楼宇智能门禁PLC控制系统设计【毕业作品】

BIYESHEJI(201届)楼宇智能门禁PLC控制系统设计DesignofintelligentbuildingentranceguardcontrolsystembasedonPLC所在学院电子信息学院专业班级电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月日

摘要在安防系统中，门禁系统是一个必要的组成部分，本文是从整体上讲述了门禁系统的设计方案以及分析智能门禁系统的组成和应用。分别讨论了门禁系统通过I/O卡读入门状态及开关门，实现双门互锁、像片显示、声音报警等诸多功能，并且也讲到了门禁系统实时监测统计与考勤、电子巡更功能；从系统结构方面，详细研析了后台计算机、配电及通信中继、门禁控制器、读卡器、密码、锁及相应的管理软件的原理，简单讲述了本设计方案的特点。关键词：门禁系统；控制器；读卡器；智能门禁

AbstractAccesscontrolsystemsecuritysystemisanecessarycomponent,thispaperexpoundstheaccesscontrolsystemdesignandanalysisofintelligententranceguard'scompositionandcharacteristicsofapplication.DiscussesrespectivelytheaccesscontrolsystemviatheI/Ocardreaderentrystateanddoorswitch,achievethedoubleinterlocking,photodisplay,voicealarmandotherfunctions,andalsospeaksoftheaccesscontrolsystemrealtimemonitoringstatisticsandattendance,electronicPatrolfunctions;fromthesystemstructure,thedetailedanalysisofthebackgroundofcomputer,powerandcommunicationsrelay,accesscontrolcontroller,acardreader,passwordlockandthecorrespondingmanagementsoftwareprinciple;simplynarratedthedesignfeature.Keywords:Accesscontrolsystem;controller;cardreader;intelligentcontrol

目录1绪论 11.1研究背景和意义 11.2国内外研究现状 11.3主要研究内容 21.4论文内容概述 22控制系统分析 32.1门禁系统的结构 32.2门禁系统类别介绍 62.3电机及驱动介绍 72.4防盗报警 73控制系统硬件设计 93.1控制系统组成 93.2主控制电路 93.3PLC控制电路 93.3.1PLC选型 103.3.2PLC的I/O地址定义 143.3.3控制原理 154控制系统程序设计 164.1编程软件介绍 164.2编程指令介绍 174.3系统程序设计流程图 194.4系统控制程序梯形图 205控制系统操作分析 256总结 26致谢 27参考文献 281绪论1.1研究背景和意义随着现在社会科学技术的日新月异、飞速发展，人们也感觉到高科技带给他们非常大的方便和好处，正因如此，人们对于科技服务生活的要求也越来越高。可随着科学技术的发展，同时也带来了很多不安全的方面，譬如，运用高科技手段进行抢劫、盗窃和间谍等犯罪行为也与日增多。怎么才能使得人们的安全防范措施跟上科技的发展的脚步，更好的阻止这些高科技犯罪行为的侵犯呢？仅仅靠那些普通的门锁、防盗门或监控、报警等普通的系统是远远不够的。于是，智能门禁系统成为千呼万唤中应运而生的产物。智能门禁系统是一种综合了多种高技术的产品，它涉及机械、电子、通信技术、计算机技术等诸多高新技术领域。现在，门禁系统广泛应用于金融机构、外企、写字楼、宾馆及高档住宅小区等多方面领域。在生活应用方面，除了可以替代钥匙控制人们的出入外，还增加了分时段控制、考勤、消费统计、薪资计算等各种强大的管理功能。当然门禁系统的配套应用，以及借助网络来实现网络化操作，更大大方便了使用者，同时也极大地提升了单位的形象，提高了管理效率，深受使用者的喜爱。近些年来，大部分企事业单位、金融机构、图书馆等各种场所安装或改造了智能门禁控制系统。1.2国内外研究现状在现如今的欧美，门禁系统市场的发展已经日趋成熟，细化产业分工，而且在市场供应上也占据着很大一部份。在国外，门禁系统的知名品牌有西屋（WSE）、洛泰克（NTK）、英国的集宝、以色列的DDS、美国的休斯（HID）等等。其设计开发的门禁系统的安全性较好，可是价格也相当的贵，整套系统的报价一般均在万元左右，其中包括密码、门锁、读卡器、软件、控制器等部分。不过由于各个公司之间的激烈竞争，为了能在梦境市场中能站住脚，门禁产品的价格也在不断的下降，使得现如今一整套系统的报价在1000美元上下，已经普遍运用到很多领域。由于技术的发展与市场的成熟和开放，门禁系统这一行业已经打破了由一些大公司垄断的格局，现今人们可以很方便地从不同公司采购到个部件设备，然后自己进行系统集成整套系统的安装【1】。在亚洲和中国，门禁系统还处于初始成长阶段。人们对门禁系统的认知还只停留在教育认识和试用阶段。现在国内从事门禁系统行业的有门吉利、北京青云等公司。在技术方面，中国目前也有多个厂家，仿造国外优秀的门禁系统，可是生产读卡器和IC卡的关键性技术则被欧美以及部分亚洲国家垄断，而真正能大批量生产的国家也只有美国；德国、英国次之；台湾、日本、新加坡处于同档次；中国正处于起步跟进阶段。虽然国内实行了“金卡工程”，还对非接触式IC卡的技术开发与应用给予了高度重视，但是智能门禁系统的使用在国内还处于发展阶段，因此门禁系统理论的研究就显得非常重要。1.3主要研究内容智能门禁系统的设计主要分为两个部分：硬件系统和软件系统。硬件系统包括门禁系统主电路的设计和相关PLC的选型及其电路设计；软件系统包括非接触式IC读写程序、防冲突程序等的设计和串口通信程序的编写，以及智能门禁系统管理界面的设计。以红外识别技术为基础，按照国家标准，设计出完整的网络化门禁系统的设计方案。针对系统硬件和软件之间建立的通信协议，采用PLC技术来完成二者之间的串口通信。1.4论文内容概述论文的简单内容如下：第1章：绪论。介绍研究背景和意义、国内外研究现状及主要研究内容。第2章：控制系统分析。主要介绍门禁系统的结构，并讨论了门禁系统类别介绍、电机及驱动和防盗报警系统。第3章：控制系统的硬件设计。介绍了控制系统组成、主控制电路、PLC控制电路，其中包括了PLC选型、PLC的I/O地址定义和控制原理。第4章：控制系统程序设计。主要是对编程软件介绍、编程指令介绍，也讲述了系统程序设计流程图、系统控制程序梯形图。第5章：控制系统测试结果分析。主要讲了控制器操作说明和对系统运行结果的分析。在文章最后，对本文设计进行了全面的总结，并提出了后续研究的方向。

2控制系统分析本课题研究的是一套完整的单机门禁控制系统，即阐述了门禁控制系统的基本系统组成：钥匙+密码+读卡器+控制器+开关门机构；又在其基础之上融入防盗报警系统，利用各种保护手段构成了以单屋（门、窗）为假想保护对象的系统。进出人员可以以不同的身份级别以不同的方式进出房间，例如：钥匙、密码、卡、钥匙+密码、钥匙+卡、密码+卡、钥匙+密码+卡等方式中的一种或几种。2.1门禁系统的结构本设计控制系统示意图如下，主要包括门禁实物模型本体、门窗开关机构、中央控制室、非接触式ID卡读卡区、密码信号输入区、钥匙信号输入区、输入输出接口区、可编程控制器（用户自备）、上位计算机（用户自备）等。如下图所示：图2-1-1控制系统示意图门禁实物模型本体用于安装门禁控制系统；门窗开关机构主要包含有执行机构及检测机构：执行机构：包含开关门电机、开关窗电机、系统状态指示灯等；检测机构：包含红外报警检测单元、电式到位检测单元等；中央控制室安装有开门/关门、开窗/关窗、消防及报警指示灯，用于指示当前系统工作状态；消防开关，用于当系统出现消防事宜时，控制人员操作此按钮，使系统进入“消防”状态；解除报警按钮，用于控制人员解除系统报警信息非接触式ID卡读卡区本区域安装有非接触式ID卡读卡器（配置3张ID卡）及后续处理电路；由于读卡器本身输出信号为韦根信号，不能直接被PLC数字量输入端接收，所以，需加后续处理电路，以便将该信号转换为两位数字量信号输出。具体框图如下：图2-1-2非接触式ID卡读卡区框图首次系统上电后，需对配套ID卡进行识别定义，具体方法如下：按压密码输入区“确定”按钮3S以上，直至读卡器发出长“嘀——”声，松开；依次将三张ID卡靠近读卡器有效读取区（读卡器依次输出三次短“嘀——”声）；再次按压“确定”按钮3S以上，直至读卡器再次发出长“嘀——”声，松开；此时，用户卡片级别确定：首先被识别的级别最低、中间被识别的为中间级别、最后被识别的级别最高。具体如下表：用户卡片级别表级别ID1输出ID2输出级别一01级别二10级别三11密码信号输入区安装有0～9、确定、取消共12个复位按钮，经后续处理电路，输出A、B、C、D共4位BCD码。具体框图如下：图2-1-3密码信号输入区框图密码信号输入的表格如下：密码信号输入表按键密码A密码B密码C密码D十六进制100011200102300113401004501015601106701117810008910019取消1010A01011B确定1100C钥匙信号输入区安装有暗锁及钥匙插孔，当正确的钥匙插入钥匙孔并拨至“开”状态时，“钥匙”信号输出端输出信号“1”，反之为“0”。输入输出接口区安装有输入输出接口端子及电源输入端子，用于系统信号的输入输出接线及电源供给。注意整套系统供电电源为DC24V。可编程控制器本系统采用可编程控制器（PLC）作为控制机构元器件，它负责整个系统输入、输出信息的处理和储存、控制。它验证不同的进出请求信息（密码输入信号、门禁读卡器输入信号、钥匙输入信号等）的合法性，并根据出入规则判断其有效性，如若有效则对执行部件发出动作信号，实现开关门动作；另外，它还接受系统各种检测信息（例如：门开到位、门关到位、窗开到位、窗关到位、红外报警等），并根据检测信息进行不同的响应，如防盗报警、消防报警等。上位计算机安装有PLC编程软件的计算机作为上位编程工具，对PLC进行不同类型的编程、下载、监视等操作，使PLC实现不同的控制功能。2.2门禁系统类别介绍门禁系统分为联网式和非联网式。2.2.1非联网式是指各自独立、分别控制、不形成网络控制的系统、密码键盘控制的门禁系统。该系统的主要优势是：2.2.1.1系统较为简单，并且总体造价低。2.2.1.2它适用于系统较小（多为单门）、保安级别要求不高的场所。2.2.2联网式是指通过电脑网络服务器将多个单独的控制器系统的联系在一起组成的一个控制系统在该系统中，各个控制器相对独立，却又紧密相连。既可以单独控制，又可通过电脑集中控制。其主要类型有：读卡式（磁卡式、IC卡式），读卡密码式等。该系统的主要优势是：2.2.2.1系统扩展性好，可以随时增容扩展。2.2.2.2系统功能较为强大，不单单具有一般的进出口控制功能，并且还具有特殊的报警、延时和定时开关门等多种功能。2.2.2.3系统管理较为方便，可随时修改数据(增加/删除卡片)，记录查询，进行特殊功能的操作，而且系统自动存储的各种历史记录及报告可以随时调出打印。2.2.2.4系统安全性能很高，可以实现各种分级授权管理，并且系统对工作人员的每一步操作都自动记录备份，方便以后查询。2.2.2.5系统工作稳定可靠，其硬件和软件都是经过数年的品质证明。2.3电机及驱动介绍电机是电动机（俗称马达）的简称，是一种将电能转换称为机械能的装置。在运动控制系统中主要用作执行部件。它的基本工作原理是利用电流通过一个恒定的磁场中的导体所产生的电磁力来驱动导体运动而产生动力。常用的电机有直流电机、交流电机和步进电机。直流电机是由磁极、电枢绕组、电刷和换向器组成的。通过控制电枢绕组中电流的方向和大小，就可以控制直流电机的选装方向和速度。它具有控制简单启动转矩大，体积小，质量轻，效率高等优点。直流电机的驱动方式有很多，其中很常用的一种叫做脉宽调制。脉宽调制（PWM）通常称为PWM伺服放大技术，它是利用改变电压脉冲宽度来达到变压的目的的一种控制技术。调速范围宽，效率高是它的主要优势【2】。2.4防盗报警防盗报警是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施，一旦发生突发事件，就能通过声光警报或电子地图提示值班人员出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警主机与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。其用途是在防范地点安装好主机后，并设置在布防状态。一旦有盗贼闯入防范地点，探测器立刻发射无线编码信号，安装在距防区120米以内的主机立即发出警笛声报警，该系统具有探测灵敏，抗干扰强，报警准确可靠，安装、操作简便等优点，是一种实用新型的家用/商用防盗产品（可选配：无线烟感探头、无线燃气探头、无线对射、卷闸门磁、无线紧急按钮、信号中继器等）【3】。现在防盗报警的种类主要有：1.电话报警器、2.红外线报警器、3.声光报警器、4.监控摄像机、5.红外探测器、6.门磁窗磁、7.红外对射、8.变压器防盗报警器。

3控制系统硬件设计3.1控制系统组成图3-1系统组成框图钥匙、密码、刷卡器（开门方式）：用于信号输入的。PLC控制器（即中央控制器）：相当于计算机的CPU，负责整个系统输入、输出信息的处理和储存，控制等等。指示灯：用于中央控制器处理信息的提示。开关门机构:门禁系统的执行机构，用于控制门的开/关。报警系统：对违规行为发出警告，声音输出部分。3.2主控制电路图3-2-1开/关门主电路图3-2-2开/关窗主电路3.3PLC控制电路图3-3PLC控制电路工作过程如下：（1）开门：当接收到密码、钥匙、卡的开门信号后，控制器发出开门指令，接触器KM1线圈通电，电机通电后正转进行开门动作，开门到达限位开关（与I0.6相连），限位开关的常闭触头打开，常开触头闭合，接触器KM1线圈断电，电机停转，开门动作完成。（2）等待：常开触头闭合，等待预设时间后常开触头断开。（3）关门：在接收到关门信号后，控制器发出关门指令，接触器KM2线圈通电，辅助触头闭合完成自锁，主触头闭合，电机反转进行关门动作，限位开关（与I0.6相连）复位，门完全关闭到达关门限位开关（与I0.7相连），限位开关的常闭触头打开，接触器KM2线圈断电，电机停转，关门动作完成。（4）开、关窗的原理与开、关门相同。（5）消防报警：当有火灾发生时，功能开关（与I1.5相连）闭合，消防指示灯亮；当非法行为破坏门或窗时，功能开关（与I1.2相连）闭合，报警指示灯亮。遇到重大故障可以使用启动/停止开关实现停止和启动。3.3.1PLC选型3.3.1.1可编程控制器的选择CPU224本机集成了14点输入/6点输出共有20个数字量I/O。可连接２个扩展模块，最大可以扩展至84点数字量I/O点或10路模拟量I/O点。CPU224有8K字节程序和数据存贮空间，4个独立的30KHｚ高速计数器，２路独立的20KHｚ高速脉冲输出，具有PID控制器。它还配置了１个通讯/编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力。3.3.1.2可编程序控制器的发展与计算机的发展相似，目前的可编程序控制器是向两个方向发展的。一是向小型、简易、价格低的方向发展，譬如OMRON公司的CQM1、SIEMENS公司的S7-200这类可编程序控制器。这类的可编程序控制器是可以广泛地替代继电器控制系统，用于简易的单机控制和规模较小的自动化生产线控制。二是向高速、大型、多功能和多层分布式全自动网络化的方向发展。这类型的可编程序控制器普遍为复杂的多处理器系统，有很大的存储能力和强大功能的输出输入接口。系统不但具有逻辑运算、计数、计时等多种功能，还具备数值运算、实时监控、模拟调节、记录显示、数据传送、计算机接口等各种功能，并且也可以进行智能控制、远程控制、中断控制、过程控制等等。通过计算机网络可以与上位机通讯，配备彩色图像系统、数据采集系统、数据分析系统的操纵界面，能够实现自动化工厂的全面要求。.3.3.1.3可编程序控制器的特点和分类国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器作了如下的规定：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备、都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出了可编程序控制器的特点和应用领域【4】。3.3.1.2.1可编程序控制器的特点可编程序控制之所以被广泛使用，是由它的突出的特点和优越的性能分不开的。归纳起来，可编程序控制器主要具有以下特点。可靠性非常高。譬如S7-200可编程序控制器一般无故障时间可以长达到30万小时（即约34年）。环境适应能力很强。当在环境温度为-20℃~65℃、相对湿度为35％~85％的情况下都可正常工作。灵活通用。使用简单方便，维护也非常简单。整个连接过程只需要一把螺丝刀就可以完成。3.3.1.2.2可编程序控制器的分类可编程序控制器是因现代化大生产的市场需要而产生的，可编程序控制器的分类也必定是要符合现代化生产的需求的。通常来说可以从三个不同角度来对可编程序控制器进行分类。其一是按可编程序控制器的控制规模大小来分类，其二是按可编程序控制器的性能高低来分类，其三是按可编程序控制器的结构特点来分类【5】。(1)按控制规模分类可编程序控制器一般可以分为大型机、中型机和小型机。小型机:小型机的控制点基本在256点之内,适合于单机控制还有小型系统的控制。中型机:中型机的控制点基本不大于2048点,适用于对设备进行直接的控制，当然还能对多个低一级的可编程序控制器实行监控，它适用与中、大型控制系统的控制。大型机：大型机的控制点基本大于2048点,不但能够完成比较复杂的算术运算而且还能进行复杂的矩阵运算。它不但能用于对设备实行直接控制，还能够对多个低一级的可编程序控制器实行监控。(2)按控制性能分类可编程控制器分为低档机、中档机和高档机。低档机：这种可编程序控制器，一般具有基本的控制功能和普通的运算能力。工作速度相对较低，能增加的输入和输出模块的数量也较少。如，日本OMRON公司生产的C60P就属于这一种。中档机：这种可编程序控制器，具有相对较强的运算能力和较强的控制功能。它不仅可以完成普通的逻辑运算，还能完成相对复杂的指数、三角函数和PID运算。工作速度相对较快，能增加的输入输出模块的数量和种类也是比较多的。如，德国SIEMENS公司生产的S7-300就属于这一类。高档机：这种可编程序控制器，具有非常强大的运算能力和强大的控制功能。它不但可以完成指数、三角函数、逻辑运算和PID运算，而且还可以进行复杂的矩阵运算。工作速度也非常快，能增加的输入输出模块的数量和种类都相当的全面。这种可编程序控制器能够完成规模庞大的控制任务。在联网中通常是做主机使用。(3)按结构分类可编程序控制器分为整体式、组合式和叠装式。整体式：整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。组合式：组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。其中各块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。叠装式：叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构的I/O点搭配灵活、安装整齐的优点于一身。它也是由各个单元的组合构成。其特点是CPU自成独立的基本单元（由CPU和一定的I/O点组成），其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用电缆进行单元间的联接，各个单元可以一个个地叠装。使系统达到配置灵活、体积小巧【6】。3.3.2PLC的I/O地址定义LC的I/O地址表序号PLC地址（PLC端子）面板端子功能说明I0.0ID1非接触式ID卡信号1I0.1ID2非接触式ID卡信号2I0.2密码A用户密码信号AI0.3密码B用户密码信号BI0.4密码C用户密码信号CI0.5密码D用户密码信号DI0.6门开门开限位信号I0.7门关门关限位信号I1.0窗开窗开限位信号I1.1窗关窗关限位信号I1.2报警红外对射机构报警信号I1.3解除报警中央控制室人员手动解除报警I1.4钥匙用户钥匙信号I1.5消防中央控制室人员控制进入“消防状态”Q0.0开门系统开门输出Q0.1关门系统关门输出Q0.2开窗系统开窗输出Q0.3关窗系统关窗输出Q0.4报警系统报警输出Q0.5消防指示系统进入消防状态时，消防灯点亮3.3.3控制原理自动门自身的控制方式是在进门和出门的红外探头(或微波感应器)分别并接到自动门的开门信号。自动门的红外探头一般有4条线连接自动门控制板接线端，其中两条是电源线，不用管。另外两条是控制线，在自动门控制板接线处，拆下来不再接其它设备。原来接这两条线的端子，分别接WG2001控制器继电器输出的COM和NO，理论上这样接是可以的。不过实际上，控制器上的继电器对电锁做了保护电路，这个保护对对自动门可能有副作用，可能会出现门开了一半就马上关闭了，或者关了一半又打开了;又因为有的自动门，这两条控制线是带电压的，不是开关信号。基于这两个原因，接自动门一定要加弱电隔离器【7】。用户进出系统需按等级加以区分，各等级用户进出请求信息及响应动作各不相同，具体如下：级别一：级别1ID卡号+密码+钥匙=可进出级别二：级别2ID卡号+密码=可进出级别三：级别3ID卡号=可进出中央控制室中指示灯可实时显示当前系统门窗开闭及消防、报警状态。当系统红外报警机构检测到有非法用户进出时，系统能够及时报警，且只有中央控制室中的控制人员才能解除报警。当系统有消防事宜发生时，处于中央控制室中的控制人员拥有打开所有门窗且进行系统报警的权利。

4控制系统程序设计4.1编程软件介绍软件介绍STEP7编程软件是一个用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。STEP7标准软件包中提供一系列的应用工具，如：SIMATIC管理器、符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。STEP7编程软件可以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程的功能，可以对PLC在线上载或下载。利用STEP7可以方便地创建一个自动化解决方案。项目可用来存储为自动化任务解决方案而生成的数据和程序。这些数据包括：硬件结构的组态数据及模板参数；网络通讯的组态数据以及为可编程模板编制的程序。它们都被收集在一个项目下。在生成一个项目后，先插入站，然后可以组态硬件。在组态硬件时，可以借助于模板样本对可编程控制器中的CPU及各模板进行定义，通过双击站来启动硬件组态的应用程序。一旦存储并退出硬件组态，对于在组态中生成的每一个可编程模板，都会自动生成S7/M7程序及空的连接表。连接表可用来定义网络中可编程模板之间的通讯连接。硬件组态完成后就可为编程模板生成软件。为可编程模板编制的软件存储在对象文件夹中。对该对象文件夹称作“S7-Program”。在子菜单中，可以选择想要生成的块的类型(如：数据块，用户定义的数据类型，功能，功能块，组织块或变量表)。打开一个空的块，然后用语句表，梯形图或功能图输入程序【8】。在完成组态，参数赋值，程序创建和建立在线连接后，可以下载整个用户程序或个别块到一个可编程序控制器。在下载完整的或部分用户程序到CPU之前，把工作方式从RUN模式置到STOP模式。可以通过在线连接下载各个块或整个用户程序到RAM。当电源关断后和CPU复位时，保存在他们上面的数据将被保留。另外，可以从可编程控制器中上载一个工作站，或从一个S7CPU中上载块到PG/PC。这样，当出现故障而不能访问到程序文档的符号或注释时，就可以在PG/PC中编辑它。用于S7-200的编程语言有：梯形图(LAD)，语句表(STL)和功能块图(FBD)。LAD是STEP7编程语言的图形表达方式。它的指令语法与一个继电器梯形逻辑图相似：当电信号通过各个触点复合元件以及输出线圈时，梯形图可以让你追踪电信号在电源示意线之间的流动。STL是STEP7编程语言的文本表达方式，与机器码相似，CPU执行程序时按每一条指令一步一步地执行。FBD是STEP7编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。STEP7编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分。从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化。程序组织简化，修改更容易。系统的调试也容易了许多【9】。4.2编程指令介绍4.2.1位逻辑、基本开关量指令基本位逻辑和开关量指令又称为触电指令，只要包括：标准触点指令、立即触点指令、输出和正负跳变等指令。标准触点指令标准触点指令是相对于立即触点指令而言的装入和输出指令（LD、LDN、=）：LD、LDN和=分别是装入常开指令、装入常闭指令和原型输出指令的STL语言符号。LD和LDN分别是常开和常闭触点的输入指令，用于读取输入映像存储器中的某一位。“=”时输出指令能将逻辑运算结果存入输出映像存储器中的某一位，该位用于控制与PLC输出点相连的某个按钮、开关传感器或执行机构的开关状态。复位、置位指令（S、R和SR、RS）普通复位和置位指令（S和R）：置位S指令和复位R指令的作用分别是对位操作数置1和清零。他们可以同时对可以按位殉寻址的存储器区中的1~255个位进行置位和复位操作。正负跳变指令（EU和ED）正跳变指令EU（或脉冲上升沿指令）和负跳变指令ED（或脉冲下降沿指令）分别用于检测脉冲的正跳变（上升沿）和负跳变（下降沿），跳边发生后，这两个指令都将产生一个持续1个扫描周期的微分脉冲。空操作指令（NOP）NOP指令是用户程序的空操作，只能在梯形图和指令表中使用，一般用于程序调试。取反指令（NOT）取反指令NOT可以改变能留的状态（如果常开触点bit1的状态为1，则bit2的状态为0，否则bit2的状态为1）。立即触点指令变准触点指令与立即触点指令是有区别的。为了更好地理解立即触点指令，首先回顾一下前面介绍过的标准触点指令中的普通输入和普通输出指令（也称为扫描输入和扫描输出指令）。普通输入/输出指令在PLC的扫描周期中处理，在扫描周期的“读输入”阶段，将物理点的状态存入输入映像存储区；在接下来的“执行程序”阶段，用户程序（以梯形图为例）将按照从上到下、从左到右的顺序执行，当执行到普通输入指令时，从输入映像存储器区的指令位置将“读输入”阶段保存的物理点状态取出来，并用于运算，运算的结果由普通输出指令暂存入输出影像存储器区；在后面的“写输出”阶段，暂存于输出映像存储器区的运算结果将被传输到输出锁存器，并最终控制物理点的实际状态。需要注意的是：PLC的CPU扫描周期的各个阶段不会并行处理，每一时刻只执行一个扫描阶段【10】。立即输入/输出指令与普通输入/输出指令的不同在于，前者的处理不依赖S7-200的扫描周期。立即输入指令执行时，将立即获取实际输入值（不受CPU扫描周期的限制），但不会用该值更新输入映像寄存器区的数据。立即输出指令执行时，指令会立即将数据存入输出映像存储器区，并同时将数据经输出锁存器送到物理点上【11】。4.2.2定时器与计数器指令定时器指令定时器是PLC中很重要的一种硬件编程元件，其作用是控制延时时间，S7-200系列PLC有3种定时器指令：TON（接通延时）、TOF（断开延时）、TONR（有记忆接通延时），它们的定时精度有1ms、10ms和100ms三种定时器的工作原理为：编程时预先确定定时器的预设值（PT）；在程序运行过程中如果定时器输入条件成立，定时器的当前值就会从0开始按一定时间间隔（S)增加；当定时器的当前值（最大为32767）达到预设值时，定时器会产生动作，提出中断请求，从而是PLC的CPU进行相应的处理。定时器定时时间的计算公式为T=PT*S，其中，T是实际定时时间；S是分辨率（可分为1ms、10ms和100ms三个等级）；PT是预设值，数据类型为整型，可以由寄存器（IW、QW、VW、MW、SMW、SW、LW、T、C、AC、AIW）和指针（*VD、*LD和*AC）设定。计数器指令S7-200PLC的计数器由集成电路构成，主要用于输入脉冲上升沿计数，按技术速度可分为普通计数器（16位计数器）和高数计数器（32位计数器）。普通计数器按计数值增、减方式可分为向上计数器、向下计数器和向上/向下计数器，分别对应于指令CTU、CTD和CTUD。普通计数器计数受CPU扫描周期限制，进行高速脉冲信号计数时会丢失计数脉冲；而高数计数器不受CPU扫描周期影响，对高数脉冲信号技术更准确【12】。4.3系统程序设计流程图单机门禁系统属于智能弱电系统中的一种安防系统。它作为一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为一体，通过在建筑物内的主要出入口、电梯厅、设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部门的通道口安装检测机构与执行机构，由控制机构在中央控制室中完成对各通道口的通行对象及通行时间等进行实时控制或设定程序控制，从而实现对出入口的控制。系统的程序流程图如下：图4-3程序设计流程图4.4系统控制程序梯形图4.4.1开关门程序4.4.2作息时间和报警程序为了用户的安全我设置了门禁系统的作息时间，为了程序设计上的方便，规定早上7点到晚上十点为工作时间，系统会工作。而其它时间为休息时间，红外线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。启动消防报警解除消防报警

5控制系统操作分析1. 按照端口分配表及接线图连接PLC与门禁实物模型；2. 打开PLC电源，将示例程序下载至PLC中，将PLC模式选择开关拨至“RUN”状态；3. 按压密码输入区“确定”按钮3S以上，直至读卡器输出长“嘀——”声，依次将三张ID卡靠近读卡器有效读取区（读卡器依次输出三次短“嘀——”声），再次按压“确定”按钮3S以上，直至读卡器再次输出长“嘀——”声；此时，用户卡片级别确定（首先被识别的级别最低、中间被识别的为中间级别、最后被识别的级别最高）。4. 比较以下三种情况下的门动作，并比较三者开门方式的异同点：①刷取级别最高卡；②刷取中间级别卡、输入用户密码；③刷取级别最低卡、输入用户密码、钥匙拨至开门状态；5. 尝试编译新的控制程序，实现与示例程序不同的控制效果。

6总结综上所述，智能门禁系统的设计与实施对我们的现实生活产生了极大的便利，具有非常高的实用价值。在经过了几周的课程设计，使我学到了非常多的东西，不仅使我对PLC理论的理解更加深刻，将理论灵活地应用到实际当中去，还让我学会了怎么培养我们的创新精神，从而可以不断地挑战自己，战胜自己，超越自己。创新就是要我们将学会的理论灵活地契合实际，并不断的开