基于PLC电子密码锁.docx
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基于PLC电子密码锁
一、题目：
基于PLC电子密码锁设计
二、内容与要求：
1.培养学生运用学生基础理论，专业知识及基本技能来分析和解决实际问题的能力。
2.收集有关论文的方面的相关知识和各种材料质询相关人士，在指导老师的帮助下完成毕业设计。
3.本设计以德国西门子公司S7-200为核心，完成电子密码锁的设计，本设计要求易于操作，安全系数高，使用方便等优点。
三、设计（论文）起止日期：
任务下达日期：
年月日
完成日期：
年月日
指导教师签名：
年月日
四、教研室审查意见：
教研室负责人签名：
年月日
基于PLC电子密码锁设计
摘要本设计是采用西门子PLC来设计密码程序的，程序中应用到了近20个计数器。
设计的密码锁外观图类似于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了，解锁密码位数就大于等于七位。
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开锁。
关键词PLC电子密码锁梯形图
BasedonPLCelectroniccombinationlockdesign
AbstractThedesignisusedtodesignthepasswordSiemensPLCprogram,theprogramappliedtonearly20counter.ThecombinationlockappearancedesignsimilartoabankontheATMfigureofthekeyboard.Giveapersonfeelandthatkindofinputpasswordastheprocess.Actuallyotherwise,thedesignwiththecharacteristicsofthecountercontrol,thenumberoftimeseachcountersetforseveraltimessoofthecorrespondingkeytobeafewtimes.Thisdesignisdividedintothelockandunlocklinklink,thelocklinksetsixkeyeffective,unlockthelinksetsevenkeyeffective,sotheunlockpassworddigitssetwasbiggerthantheequaltosix,unlockpasswordwasbiggerthantheequaltosevendigits.Toseethenumberofcountersetanddecide.Ifthecombinationlockalarmwordsmustfirstinputunlockpasswordinputunlockpasswordcanunlockafter.
Keywords:
PLCelectronicLocksladderDiagram
一、题目：
基于PLC电子密码锁设计1
二、内容与要求：
1
三、设计（论文）起止日期：
1
四、教研室审查意见：
1
摘要I
AbstractII
引言1
第1章电子密码锁的背景及应用2
1.1密码锁的发展2
1.2电子密码锁的概念2
1.3电子密码锁的性能特点2
1.4电子密码锁的电路组成部分3
1.5电子密码锁的应用3
第2章密码锁的硬件设计4
2.1S7—200PLC的系统组成4
2.1.1S7—200的系统基本构成4
2.1.2主机单元4
2.2控制要求5
2.3PLC的选型5
2.3.1I/O的确定5
2.3.2存储容量的选择6
2.3.3I/O模块的选择6
2.4I/O口分配表6
2.5PLC外部接线图8
第3章密码锁的软件设计9
3.1梯形图9
第4章程序设计的局限性和优点19
结论20
致谢21
参考文献22
引言
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。
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—200CPU226型PLC介绍了本设计的全过程，从而实现了密码锁的PLC控制。
第1章电子密码锁的背景及应用
1.1密码锁的发展
随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的提高,安全成为现代居民最关心的问题之一。
而锁自古以来就是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高,即要安全可靠地防盗,又要使用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
据有关资料介绍，电子锁得研究从30年代就开始了，在某些特殊场所早就有所应用。
研究这种锁的初衷，是提高锁的安全性，因为电子锁的密码钥量（密码量）极大，可以和机械所配合，避免因钥匙被仿制而出现的问题。
在安全性极高的前提下，他的另一个特点是无需钥匙却被越来越多的人所欣赏。
因为电子锁只需要记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们的烦恼，电子所得种类繁多，从大的方面讲可能有数十种，例如数码锁、指纹锁、卡片锁、磁卡锁、生物锁等等。
但是能谈的上实用一些或者大众化一些的还是按键式电子密码锁，这是一种操作方式类似于银行取款机式的电子锁，通过键盘上的数码按键依次输入一组密码，如果密码与内部已约定的密码相同，则输出一个电信号，以驱动电磁铁或者小马达将门闩打开，完成一个开锁过程。
1.2电子密码锁的概念
电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子锁不适用金属钥匙，保密性、精度都有很大提高。
电子所得发明思路，源自古代发明的自动机械，例如古希腊数学家赫伦的液压自动门，中国古代诸葛亮的木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛的用途乃是用在古代木道德地下机关。
电子工业的诞生，使得一微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日潜力的跃进。
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，同时锁会自动开启。
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。
第2章密码锁的硬件设计
2.1S7—200PLC的系统组成
2.1.1S7—200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。
2.1.2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，下面介绍CPU226的特点：
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30KHZ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（MuftiPointInterface，MPI）通信协议；
⑧具有点对点（PointtoPointInterface，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
（1）如图2-1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2-1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。
2.3PLC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。
2.3.1I/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
2.3.2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
2.3.3I/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。
类型为S7—200系列CPU226,为整体式。
2.4I/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配表。
表2-1I/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
图2-1PLC外部接线图
2.5PLC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。
第3章密码锁的软件设计
3.1梯形图
如图3-1所示，程序梯形图为：
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25
图3-1程序梯形图
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I0.22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。
第4章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。
对于年老的人来说，恐怕是一个考验，因为数目多了，加上记忆力下降，很难记住这些数目。
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
经过这次毕业设计让我把大学的所有的课程都复习了一遍。
用西门子PLC设计梯形图，开始还有点不习惯，之所以用西门子PLC做毕业设计也是因为想对西门子PLC有更深刻的了解。
经过查看资料和复习，是我对西门子PLC产生了浓厚的兴趣，同时对西门子PLC已经熟悉掌握。
密码锁这个课题是个很有趣的课题，之所以选择这个课题也是因为对它产生浓厚的兴趣，亲自设计一个密码锁的程序出来感觉特别的有成就感。
当然，我设计的跟现实中的密码锁还是有一定的差距的，还存在一些不足，比如：
梯形图不够简便，达到一定的效果比较复杂，编程的方法不够简便，输入密码的过程比较复杂，容易出错等等。
不过我设计的程序还是存在一定的优势的，比如：
设计的程序安全系数高，密码比较繁多不容易破解，设计比较全面。
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，同时对大学所学习的东西有了新的回顾。
致谢
大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。
首先诚挚的感谢我的论文指导老师蒋玲玲老师。
她在忙碌的教学工作中挤出时间来审查，修改我的论文。
还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
感谢大学期间陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我的大学生活更加充实。
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
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