1、 本科毕业设计 (论文 ) 论文题目 楼宇智能门禁 PLC 控制系统设计 (英文 ) Design of intelligent building entrance guard control system based on PLC 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
2、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 Abstract Access control system security system is a necessary component, this paper expounds the access control system design and analysis of intelligent entrance guard s composition and characterist
3、ics of application. Discusses respectively the access control system via the I / O card reader entry state and door switch, achieve the double interlocking, photo display, voice alarm and other functions, and also speaks of the access control system real time monitoring statistics and attendance, el
4、ectronic Patrol functions; from the system structure, the detailed analysis of the background of computer, power and communications relay, access control controller, a card reader, password lock and the corresponding management software principle; simply narrated the design feature. Key words: Acces
5、s control system; controller; card reader; intelligent control 目 录 1 绪论 .1 1.1 研究背景和意义 .1 1.2 国内外研究现状 .1 1.3 主要研究内容 .2 1.4 论文内容概述 .2 2 控制系统分析 .3 2.1 门禁系统的结构 .3 2.2 门禁系统类别介绍 .6 2.3 电机及驱动介绍 .7 2.4 防盗报警 .7 3 控制系统硬件设计 .9 3.1 控制系统组成 .9 3.2 主控制电路 .9 3.3 PLC 控制电路 .9 3.3.1 PLC 选型 .10 3.3.2 PLC 的 I/O 地址定义 .1
6、4 3.3.3 控制原理 .15 4 控制系统程序设计 .16 4.1 编程软件介绍 .16 4.2 编程指令介绍 .17 4.3 系统程序设计流程图 .19 4.4 系统控制程序梯形图 .20 5 控制系统操作分析 .225 6 总结 .226 致 谢 .227 参考文献 .228 1 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
7、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
8、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
9、 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
10、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
11、 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
12、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
13、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 1.门禁实物模型本体 用 于安装门禁控制系统； 2.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； 3.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 4.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
14、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： 1) 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； 2) 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）； 3) 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； 4) 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、
15、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 0 1 级别二 1 0 级别三 1 1 5. 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 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 4 5 0 1 0 1 5 6 0 1 1 0 6 7 0 1 1 1 7 8 1 0
16、0 0 8 9 1 0 0 1 9 取消 1 0 1 0 A 0 1 0 1 1 B 确定 1 1 0 0 C 6. 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”。 7. 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。 8. 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
17、） 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 。 9. 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。
