基于PLC的密码锁控制系统设计Word文档格式.docx
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1.3电子密码锁的性能特点
1．保密性好:
编码量多,远远大于弹子锁。
随机开锁成功率几乎为零。
2．密码可变:
用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。
3.误码输入保护:
当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。
4.电子密码锁操作:
简单易行，一学即会。
5.干扰码功能:
在输入正确密码前可输入任意码。
6.安保功能:
如果连续输错4次密码将会自动断电3分钟。
7.紧急开启功能:
出门时无需其他操作，只需一次的把手动作，可机械的开启门，所以遇到火灾等应急状况下也迅速，安全的开启门。
8.入侵感应功能:
在门上锁的状态下，有人破锁而入时，会发出强力的报警音。
9.火灾报警功能:
在室内如果温度达到75°
左右，将会发出强力的报警音，同时锁自动开启。
10.双重锁定功能:
外部强制锁定,在内部不能开启，适用于外出时，防止有人入侵.内部强制锁定,在外部不能开启，让您在家时更安心、安全。
11.弱电提醒当电量不足时:
在启动开门时，会有美妙的音乐提示您及时更换电池。
12.自动上锁功能:
采用全自动锁芯，门关后6秒内自动上锁,外出更加安全。
13.外部显示功能:
当密码输入错误，锁舌没正常锁到位，室内反锁，弱电等情况下，外部都有提示功能。
1.4电子密码锁的电路组成部分
（1）字密码输入电路
（2）控制电路
（3）显示电路
1.5电子密码锁的应用
（1）主要应用于保险箱
（2）金库，大型仓库
（3）运钞车
1.6PLC的应用克服电子密码锁缺陷
PLC控制密码锁的设计，克服了机械式密码锁的密码量少，安全性能差的缺点，是密码锁无论在技术上还是技能上都有了很大的提高。
以前的密码锁，不但总类少，而且密码设计简单，很容易被破解，安全性能很是不高，并且接线比较复杂，可靠性也比较低，功耗高，灵活性低。
只要忘记密码，就要重新解锁，开锁甚至于换锁。
密码锁的设计本来是为了保护我们的安全，为我们的日常生活带来便捷，但是机械式的密码锁一旦毁坏却是很麻烦的。
从1977年开始，PLC开始逐渐应用到我国各工业内，从而使PLC走到了密码锁，改进了以往密码锁的缺陷，为我们带来了方便。
现在的密码锁有如下几个特点：
1.保密性好，编码量多
2.密码可变，可经常更换密码，防止密码被盗
3.将PLC程序灌入密码锁内，遗忘密码时也方便找回
4.密码输入保护，输入多次不正确会立即报警
5.操作简单，一学就会
第2章PLC的介绍
一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是随着工业生产的实际需要而产生的。
在可编程控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能由成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器柜，且占据大量的空间。
继电器运行时又产生大量噪声，消耗大量电能。
1968年，美国通用汽车公司为改造汽车生产设备的传统控制方式，解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出著名的技术指标并在社会上公开指标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，它具有以下特点：
1、编程简单，可在现场方便的编辑及修改程序
2、价格便宜，性价比要高于继电器控制系统
3、体积要明显小于继电器控制柜
4、具有数据通信功能
5、输入可以是AC115V
6、输出为AV115V、2A以上
7、硬件维护方便，最好是插件式结构
8、扩展时，原有系统只需做很小改动
于是可编程控制器应运而生，1969年，美国数字设备公司根据上诉要求研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上应用成功，取得了显著的经济效益。
当时，人们把它称为可编程逻辑控制器。
1969年，第一个把PLC商品化的是美国哥德公司，型号为084。
1971年，日本从美国引进了这项技术，研制出日本第一台可编程控制器DSC-8。
1973-1974年，德国和法国也都相继研制出自己的可编程控制器，德国西门子公司于1973年研制出欧洲第一台PLC，型号为SIEAT1CS4。
我国从1974年开始研制PLC，1977年开始应用于工业。
2.1PLC的硬件组成
PLC的硬件主要由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出（I/O）模块、电源、编程器等组成。
硬件基本结构图如下2-1所示：
图2-1PLC硬件基本结构
2.2PLC的软件组成
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合。
它包括系统程序和用户程序。
系统程序又包括监控程序、编译程序、诊断程序等。
软件基本结构图如下2-2所示
图1.3-1软件基本结构图
2.3PLC的结构和工作原理
2.3.1PLC的基本结构
PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。
2.3.2整体式结构的PLC
整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、I/O单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在一起。
3.3模块式结构的PLC
模块式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线想到联系。
基本结构框图如3-4所示
编程器
其他PLC或上位机
现场设备
电源模块
CPU
模块
通信
输入模块
输出模块
殊功功能模块
机架
图3-4模块式结构
2.3.4PLC各组成部分介绍
（1）中央处理器
中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，相当于PLC的“大脑”。
它按PLC中系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据。
用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中。
它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。
通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。
其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、检验用户程序、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。
（2）存储器
根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。
系统程序存储器：
用来存入软件的存储器。
系统程序相当于计算机操作系统，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。
用户程序存储器：
用来存放用户根据控制要求编制的程序。
不同类型的PLC，其存储容量也不一样。
数据存储器：
用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。
因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。
（3）输入/输出单元
输入/输出单元是PLC与外部设备连接的纽带。
输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。
输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。
对输入/输出接口的要求：
良好的抗干扰能力，对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。
（4）电源部分
不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。
（5）编程器
编程器是PLC的一个重要外围设备，用它将用户程序写入PLC用户程序存储器。
它一方面对PLC进行编程，另一方面又对PLC的工作状态进行监控。
几乎每个PLC厂家都有自己的编程器，用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。
它还可以在线检测程序的运行情况。
在出现故障时，通过编程器可能很方便的找出错误。
（6）特殊功能单元
主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/O模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和PID调解模块等。
随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。
第3章硬件部分组成
3.1控制要求及键盘设计
（1）如图3-1所知，密码锁共有14个按键，分别为：
启动按钮SB1，停止按钮SB12，复位按钮SB13，未知按钮（主人知道它的作用）SB14，按钮0，按钮1，按钮2，按钮3，按钮4，按钮5，按钮6，按钮7，按钮8，按钮9。
（2）按启动按钮后，开锁开始，顺序依次输入正确的密码，否则累计3次输入错误密码不能再输入，此时报警接通并开始报警，时间为1分钟。
按照顺序和按压次数依次按下6个按钮完成输入，然后执行开锁动作。
图3-1密码锁按键
（3）心按错密码时可按一下复位按钮重新输入密码，有3次机会，达到3次输入错误的密码报警器开始报警。
（4）为不能输入开锁密码，只有当主人来了以后按一下未知按钮SB14，然后输入解锁密码即可解除锁定，然后再输入正确的开锁密码即可开锁。
（5）输入正确密码时候，密码锁打开三十秒钟自动上错，需要打开要再次输入密码，。
打开时候指示灯亮，三十秒后指示灯自动熄灭。
3.2密码锁外部接线图
如图2-1所示，功能栏里面按钮0—按钮9的功能是输入密码用的，它们分别代表数字键上的0—9。
启动按钮起到输入密码的开始，必须先按一下启动按钮才能输入密码。
停止按钮的作用是当开锁程序结束的时候按一下停止按钮，开锁程序结束开锁，起到省电的作用。
复位按钮的作用是当输入密码错误的时候按一下复位按钮，输入的密码全部复位，然后重新输入密码，每复位一次的同时报警计数器技术次计数一次，累计计数三次后报警。
其中有个未知按钮#，它其实就是解锁开关，只是在键盘上显示的是#，未标明它的作用，只有主人知道。
开锁线圈代表的是一个接触器，它控制门闩上的开锁电磁阀，当开锁线圈Y1得电时电磁阀动作开锁。
报警器就是报警装置。
按钮指示灯当每按一下按键的时候指示灯都会亮一下，起到证明接通电路的作用。
图3-1PLC外部接线图
3.3I/O口分配表
根据控制要求及上节输入输出得到选择，确定输出输入的PLC地址，及其各个按键的功能。
如表3-1配表。
表3-1I/O口分配表
功能
器件
PLC的地址
启动
SB1
I0.0
按钮1
SB2
I0.2
按钮2
SB3
I0.3
按钮3
SB4
I0.4
按钮4
SB5
I0.5
按钮5
SB6
I0.6
按钮6
SB7
I0.7
按钮7
SB8
I1.0
按钮8
SB9
I1.1
按钮9
SB10
I1.2
按钮0
SB11
I1.3
停止按钮
SB12
I0.1
复位按钮
SB13
I1.4
未知按钮#（解锁）
SB14
I1.5
开锁线圈
KM1
Y1
报警器
KA
Y2
按钮指示灯
HL
Y0
第4章软件系统的设计
4.1密码锁流程分析
1、由输入点输入密码，要开启一定要按照之前输入的设定值，才能驱动PLC的Y0输出。
2、各输入/输出点配置由设计人员配置
3、将启动按钮按下即可开始使用。
4、当设定输入密码按钮为ON时，表示可以设定密码值，由数字键设定输入值，数字键可以重复输入，最少为9位数。
5、当设定输入密码按钮为OFF时，表示可以开始由数字键输入密码进行开锁。
6、当确认键为ON时，表示开锁密码值与设定值开始比较。
7、密码比较错误，错误灯亮起，表示输入错误，之后按下清除钮清除输入值后可以重新输入，输入错误3次即无法输入。
8、输入正确密码时，则驱动正确指示灯，表示开锁成功。
9、要更改密码设定值时，按下清除清除按钮，之后再按下启动/重新输入按键即可重新使用。
10、输入错误密码3次后，则无法再输入。
若想重新输入使用，需先将重置按键按下重置清楚后，再按启动/重新输入按钮，重新启动后即可重新输入。
图4-1PLC在电子密码锁应用程序流程
4.2密码锁控制要求
1.按下I0.0，M0.0触点闭合，系统启动可按动输入键进行输入。
接着按下I0.22次，C0K2计数继电器计数2次。
接通C0，C0计数器也将接通在下一位的触点C0闭合。
接着按下I0.33次，C1K3计数继电器计数3次。
接通C1，C1计数器工作,也将接通在下一位的触点C1闭合。
接着按下I0.44次，C2K4计数器计数4次，接通C2，C2计数器工作，也将接通在下一个的触点C2闭合。
接着按动I0.55次，C3K5计数器计数5次，接通C3，C3计数继电器工作，也将接通在下一位的触点C3闭合。
接着按动I0.66次，C4K6计数器计数6次，接通C4，C4计数继电器工作，也将接通在下一位的触点才C4闭合。
接着按动I0.77次，C5K7计数器计数7次，接通C5，C5计数继电器工作，也将接通在下一位的触点才C5闭合。
2.0-9这10个按钮都并联在指示灯上每按动一下这10个中的任意一个指示灯都会亮一下。
这是为了让开锁的人知道按了一下是否接通了一次，起到确定按钮是否接通的目的。
3.如果按以上的程序输入正确的密码，则立即开锁。
若不是正确的密码，没输入一次错误后必须要按一下复位按钮才能重新输入六位数的密码，否则达不到开锁的目的。
在每复位一次的同时计数器C6就技术一次，直到累计错误的次数达到3次，此时报警器报警，报警时间为一分钟。
4.主人回来后，按下解锁开关I1.5，解锁开始主人需按类似以上输入密码的形式输入解锁密码。
过程如下:
I0.2按2次，接着I0.5按5次，接着I0.3按3次，接着I0.6按6次，接着I0.4按4次，接着I1.0按8次，接着I0.7按7下，此过程必须是按照这个顺序按才能解锁，否则无效。
5.此程序可以任意修改密码，改密码的方法有两种：
一，把每个按钮的位置交换一下，就可以达到了输入顺序的改变。
例如I0.2和I0.3按钮交换一下，就必须先按I0.32次后再按I0.23次才能继续向下执行，否则就会错误。
二，可以改变计数器的计数次数，也可以达到修改密码的目的。
因为本设计用的是计数器一旦有人瞎按超过次数就接通计数器C6，累计三次就报警。
这样又起到密码保护的作用，安全系数更高。
4.3梯形图
如图4-2所示，程序梯形图为：
网
络
1
2
3
4
5
6
7
8
9
网
络
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
第5章系统电源设计
PLC控制系统的电源除交流电源以外，还包括给光电传感器和直流电机供电的直流电源。
一般情况下，交流电源可直接与电网相连，而输入设备的直流电源和输出负载的直流电源等最好分别采用独立的直流供电电源，如下图所示；
PLC电源单元的连接：
接线时，在电源单元和供电电源之间连接隔离变压器，变压器的副边不接地，这样可以减少PLC和大地之间的噪声，还可以保证人员的安全。
电源单元的外部接线不多，在接线时要注意以下问题：
1.根据所使用的外部电压数值正确选择电压选择器；
2.在接线过程中不要移去单元顶部的保护标签，直到配线完成。
这个标签可以防止绞线和其他异物进入单元。
配线结束偶把标签移去，否则标签将会堵住冷却通道，阻碍空气流通；
3.RUN输出主要用于紧急停车的控制，使用时RUN接点应与被控电源串联；
4.使用隔离变压器可提高电源的抗干扰能力。
为了改善隔离变压器的抗干扰效果，一是将屏蔽层良好接地，二是变压器的次级输出线采用双绞线，可减少电源线间的干扰；
5.1供电电源：
可编程控制器采用市电（220V，50HZ）。
电网的波动直接影响可编程控制器系统实时控制的精度和可靠性，有时电网的冲击可能给系统带来毁灭性的破坏。
电网的瞬间变化也是经常不断发生的，由此产生的干扰也会传播到可编程控制器系统中。
为了提高系统的可靠性和抗干扰性，PLC的供电系统中一般采用隔离变压器，这样可以隔离掉供电电源中的各种干扰信号，从而提高系统的抗干扰性。
5.2三菱FXCPU内部直流电源
每个三菱FXCPU内部模块均提供了一个24V直流传感器电源和5V直流电源。
24V直流传感器电源可以作为CPU本机和数字量扩展模块的输入，扩展模块的电源以及外部传感器电源使用。
如果容量不能满足所有要求，则必须增加外部24V直流电源，此时外部电源不能与模块的传感器电源并联使用，以防止两个电源电位的不平衡造成对电源的破坏。
但是为了降低电子噪声的干扰，这两个电源
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