基于PLC控制密码锁.docx

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基于PLC控制密码锁

基于PLC控制密码锁

第一章绪论

1.1密码锁的发展------------------------------------------------------4

1.2密码锁的介绍------------------------------------------------------4

第二章密码锁的硬件设计

2.1s7-200PLC的系统组成-------------------------------------------7

2.2控制要求-------------------------------------------------------------8

2.3PLC概述--------------------------------------------------------------9

2.4PLC的选型---------------------------------------------------------11

2.5I/O口分配表------------------------------------------------------12

2.6PLC外部接线图--------------------------------------------------13

第三章密码锁的软件设计

3.1梯形图--------------------------------------------------------------15

3.2程序分析-----------------------------------------------------------22

3.3程序设计的局限性和优点------------------------------------23

结论--------------------------------------------------------------------------------26

致谢--------------------------------------------------------------------------------27

参考文献--------------------------------------------------------------------------28

摘要

本设计是采用西门子PLC来设计密码程序的，程序中应用到了进20个计数器。

设计的密码锁外观图类似与银行取款机台上的键盘。

给人感觉就和那种输入密码的过程一样。

其实不然，本设计中采用了计数器控制的特点，每个计数器的次数设定为几次那么所对应的按键就要按几次。

本设计分为开锁环节和解锁环节，开锁环节设定六个按键有效，解锁环节设定了七个按键有效，这样一来设定的开锁密码位数就大于等于六位，解锁密码位数就大于等于七位了。

要看计数器设定的次数而定。

如果密码锁报警的话必须先输入解锁密码，后输入开锁密码方能解锁。

关键词：

密码锁可编程序控制器梯形图

第一章绪论

1.1密码锁的发展

PLC具有控制能力强、可靠性高、使用灵活方便和易于编程、扩张、通信等一系列优点，是当今及今后工业控制的主要手段和控制核心，因此PLC技术、数控计数、计算机辅助设计、计算机辅助生产以及机器人技术、已并列为现代工业生产自动化的四大支柱。

西门子是中国多个业务领域的领先工业解决方案供应商，在制造业自动化、流程工业自动化、运动控制、驱动、低压控制以及电气安装技术方面提供了各类创新、可靠、高效和优质的产品。

并全面提供系统的解决方案和服务，产品涵盖范围广，在信息、通信、自动化与控制、电力、交通医疗、照明等各个行业领域处于优势。

本设计以德国西门子公司的S7—200系列为主，主要介绍了PLC的产生定义及分类，具体介绍了S7—200系列的组成、性能特点及基本功能，主要性能指标和输入输出系统，通过S7—200 CPU226型PLC介绍了本设计的全过程，从而实现了密码锁的PLC控制。

1.2密码锁的介绍

（1）密码锁功能分析

这部分阐述了密码锁的各种动作功能和控制要求，给出了完整的密码锁操作规程，并介绍了密码锁运行系统种所包括的人工操作步骤。

（2）密码锁基本功能

在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定密码锁本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。

在实际生活中，我们用到密码锁的地方很多，有密码箱。

保险柜等等。

本文是设计密码锁在自动门上的应用，我们在门上装上密码按键，也就是从0到9这十个数字。

在PLC中它分别表示SB0-SB9这十个按钮，键盘上还有确认键，密码修改键，还有个按钮在门中，用门把手来控制是否启动密码锁。

它的基本控制过程为。

1、当输入密码40812453后，再按确认键，门上绿色指示灯亮，表示密码正确，这时将门把手向下扭动，即可打开门。

2、当输入密码错误超过三次时，红灯闪烁，同时发出警报声。

3、当再次锁上门时，可根据需要看是否启动密码锁，如果需要，则将把手向上扭动,密码锁启动，否则不启动密码锁。

4、如果密码泄露，可启动密码2。

密码为198728，启动密码2后。

密码1失效，在正常情况下,也可以选择启动密码1或密码2。

5、在密码确认前，如果失误将密码安错，可按修改键，重新输入密码。

密码锁的工作流程图如图1.1所示。

图1.1密码锁工作流程图

第二章密码锁的硬件设计

2.1S7-200PLC的系统组成

S7-200PLC的系统基本构成

S7—200是西门子公司前几年投入市场的小型可变程序控制器，可以单机控制，也可以进行输入|输出和功能块的扩展。

S7—200属于整体式结构，它价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，具有很高的性能价格比。

根据控制规模的大小（即输入|输出点数的多少），可以选择相应的CPU主机。

除了CPU221以外，其他CPU主机均可进行系统扩张，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。

同其他的PLC一样，S7–200的系统基本组成也是由主机单元加编程器组成。

在需要进行系统扩展时，系统组成中还可以包括：

数字量扩展单元模块、模块量扩展单元模块、通信模块、网络设备、人机界面（HMI）等。

主机单元

S7—200的主机单元的CPU共有两个系列：

CPU21X及CPU22X。

CPU21X系列包括CPU212，CPU214，CPU215，CPU216，CPU22X系列包括CPU222，CPU224，CPU226，CPU226XM。

由于CPU21X系列属于S7—200的第一代产品，不再做具体介绍。

CPU226

①24输入/16输出共40个数字量I/O点；

②可连接7个扩展模块单元，最大可扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O；

③13KB的程序和数据存储器空间；

④6个独立的30 KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出；

⑤具有PID控制器；

⑥2个RS—485 通信/编程口；

⑦具有多点接口（Multi Point Interface，MPI）通信协议；

⑧具有点对点（Point to Point Interface，PPI）通信协议；

⑨具有自由通过信口；

⑩I/O端子排可以很容易地整体拆除

2.2控制要求

用PLC设计一个6位密码锁，实现对重要场所的安全门控。

1、控制要求

（1）输入密码正确时，执行开门信号。

（2）密码输入错误3次以上时，报警，密码输入正确后，取消报警。

（3）重设密码。

2、密码锁面板图如图2.1所示

灯从左到右依次为：

输入密码指示灯，有输入时指示灯，重设密码指示灯 密码正确指示灯，密码错误指示灯，报警指示灯

图2.1密码锁面板图

2.3PLC的概述

2.3.1PLC的产生

20世纪20年代起，人们把各种继电器。

定时器。

接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。

容易掌握。

价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：

设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：

（1）编程方便，可现场修改程序

（2）维修方便，采用插件式结构

（3）可靠性高于继电器控制装置

（4）体积小于继电器控制盘

（5）数据可直接送入管理计算机

（6）成本可与继电器控制盘竞争

（7）输入可以是交流150V以上

（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等

（9）扩展时原系统改变最小

（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要）

2.4PLC的选型

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。

不同型号的PLC其结构形式，指令系统，编程方式，价格等各有不同使用的场合也各有侧重。

因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有重要意义。

PLC的选择主要从机型，容量，输入输出模块，电源模块，特殊功能模块，通信联网能力等方面加以综合考虑，即下面对于几个重要的方面进行选择。

1．I/O的确定盲目选择点数多的机型会造成浪费。

要先弄清楚控制系统的输入输出的总点数，再按实际所需总点数的15%-20%留出备用量为系统的改造等留出余地，后确定所需PLC的点数，I/O点数也是PLC系统规模大小的量度：

I/O口总数=（输入总数+输出总数）*20%+输入总数+输出总数=21 

2．存储容量的选择对于用户存储量只能作粗略的估算，在反对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字/点+输出总点数乘5字/点估算；最后，一般按估算容量的100%-200%留有裕量。

对于缺乏经验的设计者来说，选择容量时留有的裕量应大些即计算如下：

存储容量=（输入总数*5+输出总数*8+计数器定时器总数*4）*（1+200%）=567字 

3．I/O模块的选择在PLC控制系统中，为了实现生产机械的控制；需要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入PLC。

PLC经过计算处理后再将结果以数字量的形式输出，此时也把该输出变换为适合于生产机械控制的量。

输入模块选择是应考虑：

输入信号的不同即数字量和模拟量；根据现场设备模块之间的距离进行选择，一般为５Ｖ，１２Ｖ，和２４Ｖ直流电源。

输出模块有继电器，晶体管和晶闸管３种工作方式，继电器输出用于交直流负载，其特点带负载能力强，但动作频率与相应慢。

综上所述输入模块为数字量输入用２４Ｖ直流电源供电，输出模块是选用继电器输出。

综上所述分析得，选择的PLC为西门子，类型为S7—200系列CPU226,为整体式。

2.5I/O口分配表

根据控制要求及2.2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2.1所示为I/O口分配表。

表2.1I/O口分配表

2.6PLC外部接线口

根据控制要求及I/O口分配表进行PLC外部接线。

其中功能栏里面按钮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。

第三章密码锁的软件设计

3.1梯形图

图3.1

图3.2

图3.3

图3.4

图3.5

图3.6

图3.7

3.2程序分析

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I0.2 2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I0.3 3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I0.4 4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I0.5 5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I0.6 6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I0.7 7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，每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I0.3 2次后再按I0.2 3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。

假如来个小孩随便瞎按，只要不按到复位按钮也有机会被打开，只要按的次数达到要求。

所以在每个开锁部分的计数器后面各加一个计数器，加的计数器设计的次数都比原来的多一次，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。

3.3程序设计的局限性和优点

本设计的特点就是程序太长，使用计数器的数量太多，在输入密码的时候设计的密码位数比较多，很容易输错密码。

因为考虑到如果有小孩在那瞎按，只要按的次数超过设定的次数且不按到复位键，完全有可能把锁打开，毕竟这种几率还是有的。

所以在开锁程序里有分别另外加了六个计数器次数都比前一个多一次，但考虑到计数器用的太多，所以解锁程序里就没有再加更多计数器，这里就存在一定的局限性，也是需要改进的地方。

改密码只能通过改动程序中计数器的技术次数来改密码，不能通过按键改动密码。

不过本程序也有一定的优点，例如密码位数可以任意改动，密码位数为六位以上，和一般概念上的密码锁有所不同，安全系数比较高。

结论

本设计使我学到了很多东西，特别是在想问题方面考虑的都特别的全面周到，增强了我的逻辑思维能力，同时对这三年所学习的东西有了新的回顾，也对西门子系列的一些PLC有了新的认识根据自己所需要到达的要求来选PLC知道如何去选所需要的类型的PLC。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

同时也养成成了独立分析﹑解决问题的习惯，同时也具备了一定的团队合作精神，更重要的是，严谨的学风和端正的学习态度塑造了我朴实、稳重、创新的性格特点。

致谢

在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

参考文献

[1] 孙振强.可编程控制器原理及教程[M].北京：

清华大学出版社，2009

[2] 王兆明.可编程控制器原理、应用与实训[M].北京：

机械工业出版社,2008

[3] 许謬.电机与电气控制技术[M].北京：

机械工业出版社,2008

[4] 许謬,王淑英.电器控制与PLC控制技术[M].北京：

机械工业出版社,2008

[5] 电气控制原理与设计，工厂电气控制技术及其他有关教材

[6] 电工手册

[7] 机床设计手册（５）上、下册

[8] 组合机床设计（电气部分）第三册

[9] 低压电器产品样本上、下册

[10]工厂常用电气设备手册上、下册其他有关产品手册

[11]PLC原理及应用教材

指导教师评语及成绩评定

论文成绩：

指导教师（签字）：

年月日

答辩小组评语及成绩评定

答辩成绩：

毕业设计成绩：

答辩小组负责人（签字）：

年月日

答辩委员会审定意见：

答辩委员会主任（签字）：

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