PLC密码锁 微机控制课程设计.docx
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PLC密码锁 微机控制课程设计.docx
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PLC密码锁微机控制课程设计
课程设计报告
课程名称
设计题目
专业班级
姓名
学号
指导教师
起止时间
成绩评定
考核
内容
设计
表现
设计
报告
答辩
综合
评定
成绩
电气与信息学院
课程设计考核和成绩评定办法
1.课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面,给出各项权重,综合评定。
该设计考核教研室主任审核,主管院长审批备案。
2.成绩评定采用五级分制,即优、良、中、及格、不及格。
3.参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者,不得参加本次考核,按不及格处理。
4.课程设计结束一周内,指导教师提交成绩和设计总结。
5.设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。
课程设计报告内容
课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范,经教研室主任审核、主管院长审批备案。
注:
1.课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生,设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。
2.为了节省纸张,保护环境,便于保管实习报告,统一采用A4纸,实习报告建议双面打印(正文采用宋体五号字)或手写。
摘要
本设计首先阐述了密码锁对人们生活的重要作用及其发展现状,根据现代社会人们生活安全感越来越差,对密码锁安全性要求越来越高的趋势,结合PLC控制系统稳定性高并能长期运行的特点,研究并设计了基于PLC的密码锁控制系统。
该系统以欧姆龙CPM2APLC为核心控制器,设计了开锁环节及重新设置密码环节,加入计数器功能,使输入密码错误次数不超过三次,并通过上位机组态界面作为控制面板,使密码锁更具报警功能,从而形成了完整的基于PLC的密码锁系统。
关键词
密码锁PLC计数器控制面板
Abstract:
Thisdesignfirstexpoundedtheimportantroleoftricklockinpeople’slivesanditsdevelopmentstatus,accordingtothesecurityofpeople’sfeelisgettingmoreandmoreworse,sopeopleneedtricklockmoreandmoresafest,combiningwiththetrendofhighstabilityofPLCcontrolsystemandlong-termoperationcharacteristics,studyanddesignacontrolsystembasedonPLCcombinationlock.ThemaincontrollerofthissystemisCPM2A,ithasopenlocklinkandresetpasswordlink,withcounterfunction,maketheinputpasswordmistakenumbernotmorethanthreetimes,andthroughtheupperunitconfigurationinterfaceascontrolpanel,makemorealarmfunctions,thuscombinationlockformedacompletesystembasedonPLCcombinationlock.
Keywords:
tricklockPLCcountercontrolpanel
1引言
1.1研究背景及意义
随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其的突出,传统的机械锁由于其结构的简单,被撬的事件屡见不鲜,同时,机械锁一般配有金属钥匙,带起来太重,万一弄丢了,锁基本就没用了。
电子锁保密性高,密码泄露了,换个密码,锁照样能用;使用灵活性好,安全系数高,能够防止不法分子多次试探密码;性价比好,因此,密码锁受到了广大用户的青睐。
出于安全、方便等方面的需要,许多智能锁(如指纹辨识、IC卡辨识)已相继问世,但这些产品的特点是针对特定指纹或有效卡,只能使用与保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜。
房间等,而且卡片式IC卡还有易丢失等特点,加上成本比较高,一定程度上限制了这类产品的普及和推广。
远古时代,锁最初的样式只是用于捆绑物品的绳子和绳结,以表示主人对物品的占有。
在古希腊著名的传说里,马其顿国王的王子亚历山大侵入阿拉伯半岛,占领了格尔迪奥恩。
在承德街道中心有个神殿中有古老的战车,战车上是著名的“格尔迪奥斯绳结”,根据传说解开绳结的人就是亚洲的统治者。
亚历山大都无法解开它。
最后,他拔出了宝剑,用亚历山大的方式,一剑将绳结砍成两断。
不过锁具的发源,却并不是从亚历山大的王国开始。
世界各国的专家们普遍认为锁具的发源中心有两个:
一个是两河流域及埃及,最后传到希腊、罗马甚至整个西欧,直至英伦三岛,再到美国;另外一个中心就是中国,北上传入朝鲜,东上传入日本,南下传入越南等地。
这一切变化,都发生在人类有了房间和房门以后。
最初限定房门的只是粗陋的木栓—它逐渐演变成为更为结实的金属锁,为了能把它们插在锁里固定住,机构中便使用了发条和簧片,这些装置的结构位置加以改变,各种制式的锁具便诞生了出来,为了打开它们,我们需要特定的钥匙。
早期的各种机械锁定装置是基于各种力学原理的基础之上创造出来的。
钥匙的功能就是使锁内的锁定机构发生相应的变动,在开锁(解码)的过程中,只有当钥匙编码和锁编码经机构内鉴别确认一致匹配时,才能通过传动机件是锁栓、锁舌动作,释放锁扣,顺利解码。
机械锁具的安全性能,依靠两条机械原理,一是依靠锁内的障碍物,阻止假钥匙进入旋转,第二则利用一个或多个可移动的限位物,安装在锁内,由钥匙决定它是否在之前预定开启的位置,其数量越多,安全系数也相应提高。
电子锁是采取电子电路控制,以电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千里的跃进。
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出现的问题。
在安全性极高的前提下,他的另一个特点—无需钥匙却被越来越多的人所欣赏。
因为人们携带的要是很多已经成为累赘,而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。
进入20世纪80年代后,随着电子锁专用集成电路的出现,电子所得体积缩小,可靠性提高,廉价产品开始出现。
实用性已经具备,可以说已经有了冲击机械所市场的条件。
1.2本文的主要研究内容
本文主要研究内容是基于欧姆龙PLC设计并制作一个四位密码锁,用上位机组态软件做控制面板。
图1-1控制面板
详细说明如下:
系统启动后,在规定时间内开锁,输入错误时,密码错误指示灯亮;累计3次输入错误将不能再输入,报警指示灯亮,需后台复位,即重新启动;输入正确密码后,按确定按钮,密码正确指示灯亮,执行开锁动作;按下复位按钮,系统复位,可重新输入;按下重设按钮,重设密码指示灯亮,需输入原密码按下确认按钮后才能修改;按下输入按钮时,输入密码指示灯亮;在密码输入过程中,有输入时指示灯亮。
灯从左到右依次为:
输入密码指示灯、有输入时指示灯、重设密码指示灯、密码正确指示灯、密码错误指示灯、报警指示灯。
2系统整体方案设计
在设计控制系统时,首先要设计出一个基本构架,并结合这个构架来详细的说明该控制系统的基本功能。
基于PLC的密码锁系统主要由密码锁本身和控制面板两部分组成。
通过控制面板上按键输入从而实现开锁、更改密码及报警功能。
系统总体框图如图1-2所示。
图1-2系统总体框图
3系统硬件设计
该控制系统主要由上位机,PLC控制器等设备组成,本次课程设计所选器件也均为实验室现有资源,以下进行对相关设备的选择。
3.1上位机的选择
通过上位机实现的功能和工作的环境决定选择品牌机即可,不用选择工控机。
其功能是上位机通过组态王组态软件能够显示密码锁的控制面板,具体菜单包括系统登陆、控制画面等。
但本系统中上位机作为系统的主站,要求有比较高的可靠性和连续运行时间。
因此,选用品牌机作为上位机,质量过关、接口齐全,内存大,价格也适中。
3.2下位机PLC的选择
可编程控制器(PLC)是一种数字运算与操作的控制装置。
PLC作为传统继电器的替代产品,广泛应用于工业控制的各个领域。
由于PLC可以用软件来改变控制过程,并有体积小,组装灵活,编程简单,抗干扰能力强及可靠性高等特点,被广泛应用于生产生活中。
随着PLC技术的发展,PLC产品的种类也越来越多。
不同型号的PLC其结构形式,指令系统,编程方式,价格等各有不同使用的场合也各有侧重。
因此,合理选用PLC,对于提高PLC控制系统的技术经济指标有重要意义。
在本设计中主要从PLC的稳定性和能连续工作方面考虑,输入点数少于15个,输出点数少于10个,因此选择欧姆龙生产的小型PLC即可,型号为CPM2A产品实物图如图3-1,其外观小巧、CPU处理速度快、工作稳定、操作简单、价格合理,因此选择CPM2A作为控制器。
图3-1CQM2A实物图
4系统下位机软件设计
合理的软件结构,是设计出一个性能优良的密码锁系统的基础,在程序设计方法上,模块化程序设计容易完成,便于调试,可供多个程序共享。
软件结构设计和程序设计方法确定后,根据系统的功能,首先画出程序粗略的框图,通过对框图进行扩充和具体化,得到详细的程序流程图,然后编制具体程序。
软件设计的主要方法是先编写工艺流程图,将整个流程分解,确定每步的转换条件,配合分支、循环、跳转及某些特殊功能便可很容易地转为梯形图了。
具体环节有建立PLC的I/O端子表和界线图,建立存储器列表,给出梯形图中的注释等。
经验法是非常重要的方法。
软件设计可以与现场施工同步进行,即在硬件设计完成以后,同时进行软件设计和现场施工以缩短施工周期。
4.1CX-P软件概述
本文设计是选用OMRON的型号为CQM2A的PLC,所使用的编程软件系统是OMRON的编程软件CX-Programmer5.0,编程界面如图4-1所示。
CX-Programmer是一个用来对OMRONPLC进行编程和对OMRONPLC设备配置进行维护的工具,支持C、CV、CS1系列PLC,它具有比CPT更加强大的编程、调试、监控功能和完善的维护功能,使程序开发及系统维护更为简单、快捷。
图4-1CX-Programmer5.0编程环境
CX-P5.0版本的主要特性如下所述:
以树状目录的形式分层显示一个工程的各个项目,这些项目能够被直接访问。
在单个工程下支持多个PLC;单个PLC下支持一个应用程序,其中CV,CS1系列的PLC可支持多个应用程序;单个应用程序下支持多个程序段。
CX-P除了可以直接采用地址和数据编程外,还提供了符号编程功能,编程时使用符号而不必考虑其位和地址的分配。
用梯形图或助记符编程。
在输入指令时,可使用快捷按钮迅速建立梯形图。
颜色的使用。
颜色的使用可以自定义,缺省设置时,全局和本地符号在梯形图中具有不同的颜色,梯形图中的错误显示为红色。
提供了较强的查找和替换功能,支持文本通配符和内存地址范围的操作。
提供了较强的在线功能。
例如,可以对多个PLC梯形图在线编程,监视窗口支持本地符号,可以将监视设置为在16进制下工作。
CX-Programmer5..0编程环境有Windows风格的界面。
使用编程软件可以实现的功能有:
梯形图或语句表编程;编译检查程序;数据和程序的上载、下载,及比较;对PLC的设定区进行设置;对PLC的运行状态及内存数据进行监控和测试;打印程序清单等文档;文件管理等。
用CX-Programmer5.0软件设计程序首先要启动CX-P,新建一个工程,并设置PLC名称、PLC型号(CQM2A)、网络类型(SYSMACWAY,与计算机通信端口COM1)和PLC相关的注释等,根据设计目的和编程手册编辑程序,最后连接PLC并把编写好的程序下载到PLC中进行调试。
4.2PLC程序的总体设计
PLC梯形图的设计分为如下几步:
(1)分析问题,明确所要解决问题的要求和目标。
(2)确定控制过程时序流程图。
(3)确定采用的编程语言和算法子程序。
(4)根据流程图和输入输出参数编制PLC逻辑控制程序。
(5)总装调试:
通过PLC编程器输入程序,按照硬件设计图现场接线并调试。
I/O分配是编写PLC程序的初始部分,也是关键部分,合理的I/O分配能使所编写的程序简单、清晰,让读者一目了然。
本文所设计的输入部分的I/O分配表如表4-1所示,输入部分的I/O分配表如表4-2所示。
表4-1输入部分的I/O分配表
表4-2输出部分的I/O分配表
PLC与外部设备的连接如图4-2所示。
图中只画了部分输入点与按钮的连接。
电源U可接在主机24V直流电源的正极,COM接电源的负极。
图4-2PLC与外部设备接线图
程序流程图是人们对要解决问题的方法、思路或算法的一种描述。
它在控制系统中着承接硬件和软件的作用。
如图4-3所示为主程序流程图,如图4-4所示为开锁子程序流程图,如图4-5所示为重设密码子程序流程图,如图4-6所示为复位子程序流程图
图4-3主程序流程图
图4-4开锁子程序流程图
图4-5成设密码子程序流程图
图4-6复位子程序流程图
5系统上位机软件设计
科技的进步带动了工业自动化历史的进程,从某种程度上说,又是一次新的革命。
在现代远程控制技术中,组态软件已经成为一种趋势,它在远程控制系统中担当者不可或缺的作用,图5-1是组态的工作界面。
图5-1组态王初始界面
在进入组态王功能界面后,选中自己要打开的工程或新建工程即可进入到图5-2界面中,组态王的软件开发就是在这里进行的。
图5-2组态王开发界面
5.1上位机软件说明
组态王(KingView)是目前国内比较流行的一种国产工业自动化通用组态软件,适用于中小规模工业监控机,价格低廉。
组态王配有加密锁,支持工程加密;驱动程序较为丰富,如支持DDE、板卡、OPC服务器、PLC、智能仪表、智能模块等;支持ActiveX控件、配方管理、数据库访问、网络功能、冗余功能。
其扩展性强,可与管理计算机或控制计算机联网通信。
5.1.1KINGVIEW功能及特点
组态软件主要用来组成监控和数据采集系统。
使现场的信息实时地传送到控制室。
保证现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据。
管理人员不需要深入生产现场,就可以获得实时和历史数据。
优化控制现场作业,提高生产率和产品质量。
组态王拥有丰富的工具箱、图库和操作向导,简单易学,在工业控制中应用广泛,具体来说,它具有以下特点:
1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。
2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。
对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。
5.1.2组态王软件控制的基本流程
在应用组态控制时。
需要先对对系统的整体布局做一个整体的设计,这样可以统领整个系统的系统控制界面规划,以便做到良好的控制。
在使用组态王时,首先明确其基本的操作顺序,这样才能更好的完成系统设计。
以下是组态的一般使用操作顺序:
1)图形界面的设计
2)构造数据库
3)建立动画连接
4)运行和调试
5.2系统工程安全设置
在组态控制系统中,首先要设置主画面,在主画面中应有整个系统的所有子画面,以便在控制中进行手动切换;同时,还应考虑到非工作人员时,有非工作人员对系统的误操作,进而产生不良的后果,所以就需要设置系统工作人员登录界面,同时,在可登录的人员中还应设置优先级,来限制非系统级的工作人员对系统进行的误操作,进而减少系统的误操作率,从而把损失降到最低。
最后还要对系统进行系统加密设置,防止有关信息的外流。
图5-3是关于组态王工程的加密初始设置,它直接影响着工程的安全性,对于与它对应的系统也是十分重要的。
图5-3系统加密初始设置
在系统有密码当然就有用户的操作优先级,这个优先级的设定可以防止工作人员以及非工作人员的设定。
对一个系统而言,良好的工作稳定性以及控制方式十分重要的,但是系统的操作安全性也是不容忽视的,图5-4和图5-5详细的表述了用户的设定以及优先级的设定。
图5-4系统管理员优先级设置
图5-5系统运行员优先级设置
任何一个控制系统都会有一个登陆主界面,且该主界面可以切换到相应的子画面,从而对相应的控制部分进行控制。
在主画面设定值时也需要做一些相应的工作,图5-6展示了本次控制主画面所做的画面设计工作。
在控制系统主画面完成之后,就需要对各个按钮的功能以及系统的各个部分进行功能设定,以充分的检测与对电气设备的控制。
6系统调试
7总结
参考文献
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机械工业出版社,1995
致谢
通过本次微机控制技术课程设计,使我无论是思想上还是学习上都取得了巨大的收获,思想上,学会了用科学的精神去解决问题;学习上,使自已在课堂上所学的知识在这次实习中得到实践,学到一些书本上无法学到的经验。
在这里我要感谢在实习期间给予我帮助的老师和同学。
首先要感谢在两周的实习中一直起早贪晚不辞辛劳陪伴我们左右的老师,正是在老师的悉心指导与精心点拨下,才使得这次课程设计能够顺利完成,也使我收获颇丰。
老师们一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我以鱼,而且授我以渔。
感谢老师的辛苦付出,我会将实习中的收获及失败教训都牢牢记在心中,在今后的学习生活中不断总结自己,完善自己。
其次要感谢和我共同奋战的同学们,正是由于你们的帮助、支持和启发下,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至课程设计的顺利完成。
最后要感谢学校为我们提供了这样一个将所学转换为所用的实习的机会,实习中最大的收获是使我懂得,很多事情看起来是很简单的问题,但实际做起来去会发现有许多奥妙,这是因为其中蕴含着许多科学的问题。
千言万语都道不尽我的感激之情,只能最后再送上一声:
谢谢大家!
附录一
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