕0，按鈕1，按鈕2，按鈕3，按鈕4，按鈕5，按鈕6，按鈕7，按鈕8，按鈕9。 （2）按啟動按鈕后，開鎖開始，順序依次輸入正確的密碼，否則累計3次輸入錯誤密碼不能再輸入，此時報警接通并開始報警，時間為1分鐘。按照順序和按壓次數(shù)依次按下6個按鈕完成輸入，然后執(zhí)行開鎖動作。 圖2-1 密碼鎖按鍵（3）心按錯密碼時可按一下復(fù)位按鈕重新輸入密碼，有3次機會，達到3次輸入錯誤的密碼報警器開始報警。（4）為不能輸入開鎖密碼，只有當主人來了以后按一下未知按鈕sb14，然后輸入解鎖密碼即可解除鎖定，然后再輸入正確的開鎖密碼即可開鎖。 2.3 plc的選型隨著plc技術(shù)

16、的發(fā)展，plc產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的plc其結(jié)構(gòu)形式，指令系統(tǒng)，編程方式，價格等各有不同使用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用plc，對于提高plc控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有重要意義。plc的選擇主要從機型。容量。輸入輸出模塊，電源模塊，特殊功能模塊，通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮，即下面對于幾個重要的方面進行選擇。 2.3.1 i/o的確定 盲目選擇點數(shù)多的機型會造成浪費。要先弄清楚控制系統(tǒng)的輸入輸出的總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的15%-20%留出備用量為系統(tǒng)的改造等留出余 地，后確定所需plc的點數(shù)，i/o點數(shù)也是plc系統(tǒng)規(guī)模大小的量度：i/o口總數(shù)=（輸入總數(shù)+輸出總數(shù)）* 20

17、%+輸入總數(shù)+輸出總數(shù) =212.3.2 存儲容量的選擇 對于用戶存儲量只能作粗略的估算，在反對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘10字/點+輸出總點數(shù)乘5字/點估算；最后，一般按估算容量的100%-200%留有裕量。對于缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者來說，選擇容量時留有的裕量應(yīng)大些即計算如下：存儲容量=（輸入總數(shù)*5+輸出總數(shù)*8+計數(shù)器定時器總數(shù)*4）*(1+200%) =567字2.3.3 i/o模塊的選擇 在plc控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)機械的控制；需要將對象的各種測量參數(shù)，按要求的方式送入plc。plc經(jīng)過計算處理后再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時也把該輸出變換為適合于生產(chǎn)機械控制的量。輸

18、入模塊選擇是應(yīng)考慮：輸入信號的不同即數(shù)字量和模擬量；根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備模塊之間的距離進行選擇，一般為，和直流電源。輸出模塊有繼電器，晶體管和晶閘管種工作方式，繼電器輸出用于交直流負載，其特點帶負載能力強，但動作頻率與相應(yīng)慢。綜上所述輸入模塊為數(shù)字量輸入用直流電源供電，輸出模塊是選用繼電器輸出。類型為s7200系列cpu226,為整體式。2.4 i/o口分配表 根據(jù)控制要求及2.2節(jié)輸入輸出得到選擇，確定輸出輸入的plc地址，及其各個按鍵的功能。如表2-1配表。表2-1 i/o口分配表功能器件plc的地址啟動sb1i0.0按鈕1sb2i0.2按鈕2sb3i0.3按鈕3sb4i0.4按鈕4sb5i0.5

19、按鈕5sb6i0.6按鈕6sb7i0.7按鈕7sb8i1.0按鈕8sb9i1.1按鈕9sb10i1.2按鈕0sb11i1.3停止按鈕sb12i0.1復(fù)位按鈕sb13i1.4未知按鈕#（解鎖）sb14i1.5開鎖線圈km1y1報警器kay2按鈕指示燈hly0 圖2-1 plc外部接線圖2.5 plc外部接線圖 如圖2-1所示，功能欄里面按鈕0按鈕9的功能是輸入密碼用的，它們分別代表數(shù)字鍵上的09。啟動按鈕起到輸入密碼的開始，必須先按一下啟動按鈕才能輸入密碼。停止按鈕的作用是當開鎖程序結(jié)束的時候按一下停止按鈕，開鎖程序結(jié)束開鎖，起到省電的作用。復(fù)位按鈕的作用是當輸入密碼錯誤的時候按一下復(fù)位按鈕，輸

20、入的密碼全部復(fù)位，然后重新輸入密碼，每復(fù)位一次的同時報警計數(shù)器技術(shù)次計數(shù)一次，累計計數(shù)三次后報警。其中有個未知按鈕#，它其實就是解鎖開關(guān)，只是在鍵盤上顯示的是#，未標明它的作用，只有主人知道。開鎖線圈代表的是一個接觸器，它控制門閂上的開鎖電磁閥，當開鎖線圈y1得電時電磁閥動作開鎖。報警器就是報警裝置。按鈕指示燈當每按一下按鍵的時候指示燈都會亮一下，起到證明接通電路的作用。第3章 密碼鎖的軟件設(shè)計3.1 梯形圖 如圖3-1所示，程序梯形圖為：網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)3網(wǎng)絡(luò)4網(wǎng)絡(luò)5網(wǎng)絡(luò)6網(wǎng)絡(luò)7網(wǎng)絡(luò)8網(wǎng)絡(luò)9 網(wǎng) 絡(luò) 10網(wǎng)絡(luò)11網(wǎng)絡(luò)12網(wǎng)絡(luò)13網(wǎng)絡(luò)14網(wǎng)絡(luò)15網(wǎng)絡(luò)16網(wǎng)絡(luò)17網(wǎng)絡(luò)18網(wǎng) 絡(luò)19網(wǎng)絡(luò)20網(wǎng)絡(luò)2

21、1網(wǎng)絡(luò)22網(wǎng) 絡(luò)19網(wǎng)絡(luò)20網(wǎng)絡(luò)21網(wǎng)絡(luò)22網(wǎng)絡(luò)23網(wǎng)絡(luò)24網(wǎng)絡(luò)25圖3-1 程序梯形圖3.2 程序分析1.按下i0.0，m0.0觸點閉合，系統(tǒng)啟動可按動輸入鍵進行輸入。接著按下i0.2 2次，c0k2計數(shù)繼電器計數(shù)2次。接通c0，c0計數(shù)器也將接通在下一位的觸點c0閉合。接著按下i0.3 3次，c1k3計數(shù)繼電器計數(shù)3次。接通c1，c1計數(shù)器工作,也將接通在下一位的觸點c1閉合。接著按下i0.4 4次，c2k4計數(shù)器計數(shù)4次，接通c2，c2計數(shù)器工作，也將接通在下一個的觸點c2閉合。接著按動i0.5 5次，c3k5計數(shù)器計數(shù)5次，接通c3，c3計數(shù)繼電器工作，也將接通在下一位的觸點c3閉合。

22、接著按動i0.6 6次，c4k6計數(shù)器計數(shù)6次，接通c4，c4計數(shù)繼電器工作，也將接通在下一位的觸點才c4閉合。接著按動i0.7 7次，c5k7計數(shù)器計數(shù)7次，接通c5，c5計數(shù)繼電器工作，也將接通在下一位的觸點才c5閉合。2.0-9這10個按鈕都并聯(lián)在指示燈上每按動一下這10個中的任意一個指示燈都會亮一下。這是為了讓開鎖的人知道按了一下是否接通了一次，起到確定按鈕是否接通的目的。3.如果按以上的程序輸入正確的密碼，則立即開鎖。若不是正確的密碼，沒輸入一次錯誤后必須要按一下復(fù)位按鈕才能重新輸入六位數(shù)的密碼，否則達不到開鎖的目的。在每復(fù)位一次的同時計數(shù)器c6就技術(shù)一次，直到累計錯誤的次數(shù)達到3次

23、，此時報警器報警，報警時間為一分鐘。4.主人回來后，按下解鎖開關(guān)i1.5，解鎖開始主人需按類似以上輸入密碼的形式輸入解鎖密碼。過程如下:i0.2按2次，接著i0.5按5次，接著i0.3按3次，接著i0.6按6次，接著i0.4按4次，接著i1.0按8次，接著i0.7按7下，此過程必須是按照這個順序按才能解鎖，否則無效。5.此程序可以任意修改密碼，改密碼的方法有兩種：一，把每個按鈕的位置交換一下，就可以達到了輸入順序的改變。例如i0.2和i0.3按鈕交換一下，就必須先按i0.3 2次后再按i0.2 3次才能繼續(xù)向下執(zhí)行，否則就會錯誤。二，可以改變計數(shù)器的計數(shù)次數(shù)，也可以達到修改密碼的目的。因為本設(shè)

24、計用的是計數(shù)器一旦有人瞎按超過次數(shù)就接通計數(shù)器c6，累計三次就報警。這樣又起到密碼保護的作用，安全系數(shù)更高。第4章 程序設(shè)計的局限性和優(yōu)點本設(shè)計的特點就是程序太長，使用計數(shù)器的數(shù)量太多，在輸入密碼的時候設(shè)計的密碼位數(shù)比較多，很容易輸錯密碼。對于年老的人來說，恐怕是一個考驗，因為數(shù)目多了，加上記憶力下降，很難記住這些數(shù)目?？紤]到如果有小孩在那瞎按，只要按的次數(shù)超過設(shè)定的次數(shù)且不按到復(fù)位鍵，完全有可能把鎖打開，畢竟這種幾率還是有的。所以在開鎖程序里有分別另外加了六個計數(shù)器次數(shù)都比前一個多一次，但考慮到計數(shù)器用的太多，所以解鎖程序里就沒有再加更多計數(shù)器，這里就存在一定的局限性，也是需要改進的地方。改密碼只能通過改動程序中計數(shù)器的技術(shù)次數(shù)來改密碼，不能通過按鍵改動密碼。不過本程序也有一定的優(yōu)點，例如密碼位數(shù)可以任意改動，密碼位數(shù)為六位以上，和一般概念上的密碼鎖有所不同，安全系數(shù)比較高。結(jié) 論經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計讓我把大學(xué)的所有的課程都復(fù)習(xí)了一遍。用西門子plc設(shè)計梯形圖，開始還有點不習(xí)慣，之所以用西門子plc做畢業(yè)設(shè)計也是因為想對西門子plc有更深刻的了解。經(jīng)過查看資料和復(fù)習(xí)，是我對西門子plc產(chǎn)生了濃厚的興趣，同時對西門子plc已經(jīng)熟悉