基于PLC控制的防盗门报警器设计Word文档下载推荐.docx
《基于PLC控制的防盗门报警器设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC控制的防盗门报警器设计Word文档下载推荐.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.2防盗门报警系统的功能
该模型在单机门防盗报警系统基础上融入了禁控制系统，既阐述了门禁控制系统的基本系统组成即：
控制器+读卡器+开关门机构，又利用了防盗报警装置中常见的门磁开关共同构成了这套以一间屋子为假想防护对象的系统。
进出门人员只有经过授权才可以使用密码卡；
密码+卡等开门方式中的一种进入屋内。
该模型由IBAAC-08系统控制器、门开、关系统、窗震动系统、红外探测装置、报警系统、显示系统等组成。
图1-1QSPLC-MJ1型防盗门报警系统模型
1）任何一种成熟的防盗门报警系统，都应实现以下基本功能：
a对通道权限的管理对通道权限的管理主要有以下几个方面：
b进出通道的权限：
就是对每个通道设置那些人可以进出哪些人不可以进出。
c进出通道的方式：
就是对可以进出该通道的人进行进出方式授权，进出方式通常有密码、读卡（生物识别）、读卡+密码三种方式。
d进出通道的时段：
就是设置进出该通道的人在什么时间范围内可以进出。
2）实时监控功能
系统管理人员可以微机实时察看每个门区人员的进出情况（同时有照片显示），每个门区的状态（包括门的开关，各种非正常状态报警）；
也可以在紧急状态下打开或关闭所有的门区。
3）出入记录的查询功能
系统可以储存进出记录，可按不同的查询条件查询，配备相应软件可实现门禁、巡更、考勤一卡通。
4）异常报警功能
在异常情况下（如非法侵入、门超时未关等）可以实现微机报警或报警器报警。
此外，根据系统的不同防盗门报警系统还可以实现以下特殊功能：
a防尾随功能
b消防报警和监控联动功能
c网络设置管理监控功能
d逻辑开门功能
2防盗门报警系统总体设计
2.1防盗门报警系统的构成
防盗门报警系统通常由出入凭证、识别仪、门禁控制器、电控锁、其他设备和门禁软件组成。
1）出入凭证
出入凭证是防盗门报警系统开门的“钥匙”，这个“钥匙”在不同的防盗门报警系统中可以是磁卡密码或者是指纹、掌纹、虹膜、视网膜、脸面、声音等各种人体生物特征。
2）识别仪
识别仪负责读取出入凭证中的数据信息（或生物特征信息），并将这些信息输入到门禁控制器。
3）门禁控制器
门禁控制器是防盗门报警系统的核心部分，相当于计算机的CPU，它负责整个系统输入、输出信息的处理储存和控制等。
它验证识别仪出入信息的正确性，并根据出入法则和管理规则判断其有效性，若有效则对执行部件发出动作信号。
4）电控锁
电控锁是防盗门报警系统中的执行部件。
根据门的材料出门要求等不同可选取不同的锁具。
这里我们主要介绍用步进机来控制门的开启。
其他设备：
包括对出门无限制的情况下安装在门内侧的出门按钮，检测门的开/关状态的门磁，负责对整个防盗门报警系统供电的电源等部分。
出门禁软件：
门禁软件负责防盗门报警系统的监控、管理、查询等工作，监控人员通过门禁软件可对出入/口的状态、门禁控制器的工作状态进行监控管理，并可扩展完成巡更、考勤、人员定位等工作。
2.2控制方案论证
方案一：
继电器式控制
继电器电梯控制系统是较早期的产品，这类系统主要由接触器，继电器和开关组成。
由于该系统中大量使用接触器，继电器，各种开关，组成逻辑控制和一些保护线路，线路复杂维护困难，并且由于受继电器触点数量的限制，很难设计出高性能控制系统。
此外，继电器控制系统另一个致命弱点是满足不同的设计要求而改变线路困难，即系统的灵活性，可移植性差。
方案二：
可编程序控制器控制实现
PLC防盗门报警器控制系统，它是利用可编程控制器为核心元件，通过化实现绝大部分逻辑控制功能，再附加一些接触器，开关元件，保护电路而构成的控制系统。
它将逻辑控制功能设计，从系统整体设计中划分开来，即软件，硬件分开进行设计是PLC防盗门报警器控制系统的一大特点。
系统控制过程为从PLC的输入模块将必要的信号输入，通过PLC程序的执行，再通过输出模块，从而达到控制系统的目的。
由于PLC实现了绝大部分逻辑控制功能，控制线路简单，发生故障的可能性大为降低，这对系统而言，大有好处。
PLC本身是工业用品，搞干扰能力强具有较高的可靠性，另外，可编程控制系统的控制功能通过软件来实现，并且在设计过程中不需要考察触点数目以及触点容量。
而且编程语言（即梯形图）方法简单方便，因而具有较高的灵活性、可靠性、高精度等。
所以从总体来看，PLC防盗门报警器控制是比较理想的防盗门报警器控制系统，我将采用它作为本设计的控制核心。
设计方案的确定
经过方案一与方案二的对比，综合考虑制作、功能、实现、造价等因素，最终采用方案二：
可编程序控制器控制来完成防盗门报警器的设计。
3防盗门报警系统的硬件设计
3.1防盗门报警系统硬件结构分析
系统的工作过程是，持卡者进门（或双向读卡出门）是读卡器读卡，将个人识别卡中的信息传输给门禁控制器，门禁控制器根据卡号、当前时间和内部数据库中的信息，判断该卡是否有效，之后控制电锁是否打开。
系统还可以进行实时监控，每一次读卡，门禁控制就将卡号登录时间、有效、无效等信息作为一条事件记录下来，传输控制中心计算机并在显示屏上显示来。
硬件实现为：
图3-1防盗门报警系统硬件框图
由以上系统分析可知，防盗门控制系统的硬件设计主要包括读卡器、控制器、步进电机的设计。
3.2IC卡的读写
3.2.1IC卡简介
根据卡中镶集成的电路的不同可以分为存储卡、逻辑加密卡和CPU卡三种。
存储卡：
E2PROM（可用电擦出的可编程只读存储器）;
逻辑加密卡：
加密逻辑电路+E2PROM;
CPU卡：
卡种的集成电路包括中央处理器（CPU）+E2PROM+随机存储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的片内操作系统COS（ChipOperatingSystem）。
按卡与外界数据传送的形势来分，有接触型IC卡的非接触型IC卡。
当前使用广泛的是接触型IC卡，在这种卡片上，IC芯片有8个触电可与外界接触。
非接触型IC卡的集成电路不向外引出触点，因此它除了包括前述三种IC的电路外，还带有射频收发电路及其相关电路。
IC智能卡具有以下特点：
存储量大：
内含微处理器，存储器可以分成若干应用区，从几十字节到几兆字节，便于一卡多用，方便保管。
保密性强：
智能卡的安全性比磁卡高的多，智能卡的信息加密后不可复制，密码核对错误，卡片有自毁功能，而磁卡很容易被复制。
网络要求不高：
智能卡的绝对安全性使其在应用中对计算机网络的实时性、敏感性要求降低，可脱机使用。
智能卡防磁、防静电、抗干扰能力强，可靠性比磁卡高。
信息可读写十万次，使用寿命长。
智能卡的读写设备比磁卡的读写设备廉价、可靠、操作简易，利于维护，是磁卡的必然替代品。
3.2.2读卡器
图3-2读卡器信息交换原理图
读卡器的读卡过程：
接触式卡IC卡是将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其内部没有电源，但有存储器，可记录卡片号码、发行商信息，也可记录持卡人的信息，卡内表面有从C1到C8共8个触点。
使用者在进门前需要用读卡器读取持有的卡片，读卡器通过触点C1和C5给卡片提供电源，并从触点C7串行读出卡中的信息，送给门禁控制器，门禁控制器根据法则执行比较判断，根据结果控制锁具的开启和闭合。
接触式卡与读卡器之间的信息交换原理图可见图3-2，门禁控制器与读卡器的连接可见图3-3所示。
图3-3门禁控制器与读卡器的连接
3.3门禁控制器
作为控制单元，门禁控制器主要负责整个系统输入、输出信息的处理和储存、控制等，可验证门禁读卡器输入信息的可靠性，并根据出入规则判断其有效性，若有效则对执行部件发出动作信号。
3.3.1门禁控制器的功能
1）门禁控制器的复位
防盗门报警系统的复位方式有三种：
上电复位、按键复位、和系统遥控复位。
2）持卡人及门的管理
门紧控制器能完成对持卡人的管理，对识别卡分类，监视识别卡状态，对持卡人划分群组，按时段进行群组管理，控制门的属性和出/入门方式，检测门的开关状态。
3）事件管理
事件分为读卡引发事件和非读卡引发的事件两种。
4）系统通信
门禁控制器与控制中心上位机的通信采用RS232/RS485总线方式。
控制器的基本信息由上位机通过控制网络下载。
5）电源管理
防盗门报警系统控制出入口的特点决定其电源必须连续工作，因此门禁控制器应具有市电/备用电池自动转换及充电功能。
6）提示和指示
门禁控制器应对其电源状态、运行状态有所指示。
还应对读卡后的处理结果有返回提示信息。
3.2.2门禁控制器的总体设计
图3-4门禁控制器的结构框图
上图为门禁控制器的结构框图。
整个控制器以微处理器为核心，其工作原理为：
在一个防盗门报警系统中，每一个门禁控制器都有一个互相不同的地址号，作为控制中心计算机区分门禁控制器的标识。
在门禁控制器启用之前，首先由系统从控制中心经通信接口向其传输事先设置的各项运行参数，主要是硬件设备的连接情况及控制模式、使用的人员信息、允许的时间和出入门方式等参数。
门禁控制器经上述初始化后就能独立运行。
通常控制器处于等待状态，当有人读卡时，读卡器经其接口将卡号传输到门禁控制器，在门禁控制器中将卡号、卡片状态、当前的控制时间、当前的控制模式进行比较、鉴别，得出准许与否的结果。
该结果被送到读卡器中，向读卡人发出警声指示。
当结果是准许时，门禁控制器还通过步进电机驱动使之退出锁门状态，完成读卡开门的整个过程。
同时门禁控制器将该过程描述成一个事件记录下来，在可以与控制中心通信时将事件上传。
3.3电控锁
电控锁的终端其实就是一个电磁铁，它控制一个简单的机械装置进行门的开关。
不过电磁铁的动作是通过一系列指令动作的。
当发生不能控制时，首先测量输往电磁铁的电压，同时输入开关门指令（有的为电磁卡，有的输入密码），看其电压是否有变化，如有变化，而电磁铁不动作，故障为电磁控制部分，应维修电磁控制部分或更换，否则为控制部分故障。
控制部分比较复杂，它有硬件和软件两部分进行控制，有些还和计算机接口相连，可进行人员出入查询统计等。
一般控制输出电压由继电器控制输出。
首先看继电器是否有吸合声，如没有，可测量继电器控制接口各部分电压和驱动器件是否损坏，如完好，可进一步测量有关集成电路的工作电压，复位端口及时钟振荡部分，如无问题，一般为软件故障，这只能和开发商联系。
如继电器有吸合声，而继电器的电压又正常的话，则是继电器触点损坏或送往电控部分的线路断路。
电控锁，在锁体内分别设有主锁闩、副锁闩、电磁线圈及位于电磁线圈下的衔铁；
在锁体外设有发射器及为电磁线圈提供电流的接收电路；
在锁扣内位于副锁舌位置设有一阻挡装置；
其特点是：
在主锁闩与副锁闩之间设有一联动装置，它们之间的运动靠传动杆的传动，在衔铁上固定有将传动杆顶起的拨杆。
它具有结构简单，安全可靠，经济实用，成本低，使用方便，其实物如图3-5所示：
图3-5电控锁实物图
3.4传感器的选择
在自动门传感器我们选择热释电红外传感器，热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器[3]。
不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。
由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
本设计中采用的是一个双探测元热释电红外传感器的，使用时Ｄ端接电源正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。
该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。
它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。
对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。
最终我们选择了D-SUNPIR型热释电红外传感器，它是基于红外线技术的自动控制产品。
灵敏度高、可靠性强、超低功耗，超低电压工作模式。
广泛应用于各类自动感应电器设备,尤其是干电池供电的自动控制产品.其实物图如图3-6，电气参数见表3-1所示：
图3-6D-SUNPIR型热释电红外传感器
表3-1D-SUNPIR型热释电红外传感器电气参数
产品型号
D-SUN人体感应模块
工作电压范围
直流电压4.8~20V
静态电流
<
50uA
电平输出
高3.3V/低0V
（续表）
触发方式
L不可重复触发/H重复触发（默认重复触发）
延时时间
0.5-200S（可调）可制作范围零点几秒-几十分钟
封锁时间
2.5S（默认）可制作范围零点几秒-几十秒
电路板外形尺寸
32mm*24mm
感应角度
100度锥角
工作温度
-15-+70度
感应透镜尺寸
直径:
23mm（默认）
3.5PLC的选型
西门子的PLC分为LOGO，200,300,400,1200几个系列LOGO是控制微型系统的PLC，200系列和1200系列是控制小型自动化系统的PLC，300系列中型，400系列大型，价格依次升高。
当然也有特殊的如300系列的315TCPU是运动控制PLC。
选型首先确定控制点数，选择CPU和输入输出模块。
200以内的选S7-200，几百点，选S7-300，再大就选S7-400。
还要看用户要求，是否冗余等等。
200在西门子的PLC产品类里属于小型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以下的。
所以选择S7-200的。
内置数字量输入/输出：
14个输入和10个输出。
内置模拟量输入/输出:
2个输入和1个输出。
其有2个通讯接口可选，可作为PPI接口，用于编程功能、HMI功能（TD200、OP），S7-200内部CPU/CPU通信（9.6/19.2/187.5kbps），或作为MPI从站，用于和MPI主站（S7-300/-400、OP、TD、按钮板）进行数据交换。
用户可编程接口（FreePort），带中断能力，用于和非西门子设备进行串行数据交换，例如在ASCII协议下、波特率为1.2/2.4/4.8/9.6/19.2/38.4/57.6/115.2
Kbit/s时，可将PC/PPI电缆用作为RS232/RS485适配器。
扩展总线：
连接扩展模块（只能使用22x系列的扩展模块）。
中断输入：
对过程信号的上升沿或下降沿作出极高速响应
所以选择西门子S7-200CPU224型号的PLC。
图3-7西门子S7-200CPU224PLC
3.6PLC的I/O端口分配
表3-2I/0端口分配表
序号
地址
动作
1
I0.0
读卡门开
2
I0.1
室内开门
3
I0.2
开门反馈
4
I0.3
关门反馈
5
I0.4
设防按钮
6
I0.5
门铃
7
I0.6
门磁开关
8
I0.7
窗磁开关
9
I1.0
窗振动
10
I1.1
红外
11
I1.2
消音
12
I1.3
试灯
13
I1.4
室外关门
14
Q0.0
开门
15
Q0.1
关门
16
Q0.2
开门灯
17
Q0.3
关门灯
18
Q0.4
报警器
19
Q0.5
设防灯
20
Q0.6
21
Q0.7
门报警
22
Q1.0
窗报警
23
Q1.1
震动报警
24
Q1.2
红外报警
3.7PLC外部接线图设计
图3-8PLC外部接线图
4系统软件的设计
4.1工作流程分析
图4-1防盗门报警系统工作流程图
系统还可以进行实时监控，每一次读卡，门禁控制就将卡号登录时间、有效、无效等信息作为一条事件记录下来，传输控制中心计算机并在显示屏上显示来，并进行报警。
4.2PLC程序编制
本设计中编程软件采用西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发的STEP7-Micro/WIN32，既可开发控制程序使用，也可实时监控程序执行的状态。
根据控制系统的控制要求和硬件部分的设计情况，以及PLC控制系统中I/O的分配情况，进行软件编程设计。
在软件设计中，首先需要按照控制系统的功能要求画出系统流程框架图，然后细化流程图，按照不同的功能要求编写不同的功能模块。
编写好程序编译正确后可以复制到仿真程序中进行仿真,仿真软件是西门子S7－200仿真软件Simulation。
4.2.1开关门程序
图4-2开关门程序梯形图
4.2.2作息时间及报警程序
为了房间的安全我们设置了自动门系统的作息时间，为了程序设计上的方便我们规定周一到周五的早上八点到十二点下午两点到六点为工作时间，自动门会工作。
其它时间为休息时间，热释电感应到有人接近系统会进行报警。
同时自动报警系统也会全天候工作。
程序如下：
图4-3主程序梯形图
在完成了软件的调试后，进行了控制器软硬件的联调。
在联调过程中可能遇到一些问题，主要是软件在时序等方面的问题，经过软件的修改，控制器能够正常工作，完成读卡判断、开/关门、事件记录、与控制中心通信等各种功能。
实验结果，在100次读卡过程中无一次误读；
在布防状态下打开控制机箱门10次，无一次漏报警；
控制器连续工作72h,工作正常，因此试验样机是比较成功的，基本上达到了预期的设计目的。
5系统仿真
5.1仿真软件介绍
本次仿真将采用Step7MicroWinV4.0软件，该软件具有以下特征：
（1）支持新款CP243-1（6GK7243-1-1EX01-0XE0）、通过下列改进实现新的互联网向导、支持BootP和DHCP。
（2）支持MicrosoftWindowsXP（Home/Profecional），含SP3、MicrosoftVistaHome-Premium，含SP1（32位）和MicrosoftVistaHome-Basic，含SP1（32位）等操作系统。
（3）完全兼容所有SimaticS7-200CPU（CPU21x和22x），可以无任何限制地打开或进一步处理通过早期版本STEP7-Micro/WINV3.x或V4.x创建的程序。
仿真方法简介：
（1）在Step7MicroWinV4.0中新建一个项目。
编译正确后转换成STL编程语言界面（查看（V）－STL（S））。
（2）程序复制，选择需要仿真的程序，然后点击“编辑”→“复制”。
注意：
在Step7MicroWinV4.0的STL编程语言界面复制时，必须完整复制指令，例如前面必须包含网络序号“NETWORK1”而后面不能有多余的程序空行等。
（3）打开仿真软件，点“配置”-“CPU型号”（或在已有的CPU图案上双击）。
（4）在弹出的对话框中选择CPU型号，要与你项目中的型号相同，本文中选用CPU222外加一个EM223模块。
（5）点击“程序（P）”-“粘贴程序（OB1）”（或工具条中的第3个按钮）。
Step7MicroWinV4.0中的STL程序就被粘贴到模拟软件中。
（6）点击“查看（E）”－“内存监视（M）”（或工具条中的第12个按钮）输入想要监视的地址。
（7）点击“PLC”-“运行”（或工具栏上的绿色三角按钮），程序已经开始模拟运行。
（8）选择各种输入状态一一输入，观察输入输出状态是否与程序设计及相符，并
记录仿真结果。
5.2仿真验证
部分仿真图片见下。
图5-1非工作时间程序软件仿真图
左上为门外光电感应有信号，系统铃声报警，右上为消除报警铃声。
左下为火警指示灯和报警铃声，右下方为消除铃声。
正下方为系统时间，仿真软件有误，程序无法进行完整的仿真。
图5-2工作时间自动门工作软件仿真图
左上手动开门，输出开门动作，中左门到达开门限位开关，开门动作停止。
坐下手动关门，输出关门动作，右上门到达关门限位开关，关门动作停止。
中右自动开门，输出开门动作，右下门到达开门限位开关，开门动作停止。
总结
从前面的学习可以看出，防盗门报警系统的设计与实现给我们的
升级会员 