1、 基于 PLC 的电子密码锁毕业论文设计摘 要 本毕业设计介绍了可编程序控制器（ PLC）和 PLC 控制系统的基本知识，包括 PLC 的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及 PLC 控制系统等相关知识。采用松下公司系列的PLC，设计了一个简单的密码锁控制系统。密码锁控制系统通过了可编程序控制器来控制和实现开锁和报警过程。 可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业生产所控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序的方 式进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入 /输出
2、来控制机械设备或生产过程。 本文从经济实用的角度出发，结合外围的矩阵键盘输入、 LED 液晶显示、报警、开锁等，用 C 语言编写主控芯片的控制程序，设计了一款可以多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。这种电路设计具有防试探按键输入、智能控制上锁、开锁、报警、修改密码等多种功能。密码保密性强、灵活性高。 该设计采用松下公司的系列可编程控制器。系列有被已在国内广泛使用的系列代替的趋势。我们在这里有必要详细介绍松下的系列可编程控制器的性能指标 ，硬件组成和指令。 PLC 的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合
3、适的 PLC 型号，然后进行资源配置，设计控制系统。 该设计为密码锁自动控制的 PLC 控制，主要介绍了密码锁自动控制系统的工作原理，控制系统的PLC 的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统 PLC 程序。 最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师和同学给我指出，我会及时改正。 本设计主要介绍 密码锁的设计和原理。 关键词： 可编程控制器 ; 密码锁 ; 梯形图 ; 交流接触器 ; 电磁 目 录 1 绪论 . 1 1.1PLC 的历史由来 1 1.2PLC 的硬件组成 . 2 1.3PLC 的软件组成 2 2
4、电子密码锁的背景 . 3 2.1 密码锁的发展 . 3 2.2 电子密码锁的概念 . 4 2.3 电子密码锁的性能特点 . 4 2.4 电子密码锁的电路组成部分 . 4 2.5 电子密码锁的应用 . 5 2.6 PLC 的应用克服电子密码锁缺陷 . 5 3 PLC 的结构和工作原理 . 5 3.1 PLC 的基本结构 . 5 3.2 整体式结构的 PLC. 5 3.3 模块式结构的 PLC. 6 3.4 PLC 各组成部分介绍 7 3.5 基本指令 . 11 4 PLC 在密码锁里的应用 . 12 4.1 PLC 在密码锁里的控制 . 12 4.2 循环扫描技术 . 13 4.3 PLC 的输
5、入 /输出响应时间 . 14 5 PLC 控制系统设计原则和设计步骤 . 15 5.1 设计原则 . 15 5.2 设计步骤 16 6 密码锁控制系统设计 . 17 6.1 在设计密码锁之前，需要明白计数器的原理 . 18 6.2 密码锁控制系统的控制要求 . 18 6.3 密码锁控制系统的 PLC 选型和资源配置 . 20 6. 4 密码锁控制系统程序设计和调试 . 28 参考文献 . 32 致 谢 . 33 安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 1 1 绪论 1.1 PLC 的历史由来 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
6、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
7、制柜 4、具有数据通信功能 5、输入可以是 AC 115V 6、输出为 AV 115V、 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
8、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 SIEAT1C S4。我国从 1974 年开始研制 PLC， 1977 年开始应用于工业。安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 2 1.2 PLC 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 1.2-1 所示： 图 1.2-1 PLC 硬件基本结构： 1.3 PLC 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
9、程序、编译程序、诊断程序等。软件基本结构图如下 1.3-1 所示： 图 1.3-1软件基本结构图 安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 3 2 电子密码锁的背景 2.1 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
10、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 。 安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 4 2.2 电子密码锁的概念 电子锁是采取电子电路控制，以电
11、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。 2.3 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
12、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
13、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。 2.4 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 安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 5 （ 3）显示电路 2.5 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 2.6 PLC 的应用克服电子密码锁缺陷 PLC
14、 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
15、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 3 PLC 的结构和工作原理 3.1 PLC 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。 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。基本结构框图如图 3.2-1 所示。 安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 6 图 3
16、.2-1 整体式结构 中央处理器 系统总线 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 3.3-2 所示 图 3.3-2 模块式结构 编程器 其他 PLC 或上位机 现场设备 电源模块 CPU 模块 通信 模块 输入模块 输出模块 殊 功功能模块 机 架 电源 输入 /输出单元 存储器 编程器 安徽矿业职业技术学院 2015 届毕业设计（论文） 7 3.4 PLC 各组成部分介绍 （ 1）中央处理器 中央处理
17、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
18、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
19、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
