基于PLC的门禁控制系统

1、大连海事大学装订线毕 业 论 文二一三年六月基于PLC的门禁控制系统专业班级： 自动化4班 姓 名： 指导教师： 信息科学技术学院摘 要PLC门禁系统因高效、稳定、经济正逐步取代传统门禁系统，引领着电气现代化潮流。本门禁控制系统基于PLC控制器设计，采用非接触式ID卡及读卡器、密码和钥匙互相组合的方式，实现门禁控制，摆脱了仅依靠钥匙的传统开门方式，做到密码控制开门，刷卡开门，是一款智能门禁控制系统。文章对密码设置部分以及界面监控设计进行了详细阐述。该系统采用严谨的算法识别密码、校验密码，具有自行设置密码的功能；采用RSView32软件进行监控界面设计，设计出视觉效果好、直观的界面，能实现远程监

2、控，当有危险人物闯入，或者系统有消防报警时能及时发出警报，采取紧急措施。ID卡和密码识别的门禁系统是门禁系统发展中的一个阶段，目前已有非常先进的指纹门禁系统、虹膜识别门禁系统和面部识别门禁系统，具有更革新、更方便智能的优点。文章所提的设计方案虽不是门禁系统领域中最前沿的技术，但在研究方法方面仍具有很高的学习价值。关键词：PLC；门禁控制系统；ID卡门禁IABSTRACTPLC entrance system for efficient, stable and economy is gradually replacing the traditional system, leads the mod

3、ern electric trend. The entrance control system is designed based on PLC controller. Non-contact ID card, card reader, password and mental key have been applied to the entrance system. Traditional way of opening a door by key has been replaced by the system, opening the door with a card or password,

4、 called intelligent entrance control system.The design of password part and monitoring interface has been elaborated in the paper. The system adopts rigorous algorithms to identify and check the password，as well as, it can set up password casually. The software RSView32 has been used to design the m

5、onitoring interface, with a great visual effect and intuitive interface, and achieving remote control. If the entrance is broken in or fire alarms works, the alert of system would be triggered and taking corresponding measures at the same time.An entrance system with ID card and password recognition

6、 is one stage in the whole development process of entrance system. There are already some advanced entrance systems, such as, fingerprint entrance system, iris recognition and face recognition entrance system, which have more innovative, convenient and intelligent advantages. Though the entrance con

7、trol system in the paper is not the most innovative one in the entrance field, there still has the high research value in methods.Key words: PLC，entrance control system，ID card entrance controlIV目 录第1章 绪论11.1 研究课题的背景11.2 门禁系统的发展11.3 门禁系统的可靠性21.5 本章小结2第2章 系统的功能设计42.1 系统的初始设置42.1.1 ID卡的优先级设置42.1.2 密码设

8、置42.2 组态监控界面设计42.3 开门方式设置52.3 系统设计原则62.3.1 安全原则62.3.2 应对突发事件能力原则62.3.3 人机交互友好原则72.4 系统功能特色72.5 本章小结7第3章 系统硬件设计83.1 门禁设备的组成83.1.1 非接触式ID卡读卡区83.1.2 中央控制室93.1.3 密码及钥匙输入区103.2 罗克韦尔 Compact Logix控制器113.2.1 可编程控制器简介113.2.2 可编程控制器的结构及工作原理113.2.3 Rockwell Control Logix控制器介绍123.3 PLC端口分配及接线133.4 转接板设计143.4.1

9、 电平匹配问题143.4.2 转接板说明143.5 本章小结14第4章 软件设计164.1 RSLogix5000编程环境164.2 梯形图程序设计174.3 RSLogix5000与RSView32间的OPC通信配置184.4 组态界面设计194.5 系统运行及结果分析194.6 本章小结19第5章 系统调试21总结23参 考 文 献24致 谢25附录11附录214基于PLC的门禁控制系统基于PLC的门禁控制系统第1章 绪论1.1 研究课题的背景在现今快节奏的生活环境中，人们对生活的效率和质量要求越来越高， 日常生活中要求融入更多现代化因素。新闻报刊中因房屋门锁被撬导致人们财物失窃的事件层出

10、不穷，在惩治犯罪分子的同时，我们更需要看到运用现代化技术来增强门锁的“防御”能力。社会上出现的万能钥匙等种种不法手段，使得传统门锁亟需换代升级到专业门禁系统；另一方面，减少钥匙的使用，为开门提供了方便，尤其对于一些手部有残疾的人，使用钥匙开门进出不方便，而用ID卡便可很方便地解决用钥匙开门难的问题。刷卡式和密码式相结合的门禁控制系统，有效解决了丢钥匙或者锁被撬却没报警等问题。门禁控制系统属于弱电控制系统中的一种安防系统8，是对出入通道进行监控管理的实用系统，是解决出入口安全隐患的有效措施，是科学技术不断革新进步的重要体现之一。它作为一种前沿的进出管理系统，集自动控制技术和现代安全管理理念为一体

11、，通过在建筑物的主要进出口、重要办公室、系统控制中心、重要库房等核心部门的通道口安装测量装置与执行装置，由管理人员在中央控制室实现对通道口的通行对象、系统运行状态等进行实时控制或设定程序控制，提高了控制精度，让人们生活更方便快捷6。市面上的门禁控制系统种类繁多，有基于生物识别技术类的高端门禁控制系统，如指纹门禁控制系统、虹膜识别门禁系统、面部图像识别门禁系统等1；也有低端的基本电磁卡门禁系统。但在选择门禁系统时不仅考虑其性能，也得考虑经济方面因素，ID卡+密码方式的门禁系统更适合于普通企业门禁管理，生活小区门禁管理等。1.2 门禁系统的发展门禁基本含义就是对进出通道口进行管理，它是在传统的机械

12、门锁原理上逐渐发展而来的1。门禁系统的发展已经历简单机械门锁系统、电子锁系统、感应卡门禁系统及生物识别类门禁系统等几个阶段。机械门锁通过金属钥匙来控制门锁状态，因为没有监控，遇到钥匙丢失或者小偷撬锁将无能为力；电子锁有电子磁卡类和电子密码类，方便很多但是缺少智能部分；感应式门禁有ID卡识别类和生物特征信息识别类。门禁系统这一高科技安全保护设备，近几年才得到广泛应用，但在国内的发展已经持续了十几年，并已成为现代化建筑走向智能化的标志之一7。随着门禁技术的逐渐趋于成熟，人们更着眼于如何提高门禁控制系统的附加价值，根据发展态势，很容易看出，在未来门禁系统肯定不只是简简单单的出入口控制系统，必将是一个

13、基于安保的多功能管理平台。当以太网加入门禁系统以后，对带视频监控的门禁系统来讲无疑是很大的飞跃，网络协议的通用性和方便性大大的改善了控制的实时性、准确性、扩展了接口资源和更有效的缓解了由信息量过大而造成数据失真等问题，在工程作业中广受设计者们青睐，这就是非常前沿的网络化门禁，为门禁控制与视频监控的联动提供了良好的条件。新的组合系统将实现多工合一，应用领域更加广泛，主要可以实现在特殊通道口的视频录像、视频抓拍以及状态监控等功能。实际应用如银行的金库视频门禁监控、监狱的视频门禁系统、无人值守发电站及通信基站视频门禁控制等等。自动化门禁的安全、方便和易管理等方面有很大优势，必然会很快取代传统门禁安防

14、系统。1.3 门禁系统的可靠性不管门禁系统发展到什么程度，其基本的职能是安防，而是否能让用户放心使用，是否能在社会广为应用最重要的就是门禁系统的可靠性。门禁系统是一个长时间运行，不可间断的系统，不管是在硬件设计还是软件程序设计方面都得非常缜密，一旦发生意外事件，系统必须能实现最基本的报警和消防功能。因此，门禁控制系统在设计、生产和使用的每个阶段，系统的可靠性都必须予以重视，以确保使用者的财产和人身安全。门禁控制系统依靠数字计算机高速运算和准确执行重复繁琐指令的能力。对于简单的控制系统，为了节约资源，通常都使用微处理器作为控制器，而计算机辅助以编程和监控功能。考虑到微处理器的寿命、价格和运行稳定

15、性，本系统采用罗克韦尔公司的PLC作为微处理器而不是单片机或者DSP等作为控制器，符合这类系统安全性、通用性的要求。1.5 本章小结门禁控制系统在人们生活中扮演了越来越重要的角色，毫无疑问摆脱了传统的机械锁使得门禁系统更现代化，更智能化。不管是用在生活小区监控，还是企业重要部门的控制管理，或者政府保密工作部门的控制等都具有很高的安全性和实用型。对门禁系统的使用尽量做到人性化、简单化和使监控界面更加友好，力争使人们进出开门时候更加方便而不是变得更加复杂，这些是每一个设计人员必须具有的基本设计理念。高品质的生活就是更加解放劳动力、珍惜劳动力，被控制的通道口的状态都能被控制中心监控，门禁控制系统让生

16、活更完美。32第2章 系统的功能设计本设计门禁设备采用天煌教仪的门禁控制系统实物教学模型（后文简称门禁设备），如图3.2所示，以罗克韦尔公司的PLC为控制器，实现ID卡、钥匙及密码的多种组合方式控制开门，并在中央控制室的计算机上用组态软件对门禁系统进行远程监控。通过设置ID卡的级别，来限制不同卡的权限，级别越高权限越高，被赋予的功能越多。只有最高级别卡与钥匙同时使用才有权限进行密码设置，低级别卡只能同时配以钥匙或密码才能满足开门条件。2.1 系统的初始设置本系统第一次使用时需要进行初始化设置，分别进行ID卡优先级设置、密码设置。完成初始设置之后，PLC不断电，系统会自动保存设置的数据，才能保证

17、系统正常运行，否则，系统会恢复为默认数据。2.1.1 ID卡的优先级设置本系统在使用前需要对门禁设备进行初始化配置。首先对三张门卡进行优先级初始化排序，分别被ID卡识别器识别为卡1、卡2和卡3，优先级排序方法祥见2.1.1的非接触式ID卡读卡区。在本系统中，已经初始化完毕，三张ID卡尾号为09、69、98分别对应卡1、卡2、卡3，也就是依次为卡级别升高，卡3为最高级别卡。2.1.2 密码设置密码设置需要最高级别卡（称卡3）和钥匙信号都有效时才可以进入密码设置状态。先将钥匙拨到“打开”状态，再刷卡3，系统便进入到密码设置状态，进行密码设置。密码共6位阿拉伯数字，每位密码为09中任意一个数字，不管

18、之前密码是设置的多少，只要重新进入密码设置状态，系统自动恢复到初试密码123456，保证了密码设置权限，同时不会因为忘记密码而大费周折。密码设置过程中若输入错误可按“取消”键然后重新输入6位密码，输入完成以后按“确认”键结束密码设置，钥匙拨至“关闭”状态，密码设置完成。2.2 组态监控界面设计组态监控界面（后文简称组态）如图2.1所示。界面有状态显示块、按钮和数据显示块，状态显示块只能用于系统状态显示，按钮按下后可以执行相关动作，数据显示块能实时显示数据变化情况。系统工作时，监控界面中有土黄色、绿色、蓝色和红色四种颜色，其中，蓝色和土黄色表示控制信号无效，绿色和红色表示控制信号有效；一般的有效

19、信号呈绿色，紧急情况的有效信号则呈红色，更易引起控制人员重视，如消防信号和报警信号。IN区为门禁系统返回的数据显示区，OUT区为程序中控制的状态数据显示区，值得注意的是，IN区的信号总是比相同的OUT区信号显示慢。密码设置输入区显示系统中锁存的密码，密码验证输入区显示用户输入的待验证密码，并且密码输入时相应按键会显示为有效状态。开门时间显示为数字08秒，表示开门时间，普通门为自动状态开8秒后自动关上；另外还有三张卡的有效刷卡信息；底部四个控制按钮可直接在控制室对门禁系统进行控制，四个按钮能实现的功能在按钮上可以看出。图2.1 组态监控界面2.3 开门方式设置软件配置好之后系统便可进入正常工作状

20、态，开门方式分为三种，方式一：卡1 + 密码 + 钥匙 = 有效开门信号，方式二：卡2 + 密码 = 有效开门信号，方式三：卡3 = 有效开门信号。开门方式一最为复杂，开门的条件最多，可以分别将三个条件分配给不同人管理，只有三者都同意方可开门，可用于一些非常重要的场合，比如银行金库；开门方式二携带方便，只需另外记住密码，开门效率可能不高，但可以防止ID卡的丢失而引发安全隐患，可用于限制人们的进入，只有少数人才有进入的权利，比如公司的仓库等；开门方式三最为简洁，进出开门效率也最高，可以用于一般性、频繁性进出的场合，比如公司大门或者小区公共铁门等。开门方式示意图如图2.2。图2.2 开门方式示意图

21、另外需要注意在输入密码时候按键不能超过8次，包括“确认”键，“取消”键不算，按“取消”键会将之前输入的密码数据全部清零，按键超过8次系统会给出报警信号，并且锁定密码输入区，只能由中央控制室解除警报。也是一种增加系统安全系数的方法，防止了不法人员的强行进入。2.3 系统设计原则2.3.1 安全原则在达到高效管理系统前提下时，首要考虑的就是安全因素。安全原则是系统进行其他活动的根本前提，安全保证不了说明这根本就不是合格的系统，没有了实用价值。系统针对外来入侵人员给出的报警和楼内的消防报警，分别采取了不同的安全措施。一方面，当有非法闯入时，系统的红外检测报警装置能及时发出报警，并且只有中央控制室才有

22、权限解除警报信息；另一方面，当系统遇到消防事宜发生时，系统会将消防信息反馈到控制室，并且触发报警装置，由控制室统一调度，打开相应的门窗，为人们提供逃生通道。2.3.2 应对突发事件能力原则对一些危险系数较高的房屋，如堆放易燃易爆或者有毒的化学药品的仓库进行监控管理时，系统需要有相当的应对突发事件的能力，需要有一定的抗干扰能力，即使在比较恶劣的环境下，如起火或者有毒物质泄漏，系统仍然有能力进行最低的动作，比如为救援人员提供消防通道，为现场作业人员提供逃生通道等。应对突发事件时，还需要系统有一定精度的反应速度。对控制系统的基本要求可概括为三个字：稳、准、快。门禁控制系统也属于自动控制系统，理应按照

23、这三个基本要求进行设计。一些突发事件往往是发生后一小段时间内就需要处理，否则后果不堪设想，因此对系统需要快速并且准确的反馈信息然后发出控制命令。虽然突发事件是小概率事件，可是一旦发生就会危及到人民的财产和生命安全，本原则在进行系统设计时也不可忽视。2.3.3 人机交互友好原则系统与用户进行信息交互，系统与监控管理的工作人员进行的信息交互都会涉及该原则。用户与系统的交互主要体现在开门时候门上的面板设计，设计人员设计时需注意输入密码时保证不会有干扰的噪音和误动作；控制室的监控人员工作时候非常容易出现疲劳，需要有较好的界面监控，长时间注视不易产生时间疲劳，界面柔和温馨，让人可以愉快地工作，一旦系统给

24、出报警信息，工作人员可以第一时间看到并进行调整，增强安全系数。2.4 系统功能特色作为一个完整的实用型系统，其主要目的是能正常工作为人们服务。系统主要可以实现以下四种功能：1）中央控制员管理功能；2）用户使用功能；3）门禁控制器管理功能；4）报警管理功能1。系统基于PLC控制下，能达到长时间稳定运行，其主要特点包括：1）动作的快速性；2）高度的稳定性；3）识别的准确性。2.5 本章小结本章主要介绍系统的方案设计。系统的各个组成部分都已被厂家集成到了面板上，大体可分为五部分，即中央控制室、用户操作区、IN区、OUT区和电源接入区。中央控制室包括系统状态指示灯和操作按键；用户操作区包括读卡器、密码

25、输入区和钥匙孔，是作为系统对外界信息识别的主要区域，集中在一块方便用户使用；IN区为14个端口，经过转接板之后与PLC输入口相连，作为系统的状态反馈到控制器通道；OUT区共6个端口，经转接板之后与PLC输出口相连，作为控制器的控制信号作用通道；电源区只有两个孔，即分别接电源和地。系统设计的原则是设计人员的基本准则，在完成基本功能任务的同时还需要考虑其他因素，最终使得本系统更加合理。第3章 系统硬件设计如图3.1，PLC作为下位机直接与门禁设备连接，计算机作为上位机运行组态监控界面，由于PLC的控制信号不符合门禁设备的输入信号电平要求，需要在两者之间接一个转接板，进行电平转换。系统结构如图3.1

26、所示。图3.1 系统结构示意图3.1 门禁设备的组成如图3.2所示，系统由门、窗、非接触式ID卡读卡区、密码及钥匙信号输入区、中央控制室部分、输入输出部分、电源接入部分和组态监控部分（这部分属于软件监控部分，面板上没有）。图3.2 门禁控制系统实物图3.1.1 非接触式ID卡读卡区系统共配有3张ID卡，初始化完成以后三张卡按照刷卡顺序便排出了优先级，即不同卡刷卡以后通过面板上端口ID1和ID2返回到PLC的2位二进制数据分别为01、10、11，如此便可识别出三张不同卡的刷卡信息。虽然读卡器本身输出信号不能直接被PLC识别，但系统内部已经设有处理电路，最终只需要PLC能识别ID1和ID2口输出的

27、数字信号即可。具体示意图如图3.3所示。图3.3 门卡及读卡区示意图系统首次使用时，需对3张ID卡进行优先级定义，具体操作步骤如下：（1）长按密码输入区“确定”键3S以上，直至系统发出长“嘀 ”声，停止按键，进入读卡状态；（2）然后，依次将3张ID卡靠近读卡器有效距离读取（读卡器发出短“嘀 ”声代表刷卡信息被识别），根据本系统规定，定义卡级别时按照3张卡最后两位尾数由小到大的顺序刷卡，卡号分别为09、69和98；（3）再次按密码输入区“确定”键3S以上，直到系统再次发出长“嘀 ”声，停止按键；（4）此时，3张ID卡片级别确定：第一张被识别的卡级别最低（尾号为09），定义为卡1、第二张被识别的卡

28、为中间级别（尾号为69），定义为卡2、最后一张被识别的卡级别最高（尾号为98），定义为卡3。刷卡信息经电平转换之后返回PLC输入口数据见表3.1所示：表3.1 ID卡识别返回数据表卡名ID1输出ID2输出卡101卡210卡3113.1.2 中央控制室控制室由指示灯和按键组成，共6个指示灯，分别代表“开门”、“关门”、“开窗”、“关窗”、“消防指示”、“报警”的状态，只起到显示状态的作用；共2个按键，分别是“消防”和“解除警报”，当消防按键按下后，系统将进入“消防状态”，即门窗全开并给出发出“报警”；当“解除警报”按键按下后，系统将恢复正常状态，解除消防信息，解除报警信息，关闭门窗。所有这些信息

29、只能由专门工作人员操作，以防止误判带来麻烦。3.1.3 密码及钥匙输入区键盘区示意图见图3.4，键值经电平转换后的BCD码见表3.2.图3.4 键盘输入区表3.2 键盘键值表按键密码A密码B密码C密码D十六进制100011200102300113401004501015601106701117810008910019取消1010A01011B确认1100C密码输入区安装有09、“确定”、“取消”共12个按键。当有按键信息时，经内部电路处理后，IN区密码A、B、C、D经电平转换之后返回为4位BCD码，并且为脉冲信号。面板上的锁为嵌入面板的结构，只露出了钥匙孔，当正确的钥匙插入钥匙孔并拨至“打开”

30、状态时，面板IN区“钥匙”信号输出端输出信号经电平转换之后为数字信号“1”，反之输出为数字信号“0”。3.2 罗克韦尔 Compact Logix控制器3.2.1 可编程控制器简介通常，人们把可编程控制器叫做PLC，它是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程存储器，用于存储程序和工作数据等，运行逻辑运算、算术运算、数据传送、定时计数、顺序控制等面向用户的指令，并以数字或模拟量的形式输入/输出以控制各种类型的机械作业或生产过程。PLC与外部相关设备的连接，原则是按易于与外部控制系统构成一个有机整体，外观得体还便于扩展其他功能等5。PLC具有显著特点：1）高可靠性；

31、2）肺腑的I/O接口模块；3）采用模块化结构；4）变成简单易学；5）安装简单，维修方便；6）功能齐全，通用性强；7）体积小，能耗低，节能环保且性价比高。3.2.2 可编程控制器的结构及工作原理PLC工作原理可概括为“顺序扫描，不断循环”。即当PLC正常工作时，CPU按照用户编制好并下载到用户程序存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令等打乱程序整体性的语句，则从第一行程序开始逐行顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一行程序，开始下一轮新的扫描，如此周而复始。每次的输入输出扫描过程中，还必须完成对输入条件的检测和对输出命令的状态更新等动作4。PLC作为一种

32、很流行的工业控制器，其内部构成与一般的微机系统基本相似。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两大类2。无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行重新配置与组合，通常由中央处理单元、存储器、I/O单元、变成设备和电源等几个主要部分构成4。1. 中央处理单元CPU就是PLC的核心，和人体的神经中枢类似，它是PLC的运算、控制中心。它按照程序通常实现以下功能：1) 接收并存储从编程器下载的用户程序和数据，但是CPU每次断电以后程序又将重新开始执行，变量的值也变回到原来程序中定义的数据；2) 诊断电源、PLC内部电路状态和程序语法错误；3) 用扫描的方式获取输入信号，再送入PLC的数据寄存器

33、存储；4) PLC达到运行状态后，根据地址由低到高顺序逐行读取用户程序，进行程序的解释和执行，实现程序中各种操作；5) 将程序的运行结果送到输出端口。2. 存储器PLC的存储器主要用于存放系统程序、用户应用程序和工作状态数据4。a.系统程序存储器采用ROM或PROM存储器，由生产厂家初始化编程，用于存放系统程序、用户指令解释程序、编译程序、系统诊断程序和通信管理程序等4。这些程序针对不同硬件构成而具有一定差异性，出厂时已针对不同功能PLC而将程序固化在ROM内，用户不能访问或修改这部分程序存储器内容。b.用户程序存储器用于存放用户经编程器下载的应用程序。一般采用EPROM或EEPROM存储器，

34、现在采用Flash ROM，用户可重复擦除编程。其容量大小代表PLC标称容量。通常，8KB以下为小型机，50KB以下为中型机，50KB以上则为大型机4。c.工作数据存储器存放的是CPU运行中的一些数据，并且经常变化，不需要长期保留这些数据，因此采用随机存储RAM。3. I/O单元输入/输出单元是PLC与外界通信的接口。通过输入接口单元检测被控对象或被控过程的相关参数，这些数据是作为控制器发出动作的依据；再通过输出接口单元将控制器的控制信号传送到被控设备或生产过程，以实现控制。需要注意的是，PLC只能处理标准电平信号，对于不合理的信号需要在该I/O单元实现电平转换；另外，PLC用于现场控制时会遇

35、到现场环境较恶劣，传输距离较远等问题，为了达到精确控制，要求输入/输出口有较强的抗干扰能力。4. 编程设备编程设备指上位机PC，不仅可以实现编程调试功能，还可以在线监视PLC的工作情况。大多数PLC公司生产专用的编程设备，本文采用计算机进行编程。5. 电源电源将交流电转换成PLC工作所需的直流电，本系统需要24V直流电4。3.2.3 Rockwell Control Logix控制器介绍Rockwell是一家工业自动化跨国公司，在可编程控制器市场，罗克韦尔公司的技术非常成熟，是业内最值得信赖的品牌之一。Control Logix系统是Rockwell公司继传统的可编程控制器PLC2、PLC5/

36、SLC500 后推出的第三代工业控制产品，不管是硬件系统还是通信模块都有了质的提升，它是高度模块化的、可灵活地进行任意组合和扩充的高性能控制平台5。3.3 PLC端口分配及接线系统采用由罗克韦尔公司生产的，型号为Compact Logix-L32E的PLC作为控制器，该控制设备I/O口各有16个，编号分别为015。PLC输入/输出端口分配见表3.3。表3.3 PLC端口分配表序号PLC地址面板端子功能说明1I0ID1非接触式ID卡信号12I1ID2非接触式ID卡信号23I2密码A用户密码信号A4I3密码B用户密码信号B5I4密码C用户密码信号C6I5密码D用户密码信号D7I6门开门开限位信号8

37、I7门关门关限位信号9I8窗开窗开限位信号10I9窗关窗关限位信号11I10报警红外对射机构报警信号12I11解除报警中央控制室人员手动解除报警13I12钥匙用户钥匙信号14I13消防中央控制室人员控制进入“消防状态”15Q8开门系统开门输出16Q14关门系统关门输出17Q13开窗系统开窗输出18Q12关窗系统关窗输出19Q11报警系统报警输出20Q10消防指示系统进入消防状态时，消防灯点亮PLC端口与硬件系统接线示意图仅作为参考，实际连线时需注意在PLC与门禁系统实物之间加上电平转接板，连线示意图如图3.5所示。图3.5 系统接线图3.4 转接板设计3.4.1 电平匹配问题门禁设备工作电压为

38、24V，低电平使能，与PLC输入/输出信号电压极性相反。门禁设备返回的信号和接收的控制信号为0V左右，因此，对门禁设备进行控制操作时需接入转换电路。IN区信号反馈到PLC控制器的数字信号区，控制器输出指令时给出控制信号到OUT区即可控制门、窗、消防指示和报警灯的状态。3.4.2 转接板说明转接板工作电压为24V，使用的两种芯片为TLP521-4和ULN2003AN。门禁设备的IN区信号经过TLP521-4转换之后传递到PLC的输入口，即可识别门禁设备的反馈信号；PLC输出信号经过ULN2003AN芯片转换之后接门禁设备的OUT区，使得 PLC的控制信号电压与门禁设备工作电压相匹配。3.5 本章

39、小结通过图3.1能明确看到系统的结构，可对系统整体把握，有助于了解系统。门禁设备集中了读卡器、按键、接口、指示灯和钥匙孔于一个面板，操作方便。PLC端口分配可自行安排，为了查错方便，分配时按照从低到高依次进行分配；随意分配的结果就是一旦调试时候出现问题，就不方便查找错误的原因，不利于调试，这是每一个设计人员应该具备的好习惯。转接板的使用是为了匹配二者电平，没有太大特殊用途，不需花费太多功夫。罗克韦尔公司的PLC控制器性能优越，该公司与很多著名高校都有合作，均成立了罗克韦尔实验室，非常有利于大家了解该公司产品。对控制器内部结构的了解有助于编程实现，具有编程功能的控制器大体结构相似，核心部分都是中

40、央处理器，还有与外界通信的I/O接口，内部用于存储程序和随机数据的存储器等。至于编程语言我们掌握其思想即可，这和各个控制器的编译环境有关。具体的控制器使用的是Rockwell CompactLogix控制器，控制程序编写在RSLogix 5000上完成。编程都是基于对硬件了解得基础上进行的，编程之前进行必要时间的硬件了解和接线，编程时需要对哪个端口进行操作都已经心中有数，不用再去翻看硬件连线，而且接线很多非常容易出错。因此，硬件设计这个步骤其实是很关键的步骤，对硬件花费的时间肯定会比出错调试的时间少。第4章 软件设计系统用到的软件有RSLogix 5000、RSLinks和RSView32，都

41、由罗克韦尔公司开发配套其自身PLC使用。其中RSLogix 5000作为PLC的控制程序开发平台；RSLinx则起到通信连接作用，在RSLogix 5000处于在线状态时，可完成RSLinx的配置；RSView32是作为组态监控界面配置平台。 软件开发时先编写梯形图程序，使系统能达到PLC控制程序预期效果后，再设计组态监控界面，监控界面必须基于RSLogix 5000和RSView32完成通信配置而进行设计。4.1 RSLogix5000编程环境打开RSLogix5000编程软件，在FILE菜单下选择NEW新建一个工程，在Type栏中填入Controller类型，本文选择“1769-32E”，

42、Rvision栏选择15，在Name栏中输入工程名，在下方的Create In中选择工程的存储位置，.然后单击OK返回。如图4.1所示。RSLogix5000是罗克韦尔公司研发与之PLC配套使用的编程软件，主例程用梯形图，子例程除了可以用梯形图外还可以用顺序功能图及结构化文本语言进行编程。图4.1 RSLogix5000配置图4.2 梯形图程序设计本文控制程序只涉及梯形图，没有涉及到顺序功能图。程序包含一个主例程和一个子例程，子例程功能是实现密码设置，其余功能则都是在主例程中完成。程序中涉及开关、线圈、计数器和定时器等初级指令，也有EQU、MUL、CLR、MOV和JSR等高级指令，比较完整的运

43、用了PLC知识。编程时先画出程序流程图，明确系统各个状态间工作的关系，理清逻辑顺序，在编写梯形图时候一定要有整体观念，各行间是否相互制约一定要体现的明明白白。程序流程图如图4.2所示。图4.2 程序流程图系统中涉及很多按键信息，即返回值是脉冲信号，本文采用了计数器来记录此种信息，编程中用完信息之后值得注意的是应立刻清除计数器状态，否则其DN位将一直有效，可能干扰程序其他部分的执行。执行开门信号时程序中采用了输出线圈表示，如在开门期间要求开门信号一直有效，线圈便可实现此功能。程序中有严格的时序，具有定时器功能的指令不止一条，本文采用TON指令，预定时间到了之后其DN将置位。由于指令执行需要时间，

44、尤其遇到程序执行中调用子程序，因此在密码输入校验时，采用了三个定时器来完成每一位密码的输入时序，中间间隔仅50ms，虽然有延迟的状态，但在实际执行中不易察觉。具体的梯形程序见附录1。4.3 RSLogix5000与RSView32间的OPC通信配置进行通信配置之前需要对RSLogix 5000中的工程进行编译、下载，然后让程序处于“运行”模式。接着按下面步骤进行：（1）“开始”菜单程序Rockwell SoftwareRSLinxRSLinx Classic，进入主界面；（2）选择软件菜单栏中“DDE/OPC”选项，在左侧窗口“Topic List”中选择RSLogix5000中相对应的工程名

45、“menjin”，再选择右侧窗口中与对应的PLC下载地址，点击“Apply”按钮，最后点击“Done”关闭窗口，则RSView32就与RSLogix5000内部进行了连接，如图4.3所示；图4.3 OPC通信设置图4.4 组态界面设计组态界面是用于监控系统的用户程序和各硬件部分工作状态，而用RSLinks和RSView32软件实现一个监控硬件的界面，运行在上位机PC上，可以非常直观的远程集中监控，界面温馨，视觉效果好，信息全面。由Rockwell公司开发的用于监视和控制自动化设备的人机界面软件RSView32，支持OPC的服务器/客户端模式，可以通过OPC与硬件通信15。配置过程可概括为：1）

46、建立工程，存盘，在组态界面中放入需要显示的模块分别代表系统中的变量；2）建立节点，注意选择参数时候与OPC Sever相连接；3）建立标签，注意标签的类型，选择数据类型时模拟型和数字型不可混合，如对BOOL型变量进行显示时应选择数字型，但是对DINT型变量（例如密码显示）显示时应选择模拟型，否则组态显示将不正确。选择地址时候必须选择之前定义的工程下的对应标签。4.5 系统运行及结果分析系统可以严格区分出不同ID卡信号，能够准确控制门窗控制，状态检测显示，准确识别密码输入区按键位置，并且所有这些信息都可以在组态界面显示，取得了预期的效果。不完美的地方就是按键时候，门有一个误动作，会瞬间启动有关闭

47、的动作，经多次试验分析，问题应该出在门禁系统的硬件上，可能是控制开门信号的电路没有精确的抗干扰电路，被按键脉冲干扰了。后来经过多次试验并查找资料，发现了解决问题的方法，将PLC的GND端与系统的GND必须接一起，这样整个系统就不会出现干扰脉冲。4.6 本章小结本文使用的是罗克韦尔PLC，根据硬件环境我们只能选择与之配套的软件完成编程环节。RSLogix 5000使用起来非常方便，很多指令跟之前学过的汇编语言相似，对程序编写提供了捷径。编程过程实际上是将一种语言转换为另外一种语言表达的过程，在这个过程中需要严格的逻辑思维能力，尤其对梯形图编程来讲尤为突出。完成这一步之前，需要做好准备工作，首先熟

48、悉编程软件的使用方法，其次画出程序流程图，确保思维缜密，然后对程序分块各个部分分别编程，最后整合程序，验收成果。对系统的编程环节实现之后，系统按照了程序既定规则运行，但是程序运行时变量值的变化不是很明了，虽然可以通过RSLogix 5000进行查看，但是这只能是开发人员进行系统调试时使用，对于投入使用的系统还需要如此去查看显得非常不方便，而且很容易造成源程序的修改或者程序内容的泄露，不符合行业规范。因此，本文采用配套的组态软件绘制了图形监控界面，将非常直观的看到系统参数的变化过程，比如密码输入、控制室状态动作、钥匙信息和刷卡信息等，都能在组态中显示。最终系统运行比较稳定，监测也比较直观，在中央

49、控制室即使不是专业人员一样可以维持系统正常运转。第5章 系统调试系统上电之前先检查使用的PLC各输入/输出口是否正常工作，检查I/O口与系统接线是否正确，检查转接板是否正常接入，检查PLC与系统的地线是否短接到一起，检查钥匙是否在“关闭”状态。进行接线时注意，接线应在芯片断电的情况下进行，接线口的顺序不能错乱，以保证转换后的正常通信。调试中遇到的问题如下：（1）首先进行的是系统有效信号测试，给系统上电之后，默认24V为高电平，0V为低电平，用导线连接高电平到面板OUT区的“开门”接线孔，同时观察门的状态；同样方法测试低电平，很容易发现该门禁系统是低电平有效。（2）进行面板上密码输入区编程时被一

50、个按键误脉冲问题困扰了很久，即在按键输入的时候整个系统会出现“抖动”的现象，所有状态都会被取反一样，后来经过不断地检测调试和查找了一些案例，分析了原因，PLC与系统的电平本来就不匹配，是经过了转接板才能进行识别，但是之前没有将PLC的GND与门禁设备的GND连接，连接之后证明，两个地线没连接导致了电平基准的不准确，因此门禁设备的误动作就自然会产生了，在将两个地短接之后，问题就迎刃而解了。（3）有效信号确定之后，接着确定硬件连线，并且用转接板进行电平转换，然后分配I/O接口，具体分配结果详见3.3端口分配及接线说明。（4）用梯形图编程时，没有从头到尾全部编完程序之后再调试，而是先实现最基本功能，

51、然后一个模块一个模块往上添加，并且每次更改就进行程序编译和硬件调试。首先完成的是各个输入输出口测试，编了一个小程序测试；然后重新编程，完成了3张ID卡的识别、钥匙信号识别、面板上按钮识别，并且可以根据这些信息对门窗状态进行控制。（5）当编程识别按键时到了编程的瓶颈，用了好几天才突破这个问题。按键的信息是按照BCD码返回的，在识别上有了一定的难度，因为这是一个BOOL量和DINT量之间的转变，不可以直接由BOOL量变为DINT量，初始阶段对按键密码的识别用的是对BOOL量的比较，这个方法的弊端一方面，编程行数增加不利于程序运行，另一方面，没有将按键识别为十进制的数，在组态中进行密码显示和后续的密

52、码比较不方便。围绕这一个问题一连几天都感觉处于原地踏步阶段，但是也正是由于这几天的不断尝试，不断改进，思路逐渐清晰，最终解决了这个问题。（6）刚开始编程识别按键时，采用了顺序功能图，调用了十多个子程序，变量也用了很多，使得程序的可读性和完整性变差，因为主程序里出现了很多调用指令，跳来跳去，不利于程序的执行，最终该方法在第一位密码识别的时候能够进入子程序，第二位密码识别的时候就不能进入子程序了，由于代码太长，查错时候不知道从何下手；另外一点，这个方法由于用了大量子程序，使得工程占空间很大，达到了2MB多，在下载程序时候变得很慢。（7）通过大量查阅指令，发现了计数器指令的ACC量是十进制数，这样就

53、从根本上解决了两种数的转换，用CTU指令对按键信息进行锁定之后，用乘法指令将ACC转化成相应的键值。（8）这个问题解决之后又产生了新问题，就是密码比较的时候当时只能识别六个数，可是对于输入时候六个数的先后顺序却排不出来，因此在密码校验的时候校验的是六个数的组合而不是六个数的排列。解决按键顺序时候，采用了六个计数器，计数预定值分别为16，这样在输入有效密码时候每输入一位密码就会有一个计数器达到计数预定值给相应DN位置位。对6个CTU的DN位进行逻辑运算便可对六位十进制密码排序。（9）组态界面监控涉及到RSLogix 5000、RSLinks和RSView32三个软件的配合，简言之即将梯形图中用到

54、的状态变量可以在组态界面中显示出来，这部分设计使用图形界面，只需要做相应配置即可完成组态的设计。总结本文研究的门禁控制系统，是计算机技术、自动化技术以及PLC应用技术控制的有效结合，为楼宇自动化注入了新的血液。系统中增加了密码输入区和钥匙信号，提供了多种开门方式，增加了管理的多样性。运用RSLogix 5000编程，通过梯形图对功能进行实现，为了方便监管人员管理，用RSView32软件设计了组态，对整个系统状态进行了监控，比较直观的看到系统的工作情况。系统硬件连接主要是接口分配问题，中间进行电平转换，最后值得注意的是PLC与硬件系统的GND需要短接到一起。硬件设计部分重在理解原理，不需要费太多

55、时间研究，重点攻克的是软件编程部分，从之前为接触过PLC，到用PLC控制点亮一个灯，再到用PLC分别熟悉系统各个控制端口，到最后完成整个系统的程序设计。毕设完成过程中没有找到直接的参考论文，做实物部分的时候完全当整个门禁设备是一个黑盒子，先测试有效控制信号的极性，然后弄清楚门禁设备对控制信号的响应，最后用程序控制，编程时按照先易后难的方向进行，逐步实现整个系统的功能。选这个毕设的初衷就是因为我之前没有学过PLC，但是PLC方面的工作却非常适合自动化专业学生就业，最终没有辜负之前的想法，能够完成这个任务，对PLC增加了很多认识，虽然运用梯形图看似挺容易，可是控制效果却很显著，耐用、抗干扰，这都是工业上大量采用PLC控制的原因。通过毕业设计，学会了很多。本来打算添加一个指纹识别开门的模块，学了Altium Designer准备画一块RS232电平转换电路板，最后画到了出PCB的阶段，由于别的一些原因做到这一步就放弃了，然后就开始写毕业论文。毕业设计主要是通过实践达到检验自己独立完成的能力。从拿到题目，到分析，到完成实验部分，到最后写成文档形式的报告。整个过程就是不断遇到问题，再不断解决问题，直到完成为止，这也就是毕业设计的目的，最终达到让我们独立处理问题。参 考 文 献1 王汝琳. 智能门禁