畢業(yè)設計-密碼鎖PLC控制設計

1、河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術 學 院Henan Polytechnic Institute畢業(yè)設計（論文） 題 目 密碼鎖PLC控制設計班 級 機 電 14xx 姓 名 xxxxx 指導教師 張 xxx 目錄第一章 緒論11.1密碼鎖的介紹1第二章 密碼鎖的硬件設計42.1 S7-200PLC的系統(tǒng)組成42.2 控制要求52.3 PLC的概述62.4 PLC的選型82.5 I/O口分配表82.6 PLC 外部接線口9第三章 密碼鎖的軟件設計113.1 梯形圖113.2 程序分析183.3 程序設計的局限性和優(yōu)點19小結21致謝22參考文獻23摘要 本設計是采用西門子PLC來設計密碼程序的，程

2、序中應用到了進20個計數(shù)器。設計的密碼鎖外觀圖類似與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)設定為幾次那么所對應的按鍵就要按幾次。本設計分為開鎖環(huán)節(jié)和解鎖環(huán)節(jié)，開鎖環(huán)節(jié)設定六個按鍵有效，解鎖環(huán)節(jié)設定了七個按鍵有效，這樣一來設定的開鎖密碼位數(shù)就大于等于六位，解鎖密碼位數(shù)就大于等于七位了。要看計數(shù)器設定的次數(shù)而定。如果密碼鎖的、報警的話必須先輸入解鎖密碼，后輸入開鎖密碼方能解鎖。關鍵詞：密碼鎖 可編程序控制器 梯形圖 第一章 緒論 PLC具有控制能力強、可靠性高、使用靈活方便和易于編程、擴張、通信等一系列優(yōu)點，是當今及今后

3、工業(yè)控制的主要手段和控制核心，因此PLC技術、數(shù)控計數(shù)、計算機輔助設計、計算機輔助生產(chǎn)以及機器人技術、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)務領域的領先工業(yè)解決方案供應商，在制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化、運動控制、驅動、低壓控制以及電氣安裝技術方面提供了各類創(chuàng)新、可靠、高效和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。并全面提供系統(tǒng)的解決方案和服務，產(chǎn)品涵蓋范圍廣，在信息、通信、自動化與控制、電力、交通醫(yī)療、照明等各個行業(yè)領域處于優(yōu)勢。 本設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S720

4、0 CPU226型PLC介紹了本設計的全過程，從而實現(xiàn)了密碼鎖的PLC控制 。1.1密碼鎖的介紹（1）密碼鎖功能分析 這部分闡述了密碼鎖的各種動作功能和控制要求，給出了完整的密碼鎖操作規(guī)程，并介紹了密碼鎖運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。（2）密碼鎖基本功能 在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定密碼鎖本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。 在實際生活中，我們用到密碼鎖的地方很多，有密碼箱。保險柜等等。本文是設計密碼鎖在自動門上的應用，我們在門上裝上密碼按鍵，也就是從0到9這十個數(shù)字。在PLC中它分別表示SB0-SB9這十個按鈕，鍵盤上還有確認鍵，密碼修改鍵，還有

5、個按鈕在門中，用門把手來控制是否啟動密碼鎖。它的基本控制過程為。 1、當輸入密碼40812453后，再按確認鍵，門上綠色指示燈亮，表示密碼正確，這時將門把手向下扭動，即可打開門。 2、當輸入密碼錯誤超過三次時，紅燈閃爍，同時發(fā)出警報聲。 3、當再次鎖上門時，可根據(jù)需要看是否啟動密碼鎖，如果需要，則將把手向上扭動,密碼鎖啟動，否則不啟動密碼鎖。 4、如果密碼泄露，可啟動密碼2。密碼為198728，啟動密碼2后。密碼1失效，在正常情況下,也可以選擇啟動密碼1或密碼2。 5、在密碼確認前，如果失誤將密碼安錯，可按修改鍵，重新輸入密碼。密碼鎖的工作流程圖如圖1所示。圖1密碼鎖工作流程圖第二章 密碼鎖的

6、硬件設計2.1 S7-200PLC的系統(tǒng)組成S7-200PLC的系統(tǒng)基本構成 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屬于整體式結構，它價格低廉，結構小巧，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?。摧斎雦輸出點數(shù)的多少），可以選擇相應的CPU主機。除了CPU221以外，其他CPU主機均可進行系統(tǒng)擴張，在規(guī)模不太大的控制領域是較為理想的控制設備。 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

7、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)絡設備、人機界面（HMI）等。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，不再做具體介紹。CPU226 24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 

8、;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（Multi 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 用PLC設計一個6位密碼鎖，實現(xiàn)對重要場所的安全門控。 1、控制要求 1） 輸入密碼正確時，執(zhí)行開門信號。2）密碼輸入錯誤3次以上時，報警，密碼輸入正確后，取消報警。&

9、#160;3）重設密碼。 2 、密碼鎖面板圖如圖2燈從左到右依次為： 輸入密碼指示燈，有輸入時指示燈，重設密碼指示燈 密碼正確指示燈，密碼錯誤指示燈，報警指示燈圖22.3 PLC的概述 20世紀20年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器及其觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結構簡單。容易掌握。價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領域中一直占主導地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是

10、靠硬連線邏輯構成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝或對象改變時，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差. 20世紀60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （1） 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 （2） 維修方便，采用插件式結構 （3） 可靠性高于繼電器控制裝置 （4） 體積小于繼電器控制盤 （5） 

11、數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 （6） 成本可與繼電器控制盤競爭 （7） 輸入可以是交流150V以上 （8） 輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅動接觸器，電磁閥等 （9） 擴展時原系統(tǒng)改變最小 （10） 用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應當時汽車裝配過程的需要）2.4 PLC的選型隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC其結構形式，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重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(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

12、，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。 1I/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%+輸入總數(shù)+輸出總數(shù) =21 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

13、于缺乏經(jīng)驗的設計者來說，選擇容量時留有的裕量應大些即計算如下：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 3I/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。輸入模塊選擇是應考慮：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，但動作頻率與相應慢

14、。 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。 綜上所述分析得，選擇的PLC為西門子，類型為S7200系列CPU226,為整體式。2.5 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。如表所示I/O口分配表。圖32.6 PLC 外部接線口根據(jù)控制要求及I/O口分配表畫出的PLC外部接線圖。如圖（2-1）所示注：其中功能欄里面按鈕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束的時候按一下停止按鈕，開鎖程序結束開鎖

15、，起到省電的作用。復位按鈕的作用是當輸入密碼錯誤的時候按一下復位按鈕，輸入的密碼全部復位，然后重新輸入密碼，每復位一次的同時報警計數(shù)器技術次計數(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，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。第三章 密碼鎖的軟件設計3.1 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&#

16、160;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。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 

17、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，每輸入一次錯誤后必須要按一下復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。在每復位一次的同時計數(shù)器C6就技術一次，直到累計錯誤的次數(shù)達到3次，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

18、。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。 因為本設計用的是計數(shù)器。假如來個小孩隨便瞎按，只要不按到復位按鈕也有機會被打開，只要按的次數(shù)達到要求。所以在

19、每個開鎖部分的計數(shù)器后面各加一個計數(shù)器，加的計數(shù)器設計的次數(shù)都比原來的多一次，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。3.3程序設計的局限性和優(yōu)點本設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計的密碼位數(shù)比較多，很容易輸錯密碼。因為考慮到如果有小孩在那瞎按，只要按的次數(shù)超過設定的次數(shù)且不按到復位鍵，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

20、程序中計數(shù)器的技術次數(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。小結本設計使我學到了很多東西，特別是在想問題方面考慮的都特別的全面周到，增強了我的邏輯思維能力，同時對這三年所學習的東西有了新的回顧，也對西門子系列的一些PLC有了新的認識根據(jù)自己所需要到達的要求來選PLC知道如何去選所需要的類型的PLC。 在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。同時也養(yǎng)成成了獨立分析解決問題的習慣，同時也具備了一定的團隊合作精神，更重要的是，嚴謹