基于PLC的電子密碼鎖設(shè)計(jì)

千里之行，始于足下。第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦基于PLC的電子密碼鎖設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)是基于PLC的五鍵密碼鎖操縱系統(tǒng)，以CPU221作為主控元件，經(jīng)過(guò)外圍硬

件電路和軟件程序，實(shí)現(xiàn)了密碼鎖的啟動(dòng)，密碼輸入，開鎖，報(bào)警和復(fù)位等功能。本設(shè)計(jì)

給出了PLC的I/O分配，PLC的外部接線圖和梯形圖程序，并將所有程序均經(jīng)過(guò)了仿真測(cè)試。本次設(shè)計(jì)使用MCGS組態(tài)環(huán)境軟件制作了組態(tài)模擬界面，經(jīng)過(guò)編寫足本程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了密碼鎖的動(dòng)畫模擬與仿真測(cè)試。該設(shè)計(jì)的五鍵密碼鎖操縱系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)好用等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵字：PLCCPU221密碼鎖組態(tài)

第一章緒論

1.1電子密碼鎖的進(jìn)展?fàn)顩r

隨著科技的進(jìn)展，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖被破解的概率越來(lái)越高了，新型的盜賊也

學(xué)會(huì)了與時(shí)俱進(jìn)，經(jīng)過(guò)各種技術(shù)辦法和手段即會(huì)在短時(shí)刻內(nèi)開啟結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)

械鎖，會(huì)別留痕跡的登堂入室，給失主和警方留下各種別易解開的疑團(tuán)。由此

我們想到，要是在機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上再裝上一把密碼鎖，就完全杜絕了單一機(jī)械

鎖易被開啟的弊端，從而極大提高門鎖的安全防范性能。電子密碼鎖是采取電

子電路操縱，以電磁鐵或者微型電機(jī)和鎖體作為執(zhí)行裝置的機(jī)電一體化鎖具，

相比傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具，電子鎖別使用金屬鑰匙，保密性、精度都有非常大提高。

當(dāng)今世界，電子密碼鎖進(jìn)展差不多到了很高的程度，由于電子元件特殊是PLC

應(yīng)用技術(shù)在最近幾年得到空前進(jìn)展，密碼鎖不管是在功能依然在穩(wěn)定性方面都

有了較大的提高。

就整體形勢(shì)而言，密碼鎖在國(guó)外進(jìn)展比較早，因此應(yīng)用也比較廣泛，要緊

用于家庭門鎖，銀行公司等的財(cái)務(wù)保險(xiǎn)柜鎖和政府機(jī)關(guān)及高級(jí)賓館等重要場(chǎng)合

的智能操縱門鎖等。在國(guó)內(nèi)這方面進(jìn)展也較快，別管自個(gè)兒開辟或是引進(jìn)都有，

在重要場(chǎng)合應(yīng)用也比較多。由于電子密碼鎖價(jià)鈔票較一般機(jī)械鎖貴，在國(guó)內(nèi)早幾

年應(yīng)用較少，如今越來(lái)越普及到平時(shí)化，將來(lái)的進(jìn)展趨勢(shì)也會(huì)是越來(lái)越大眾化。由于電子密碼鎖的功能和安全性是一般機(jī)械鎖鎖無(wú)法比擬的，它存在很廣大

的進(jìn)展前景。就目前而言，各類電子鎖已相繼咨詢世，其中包括電子密碼鎖，指

紋識(shí)不電子鎖，IC卡識(shí)不電子鎖、人聲識(shí)不電子鎖等。

1.2設(shè)計(jì)密碼鎖的意義及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

當(dāng)前盡管許多智能鎖（如指紋辨不、人聲識(shí)不、IC卡識(shí)不等）已相繼咨詢世，但這類產(chǎn)品是針對(duì)特定指紋、聲音或有效卡，只能用于保密要求高且僅供個(gè)人

使用的箱、柜、房間等。另外，卡片式的IC卡易丟失和損壞，加上其成本較高，在一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。而電子密碼鎖具有安全性能高、

低功耗、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)好用，易于推廣和普及。

本次PLC課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為五鍵密碼鎖操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，技術(shù)指標(biāo)如下：

設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一具基于PLC的五鍵密碼鎖自動(dòng)操縱系統(tǒng)，要求在按下啟動(dòng)鍵

之后，才干舉行開鎖工作，操作正確自動(dòng)開鎖，操作錯(cuò)誤則別開鎖，同時(shí)系統(tǒng)

具有復(fù)位功能，按下別可按壓鍵后自動(dòng)報(bào)警。

技術(shù)參數(shù)：

操縱按鈕額定工作電壓220V，約定發(fā)熱電流5A，閃光型蜂鳴器額定電壓220V，PLC觸點(diǎn)壽命≥500000次

第二章課程設(shè)計(jì)的方案

2.1概述

本次設(shè)計(jì)要緊是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)五鍵密碼鎖操縱系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面舉行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練?？梢暂^全面地鞏固和應(yīng)用“PLC應(yīng)用技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本辦法，并初步掌握PLC操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本辦法。

應(yīng)用場(chǎng)合:該密碼鎖操作簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠和機(jī)械鎖協(xié)同作業(yè)，要緊應(yīng)用于家庭中箱、柜等的防盜和其他對(duì)安全性能有一定要求的場(chǎng)合。

系統(tǒng)功能介紹:本設(shè)計(jì)是一具基于PLC的五鍵密碼鎖自動(dòng)操縱系統(tǒng)。

SB1為啟動(dòng)鍵，按下SB1鍵，才舉行開鎖工作；SB2、SB3為可按壓鍵。開鎖條件為：SB2設(shè)定按壓次數(shù)為3次，SB3設(shè)定按壓次數(shù)為2次。并且，SB2、SB3是有順序的，先按SB2，后垵SB3。假如按上述規(guī)定按壓，密碼鎖自動(dòng)打開；SB5為別可按壓鍵，一旦按壓，警報(bào)器就發(fā)出警報(bào)；SB4為復(fù)位鍵，按下SB4鍵后，可重新舉行開鎖作業(yè)，假如按錯(cuò)鍵，則必須舉行復(fù)位操作。

2.2CPU的選型

S7-200PLC的常見CPU模塊有：

CPU221本機(jī)集成6輸入/4輸出，無(wú)擴(kuò)展能力，程序和數(shù)據(jù)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)器和通信功能，很適合于少點(diǎn)數(shù)的或特定的操縱系統(tǒng)使用。

CPU222本機(jī)集成8輸入/6輸出，和CPU221相比，它最多能夠擴(kuò)展2個(gè)模塊，所以是應(yīng)用最廣泛的全功能操縱器。

CPU224本機(jī)集成14輸入/10輸出，和前兩者相比，程序存儲(chǔ)器容量擴(kuò)大了一倍，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量擴(kuò)大了四倍，他最多能夠有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用最多的S7-200的產(chǎn)品。

CPU224XP這是最新推出的一種有用機(jī)型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量都增加了很多，處理高速計(jì)數(shù)器的能力也有增強(qiáng)；其最大的區(qū)不是在主機(jī)上增加了2輸入/1輸出的模擬量單元和一具通信口，很適合在有少量模擬量信號(hào)的系統(tǒng)中使用，在有復(fù)雜通信要求的場(chǎng)合也很適用。

CPU226本機(jī)集成24輸入/16輸出，I/O共計(jì)40點(diǎn)，和CPU224相比，程序存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量增加到10KB，它具有2個(gè)通信口，通信能力大大增強(qiáng)。

依照分析，本系統(tǒng)為5輸入/2輸出類型，無(wú)需擴(kuò)展模塊，而且沒有內(nèi)部時(shí)鐘，應(yīng)該挑選CPU221，如此既能滿腳設(shè)計(jì)要求，又能充分利用CPU資源，經(jīng)濟(jì)有用。

2.3按鈕的選型

AH164系列按鈕，額定工作電壓220V，使用環(huán)境溫度為-20℃～+70℃，絕緣電阻≥100MΩ，工頻耐壓2000V，1分鐘。

LAY3系列按鈕適用于交流50或60HZ，電壓至660V及直流電壓至440V的操縱電路中作操縱、信號(hào)、連鎖等用途。

依照系統(tǒng)分析，選用AH164系列按鈕能滿腳設(shè)計(jì)要求。事實(shí)上物形狀如圖：

2.4閃光型蜂鳴器的選型

BJK-8閃光型蜂鳴器技術(shù)參數(shù)：電源AC220V,允許有10%的波動(dòng)，頻率為50~60HZ；環(huán)境

溫度為5~45攝氏度；環(huán)境濕度≤85%；輸出觸點(diǎn)容量AC220V，5A；功耗為15W。，經(jīng)分析，符合設(shè)計(jì)要求。

最后方案：本設(shè)計(jì)以CPU221作為主控元件，選用AH164系列按鈕為操作按鈕，選

用BJK-8型閃光型蜂鳴器為報(bào)警設(shè)備，加上相應(yīng)的軟件程序，組成一具具有開鎖，報(bào)警和

復(fù)位等功能的五鍵密碼鎖操縱系統(tǒng)。

第三章硬件電路設(shè)計(jì)

3.1I/O地址分配

依照設(shè)計(jì)要求，SB1為啟動(dòng)鍵，SB2、SB3為可按壓鍵，SB4為復(fù)位鍵，SB5為別可按壓鍵。

可知，輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)為5。操作正確正常開鎖，按下別可按壓鍵后報(bào)警，可知輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)為2。通過(guò)詳細(xì)分析，將PLC的I/O分配地址確定如表3.1所示：

3.2PLC外部接線圖

PLC外部接線電路包括電源電路，輸入電路，輸出電路。依照I/O地址分配，CPU221的外

部接線圖如圖所示：

輸入信號(hào)輸出信號(hào)

1SB1I0.11開鎖Q0.0

2SB2I0.22報(bào)警Q0.1

3SB3I0.3

4SB4I0.4

5SB5I0.5

2

第四章軟件設(shè)計(jì)

3.1編寫PLC的程序梯形圖

程序設(shè)計(jì)思路為：思考到按鈕SB2按三次，SB3按兩次，密碼鎖才干打開，故設(shè)計(jì)程序可用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于打開密碼鎖的正確輸入次序惟獨(dú)一具，故需要思考計(jì)數(shù)器間的互鎖咨詢題。然后再加上報(bào)警程序和復(fù)位程序，即可滿腳設(shè)計(jì)要求。程序梯形圖見附錄Ⅰ。

3.2程序的上機(jī)調(diào)試

按PLC外部接線圖連接電路，將梯形圖程序?qū)懭刖幊誊浖?，?shí)現(xiàn)主機(jī)與PLC通信之后，

并將程序下載到PLC中，監(jiān)控并運(yùn)行程序，操作和結(jié)果如下：

按下按鈕SB1，然后按SB2三次，SB3兩次，則開鎖指示燈亮；按下SB5，報(bào)警指示燈閃耀；按下SB3兩次，SB2三次，開鎖指示燈別亮；按下SB3一次，SB2三次，SB3兩次，開鎖指示燈別亮；按下SB3一次，繼續(xù)按下SB4復(fù)位，然后按SB1啟動(dòng)，再按SB2三次，SB3兩次，則開鎖指示燈亮；此刻按下SB5，則報(bào)警指示燈閃耀；再按下SB4復(fù)位，則開鎖指示燈和報(bào)警指示燈全別亮。結(jié)果如圖所示：

第五章組態(tài)設(shè)計(jì)與調(diào)試

利用組態(tài)軟件做出五鍵密碼鎖界面，SB1，SB2，SB3，SB4，SB5均設(shè)置為開關(guān)量，圖中白群方框?yàn)榭砂磯喊存I按壓次數(shù)的顯示信息，藍(lán)群指示燈為開鎖信號(hào)，紅XXX指示燈為報(bào)警信號(hào)。

按下啟動(dòng)按鈕SB1后，按壓SB2三次，SB2兩次后，開鎖指示燈亮。狀態(tài)如圖所示：

按下別可按壓鍵SB5后，報(bào)警指示燈（右側(cè)紅群指示燈）處于閃耀狀態(tài)。

如若按錯(cuò)按鍵，則可按下SB4舉行復(fù)位，復(fù)位往后才能夠舉行解鎖操作。編寫足本程序時(shí)，

要緊思考了按鍵次序之間的互鎖關(guān)系，將每一次按鍵作為一具狀態(tài)，在上一具狀態(tài)正真的現(xiàn)的事情下，才可正確的舉行下一步操作。而所有操作均正確時(shí)，密碼鎖打開。浮現(xiàn)一步錯(cuò)誤，密碼鎖無(wú)法打開，必須經(jīng)過(guò)復(fù)位往后，才干從新開始解鎖。足本程序見附錄Ⅱ。

第六章課程設(shè)計(jì)總結(jié)

本次設(shè)計(jì)基于PLC應(yīng)用技術(shù)，經(jīng)過(guò)硬件電路和軟件程序?qū)崿F(xiàn)了五鍵密碼鎖的啟動(dòng)、開鎖、報(bào)警和復(fù)位等功能，同時(shí)編制了組態(tài)界面和足本程序從而實(shí)現(xiàn)了密碼鎖的動(dòng)畫模擬和仿真測(cè)試。本次設(shè)計(jì)的五鍵密碼鎖具有性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)好用等優(yōu)點(diǎn)，但由于解鎖程序簡(jiǎn)單，其安全性能受限。如將本密碼鎖與機(jī)械鎖聯(lián)動(dòng)鎖閉，則能夠增加機(jī)械鎖的安全性能。并且假如條件允許或者是需要用在愛護(hù)貴重物品的場(chǎng)合，也能夠在PLC的輸出端加裝一具攝像頭，在密碼鎖報(bào)警的并且開啟攝像頭，將非法開鎖人員的面孔盡收眼底。如此做會(huì)給日后收集證據(jù)提供有效的圖像信息，能更好的起到安全防范的作用?？傊艽a鎖還有非常大的進(jìn)展空間。

參考文獻(xiàn)：

［1］SIEMENS公司.深入淺出西門子S7-300PLC［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

附錄Ⅰ：梯形圖程序：

附錄Ⅱ：足本程序：IF按鍵SB1=0THEN中間5=0

中間6=0

指示燈1=0

IF按鍵SB1=1AND按鍵SB2=1AND中間6=0and中間5=0THENa=1

中間5=1

ENDIF

IF按鍵SB1=1AND按鍵SB2=0AND中間6=0anda=1THEN中間2=1

a=0

中間5=2

ENDIF

IF按鍵SB1=1AND按鍵SB2=1AND中間6=0and中間2=1THEN中間2=0

中間3=1

中間5=3

ENDIF

IF按鍵SB1=1AND按鍵SB2=0AND中間6=0and中間3=1THEN中間3=0

中間5=4

ENDIF

IF按鍵SB1=1AND按鍵SB3=1AND中間5=3THEN

中間4=1

中間6=1

ENDIF

IF按鍵SB1=1AND按鍵SB3=0AND