综合课程设计PLC实现密码锁设计（完整图纸）

1、摘 要可编程序控制器（plc）是综合了计算机核技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，近年来在工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用走越来越广，成为现代工业控制的三大支柱之一。plc具有结构简单，编程方便面，功能完善，可靠性高，体积小，维护方便等特点，近年广泛用于各种控制。如电动机的启动与正反转，机床的电气控制，安全门（门的质量大，用电机托动）的等。现在市场上的密码锁有很多,机械的密码锁、有单片机控制的密码锁、也有plc控制的密码锁，还有计算机控制的密码锁。本设计主要以plc强大的逻辑

2、、计数、计时功能来设计密码锁。cad图纸，联系153893706目 录摘要i1 综合分析12 拟定方案33 硬件部分53.1 plc的选择43.2 i/o的分配 7 3.3 plc的接线图8 3.4 输出继电器的选择8 3.5 电磁锁选择93.6 电铃选择103.7 热键选择104 软件部分11控制系统的梯形图11控制系统的程序14总结16参考文献 171 综合分析当今市场上的密码锁很多，有机械式的，有单片机控制的，也有电脑控制的、还有plc控制的。这些密码锁的用处也很广泛，如保险箱、安全门、还有一些大型企业的库房等。机械式的密码锁大多用天保险箱等小门上，易于安装，机械密码锁的机械结构复杂，制

3、造工艺复杂，造价高且保密性也不是很好。单片机的密码锁，易于实现，便于控制，在批量生产时成本低，但是在单个生产是成本就高了，单片机的知识结构复杂不易学，对使用者来说操作有困难。plc控制的密码锁主要用plc的逻辑功能来实现，plc还包含有计数和定时功能，这些功能都可能用到密码锁里面去，从增加密码的复杂程度，这对财产的保密性有了很大的提高。单片机也有这些功能，但是它需要多个芯片共同合作来完成，增设扩展槽和接口。而且单片机是一块一块的芯片，没有一个固定和整体结构，还要增加一些电路板。plc就不同了，plc是一个整体结构，在plc里面包含了很多的功能块，且它的对环境的要求也不高，在环境比较特殊的情况下

4、也能正常工作（如潮湿、温度较高、粉尘、磁场大等）。单片机与它相比就逊色多了，因为以上的工作环境都会引起单片机的工作不稳定，易出现事故（如线路短路、老化、干拢强等）。plc的结构不难，易学、易操作。plc的i/o接口众多，可以控制多个输入输出口，且能正常工作，用plc设计的密码锁可用于一般家庭里的门控制，用plc的输出端接一个中间继电器，利用继电器来控制一个电磁锁的线圈与电源的通断，通电时线圈产生强大的电磁力，电磁力克服弹簧力，即可以打开门。再在plc的输出端接一个继电器，用来控制电铃的与电源的通断。当有人盗取密码而使控制电铃的继电器动作，电铃响即为报警。也可以用plc来控制一些大型企业库门，比

5、如说，库门的质量很大，有几吨吧，人为的开启和关闭非常困难，只有通过电动机来带动。用plc来控制电动机的开启，和正反转。以这样的方式来实现门的开关。如果电机拖不动可用液压来实现。同样也在plc的输出端接电铃控制开关，以防盗用。由于是市场经济，设计主要考虑多用户、小成本、实用、好用，所以选用控制电磁锁为主进行设计。对于密码肯定要要按密码键，键的多少直接关系到密码的复杂程度以及财产的安全性。密码键少了，易被别人以试探出来，这样不好。密码键多了虽然能解决密码复杂程度的问题，但是密码键越多也就是说plc的i/o接口越多，也就关系到plc的价格问题。因为plc的i/o接口起多价格越贵，功能越大。虽说功能越

6、大，在扩展方面有很方便，这对个体用户来说是不适用的。我们可以借鉴一些密码锁，如银行提款机的密码。它是09个键加一些功能键，从10位数字中选6位来作为密码并排序。它的密码可有多少个是算的出来的（6位数字的密码）：个，够多了。银行提款机的密码是用电脑控制的，对设计密码位数可以随便取，若不够加一个扩展槽就是了，但是对plc来说就不行了，因为一扩展就要增加成本。现在市场上的plc品牌比较多，如西门子、三菱、欧姆龙、松下、a-b公司等，这些厂家生产的plc的i/o接口都非常有限，如西门子s7-200系列的plc，cpu212的i/o接口为8/8，cpu214的i/o接口是14/14，cpu215的i/o

7、接口是14/14。s7-200 cpu22x的i/o接口有6入/4出、8入/6出、14入/16出和24入16出。而三菱公司的系的plc是的i/o接口有256个i/o接口。a-b公司plc-5系列的plc主要用于大、中、小型企业，所以接口数都比较多。若我以提款机为例则要14个输入接口，2个输出接口。可选用s7-200系列中的cpu214，但是我所选用的plc以后想再扩展就困难了，所以不可取。若选用09间的部分数字则密码的复杂程度要减少，也不行。以上想法都没有充分利用plc的计数功能，我选用9中的部分数字，通过按键次数和排序来作为密码，这样的密码的复杂程度就增加了，若选用04个键作为密码键，再加紧

8、上3个功能键才十一个键，可发设置的密码数为个，因为按键可以是任意个数字，若以10以内的数字为例则有240000个密码，这对家庭用户来说已经够用了。所以选用一个8键的密码锁来设计。2 拟定方案方案一用plc中的计数器和与逻辑功能来实现，选用04个4个数字，通过5个键按键顺序和按键次数来设置密码，如按键顺序为43201,按键次数分别为87342等，当按键次数和按键顺序都正确时按下启动键才能开锁。若输错密码累记3次则系统报警。修改密码时，可以调换plc的i/o接口的接头和修改计数器的计数次数，所以比较方便。这种方案被破密的概率为。若我们取按键的次数在10以内时，被破密的概率为方案二还是用plc的计数

9、器和逻辑功能来编程，不过只用少许的几个键，也只选用04个数字中的3个数字排序，再用按键的次数来确定确定锁的开与关。当输入数字正确且按键的次数正确时候才能开锁。否则不能开锁，当输错密码的次数达到一定的数值时和按错密码键时，警铃响。另外没有用那的那两个键设为密码陷阱,当有人不小心按到陷阱键时,警铃就响。这样可以提高系统的防盗性。修改密码时可以通过调换i/o接口的顺序，也可以修改计数器的计数次数。该方案的安全度为，若我们取按键的次数在10以内时，安全度为，这种概率已经很低了，由于有报警键就进一步提高系统的防盗性。方案三 在方案一和方案二的基础上再加一个键，也就是说有9个按键，将这9个按键可设为正方形

10、，将按键和plc的输入接口间设置成旋转式的（就像老式的电话机一样，通过旋转的角度来拨号）只有将键拨到正确的数字上，再输入正确的按键次数来开启锁。经以上三种方案的比较最终选定方案二。因为方案二所用的plc的接口比方案一少，且比方案一经济和安全。方案三虽然比方案二安全，是增加了额外的设计增加了设计任务，且增加经费。方案二已经够安全了，所以方案三也就用不着了。根据方案二的设想，绘出密码锁的系统原理图：图13 硬件部件3.1 plc的选择由于开锁的密码是04五个键，外加启动、复位和停止键共八个键，也就是说所要找的plc只少有8个输入端口。输出接口要两个，一个接电磁锁的电源开关；另一个接警铃，即plc的

11、输出端口只少有两个输出接口。（ 1 ）对输入 / 输出点的选择 盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。要先弄清除控制系统的 i/o 总点数，再按实际所需总点数的 15 20 留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 plc 的点数。 另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ； plc 每个输出点的驱动能力（ a/ 点）也是有限的，有的 plc 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 plc 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。 ( 2 ）对存储容量的选择 对用户存储容量只能作粗

12、略的估算。在仅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 / 点来估算；计数器 / 定时器按（ 3 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。（ 3 ）对 i/o 响应时间的选择 plc 的 i/o 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟

13、（一般在 2 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， plc 和 i/o 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 i/o 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。 （ 4 ）根据输出负载的特点选型不同的负载对 plc 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 plc 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 plc 。 （ 5 ）对

14、在线和离线编程的选择离线编程示指主机和编程器共用一个 cpu ，通过编程器的方式选择开关来选择 plc 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， cpu 只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个 cpu ，主机的 cpu 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。（ 6 ）据是否联网通信选型 若 plc 控制的系统需要联入工厂自动化网络

15、，则 plc 需要有通信联网功能，即要求 plc 应具有连接其他 plc 、上位计算机及 crt 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。（ 7 ）对 plc 结构形式的选择在相同功能和相同 i/o 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 plc 的结构形式。西门子s7-200系列的部分plc如下表技术指标项目cpu212cpu214cpu215体积(mmmmmm)160806219780622188062存储器程序区(e2prom)512(字)2k(字)4k(字)用户数据区512(字)

16、2k(字)2.5k(字)内部存储位128256256存储器插卡无有(e2prom)有(e2prom)附加的电源插卡无200天200天停电保持时间50小时190小时190小时输入/输出本机i/o8di/6dq14di/10dq14di/10dq最大扩展模块数277i/映像寄存器o64di/64dq64di/64dq64di/64dq模拟i/o(扩展)16ai/16aq16ai/16aq16ai/16aq可选输入滤波器不可可可指令系统;逻辑运算执行时间1.2/指令0.8/指令0.8/指令计数器/定时器64/64128/128256/256for/next循环无有有整型数运算有有有实型数运算无有有p

17、id功能无无有通信功能通讯口数1(rs 485)1(rs 485)2(rs 485)支持的协议port 0ppi,自由口ppi,自由口ppi,自由口port 1dp表1根据以上选择plc的七点要求，再将表1中plc作比较，最终确定用cpu214的plc，因为cpu212的plc的i/o接口刚好合适，但不能再扩展，不符合原则1。cpu215的所有参数都可以用，但是它的i/o接口过多，内在也较大，很方便扩展，但是价格上贵于cpu214。为了经济合理所以选用了cpu214的。cpu214的plc的具体参数如表1。3.2 i/o分配由于所设计的密码锁只要6个输入接口和两个输出接口，由于s7-200 c

18、pu214的接口有14输入和14输出，所以没有用完，这不是没有充分利用plc的i/o接口，是为了以后对plc密码锁的升级所用。比如说，当家里有非常重要的物品时，可以将密码锁的按键设的多点，也就是说将按密码键的数和报警键增加一些以提高密码的复杂性。i/o接口的具体分配如下表：按键输入接口控制功能输出接口控制功能0i0.0控制0的输入总人数q0.0控制电磁锁与电源的通与断1i0.1控制1输入总人数q0.1控制电铃与电源的通与断2i0.2控制2输入总人数3i0.3控制3输入总人数4i0.4控制4输入总人数启动i0.5输入密码后的确定键复位i0.6取消输入的密码停止i0.7关锁的的用键表23.3 pl

19、c的接线图 接线图的如图二所示。由于plc自带有电源，即内部电源一般为524v，也可以接外部电源。cpu214的输入电压为24伏；输出继电器触点容量为2a，电压范围为530v（dc）或5250v（ac），如果用大容量的系统中，一定要注意plc的输出保护。在该plc系统中，有人操作按键，所以用plc的内部电源。系统的输出是用继电器的动作，继电器的动作电压是220伏，所以用外部电源。具体的i/o分配情况如图2。图23.4 输出继电器的选择plc输出的与连接两个继电器，通过继电器的工作来控制电铃和电磁锁的开与关。继电器的主要作用是在电路中起信号的传递，用这样的继电器不仅可以实现多路控制，并且可以将小

20、功率的控制信号转换为大容量的触点动作，以驱动电气等执行元件工作。选用继电器主要依据控制电路的电压等级， 还要考虑继电器的触点的数量，种类及容量是否满主控制线路的要求。在该控制系统中plc的输出电压是220v.，所以继电器的工作电压是220v，至于继电器的工作触点有两个及两个以上的都行。由于现市场上的继电器牌子比较多，价格也不同。根据继电器的工作环境和触点动合的次数来选，用一般继电器就能满足要求。查新型继电器实用手册，选用型号：g2r-2-s 的继电器。具体参数如表3表3继电器g2r-1-s线圈参数触点参数一般参数线圈电压6220v dc6380v ac触点负载5a 250v ac5a 28v

21、dc绝缘电阻环境温度接触电阻线圈功能触点与线圈间耐压1500v ac机械寿命次电气寿命次触点与触点间耐压1500v ac质量3.5 电磁锁选择 由于电磁锁在市场上能够买到，所以就不用设计。这里要说明的是在选购电磁锁是要注意电磁锁的磁力。因为磁力的大小将关系到能不能打开门。磁力小了即使输入正确的密码也不能打开门，那是因为电磁锁是用电磁力来克服弹簧的弹力来使插销退回到插槽中去，磁力小了就不能开门了。标准性的合格磁力锁，一般都提供12v和24v两种输入电压（单线圈和双线圈之差），它们通过跳线来进行选择、切换。判断一把磁力锁的优劣，有以下几种方式：a、看电路板，劣质的磁力锁从电路板即可判断出来，劣质的

22、磁力锁电路板印刷粗糙、布局异常简单，没有使用压敏电阻（也就是突波器，一般有两个），且只有一组电压输入。b、测电阻先把磁力锁的12v及24v的切换跳线拔掉（注意：无需通电），一般均有4个接线柱（跳线处），测其红、黑两条线，电阻在50欧姆左右的为佳。c、通电后测电流数值，把磁力锁通12v电压后测其电流值，与标注值相符者为佳。280kg（600磅）的磁力锁一般在400-450毫安的为佳，若小于450毫安就不够拉力；若通24v电压时，其标注值或实际值应为200毫安。d、绝缘值，标准合格的磁力锁其锁体的绝缘值应为无穷大的为好，具体数值应在50兆欧姆以上；具体测试位置为截钢片与锁体输出线（任一条）。e、截钢片的垂直度，截钢片原则上要尽量减少用手触摸或沾有污迹，合格的磁力锁截钢片的垂直度及平行度越标准越好。截钢片电镀的好坏要以截钢片上有无氧化痕迹。f、无残磁，一般磁力锁的锁片采用纯铁