摘要
本系统设计防盗门报警器控制系统主要由可编程控制器、探测器、执行机构等组成。系统设计以可编程控制器为控制单元，通过系统的基本工艺说明和控制方案，对防盗门报警器控制系统的输入部分和输出部分进行了设计，提出基本控制策略，实现防盗门报警器系统的控制功能。按照方案的选择和设备型号的选择，采用的可编程控制器为西门子S7-200 系列，该可编程控制器设计小巧，功能强大，运行稳定。对于系统的设计，首先按照防盗门报警器控制系统的基本控制要求，确定了控制方案，在此基础上完成系统的设备选型和总体设计框图。系统设计分为硬件部分和软件部分设计，硬件部分按照分析对系统的电气接线图进行设计，并分析设计硬件设计的原理。在软件部分主要对流程图进行详细分析，按照系统的流程图设计完成程序的分析和说明。并根据仿真调试控制，对各个功能动作进行仿真，达到了设计的控制要求。系统设计稳定可靠，功能全面，达到了基本的工艺要求。
关键词： 防盗门报警器；可编程控制器；仿真调试
目 录
摘要 1
1 绪论 3
1.1 课题研究的目的及意义 3
1.2 防盗门报警器的研究现状 3
1.3 防盗门报警器的研究内容 4
1.4 系统的研究思路 4
2 防盗门报警器的总体设计 5
2.1 防盗门报警器的工艺要求 5
2.2 系统的方案比较 5
2.3系统的方案确定 6
3 防盗门报警器的硬件设计 7
3.1 可编程控制器的选择 7
3.2传感器的选择 8
3.3电子锁的选择 9
3.4 I/O分配设计 10
3.5 可编程控制器接线图设计 10
4 防盗门报警器的软件设计 12
4.1 编程软件的介绍 12
4.2 程序流程图的设计 13
4.3程序的设计 14
5 防盗门报警器的仿真设计 18
5.1 系统仿真设计的步骤 18
5.2 仿真过程分析 19
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
防盗门报警系统是在传统的门锁基础上发展而来的。现在，许多场合还在使用传统的门锁。传统的门锁是一种单纯的机械装置，虽然经过不断改进，安全性有所提高但无论设计多么合理材料多么坚固，总能通过种种非正常手段把它打开，因此安全性较差。对每个使用者来说，一把锁配一把钥匙，使用起来不方便，在出入人较多的通道钥匙的管理也相当麻烦，遇到钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。本设计研究防盗门报警器控制系统，采用控制单元对报警器信号进行采集，通过PLC的运算，输出开门信号、关门信号以及报警信号。系统设计采用可编程控制器进行程序控制，达到系统工艺控制的目的。本系统设计在详细了解控制系统的工艺要求的基础上，采用可编程控制器进行系统的硬件设计和软件编程调试，通过程序流程的思路和编程技巧达到系统的工艺目的。可编程控制器可靠性能高、抗干扰性强、经济实用、功能完善、体积小巧、扩展性好等优点，是现代工厂控制系统设计的最佳选择。
1.2 防盗门报警器的研究现状
最近几年，随着自动识别技术的发展，防盗门报警系统得到了飞跃式的发展，进入了成熟期，出现了乱序键盘防盗门报警系统、IC卡式防盗门报警系统、感应式防盗门报警系统、各种生物识别防盗门报警系统，这些防盗门报警系统应用的自识别系统更为先进（感应技术、生物识别技术等），设计也趋于更合理，控制器与识别仪分体设计，识别仪安装在门外，控制仪安装在门内，即只有识别仪对控制器的传输线露在外面，其他所有控制线均在门内，因此在安全性上有很大提高，系统的可靠性，管理和使用的方便性等方面也有很大进步。
在微机的通信方面，较早的防盗门报警系统多采用单机控制型。这种类型的防盗门报警系统多采用RS485通信方式、投资小、线路专用。随着网络的普及应用，出现了网络型防盗门报警系统。其通信方式采用的是TCP/IP协议，技术含量高，很容易实现网络控制及异地控制。适用于大系统或安装位置分散的单位。
随着人们对防盗门报警系统各方面要求的不断提高，防盗门报警系统的发展会呈现出应用范围越来越广泛和集成应用的发展趋势。
1.3 防盗门报警器的研究内容
防盗门报警器系统的工作过程是，持卡者进门（或双向读卡出门）是读卡器读卡，将个人识别卡中的信息传输给门禁控制器，门禁控制器根据卡号、当前时间和内部数据库中的信息，判断该卡是否有效，之后控制电锁是否打开。系统还可以进行实时监控，每一次读卡，门禁控制就将卡号登录时间、有效、无效等信息作为一条事件记录下来，传输控制中心计算机并在显示屏上显示来。按照以上的工作过程，对防盗门报警器控制系统进行硬件分析设计、软件程序设计以及仿真调试设计。达到系统设计的要求。
1.4 系统的研究思路
为了保证防盗门报警器控制系统顺利设计完成，详细的设计思路如下几点：
（1）对防盗门报警器控制系统的资料进行查询，了解详细的控制工艺，对国内外研究现状进行分析，进行系统设计策略分析。
（2）详细分析控制系统的工艺策略，明确工艺控制的信号输入和输出，选择最佳控制策略，并完成与系统相关的电气选型和计算，确定具体的控制方案。
（3）对系统进行硬件设计思路分析，明确图纸设计的具体内容，考虑系统安全保护、预留扩展等，完成硬件图纸设计和接线分析。
（4）按照系统控制策略方案和硬件设计图纸，进行程序流程的工艺分析，对系统的每个功能实现进行程序流程设计，在此基础上完成程序编写和调试，达到控制的要求。
2 防盗门报警器的总体设计
2.1 防盗门报警器的工艺要求
按照设计的内容，防盗门报警器系统的基本系统组成即：控制器+读卡器+开关门机构，利用防盗报警装置中常见的门磁开关共同构成了这套以一间屋子为假想防护对象的系统。进出门人员只有经过授权才可以使用密码卡；密码+卡等开门方式中的一种进入屋内。具体的设计工艺如下：
（1）设置权限：对每个通道设置那些人可以进出哪些人不可以进出。并且对可以进出该通道的人进行进出方式授权，进出方式通常有密码、读卡（生物识别）、读卡+密码三种方式。设置进出该通道的人在什么时间范围内可以进出。
（2）监控设计：实时察看每个门区人员的进出情况，每个门区的状态。
（3）异常报警设计：主要进行门报警和窗报警检测和输出，通过红外线检测是否有异常，对窗户震动产生可能的异常，进行报警，通过报警器输出当前异常情况。
2.2 系统的方案比较
按照防盗门报警器控制系统的方案分析，明确了该系统的控制思路以及系统输入和输出的控制策略。按照系统的工艺设计要求，进行控制系统的开发设计，取得良好的控制效果和稳定可靠的应用结果。具体方案比较分析如下：
（1）单片机系统控制方案
单片机系统控制功能比较强大，对现场系统的控制精度比较好，而且能够根据具体控制算法进行程序设计，能够达到控制要求。但是单片机开发周期比较长，从硬件设计到制作单片板，软件设计和调试等，花费时间比较长，另外单片机的扩展性能差，对系统后期的改造升级适应性差。特别对现场信号的干扰，往往会影响整个系统运行的稳定性，如果安装环境恶劣，单片机系统将容易损坏。按照本系统设计扩展性要求和可靠性要求，该方案不适合本系统设计的控制策略。
（2）可编程控制器系统控制方案
对于可编程控制器自身的优势来说，它结合了当前研究的最新技术，特别是计算机技术的发展、自动控制理论的深入研究成果以及通信技术的长足发展等，为可编程控制器提供了高可靠性和功能强大的保障。可编程控制器对现场信号的抗干扰能力比较强，能够适应各种场合下的现场工艺控制策略，特别是可编程控制器的开发周期短，扩展性强，模块化设计为可编程控制器的功能实现提供了各种可能性，按照最常用的模拟量控制、运动控制、传动控制等各种控制方式，可编程控制器完全可以胜任。如果现场工艺发生改变，可以对程序进行升级修改，并且下载程序并调试即可，无需繁复的二次开发过程，在硬件设计过程中，只需要对系统扩展的余量充分保留，后期设计很方便。因此采用可编程控制器作为本系统的主控制器，是最佳的选择。
2.3系统的方案确定
按照系统的设计工艺要求，以及控制方案，本设计主要选择可编程控制器进行设计，对防盗门报警器进行方案确定如下图所示。
图2-1防盗门报警系统方案框图
由以上系统分析可知，防盗门控制系统的硬件设计主要包括读卡器、控制器、开关门输出的设计。按照以上的方案框图，系统的输入部分主要包括：读卡门开输入、室内和室外开关门输入、开门和关门反馈输入、设防按钮输入、门铃按钮输入、门磁开关输入、窗磁开关输入、红外输入以及消音输入等；系统的输出部分主要包括：开门输出、关门输出、报警输出、设防信号输出、门铃输出、门报警或窗报警输出、震动输出以及红外输出灯等、
3 防盗门报警器的硬件设计
3.1 可编程控制器的选择
可编程控制器主要应用于工业控制环境，是一种通过数字运算和逻辑控制操作的电子系统。可编程控制器通过专用的编程软件进行设备组态和工艺程序的编制，来实现工业现场逻辑控制运算、顺序功能控制、时间控制、计数控制以及各种数据计算和控制，达到工业现场系统自动化、智能化的工艺控制目的。可编程控制器将先进的自动化控制技术、计算机硬件和软件技术、通信科学技术等多领域的学科融为一起，形成强大的电子控制产品。就当前工业自动化发展趋势而言，可编程控制器是最重要、能够在各种场合下实现控制的工业工控产品。
（1）中央处理单元
中央处理单元也称为CPU，是可编程控制器的“大脑”，CPU可以进行电源自检、硬件组态自检、存储器调用、I/O点的状态调用等。当可编程控制器处于运行状态时，CPU通过循环扫描的方式将现场的信号数据接收，存入相应的输入映象区，然后按照用户编写的程序进行扫描执行程序，将程序运算的结果输出到输出映象区。CPU不断地循环扫描执行程序，直到可编程控制器处于停止状态。CPU的运行速度是非常重要的硬件参数，该参数往往决定着可编程控制器的指令处理能力，I/O数量的计算和软件程序的容量等。
（2）存储器
按照可编程控制器的存储设计，PLC的存储器分为两种，分别为系统存储器和用户存储器两类。系统存储器存放着系统的内部程序，一般客户不允许访问和更改，用户存储器可以进行用户程序的存储。包括程序的数据、状态等。用户存储器可以存放用户编写的应用程序，在可编程控制器运行过程中，用户存储器随时调用参数，达到系统命令执行的目的。
（3）通信接口
可编程控制器的通信接口主要用于和计算机以及其他设备之间进行通讯。通常可编程控制器的通讯接口为RS-232接口/RS-485接口，可以进行各种通讯协议的通讯。可编程控制器通过这些接口可以连接上位机、仪表、变频器等其他单元。
（4）电源
可编程控制器为内部电子系统提供工作电源，为整个系统的稳定安全运行起着非常重要的作用，通常使用的可编程控制器有AC220V交流电源和DC24V直流电源两种。
可编程控制器的特点如下：
（1）可靠性高、抗干扰能力强
可编程控制器采用现代先进的电子技术，集成有大规模现代集成电路，通过严格的工艺生产，该集成电路具有很强的抗干扰能力，因此可靠性比较高。在大型知名品牌的三菱PLC中，F系列的可编程控制器无故障时间高达三十万小时。由于采用集成电路，并且可编程控制器带有自我检测的功能，如果发生硬件故障，可编程控制器将发出警告信息。
（2）硬件配套齐全、功能强大
可编程控制器经过50多年的发展，已经形成标准化、系列化和模块化，针对现场不同的应用场合，开发有不同应用的模块提供给用户选择和配置，按照相关硬件组态，可以将不同的模块组态在一起，更好的实现不同的控制要求和系统要求。目前可编程控制器的功能模块已经覆盖到各行各业的任何不同的控制领域，比如常见的过程控制领域、模拟量控制领域、数控机床控制领域等，依靠可编程控制器强大的通信功能，可以实现PLC和人机界面的信息交互，使控制系统更加人性化，智能化。
（3）易学易懂、深受欢迎
可编程控制器是面向工业环境控制而研发设计的产品，编程语言沿用了继电器控制系统的习惯，简单易学易懂，并且能够通过各种编程方法和硬件模块的使用，达到工业用户的各种工艺设计要求，深受工程技术人员的喜爱。
（4）体积小巧、扩展能力强
可编程控制器的体积小巧，占用空间不多，而且经常安装于机械内部，使用非常方便。可编程控制器的设计工作、现场安装和调试工作量比较小，并且日常维护比较方便，系统升级改造比较方便，程序设计方法比较多，容易改造成功。特别是大型可编程控制器，该系统改造的工作时间要比其他相应的控制器改造时间少的很多，工作效率明显提高。
对于西门子的小型PLC系列中，S7-200可编程控制器应用比较广泛，该可编程控制器的可靠性能高、系统的功能比较强大、指令丰富，可以应对各种场合的工况设计，该可编程控制器常用的通讯方式为PPI通讯、MUDBUS通讯、以及USS通讯等。在实际应用中，可以根据工程的具体协议进行设计。该可编程控制器可以扩展7块功能模块。在S7-200的系列家族中，按照系统的功能特性，主要由CPU221-226各种型号组成。本系统按照设计的要求，选用的可编程控制器为S7-200 CPU226型号进行程序的设
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致 谢
本次毕业设计在指导老师的悉心辅导下完成的，我特别感谢指导老师，老师的耐心辅导和教诲让我对毕业设计很有信心，也对自己研究的课题产生了极大的兴趣。从本次毕业设计拿到题目开始，我就一直在思考课题的工艺，翻阅大量文献资料，去了解研究状况，思考自己的设计需要采取什么样的控制方案。通过老师的辅导和我细心思考，我明确了自己的课题研究方向，确定了课题设计的系统方案，也知道了课题的具体改进方案。
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参考文献
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