基于PLC 的自动门禁系统的设计与仿真

郭昊坤

(江阴职业技术学院 电子信息工程系,江苏 江阴 214405)

0 引言

近年来,随着科学技术的不断发展和自动化程度要求的不断提高,自动门禁系统已走进了人们的生活。 自动门禁系统不仅可以节省大量人力、物力,还能在非工作时段保障相关场所的财产安全,故而其应用场合越来越广泛,如景区、影院、学校、工厂等。 自动门禁系统所要运用到的科学技术多种多样,如电力控制技术、自动化控制技术、图像识别技术、物联网技术、通信技术等[1]。 本文出于自动化类高职学生PLC课程教学目的,仅针对电力、自动化等相关领域,设计了一种基于PLC[2-3]的自动门禁控制系统,并进行了仿真验证。 本系统的设计与仿真可使相关专业学生将所学知识应用于实际生活场景,提高学生专业能力的同时激发了其对所学专业的兴趣。

1 总体方案设计

本文所设计的一种基于PLC 的自动门禁控制系统,其主要功能如下:

(1)正常模式。 一开始门呈关闭状态,待身份确定后,信号传播至电机,控制门开启,同时门开启指示灯亮,当检测到人经过门3 s 后门关闭。 若在人经过时又有他人身份确定可以通过时,门关闭时间延长至第二个人经过3 s 后。

(2)报警模式。 正常模式下,当一个人经过门后,又有未确定身份的人在延时3 s 过程中经过门,则开始报警,同时报警指示灯闪烁。 门关闭时若身份验证失败则也将触发报警。

(3)防夹人模式。 报警模式下,门不能在3 s 后马上关闭,要等人安全经过过后,3 s 后关闭。

(4)常开模式。 当按下常开按钮时,全部门常开,直到按下其他模式的按钮。

(5)常关模式。 当按下常关按钮时,全部门常关,直到按下其他模式的按钮。

(6)急停模式。 当按下急停按钮时,门禁开始紧急停止运行,若再按下自动开始按钮或手动按钮,则继续开始。

(7)自动模式。 门禁系统自动运行正常模式、报警模式、防夹人模式。

(8)手动模式。 门禁系统所有动作通过手动按钮控制实行。

(9)保护模式。 当电机过热时触发保护模式,同时其他模式按键无法控制,门全都关闭,若有人则先触发防夹人模式后关闭。

(10)记录模式。 在正常模式下,记录符合要求者的身份信息、进出及报警次数等。

2 硬件设计

本文选用西门子S7-300 系列PLC 进行设计,其模块如图1 所示,其硬件接线如图2 所示。

图1 S7-300 模块

图2 硬件接线

3 软件设计

门禁系统自动模式整体运行流程如图3 所示,首先刷卡,门禁系统中的读卡器读卡,系统后台判断该人身份是否符合要求,发出不符合与符合有两种信号,若身份符合,则电磁锁打开,门开启,同时记录相关数据。 若身份不符合,则报警模式启动,同时记录报警信号次数等相关信息。

图3 门禁系统自动模式流程

若按下手动模式按钮,则开启手动模式,自动模式不可用,此时按下手动开门按钮则门开,按下手动关门按钮则门关,如图4 所示。

图4 门禁系统手动模式

4 仿真调试

利用仿真系统进行模拟,进而对所设计的一种基于PLC 的自动门禁控制系统运行的过程与逻辑予以论证。 经验证,所设计的控制装置正确有效,重要验证步骤如下:

当选择自动模式时,需要按下自动模式开关,同时自动模式灯亮,此后若有人从门外刷卡进入则自动运行模式进行判断,若身份符合则门开,同时开门指示灯亮,正常刷卡次数加1,如图5 所示。

图5 自动模式正常进入

若出现故障自动模式不可用,则可以采用手动模式,按下手动模式开关,手动模式灯亮,自动模式关闭,此时工作人员人工核验身份,身份符合则手动按下手动开门按钮,则电机开门,开门指示灯亮,如图6所示。

图6 手动模式开门

若在自动模式下,正常门开时,感应开关感应到两次人员进出,则会触发报警模式,同时报警指示灯亮,报警记录次数加1,如图7 所示。

图7 多人进出情况

若身份核验失败,则直接触发报警开关,同时报警指示灯亮,报警记录次数加1,如图8 所示。

图8 身份不符合情况

若想门常开,则按下常开模式按钮,此时常开指示灯亮,电机开门,开门指示灯亮,如图9 所示。

图9 常开模式

5 结语

近年来,随着科学技术不断发展、自动化程度要求不断提高,自动门禁系统已走进了人们的生活。 自动门禁系统不仅可以节省大量人力、物力,而且还能在非工作时段期间保障相关场所的财产安全,故而其应用场合越来越广泛。 本文出于自动化类高职学生PLC 课程教学目的,仅针对电力、自动化等相关领域,设计了一种基于PLC 的自动门禁控制系统,并进行了仿真验证。 仿真结果表明所设计的控制系统正确有效。