樓宇智能門禁PLC控制系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)作品】

BIYESHEJI(201屆)樓宇智能門禁PLC控制系統(tǒng)設(shè)計DesignofintelligentbuildingentranceguardcontrolsystembasedonPLC所在學(xué)院電子信息學(xué)院專業(yè)班級電氣工程及其自動化學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師職稱完成日期年月日

摘要在安防系統(tǒng)中，門禁系統(tǒng)是一個必要的組成部分，本文是從整體上講述了門禁系統(tǒng)的設(shè)計方案以及分析智能門禁系統(tǒng)的組成和應(yīng)用。分別討論了門禁系統(tǒng)通過I/O卡讀入門狀態(tài)及開關(guān)門，實現(xiàn)雙門互鎖、像片顯示、聲音報警等諸多功能，并且也講到了門禁系統(tǒng)實時監(jiān)測統(tǒng)計與考勤、電子巡更功能；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，詳細研析了后臺計算機、配電及通信中繼、門禁控制器、讀卡器、密碼、鎖及相應(yīng)的管理軟件的原理，簡單講述了本設(shè)計方案的特點。關(guān)鍵詞：門禁系統(tǒng)；控制器；讀卡器；智能門禁

AbstractAccesscontrolsystemsecuritysystemisanecessarycomponent,thispaperexpoundstheaccesscontrolsystemdesignandanalysisofintelligententranceguard'scompositionandcharacteristicsofapplication.DiscussesrespectivelytheaccesscontrolsystemviatheI/Ocardreaderentrystateanddoorswitch,achievethedoubleinterlocking,photodisplay,voicealarmandotherfunctions,andalsospeaksoftheaccesscontrolsystemrealtimemonitoringstatisticsandattendance,electronicPatrolfunctions;fromthesystemstructure,thedetailedanalysisofthebackgroundofcomputer,powerandcommunicationsrelay,accesscontrolcontroller,acardreader,passwordlockandthecorrespondingmanagementsoftwareprinciple;simplynarratedthedesignfeature.Keywords:Accesscontrolsystem;controller;cardreader;intelligentcontrol

目錄1緒論 11.1研究背景和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3主要研究內(nèi)容 21.4論文內(nèi)容概述 22控制系統(tǒng)分析 32.1門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 32.2門禁系統(tǒng)類別介紹 62.3電機及驅(qū)動介紹 72.4防盜報警 73控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 93.1控制系統(tǒng)組成 93.2主控制電路 93.3PLC控制電路 93.3.1PLC選型 103.3.2PLC的I/O地址定義 143.3.3控制原理 154控制系統(tǒng)程序設(shè)計 164.1編程軟件介紹 164.2編程指令介紹 174.3系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖 194.4系統(tǒng)控制程序梯形圖 205控制系統(tǒng)操作分析 256總結(jié) 26致謝 27參考文獻 281緒論1.1研究背景和意義隨著現(xiàn)在社會科學(xué)技術(shù)的日新月異、飛速發(fā)展，人們也感覺到高科技帶給他們非常大的方便和好處，正因如此，人們對于科技服務(wù)生活的要求也越來越高?？呻S著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時也帶來了很多不安全的方面，譬如，運用高科技手段進行搶劫、盜竊和間諜等犯罪行為也與日增多。怎么才能使得人們的安全防范措施跟上科技的發(fā)展的腳步，更好的阻止這些高科技犯罪行為的侵犯呢？僅僅靠那些普通的門鎖、防盜門或監(jiān)控、報警等普通的系統(tǒng)是遠遠不夠的。于是，智能門禁系統(tǒng)成為千呼萬喚中應(yīng)運而生的產(chǎn)物。智能門禁系統(tǒng)是一種綜合了多種高技術(shù)的產(chǎn)品，它涉及機械、電子、通信技術(shù)、計算機技術(shù)等諸多高新技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)在，門禁系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于金融機構(gòu)、外企、寫字樓、賓館及高檔住宅小區(qū)等多方面領(lǐng)域。在生活應(yīng)用方面，除了可以替代鑰匙控制人們的出入外，還增加了分時段控制、考勤、消費統(tǒng)計、薪資計算等各種強大的管理功能。當(dāng)然門禁系統(tǒng)的配套應(yīng)用，以及借助網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化操作，更大大方便了使用者，同時也極大地提升了單位的形象，提高了管理效率，深受使用者的喜愛。近些年來，大部分企事業(yè)單位、金融機構(gòu)、圖書館等各種場所安裝或改造了智能門禁控制系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)如今的歐美，門禁系統(tǒng)市場的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，細化產(chǎn)業(yè)分工，而且在市場供應(yīng)上也占據(jù)著很大一部份。在國外，門禁系統(tǒng)的知名品牌有西屋（WSE）、洛泰克（NTK）、英國的集寶、以色列的DDS、美國的休斯（HID）等等。其設(shè)計開發(fā)的門禁系統(tǒng)的安全性較好，可是價格也相當(dāng)?shù)馁F，整套系統(tǒng)的報價一般均在萬元左右，其中包括密碼、門鎖、讀卡器、軟件、控制器等部分。不過由于各個公司之間的激烈競爭，為了能在夢境市場中能站住腳，門禁產(chǎn)品的價格也在不斷的下降，使得現(xiàn)如今一整套系統(tǒng)的報價在1000美元上下，已經(jīng)普遍運用到很多領(lǐng)域。由于技術(shù)的發(fā)展與市場的成熟和開放，門禁系統(tǒng)這一行業(yè)已經(jīng)打破了由一些大公司壟斷的格局，現(xiàn)今人們可以很方便地從不同公司采購到個部件設(shè)備，然后自己進行系統(tǒng)集成整套系統(tǒng)的安裝【1】。在亞洲和中國，門禁系統(tǒng)還處于初始成長階段。人們對門禁系統(tǒng)的認知還只停留在教育認識和試用階段?，F(xiàn)在國內(nèi)從事門禁系統(tǒng)行業(yè)的有門吉利、北京青云等公司。在技術(shù)方面，中國目前也有多個廠家，仿造國外優(yōu)秀的門禁系統(tǒng)，可是生產(chǎn)讀卡器和IC卡的關(guān)鍵性技術(shù)則被歐美以及部分亞洲國家壟斷，而真正能大批量生產(chǎn)的國家也只有美國；德國、英國次之；臺灣、日本、新加坡處于同檔次；中國正處于起步跟進階段。雖然國內(nèi)實行了“金卡工程”，還對非接觸式IC卡的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用給予了高度重視，但是智能門禁系統(tǒng)的使用在國內(nèi)還處于發(fā)展階段，因此門禁系統(tǒng)理論的研究就顯得非常重要。1.3主要研究內(nèi)容智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計主要分為兩個部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括門禁系統(tǒng)主電路的設(shè)計和相關(guān)PLC的選型及其電路設(shè)計；軟件系統(tǒng)包括非接觸式IC讀寫程序、防沖突程序等的設(shè)計和串口通信程序的編寫，以及智能門禁系統(tǒng)管理界面的設(shè)計。以紅外識別技術(shù)為基礎(chǔ)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計出完整的網(wǎng)絡(luò)化門禁系統(tǒng)的設(shè)計方案。針對系統(tǒng)硬件和軟件之間建立的通信協(xié)議，采用PLC技術(shù)來完成二者之間的串口通信。1.4論文內(nèi)容概述論文的簡單內(nèi)容如下：第1章：緒論。介紹研究背景和意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要研究內(nèi)容。第2章：控制系統(tǒng)分析。主要介紹門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并討論了門禁系統(tǒng)類別介紹、電機及驅(qū)動和防盜報警系統(tǒng)。第3章：控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。介紹了控制系統(tǒng)組成、主控制電路、PLC控制電路，其中包括了PLC選型、PLC的I/O地址定義和控制原理。第4章：控制系統(tǒng)程序設(shè)計。主要是對編程軟件介紹、編程指令介紹，也講述了系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖、系統(tǒng)控制程序梯形圖。第5章：控制系統(tǒng)測試結(jié)果分析。主要講了控制器操作說明和對系統(tǒng)運行結(jié)果的分析。在文章最后，對本文設(shè)計進行了全面的總結(jié)，并提出了后續(xù)研究的方向。

2控制系統(tǒng)分析本課題研究的是一套完整的單機門禁控制系統(tǒng)，即闡述了門禁控制系統(tǒng)的基本系統(tǒng)組成：鑰匙+密碼+讀卡器+控制器+開關(guān)門機構(gòu)；又在其基礎(chǔ)之上融入防盜報警系統(tǒng)，利用各種保護手段構(gòu)成了以單屋（門、窗）為假想保護對象的系統(tǒng)。進出人員可以以不同的身份級別以不同的方式進出房間，例如：鑰匙、密碼、卡、鑰匙+密碼、鑰匙+卡、密碼+卡、鑰匙+密碼+卡等方式中的一種或幾種。2.1門禁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本設(shè)計控制系統(tǒng)示意圖如下，主要包括門禁實物模型本體、門窗開關(guān)機構(gòu)、中央控制室、非接觸式ID卡讀卡區(qū)、密碼信號輸入?yún)^(qū)、鑰匙信號輸入?yún)^(qū)、輸入輸出接口區(qū)、可編程控制器（用戶自備）、上位計算機（用戶自備）等。如下圖所示：圖2-1-1控制系統(tǒng)示意圖門禁實物模型本體用于安裝門禁控制系統(tǒng)；門窗開關(guān)機構(gòu)主要包含有執(zhí)行機構(gòu)及檢測機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)：包含開關(guān)門電機、開關(guān)窗電機、系統(tǒng)狀態(tài)指示燈等；檢測機構(gòu)：包含紅外報警檢測單元、電式到位檢測單元等；中央控制室安裝有開門/關(guān)門、開窗/關(guān)窗、消防及報警指示燈，用于指示當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)；消防開關(guān)，用于當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)消防事宜時，控制人員操作此按鈕，使系統(tǒng)進入“消防”狀態(tài)；解除報警按鈕，用于控制人員解除系統(tǒng)報警信息非接觸式ID卡讀卡區(qū)本區(qū)域安裝有非接觸式ID卡讀卡器（配置3張ID卡）及后續(xù)處理電路；由于讀卡器本身輸出信號為韋根信號，不能直接被PLC數(shù)字量輸入端接收，所以，需加后續(xù)處理電路，以便將該信號轉(zhuǎn)換為兩位數(shù)字量信號輸出。具體框圖如下：圖2-1-2非接觸式ID卡讀卡區(qū)框圖首次系統(tǒng)上電后，需對配套ID卡進行識別定義，具體方法如下：按壓密碼輸入?yún)^(qū)“確定”按鈕3S以上，直至讀卡器發(fā)出長“嘀——”聲，松開；依次將三張ID卡靠近讀卡器有效讀取區(qū)（讀卡器依次輸出三次短“嘀——”聲）；再次按壓“確定”按鈕3S以上，直至讀卡器再次發(fā)出長“嘀——”聲，松開；此時，用戶卡片級別確定：首先被識別的級別最低、中間被識別的為中間級別、最后被識別的級別最高。具體如下表：用戶卡片級別表級別ID1輸出ID2輸出級別一01級別二10級別三11密碼信號輸入?yún)^(qū)安裝有0～9、確定、取消共12個復(fù)位按鈕，經(jīng)后續(xù)處理電路，輸出A、B、C、D共4位BCD碼。具體框圖如下：圖2-1-3密碼信號輸入?yún)^(qū)框圖密碼信號輸入的表格如下：密碼信號輸入表按鍵密碼A密碼B密碼C密碼D十六進制100011200102300113401004501015601106701117810008910019取消1010A01011B確定1100C鑰匙信號輸入?yún)^(qū)安裝有暗鎖及鑰匙插孔，當(dāng)正確的鑰匙插入鑰匙孔并撥至“開”狀態(tài)時，“鑰匙”信號輸出端輸出信號“1”，反之為“0”。輸入輸出接口區(qū)安裝有輸入輸出接口端子及電源輸入端子，用于系統(tǒng)信號的輸入輸出接線及電源供給。注意整套系統(tǒng)供電電源為DC24V?？删幊炭刂破鞅鞠到y(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為控制機構(gòu)元器件，它負責(zé)整個系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理和儲存、控制。它驗證不同的進出請求信息（密碼輸入信號、門禁讀卡器輸入信號、鑰匙輸入信號等）的合法性，并根據(jù)出入規(guī)則判斷其有效性，如若有效則對執(zhí)行部件發(fā)出動作信號，實現(xiàn)開關(guān)門動作；另外，它還接受系統(tǒng)各種檢測信息（例如：門開到位、門關(guān)到位、窗開到位、窗關(guān)到位、紅外報警等），并根據(jù)檢測信息進行不同的響應(yīng)，如防盜報警、消防報警等。上位計算機安裝有PLC編程軟件的計算機作為上位編程工具，對PLC進行不同類型的編程、下載、監(jiān)視等操作，使PLC實現(xiàn)不同的控制功能。2.2門禁系統(tǒng)類別介紹門禁系統(tǒng)分為聯(lián)網(wǎng)式和非聯(lián)網(wǎng)式。2.2.1非聯(lián)網(wǎng)式是指各自獨立、分別控制、不形成網(wǎng)絡(luò)控制的系統(tǒng)、密碼鍵盤控制的門禁系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是：2.2.1.1系統(tǒng)較為簡單，并且總體造價低。2.2.1.2它適用于系統(tǒng)較?。ǘ酁閱伍T）、保安級別要求不高的場所。2.2.2聯(lián)網(wǎng)式是指通過電腦網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將多個單獨的控制器系統(tǒng)的聯(lián)系在一起組成的一個控制系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，各個控制器相對獨立，卻又緊密相連。既可以單獨控制，又可通過電腦集中控制。其主要類型有：讀卡式（磁卡式、IC卡式），讀卡密碼式等。該系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是：2.2.2.1系統(tǒng)擴展性好，可以隨時增容擴展。2.2.2.2系統(tǒng)功能較為強大，不單單具有一般的進出口控制功能，并且還具有特殊的報警、延時和定時開關(guān)門等多種功能。2.2.2.3系統(tǒng)管理較為方便，可隨時修改數(shù)據(jù)(增加/刪除卡片)，記錄查詢，進行特殊功能的操作，而且系統(tǒng)自動存儲的各種歷史記錄及報告可以隨時調(diào)出打印。2.2.2.4系統(tǒng)安全性能很高，可以實現(xiàn)各種分級授權(quán)管理，并且系統(tǒng)對工作人員的每一步操作都自動記錄備份，方便以后查詢。2.2.2.5系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，其硬件和軟件都是經(jīng)過數(shù)年的品質(zhì)證明。2.3電機及驅(qū)動介紹電機是電動機（俗稱馬達）的簡稱，是一種將電能轉(zhuǎn)換稱為機械能的裝置。在運動控制系統(tǒng)中主要用作執(zhí)行部件。它的基本工作原理是利用電流通過一個恒定的磁場中的導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁力來驅(qū)動導(dǎo)體運動而產(chǎn)生動力。常用的電機有直流電機、交流電機和步進電機。直流電機是由磁極、電樞繞組、電刷和換向器組成的。通過控制電樞繞組中電流的方向和大小，就可以控制直流電機的選裝方向和速度。它具有控制簡單啟動轉(zhuǎn)矩大，體積小，質(zhì)量輕，效率高等優(yōu)點。直流電機的驅(qū)動方式有很多，其中很常用的一種叫做脈寬調(diào)制。脈寬調(diào)制（PWM）通常稱為PWM伺服放大技術(shù)，它是利用改變電壓脈沖寬度來達到變壓的目的的一種控制技術(shù)。調(diào)速范圍寬，效率高是它的主要優(yōu)勢【2】。2.4防盜報警防盜報警是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光警報或電子地圖提示值班人員出事地點，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警主機與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。其用途是在防范地點安裝好主機后，并設(shè)置在布防狀態(tài)。一旦有盜賊闖入防范地點，探測器立刻發(fā)射無線編碼信號，安裝在距防區(qū)120米以內(nèi)的主機立即發(fā)出警笛聲報警，該系統(tǒng)具有探測靈敏，抗干擾強，報警準(zhǔn)確可靠，安裝、操作簡便等優(yōu)點，是一種實用新型的家用/商用防盜產(chǎn)品（可選配：無線煙感探頭、無線燃氣探頭、無線對射、卷閘門磁、無線緊急按鈕、信號中繼器等）【3】?，F(xiàn)在防盜報警的種類主要有：1.電話報警器、2.紅外線報警器、3.聲光報警器、4.監(jiān)控攝像機、5.紅外探測器、6.門磁窗磁、7.紅外對射、8.變壓器防盜報警器。

3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1控制系統(tǒng)組成圖3-1系統(tǒng)組成框圖鑰匙、密碼、刷卡器（開門方式）：用于信號輸入的。PLC控制器（即中央控制器）：相當(dāng)于計算機的CPU，負責(zé)整個系統(tǒng)輸入、輸出信息的處理和儲存，控制等等。指示燈：用于中央控制器處理信息的提示。開關(guān)門機構(gòu):門禁系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，用于控制門的開/關(guān)。報警系統(tǒng)：對違規(guī)行為發(fā)出警告，聲音輸出部分。3.2主控制電路圖3-2-1開/關(guān)門主電路圖3-2-2開/關(guān)窗主電路3.3PLC控制電路圖3-3PLC控制電路工作過程如下：（1）開門：當(dāng)接收到密碼、鑰匙、卡的開門信號后，控制器發(fā)出開門指令，接觸器KM1線圈通電，電機通電后正轉(zhuǎn)進行開門動作，開門到達限位開關(guān)（與I0.6相連），限位開關(guān)的常閉觸頭打開，常開觸頭閉合，接觸器KM1線圈斷電，電機停轉(zhuǎn)，開門動作完成。（2）等待：常開觸頭閉合，等待預(yù)設(shè)時間后常開觸頭斷開。（3）關(guān)門：在接收到關(guān)門信號后，控制器發(fā)出關(guān)門指令，接觸器KM2線圈通電，輔助觸頭閉合完成自鎖，主觸頭閉合，電機反轉(zhuǎn)進行關(guān)門動作，限位開關(guān)（與I0.6相連）復(fù)位，門完全關(guān)閉到達關(guān)門限位開關(guān)（與I0.7相連），限位開關(guān)的常閉觸頭打開，接觸器KM2線圈斷電，電機停轉(zhuǎn)，關(guān)門動作完成。（4）開、關(guān)窗的原理與開、關(guān)門相同。（5）消防報警：當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，功能開關(guān)（與I1.5相連）閉合，消防指示燈亮；當(dāng)非法行為破壞門或窗時，功能開關(guān)（與I1.2相連）閉合，報警指示燈亮。遇到重大故障可以使用啟動/停止開關(guān)實現(xiàn)停止和啟動。3.3.1PLC選型3.3.1.1可編程控制器的選擇CPU224本機集成了14點輸入/6點輸出共有20個數(shù)字量I/O?？蛇B接２個擴展模塊，最大可以擴展至84點數(shù)字量I/O點或10路模擬量I/O點。CPU224有8K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空間，4個獨立的30KHｚ高速計數(shù)器，２路獨立的20KHｚ高速脈沖輸出，具有PID控制器。它還配置了１個通訊/編程口，具有PPI通訊、MPI通訊和自由方式通訊能力。3.3.1.2可編程序控制器的發(fā)展與計算機的發(fā)展相似，目前的可編程序控制器是向兩個方向發(fā)展的。一是向小型、簡易、價格低的方向發(fā)展，譬如OMRON公司的CQM1、SIEMENS公司的S7-200這類可編程序控制器。這類的可編程序控制器是可以廣泛地替代繼電器控制系統(tǒng)，用于簡易的單機控制和規(guī)模較小的自動化生產(chǎn)線控制。二是向高速、大型、多功能和多層分布式全自動網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。這類型的可編程序控制器普遍為復(fù)雜的多處理器系統(tǒng)，有很大的存儲能力和強大功能的輸出輸入接口。系統(tǒng)不但具有邏輯運算、計數(shù)、計時等多種功能，還具備數(shù)值運算、實時監(jiān)控、模擬調(diào)節(jié)、記錄顯示、數(shù)據(jù)傳送、計算機接口等各種功能，并且也可以進行智能控制、遠程控制、中斷控制、過程控制等等。通過計算機網(wǎng)絡(luò)可以與上位機通訊，配備彩色圖像系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的操縱界面，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化工廠的全面要求。.3.3.1.3可編程序控制器的特點和分類國際電工委員會（IEC）對可編程序控制器作了如下的規(guī)定：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備、都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！边@段話完全道出了可編程序控制器的特點和應(yīng)用領(lǐng)域【4】。3.3.1.2.1可編程序控制器的特點可編程序控制之所以被廣泛使用，是由它的突出的特點和優(yōu)越的性能分不開的。歸納起來，可編程序控制器主要具有以下特點?？煽啃苑浅８?。譬如S7-200可編程序控制器一般無故障時間可以長達到30萬小時（即約34年）。環(huán)境適應(yīng)能力很強。當(dāng)在環(huán)境溫度為-20℃~65℃、相對濕度為35％~85％的情況下都可正常工作。靈活通用。使用簡單方便，維護也非常簡單。整個連接過程只需要一把螺絲刀就可以完成。3.3.1.2.2可編程序控制器的分類可編程序控制器是因現(xiàn)代化大生產(chǎn)的市場需要而產(chǎn)生的，可編程序控制器的分類也必定是要符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求的。通常來說可以從三個不同角度來對可編程序控制器進行分類。其一是按可編程序控制器的控制規(guī)模大小來分類，其二是按可編程序控制器的性能高低來分類，其三是按可編程序控制器的結(jié)構(gòu)特點來分類【5】。(1)按控制規(guī)模分類可編程序控制器一般可以分為大型機、中型機和小型機。小型機:小型機的控制點基本在256點之內(nèi),適合于單機控制還有小型系統(tǒng)的控制。中型機:中型機的控制點基本不大于2048點,適用于對設(shè)備進行直接的控制，當(dāng)然還能對多個低一級的可編程序控制器實行監(jiān)控，它適用與中、大型控制系統(tǒng)的控制。大型機：大型機的控制點基本大于2048點,不但能夠完成比較復(fù)雜的算術(shù)運算而且還能進行復(fù)雜的矩陣運算。它不但能用于對設(shè)備實行直接控制，還能夠?qū)Χ鄠€低一級的可編程序控制器實行監(jiān)控。(2)按控制性能分類可編程控制器分為低檔機、中檔機和高檔機。低檔機：這種可編程序控制器，一般具有基本的控制功能和普通的運算能力。工作速度相對較低，能增加的輸入和輸出模塊的數(shù)量也較少。如，日本OMRON公司生產(chǎn)的C60P就屬于這一種。中檔機：這種可編程序控制器，具有相對較強的運算能力和較強的控制功能。它不僅可以完成普通的邏輯運算，還能完成相對復(fù)雜的指數(shù)、三角函數(shù)和PID運算。工作速度相對較快，能增加的輸入輸出模塊的數(shù)量和種類也是比較多的。如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300就屬于這一類。高檔機：這種可編程序控制器，具有非常強大的運算能力和強大的控制功能。它不但可以完成指數(shù)、三角函數(shù)、邏輯運算和PID運算，而且還可以進行復(fù)雜的矩陣運算。工作速度也非常快，能增加的輸入輸出模塊的數(shù)量和種類都相當(dāng)?shù)娜?。這種可編程序控制器能夠完成規(guī)模龐大的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中通常是做主機使用。(3)按結(jié)構(gòu)分類可編程序控制器分為整體式、組合式和疊裝式。整體式：整體式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器把電源、CPU、存儲器、I/O系統(tǒng)都集成在一個單元內(nèi)，該單元叫做基本單元。一個基本單元就是一臺完整的PLC?？刂泣c數(shù)不符合需要時，可再接擴展單元。整體式結(jié)構(gòu)的特點是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。組合式：組合式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器是把PLC系統(tǒng)的各個組成部分按功能分成若干個模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。疊裝式：疊裝式結(jié)構(gòu)集整體式結(jié)構(gòu)的緊湊、體積小、安裝方便和組合式結(jié)構(gòu)的I/O點搭配靈活、安裝整齊的優(yōu)點于一身。它也是由各個單元的組合構(gòu)成。其特點是CPU自成獨立的基本單元（由CPU和一定的I/O點組成），其它I/O模塊為擴展單元。在安裝時不用基板，僅用電纜進行單元間的聯(lián)接，各個單元可以一個個地疊裝。使系統(tǒng)達到配置靈活、體積小巧【6】。3.3.2PLC的I/O地址定義LC的I/O地址表序號PLC地址（PLC端子）面板端子功能說明I0.0ID1非接觸式ID卡信號1I0.1ID2非接觸式ID卡信號2I0.2密碼A用戶密碼信號AI0.3密碼B用戶密碼信號BI0.4密碼C用戶密碼信號CI0.5密碼D用戶密碼信號DI0.6門開門開限位信號I0.7門關(guān)門關(guān)限位信號I1.0窗開窗開限位信號I1.1窗關(guān)窗關(guān)限位信號I1.2報警紅外對射機構(gòu)報警信號I1.3解除報警中央控制室人員手動解除報警I1.4鑰匙用戶鑰匙信號I1.5消防中央控制室人員控制進入“消防狀態(tài)”Q0.0開門系統(tǒng)開門輸出Q0.1關(guān)門系統(tǒng)關(guān)門輸出Q0.2開窗系統(tǒng)開窗輸出Q0.3關(guān)窗系統(tǒng)關(guān)窗輸出Q0.4報警系統(tǒng)報警輸出Q0.5消防指示系統(tǒng)進入消防狀態(tài)時，消防燈點亮3.3.3控制原理自動門自身的控制方式是在進門和出門的紅外探頭(或微波感應(yīng)器)分別并接到自動門的開門信號。自動門的紅外探頭一般有4條線連接自動門控制板接線端，其中兩條是電源線，不用管。另外兩條是控制線，在自動門控制板接線處，拆下來不再接其它設(shè)備。原來接這兩條線的端子，分別接WG2001控制器繼電器輸出的COM和NO，理論上這樣接是可以的。不過實際上，控制器上的繼電器對電鎖做了保護電路，這個保護對對自動門可能有副作用，可能會出現(xiàn)門開了一半就馬上關(guān)閉了，或者關(guān)了一半又打開了;又因為有的自動門，這兩條控制線是帶電壓的，不是開關(guān)信號?；谶@兩個原因，接自動門一定要加弱電隔離器【7】。用戶進出系統(tǒng)需按等級加以區(qū)分，各等級用戶進出請求信息及響應(yīng)動作各不相同，具體如下：級別一：級別1ID卡號+密碼+鑰匙=可進出級別二：級別2ID卡號+密碼=可進出級別三：級別3ID卡號=可進出中央控制室中指示燈可實時顯示當(dāng)前系統(tǒng)門窗開閉及消防、報警狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)紅外報警機構(gòu)檢測到有非法用戶進出時，系統(tǒng)能夠及時報警，且只有中央控制室中的控制人員才能解除報警。當(dāng)系統(tǒng)有消防事宜發(fā)生時，處于中央控制室中的控制人員擁有打開所有門窗且進行系統(tǒng)報警的權(quán)利。

4控制系統(tǒng)程序設(shè)計4.1編程軟件介紹軟件介紹STEP7編程軟件是一個用于SIMATIC可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具，如：SIMATIC管理器、符號編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。STEP7編程軟件可以對硬件和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對PLC在線上載或下載。利用STEP7可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。項目可用來存儲為自動化任務(wù)解決方案而生成的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個項目下。在生成一個項目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。在組態(tài)硬件時，可以借助于模板樣本對可編程控制器中的CPU及各模板進行定義，通過雙擊站來啟動硬件組態(tài)的應(yīng)用程序。一旦存儲并退出硬件組態(tài)，對于在組態(tài)中生成的每一個可編程模板，都會自動生成S7/M7程序及空的連接表。連接表可用來定義網(wǎng)絡(luò)中可編程模板之間的通訊連接。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。為可編程模板編制的軟件存儲在對象文件夾中。對該對象文件夾稱作“S7-Program”。在子菜單中，可以選擇想要生成的塊的類型(如：數(shù)據(jù)塊，用戶定義的數(shù)據(jù)類型，功能，功能塊，組織塊或變量表)。打開一個空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序【8】。在完成組態(tài)，參數(shù)賦值，程序創(chuàng)建和建立在線連接后，可以下載整個用戶程序或個別塊到一個可編程序控制器。在下載完整的或部分用戶程序到CPU之前，把工作方式從RUN模式置到STOP模式。可以通過在線連接下載各個塊或整個用戶程序到RAM。當(dāng)電源關(guān)斷后和CPU復(fù)位時，保存在他們上面的數(shù)據(jù)將被保留。另外，可以從可編程控制器中上載一個工作站，或從一個S7CPU中上載塊到PG/PC。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號或注釋時，就可以在PG/PC中編輯它。用于S7-200的編程語言有：梯形圖(LAD)，語句表(STL)和功能塊圖(FBD)。LAD是STEP7編程語言的圖形表達方式。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個觸點復(fù)合元件以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。STL是STEP7編程語言的文本表達方式，與機器碼相似，CPU執(zhí)行程序時按每一條指令一步一步地執(zhí)行。FBD是STEP7編程語言的圖形表達方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達邏輯。STEP7編程軟件允許結(jié)構(gòu)化用戶程序，可以將程序分解為單個的自成體系的程序部分。從而使大規(guī)模的程序更容易理解，可以對單個的程序部分進行標(biāo)準(zhǔn)化。程序組織簡化，修改更容易。系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多【9】。4.2編程指令介紹4.2.1位邏輯、基本開關(guān)量指令基本位邏輯和開關(guān)量指令又稱為觸電指令，只要包括：標(biāo)準(zhǔn)觸點指令、立即觸點指令、輸出和正負跳變等指令。標(biāo)準(zhǔn)觸點指令標(biāo)準(zhǔn)觸點指令是相對于立即觸點指令而言的裝入和輸出指令（LD、LDN、=）：LD、LDN和=分別是裝入常開指令、裝入常閉指令和原型輸出指令的STL語言符號。LD和LDN分別是常開和常閉觸點的輸入指令，用于讀取輸入映像存儲器中的某一位。“=”時輸出指令能將邏輯運算結(jié)果存入輸出映像存儲器中的某一位，該位用于控制與PLC輸出點相連的某個按鈕、開關(guān)傳感器或執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)狀態(tài)。復(fù)位、置位指令（S、R和SR、RS）普通復(fù)位和置位指令（S和R）：置位S指令和復(fù)位R指令的作用分別是對位操作數(shù)置1和清零。他們可以同時對可以按位殉尋址的存儲器區(qū)中的1~255個位進行置位和復(fù)位操作。正負跳變指令（EU和ED）正跳變指令EU（或脈沖上升沿指令）和負跳變指令ED（或脈沖下降沿指令）分別用于檢測脈沖的正跳變（上升沿）和負跳變（下降沿），跳邊發(fā)生后，這兩個指令都將產(chǎn)生一個持續(xù)1個掃描周期的微分脈沖。空操作指令（NOP）NOP指令是用戶程序的空操作，只能在梯形圖和指令表中使用，一般用于程序調(diào)試。取反指令（NOT）取反指令NOT可以改變能留的狀態(tài)（如果常開觸點bit1的狀態(tài)為1，則bit2的狀態(tài)為0，否則bit2的狀態(tài)為1）。立即觸點指令變準(zhǔn)觸點指令與立即觸點指令是有區(qū)別的。為了更好地理解立即觸點指令，首先回顧一下前面介紹過的標(biāo)準(zhǔn)觸點指令中的普通輸入和普通輸出指令（也稱為掃描輸入和掃描輸出指令）。普通輸入/輸出指令在PLC的掃描周期中處理，在掃描周期的“讀輸入”階段，將物理點的狀態(tài)存入輸入映像存儲區(qū)；在接下來的“執(zhí)行程序”階段，用戶程序（以梯形圖為例）將按照從上到下、從左到右的順序執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行到普通輸入指令時，從輸入映像存儲器區(qū)的指令位置將“讀輸入”階段保存的物理點狀態(tài)取出來，并用于運算，運算的結(jié)果由普通輸出指令暫存入輸出影像存儲器區(qū)；在后面的“寫輸出”階段，暫存于輸出映像存儲器區(qū)的運算結(jié)果將被傳輸?shù)捷敵鲦i存器，并最終控制物理點的實際狀態(tài)。需要注意的是：PLC的CPU掃描周期的各個階段不會并行處理，每一時刻只執(zhí)行一個掃描階段【10】。立即輸入/輸出指令與普通輸入/輸出指令的不同在于，前者的處理不依賴S7-200的掃描周期。立即輸入指令執(zhí)行時，將立即獲取實際輸入值（不受CPU掃描周期的限制），但不會用該值更新輸入映像寄存器區(qū)的數(shù)據(jù)。立即輸出指令執(zhí)行時，指令會立即將數(shù)據(jù)存入輸出映像存儲器區(qū)，并同時將數(shù)據(jù)經(jīng)輸出鎖存器送到物理點上【11】。4.2.2定時器與計數(shù)器指令定時器指令定時器是PLC中很重要的一種硬件編程元件，其作用是控制延時時間，S7-200系列PLC有3種定時器指令：TON（接通延時）、TOF（斷開延時）、TONR（有記憶接通延時），它們的定時精度有1ms、10ms和100ms三種定時器的工作原理為：編程時預(yù)先確定定時器的預(yù)設(shè)值（PT）；在程序運行過程中如果定時器輸入條件成立，定時器的當(dāng)前值就會從0開始按一定時間間隔（S)增加；當(dāng)定時器的當(dāng)前值（最大為32767）達到預(yù)設(shè)值時，定時器會產(chǎn)生動作，提出中斷請求，從而是PLC的CPU進行相應(yīng)的處理。定時器定時時間的計算公式為T=PT*S，其中，T是實際定時時間；S是分辨率（可分為1ms、10ms和100ms三個等級）；PT是預(yù)設(shè)值，數(shù)據(jù)類型為整型，可以由寄存器（IW、QW、VW、MW、SMW、SW、LW、T、C、AC、AIW）和指針（*VD、*LD和*AC）設(shè)定。計數(shù)器指令S7-200PLC的計數(shù)器由集成電路構(gòu)成，主要用于輸入脈沖上升沿計數(shù)，按技術(shù)速度可分為普通計數(shù)器（16位計數(shù)器）和高數(shù)計數(shù)器（32位計數(shù)器）。普通計數(shù)器按計數(shù)值增、減方式可分為向上計數(shù)器、向下計數(shù)器和向上/向下計數(shù)器，分別對應(yīng)于指令CTU、CTD和CTUD。普通計數(shù)器計數(shù)受CPU掃描周期限制，進行高速脈沖信號計數(shù)時會丟失計數(shù)脈沖；而高數(shù)計數(shù)器不受CPU掃描周期影響，對高數(shù)脈沖信號技術(shù)更準(zhǔn)確【12】。4.3系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖單機門禁系統(tǒng)屬于智能弱電系統(tǒng)中的一種安防系統(tǒng)。它作為一種新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，集自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，通過在建筑物內(nèi)的主要出入口、電梯廳、設(shè)備控制中心機房、貴重物品的庫房等重要部門的通道口安裝檢測機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)，由控制機構(gòu)在中央控制室中完成對各通道口的通行對象及通行時間等進行實時控制或設(shè)定程序控制，從而實現(xiàn)對出入口的控制。系統(tǒng)的程序流程圖如下：圖4-3程序設(shè)計流程圖4.4系統(tǒng)控制程序梯形圖4.4.1開關(guān)門程序4.4.2作息時間和報警程序為了用戶的安全我設(shè)置了門禁系統(tǒng)的作息時間，為了程序設(shè)計上的方便，規(guī)定早上7點到晚上十點為工作時間，系統(tǒng)會工作。而其它時間為休息時間，紅外線感應(yīng)到有人接近系統(tǒng)會進行報警。同時自動報警系統(tǒng)也會全天候工作。啟動消防報警解除消防報警

5控制系統(tǒng)操作分析1. 按照端口分配表及接線圖連接PLC與門禁實物模型；2. 打開PLC電源，將示例程序下載至PLC中，將PLC模式選擇開關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)；3. 按壓密碼輸入?yún)^(qū)“確定”按鈕3S以上，直至讀卡器輸出長“嘀——”聲，依次將三張ID卡靠近讀卡器有效讀取區(qū)（讀卡器依次輸出三次短“嘀——”聲），再次按壓“確定”按鈕3S以上，直至讀卡器再次輸出長“嘀——”聲；此時，用戶卡片級別確定（首先被識別的級別最低、中間被識別的為中間級別、最后被識別的級別最高）。4. 比較以下三種情況下的門動作，并比較三者開門方式的異同點：①刷取級別最高卡；②刷取中間級別卡、輸入用戶密碼；③刷取級別最低卡、輸入用戶密碼、鑰匙撥至開門狀態(tài)；5. 嘗試編譯新的控制程序，實現(xiàn)與示例程序不同的控制效果。

6總結(jié)綜上所述，智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實施對我們的現(xiàn)實生活產(chǎn)生了極大的便利，具有非常高的實用價值。在經(jīng)過了幾周的課程設(shè)計，使我學(xué)到了非常多的東西，不僅使我對PLC理論的理解更加深刻，將理論靈活地應(yīng)用到實際當(dāng)中去，還讓我學(xué)會了怎么培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而可以不斷地挑戰(zhàn)自己，戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新就是要我們將學(xué)會的理論靈活地契合實際，并不斷的開