利用SIMATIC Manager編寫PLC設(shè)計(jì)一個(gè)8位的密碼鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要場(chǎng)所的安全門禁控制，控制要求如下：

• 采用鍵盤實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、設(shè)置、復(fù)位等操作；
• 輸入密碼正確時(shí)，執(zhí)行開門信號(hào)；
• 密碼輸入錯(cuò)誤三次以上時(shí)，報(bào)警燈閃爍，密碼輸入錯(cuò)誤5次以上時(shí)鎖定鍵盤，同時(shí)警鈴響起，報(bào)警燈亮；
• 在密碼輸入正確后，可以允許重置密碼、復(fù)位密碼操作。
  

通過對(duì)8位密碼鎖的設(shè)計(jì)實(shí)踐，將對(duì)以往課內(nèi)學(xué)習(xí)的只是進(jìn)行鞏固與實(shí)踐，有助于培養(yǎng)我們對(duì)PLC編程的理解與應(yīng)用，鍛煉我們解決實(shí)際工程問題、查閱文獻(xiàn)、產(chǎn)品手冊(cè)、圖書資料和書寫技術(shù)文檔的能力，并掌握分析問題、解決問題的思路。

基于PLC設(shè)計(jì)一個(gè)8位門禁密碼鎖，該密碼鎖帶有15個(gè)按鈕輸入，3個(gè)輸出，其中10個(gè)輸入按鈕為0~9的數(shù)字密碼輸入，另外5個(gè)分別為輸入、確認(rèn)、復(fù)位、更改和重置；3個(gè)輸出為門禁電機(jī)（開門信號(hào)）、蜂鳴器（報(bào)警鈴）和報(bào)警燈。

在課題要求當(dāng)中，采用鍵盤實(shí)現(xiàn)密碼的輸入、設(shè)置、復(fù)位等操作。要實(shí)現(xiàn)上述控制要求，需要采用PLC，通過梯形圖來完成。PLC輸入端需要接入15個(gè)控制按鈕，分別用不同的按鈕代表不同的操作，有輸入、確認(rèn)、0~9的數(shù)字輸入、復(fù)位、更改和重置等操作，按下輸入按鈕，輸入數(shù)字密碼，并對(duì)輸入位數(shù)計(jì)數(shù)，若密碼輸入中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可按下復(fù)位，清空計(jì)數(shù)，允許重新輸入。再按下確認(rèn)鍵驗(yàn)證密碼， 輸入密碼正確時(shí)，允許修改密碼[10]。

同時(shí)要求輸入密碼正確時(shí)，執(zhí)行開門信號(hào)。在密碼正確后輸出信號(hào)控制門禁電機(jī)接觸器，以控制門禁電機(jī)運(yùn)行。

要求密碼輸入錯(cuò)誤三次以上時(shí)，報(bào)警燈閃爍，密碼輸入錯(cuò)誤5次以上時(shí)鎖定鍵盤，同時(shí)警鈴響起，報(bào)警燈亮。密碼驗(yàn)證錯(cuò)誤時(shí)，對(duì)其計(jì)數(shù)，正確時(shí)清零，當(dāng)達(dá)到三次時(shí)，輸出脈沖信號(hào)，使報(bào)警燈閃爍。達(dá)到五次時(shí)，輸出兩個(gè)控制信號(hào)，使報(bào)警燈常亮，警鈴響起，同時(shí)斷開密碼輸入功能，是鍵盤鎖定。

密碼正確后，應(yīng)允許更改密碼，按下更改后，輸入8位密碼，將作為新的密碼，在一次輸入密碼正確后，允許將密碼重置。以實(shí)現(xiàn)課題中要求的在密碼輸入正確后，可以允許重置密碼、復(fù)位密碼操作。

根據(jù)上述分析，實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)包括硬件方案和軟件方案。硬件方案需要選擇PLC控制器以及相關(guān)的低壓電器，并完成電氣控制原理圖、PLC的I/O分配、PLC的接線圖等。軟件方案需要畫時(shí)序圖、順序功能框圖，并編寫梯形圖以完成對(duì)門禁電機(jī)和報(bào)警的邏輯控制，并進(jìn)行仿真和演示驗(yàn)證。

圖 2?1設(shè)計(jì)方案

如圖 2?1所示，按下輸入按鈕輸入“0~9”的8位數(shù)字密碼，并對(duì)輸入位數(shù)計(jì)數(shù)，若輸入中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，按下復(fù)位按鈕清零計(jì)數(shù)，重新輸入8位密碼，按下確認(rèn)鍵后，驗(yàn)證密碼的正確性，若錯(cuò)誤，對(duì)其計(jì)數(shù)，達(dá)到三 次，輸出接口向警燈輸出周期脈沖信號(hào)，使報(bào)警燈閃爍，達(dá)到五次將禁止輸入密碼和驗(yàn)證密碼的功能，以此達(dá)到鎖定鍵盤的要求，同時(shí)輸出兩個(gè)高電平信號(hào)，使警鈴長(zhǎng)鳴，警燈常亮；若密碼正確，將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)清零，發(fā)出開門信號(hào)，門禁電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)允許更改密碼，按下更改按鈕，再按下輸入鍵，輸入新的“0~9”8位新的數(shù)字密碼，確認(rèn)按鈕按下，密碼修改成功。重新輸入新的密碼，若正確，將允許重置密碼，按下重置按鈕將密碼重置為初始密碼[11]。

硬件上可利用開關(guān)按鈕或者觸摸屏實(shí)現(xiàn)按鈕的輸入，通過S7-300處理來控制門禁電機(jī)的運(yùn)行,軟件方面利用PLC梯形圖編程來實(shí)現(xiàn)密碼鎖的控制邏輯，完成了對(duì)密碼鎖的輸入、復(fù)位、更改、重置、報(bào)警等功能的控制邏輯程序編寫。在利用PLCSIM進(jìn)行仿真時(shí)，仿真程序正常運(yùn)行，仿真結(jié)果完全符合課題要求，密碼鎖的輸入、復(fù)位、更改、重置、報(bào)警等功能完全正常。因本方案所用電器元件少，功能較簡(jiǎn)單，所需要的成本相對(duì)于重要場(chǎng)所的安全性來說，其成本很低。

本章作為總體方案是對(duì)課題要求的說明與分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行方案設(shè)計(jì)并對(duì)其可行性做了一定的分析和驗(yàn)證。

圖 3?1硬件系統(tǒng)框圖

如圖 3?1所示，通過鍵盤輸入指令，PLC處理，輸出信號(hào)報(bào)警或開鎖，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)初始密碼和中間值，電源為PLC提供能量。

圖 3?2 電氣布局圖

如圖 3?2所示，8位密碼鎖由一個(gè)輸入鍵盤通過PLC來控制門禁電機(jī)的動(dòng)作以此作為密碼鎖，鍵盤上由15輸入按鈕，3個(gè)指示燈都是用于密碼錯(cuò)誤提示，有一個(gè)蜂鳴器將在密碼錯(cuò)誤5次后報(bào)警。

表格 3?1 CPU信息

在如表格 3?1所示的各CPU中[16]，不同的CPU有不同的特性，存儲(chǔ)容量也不一樣，由于該密碼鎖數(shù)字量總共為18個(gè)，且于密碼鎖需要較快的反應(yīng)速度，以可選用存儲(chǔ)容量為64KB的CPU 314。

I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚�通常根�?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整[15]。本設(shè)計(jì)有15個(gè)數(shù)字量輸入，3個(gè)數(shù)字量輸出，因此選用SM321 DI32xDC24V作為輸入，SM322 DO16Xdc24V/0.5A作為輸出。

對(duì)于密碼鎖所用到的低壓電器需要進(jìn)行選型，如下：

根據(jù)密碼鎖鍵盤的實(shí)際要求分析，需選用常開、不帶指示燈、自動(dòng)返回、平頭的普通按鈕。如表格 3?2所示，可選用短柄黑按鈕XB2BD21C，型號(hào)為L(zhǎng)A39-10X/K的常開按鈕。可在按鈕上加裝鍵帽。

表格 3?2 按鈕型號(hào)

對(duì)于指示燈，由于是用來密碼錯(cuò)誤報(bào)警的所以應(yīng)選用燈光顏色為紅色的指示燈，且由于該設(shè)計(jì)是用于重要場(chǎng)所的門禁，可選用亮度較大的指示燈，所以選用額定電壓為3.7V，額定電流為250mA。

蜂鳴器的選型有如下指標(biāo)：

• 尺寸：蜂鳴器的尺寸會(huì)影響到音量的大小，頻率的高低，電磁式的最小從7mm到最大的25mm，壓電式的從12mm到50mm或更大都有。應(yīng)用于門禁密碼鎖的蜂鳴器應(yīng)采用中等大小的蜂鳴器，
• 工作電壓：電磁式的蜂鳴器，從1.5到24V，壓電式的從3V到220V都是可行的，但一般壓電的還是建議有9V以上的電壓，以獲得較大的聲音。
• 消耗電流：電磁式的依電壓的不同，從幾十到上百毫安都有，壓電式的就省電的多，幾毫安就可以正常的動(dòng)作，且在蜂鳴器啟動(dòng)時(shí)，瞬間需消耗約三倍的電流，采用壓電式蜂鳴器以節(jié)省成本。
• 驅(qū)動(dòng)方式：二種蜂鳴器都有自激式的，只要接上直流電（DC）即可發(fā)聲，因?yàn)橐褍?nèi)建了驅(qū)動(dòng)線路在蜂鳴器中了，因?yàn)閯?dòng)作原理的不同，電磁式蜂鳴器要用1/2方波來驅(qū)動(dòng)，壓電的用方波，才能有較好的聲音輸出。
  

綜上所述，應(yīng)選用壓電式蜂鳴器SS0905PA0,如圖 3?3所示,工作電壓為9V，工作溫度為-20~70℃，工作電流為4mA。

圖 3?3 SS0905PA0

圖 3?4 ja12-1:1000減速電機(jī)

由于本設(shè)計(jì)是密碼鎖，門禁電機(jī)只是對(duì)鎖舌進(jìn)行控制，功率以及尺寸不能太大，且轉(zhuǎn)速不能過大，所以應(yīng)選用帶齒輪減速裝置的小型電機(jī)，如圖 3?4所示，額定電壓為6V，空載電流為45mA。

如表格 3?1所示，為8位密碼鎖的輸入輸出分配表。有15個(gè)輸入，3個(gè)輸出。

如圖 3?5所示[14]，按下輸入按鈕I0.0，即可輸入8位密碼，若發(fā)現(xiàn)輸入有誤，按下復(fù)位按鈕I0.1,重新輸入8位密碼，按下確認(rèn)按鈕，若密碼正確，KM1得電，開鎖。按下II0.0.3，更改密碼，再次按下I0.0，輸入8位新的密碼，按下確認(rèn)按鈕I0.1更改成功，重新輸入新的8位密碼KM1得電，按下I0.4重置密碼。若輸入的密碼錯(cuò)誤，達(dá)到3次，Q4.2會(huì)輸出頻率為2hz的電平脈沖，使得警燈閃爍，達(dá)到5次，Q4.1、Q4.2會(huì)輸出高電平，使警燈常亮，警鈴響。

圖 3?5 PLC接線圖

PLC應(yīng)該控制一臺(tái)門禁電機(jī)的運(yùn)行并給出運(yùn)行狀態(tài)的指示。則門禁電機(jī)的主電路如下圖 3?6所示。

主電路圖中需要連接一臺(tái)電機(jī)。線路中需要接熱繼電器FR進(jìn)行過載保護(hù)，接熔斷器FU進(jìn)行短路保護(hù)，閘刀開關(guān)QS用來隔離電源、接通電路。如圖 3?6所示

圖 3?6 電氣控制的主電路圖

本章主要對(duì)課題8位密碼鎖的PLC設(shè)計(jì)進(jìn)行了硬件方面的設(shè)計(jì)，從硬件系統(tǒng)框圖、電氣布局圖到各種低壓電器的分析與選型，還有對(duì)PLC的選型，輸入輸出的IO分配，參考資料對(duì)PLC接線圖的設(shè)計(jì)，并且畫出了門禁電機(jī)的主接線圖。

圖 4?1 功能框圖

如圖 4?1所示，密碼輸入過程中可用復(fù)位功能，重新輸入密碼，密碼輸入完成后，將驗(yàn)證密碼的正確性，若錯(cuò)誤達(dá)到3次將告警，警燈閃爍，達(dá)到5次將使警燈常亮，警鈴響起，鍵盤鎖定。密碼若正確，將執(zhí)行開門信號(hào)，允許更改密碼，更改密碼過程中，可用復(fù)位功能重新輸入8位密碼，更改完成后，需重新輸入8位更改后密碼，驗(yàn)證通過后，才允許重置密碼。

如圖 4?2所示， FB1作為主要程序，進(jìn)入FB1，按下輸入按鈕進(jìn)入調(diào)用FC1，F(xiàn)C1作為密碼輸入功能，將輸入的8位密碼保存到FB1的背景數(shù)據(jù)塊DB1中，若中途發(fā)覺輸入密碼有誤，可按下復(fù)位按鈕重新輸入8位密碼，輸入完成后，按下確認(rèn)按鈕，進(jìn)入FC2，F(xiàn)C2位密碼驗(yàn)證功能，將已輸入的密碼與默認(rèn)密碼進(jìn)行比較，若密碼錯(cuò)誤，將計(jì)數(shù)器C2計(jì)數(shù)加1，判斷C2計(jì)數(shù)是否等于5，若等于點(diǎn)亮報(bào)警燈使其常亮、置位警鈴使其報(bào)警，并鎖定鍵盤；若不等于5，繼續(xù)判斷C2計(jì)數(shù)是否等于3，若等于將使警燈閃爍，周期為2S，回到重新輸入密碼；若密碼正確，開門信號(hào)置位，控制門禁電機(jī)運(yùn)行，并允許更改密碼，按下更改按鈕，在按下輸入按鈕，進(jìn)入FC1,輸入8位新的密碼，F(xiàn)C1將輸入的8位密碼保存到FB1的DB1的另外8位IO參數(shù)中，按下確認(rèn)密碼，即可修改成功。重新輸入新的正確的才能開鎖，并允許重置密碼，按下重置按鈕，會(huì)將密碼重置為初始密碼0~7。

圖 4?2流程圖

如下圖 4?3所示，初始化完成后，將M0.1置1，啟動(dòng)密碼輸入程序，第一次按下I0.0時(shí)，進(jìn)入FC1輸入8位密碼，若密碼輸入途中發(fā)現(xiàn)密碼錯(cuò)誤，按下復(fù)位按鈕I0.2，將復(fù)位輸入計(jì)數(shù)，重新輸入8位密碼，按下確認(rèn)按鈕I0.1，將M0.2置1，驗(yàn)證密碼，密碼正確門禁電機(jī)接觸器KM1得電，門禁電機(jī)運(yùn)行開鎖，按下重設(shè)密碼I0.3，將M0.3置1，更改密碼，輸入8位新的密碼，按下確認(rèn)按鈕I0.1修改成功，需重新輸入密碼，若密碼錯(cuò)誤達(dá)到三次，將使報(bào)警燈一周期為2s閃爍，5次將使鍵盤鎖定，阻止輸入密碼，并讓報(bào)警燈與警鈴報(bào)警；若密碼正確，將M0.4置1，允許重置密碼，按下重置按鈕I0.4，將重置密碼為初始密碼0~7。

圖 4?3時(shí)序圖

圖 4?4順序功能圖

上圖 4?4中的FC1時(shí)8為密碼輸入模塊，F(xiàn)C2時(shí)密碼驗(yàn)證模塊。初始化完成后，置位M0.0，在沒按下更改按鈕I0.3時(shí)，按下輸入按鈕，輸入8位密碼，按下確認(rèn)驗(yàn)證密碼是否正確，驗(yàn)證完成，將M1.4置1，密碼錯(cuò)誤將M1.1置1，若驗(yàn)證完成，密碼未錯(cuò)誤，即密碼正確，按下I0.3即可更改密碼,輸入8位新的密碼,確認(rèn)按鈕I0.1按下后更改成功，將可重置密碼標(biāo)志位M2.5置1，重新按下輸入按鈕I0.0，重新進(jìn)入密碼輸入，密碼驗(yàn)證成功可更改密碼，也可重置密碼，按下重置按鈕I0.4，將密碼重置為0~7，并將標(biāo)志位M2.5復(fù)位。可重新輸入密碼，密碼輸入錯(cuò)誤后，計(jì)數(shù)器C2計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)達(dá)到3，報(bào)警燈閃爍，達(dá)到5，報(bào)警燈常亮，警鈴響。鍵盤鎖定。

編程采用西門子公司的STEP7_V56軟件進(jìn)行梯形圖的編寫，8位密碼鎖的部分程序及說明，由于其程序的需要，分為OB1、FB1、FC1、FC2[17]。

•    由于需要保存密碼數(shù)據(jù)，密碼鎖的控制程序主要編寫在FB1中：
  

圖 4?5初始化計(jì)數(shù)器1、2

網(wǎng)絡(luò)1：如圖 4?5所示，初始完成后，進(jìn)入程序，現(xiàn)將密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，與輸入密碼位數(shù)計(jì)數(shù)器復(fù)位。并置位密碼輸入步，允許密碼輸入。

網(wǎng)絡(luò)2：如圖 4?6所示，按下I0.0，進(jìn)入密碼輸入功能FC1，將輸入的8位密碼保存到a1~a8，8個(gè)參數(shù)中，按下I0.1結(jié)束輸入。

圖 4?6輸入密碼

圖 4?7 驗(yàn)證密碼1

圖 4?8驗(yàn)證密碼2

網(wǎng)絡(luò)4：如圖 4?7和圖 4?8所示，按下I0.1，將進(jìn)入驗(yàn)證密碼功能FC2，將輸入的8位密碼a1~a8與設(shè)置的密碼b1~b8進(jìn)行對(duì)位比較，輸出密碼狀態(tài)標(biāo)志，為1密碼錯(cuò)誤，為0密碼正確。

圖 4?9開門

圖 4?10 錯(cuò)誤計(jì)數(shù)

網(wǎng)絡(luò)5：如圖 4?9所示，密碼驗(yàn)證完成后，若密碼正確，置位Q4.0門禁電機(jī)啟動(dòng)。

網(wǎng)絡(luò)7：如圖 4?10所示，若密碼錯(cuò)誤，用計(jì)數(shù)器C2對(duì)密碼錯(cuò)誤次數(shù)計(jì)數(shù)。

圖 4?11告警處理

網(wǎng)絡(luò)8：錯(cuò)誤3次，啟動(dòng)報(bào)警燈閃爍功能。

網(wǎng)絡(luò)9：錯(cuò)誤5次鎖定鍵盤，警鈴響，警燈常亮。

網(wǎng)絡(luò)10：報(bào)警燈閃爍。M5.5為CPU的CLOCK MEMORY,M5.5頻率為2Hz，當(dāng)密碼錯(cuò)誤5次之后，警鈴響起，會(huì)使警燈由閃爍變?yōu)槌Ａ痢?/font>

圖 4?12更改密碼

網(wǎng)絡(luò)14:按下I0.3,進(jìn)入密碼更改，再次調(diào)用FC1，將輸入的8位密碼，保存在b1~b8中。

圖 4?13更改密碼后置位密碼更改標(biāo)志

網(wǎng)絡(luò)15：更改密碼完成后，將密碼已更改標(biāo)志置1，并置0開門信號(hào)，需重新輸入密碼。

圖 4?14重置密碼

網(wǎng)絡(luò)16：按下重置按鈕，將初始密碼0~7重置到a1~a8。

•    密碼輸入功能FC1中梯形圖如下：
  

圖 4?15 清空計(jì)數(shù)

網(wǎng)絡(luò)1：密碼輸入達(dá)到8位，復(fù)位計(jì)數(shù)器，位下一次密碼輸入做好準(zhǔn)備。

圖 4?16 密碼輸入掃描1

圖 4?17 密碼輸入掃描2

圖 4?18密碼輸入掃描3

網(wǎng)絡(luò)2：對(duì)輸入的數(shù)字密碼進(jìn)行檢測(cè)，有一位密碼輸入了，將輸入標(biāo)志參數(shù)j置1.

圖 4?19輸入計(jì)數(shù)

網(wǎng)絡(luò)3：將每一位輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)，在按下復(fù)位按鈕后，復(fù)位密碼。

網(wǎng)絡(luò)4~11：將輸入的密碼按輸入的先后順序分別輸出給不同的參數(shù)保存。

圖 4?20密碼保存1

圖 4?21 密碼保存2

圖 4?22 密碼保存3

圖 4?23密碼保存4

•    驗(yàn)證密碼梯形圖FC2如下：
  

圖 4?24 FC2密碼驗(yàn)證

網(wǎng)絡(luò)1~8：將輸入的密碼，按位比較，若錯(cuò)誤將M1.1置1。

4.6    本章小結(jié)

本章是對(duì)8位密碼鎖的PLC的軟件設(shè)計(jì)，是對(duì)功能框圖、流程圖、時(shí)序圖、順序功能框圖、梯形圖等方面的設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了密碼鎖的控制思路、功能，與各種功能實(shí)現(xiàn)的方式與操作方法。

第5章    測(cè)試和驗(yàn)證5.1    任務(wù)分工

本團(tuán)隊(duì)一共兩人，成員有：葉俊林、王宇。

我作為隊(duì)長(zhǎng)進(jìn)行項(xiàng)目的總體規(guī)劃與分工。

由于團(tuán)隊(duì)人數(shù)較少，且因疫情原因，我們都是通過視頻與屏幕分享來共同討論、設(shè)計(jì)與編寫程序。

硬件方面：我負(fù)責(zé)尋找資料和提供一些意見，另一位組員王宇負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，對(duì)硬件設(shè)計(jì)的各種圖表進(jìn)行合作繪制和設(shè)計(jì)。

軟件方面：王宇對(duì)我在大致功能的總結(jié)與功能框圖、時(shí)序圖的繪制及對(duì)程序編寫過程中提供了寶貴的意見，我根據(jù)硬件設(shè)計(jì)與時(shí)序圖進(jìn)行程序框架的搭建與編寫與調(diào)試。

5.2    搭建環(huán)境

本文檔是基于西門子S7-300 PLC技術(shù)下的設(shè)計(jì)，編程環(huán)境是STEP7 V5.6的SIMATIC MANAGER,仿真環(huán)境為PLCSIM。

5.2.1     建立編輯編譯環(huán)境

本設(shè)計(jì)需用到西門子SIMATIC MANANGER的編輯、編譯環(huán)境，以下是建立過程：

• 首先到西門子工業(yè)支持中心下載一個(gè)STEP7 V5.6的安裝包資源，如圖 5?1所示：
  

圖 5?1下載軟件

• 按路徑刪除注冊(cè)表項(xiàng)SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager的“PendingFileRe
  

nameOperations”注冊(cè)表項(xiàng)。

圖 5?2刪除注冊(cè)表

（3）開始安裝STEP V5.6

圖 5?3開始安裝

（4）安裝完成后，選擇站點(diǎn)，進(jìn)行硬件組態(tài)后，便可進(jìn)入編輯、編譯界面，如圖 5?4編輯、編譯環(huán)境：

圖 5?4編輯、編譯環(huán)境

5.2.2     建立仿真和測(cè)試環(huán)境

將STEP7 V5.6安裝完成后，下載PLCSIM以建立仿真和測(cè)試環(huán)境，并將其安裝：

圖 5?5安裝PLCSIM

安裝完成后，在程序編寫結(jié)束后，可在SIMATIC MANAGER 調(diào)用該功能進(jìn)行仿真：

• 如圖 5?6所示，點(diǎn)擊圖標(biāo)，可打開仿真功能，選中SIMATIC 300站點(diǎn)，點(diǎn)擊圖標(biāo)將硬件組態(tài)與梯形圖程序下載到仿真器中。仿真器界面如圖 5?7所示。
  

圖 5?6調(diào)用仿真

圖 5?7 PLCSIM仿真器

• 如圖 5?8所示，將程序下載進(jìn)仿真器之后，需要調(diào)用梯形圖中所涉及到的輸入輸出以及所涉及到的其它器件到仿真器主面板上，對(duì)所需要監(jiān)視的輸入輸出進(jìn)行地址分配。如圖 5?9所示，點(diǎn)擊梯形圖中圖標(biāo)建立仿真器與梯形圖的鏈接，再點(diǎn)擊圖標(biāo)，進(jìn)入在線監(jiān)視模式，最后在仿真器中將狀態(tài)切換到RUN，開始仿真。
  

圖 5?8開始仿真

圖 5?9 運(yùn)行監(jiān)視

5.3    硬件組態(tài)

如圖 5?10所示，本設(shè)計(jì)的PLC硬件組態(tài)中電源采用了PS 307 5A，CPU采用的是CPU 314，接口模塊采用的是DI32XDC24V以及DI16XDO16DC24V/0.5A。

圖 5?10硬件組態(tài)

5.4    方案驗(yàn)證

前面我和我的同組同學(xué)王宇通過查閱資料、詢問老師等方法，分工合作進(jìn)行了軟、硬件方面的設(shè)計(jì)與程序的調(diào)試，下面我們將一起通過仿真來進(jìn)行最后方案可行性的驗(yàn)證，仿真結(jié)果如下：

5.4.1     輸入密碼

圖 5?11輸入密碼

操作：按下I0.0（輸入按鈕）將進(jìn)入密碼輸入功能。

結(jié)果：M0.1為1，F(xiàn)C1啟動(dòng)，等待密碼的輸入。

符合預(yù)期要求。

圖 5?12輸入8位密碼

操作：依次輸入8位密碼，如0~7,。

結(jié)果：FC1輸出8位密碼，依次為0、1、2、3、4、5、6、7。

符合預(yù)期要求。

5.4.2     密碼驗(yàn)證

圖 5?13密碼正確

操作：按下I0.1（確認(rèn)按鈕），進(jìn)入密碼驗(yàn)證程序。

結(jié)果：密碼驗(yàn)證成功，錯(cuò)誤標(biāo)志M1.1為0，密碼正確，門禁電機(jī)接觸器得電，開鎖；M0.3為1，可更改密碼。

結(jié)果符合預(yù)期。

5.4.3     報(bào)警

圖 5?14密碼錯(cuò)誤

操作：按下I0.1后，驗(yàn)證密碼。

結(jié)果：密碼錯(cuò)誤，對(duì)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。

圖 5?15報(bào)警1

密碼錯(cuò)誤達(dá)到3次，報(bào)警燈閃爍。M5.5為CLOCK MEMORY第5位，頻率為2Hz。

結(jié)果符合預(yù)期要求。

圖 5?16報(bào)警2

密碼錯(cuò)誤達(dá)到5次，警燈常亮，警鈴響，M0.1為0，鍵盤被鎖定。

結(jié)果符合預(yù)期要求。

5.4.4     更改密碼

圖 5?17更改密碼1

操作：按下I0.3（更改按鈕），再按下輸入按鈕。

結(jié)果：FC1啟動(dòng)，等待密碼輸入。

結(jié)果符合預(yù)期要求。

圖 5?18更改密碼2

操作：輸入新的8位密碼，如7,6,5,4,3,2,1,0。按下I0.1（確認(rèn)按鈕）。

結(jié)果：8為密碼被保存到8個(gè)參數(shù)中為7,6,5,4,3,2,1,0。

結(jié)果符合預(yù)期要求。

5.4.5     重置密碼

圖 5?19重置密碼1

操作：更改密碼完成后，將使M2.5(密碼已更改標(biāo)志)置1，重新輸入更改后的密碼。

結(jié)果：M0.4為1，可以重置密碼。

圖 5?20重置密碼2

操作：按下I0.4（重置密碼按鈕）。

結(jié)果：密碼被重置為0,1,2,3,4,5,6,7。

結(jié)果符合預(yù)期。

5.4.6     復(fù)位

圖 5?21復(fù)位1

圖 5?22復(fù)位2

操作：密碼輸入過程中，若發(fā)現(xiàn)輸入出錯(cuò)，可按下I0.2（復(fù)位按鈕），可重新輸入8位密碼；如：正確密碼位0~7，輸入時(shí)誤輸為0,1,4,5，按下I0.2，輸入8位密碼。

結(jié)果：輸入計(jì)數(shù)被清零，重新輸入的8位密碼被輸出。

結(jié)果符合預(yù)期要求。

圖 5?23復(fù)位3

5.5    問題與分析

在拿到課題之后，由于對(duì)于PLC編程的不熟悉，以及對(duì)STEP7軟件的不熟練，使得剛拿到課題的我一點(diǎn)思路都沒有，然后通過課本和查閱資料，以及觀看老師發(fā)在超星上的視頻、請(qǐng)教老師，網(wǎng)上觀看教學(xué)視頻等方法，讓我對(duì)西門子PLC有了一個(gè)大致的了解以及對(duì)編程方法的掌握。但在后續(xù)設(shè)計(jì)與程序的編寫中也遇到了如下問題：

• 在硬件設(shè)計(jì)中，由于不了解工程與PLC設(shè)計(jì)步驟，對(duì)硬件設(shè)計(jì)中的硬件系統(tǒng)框圖、電氣布局圖、主電路電氣控制圖的繪制以及電氣選型方面有較大的困難。
• 通過查閱資料、詢問老師和同學(xué)、觀看教學(xué)視頻等方法，并通過與同學(xué)合作完成了圖的繪制，與電氣選型方面的規(guī)則與方法。
• 在軟件設(shè)計(jì)中，由于對(duì)PLC編程的不熟練，功能框圖不會(huì)繪制，梯形圖繪制中經(jīng)常會(huì)有設(shè)計(jì)的功能不知道怎么實(shí)現(xiàn)。
• 通過查閱資料、詢問老師和同學(xué)、觀看教學(xué)視頻等方法，并通過與同項(xiàng)目的同學(xué)一起不斷地編寫和思考，終于大致完成了梯形圖的編寫。
• 在仿真中，會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能無法實(shí)現(xiàn)，不同的功能交替使用會(huì)有BUG的出現(xiàn)。
• 通過不斷地仿真與修改程序，使功能進(jìn)一步完善，使程序變得更加完整。
  

5.6    創(chuàng)新與擴(kuò)展

本課題使8位密碼鎖的PLC設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中我實(shí)現(xiàn)了密碼的輸入、驗(yàn)證、更改、復(fù)位、重置、鎖的開鎖與密碼錯(cuò)誤時(shí)的報(bào)警以及防試探（密碼錯(cuò)誤次數(shù)過多，鎖定鍵盤）等功能，但對(duì)于開鎖功能，只能在密碼證的情況下驅(qū)動(dòng)門禁電機(jī)開門，但開門后，若不重新輸入密碼，開門信號(hào)將會(huì)一直存在，將一直驅(qū)動(dòng)門禁電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這是不現(xiàn)實(shí)的，所以可以加一個(gè)行程開關(guān)或者定時(shí)器，在開門完畢后停止門禁電機(jī)；也可以在開門一段時(shí)間后，將門禁電機(jī)反轉(zhuǎn)，將門重新閉合，密碼鎖重新上鎖。甚至可以加入指紋識(shí)別、面部識(shí)別等功能代替密碼輸入。

5.7    本章小結(jié)

本章主要闡明了與同項(xiàng)目小組成員的分工合作進(jìn)行方案驗(yàn)證的內(nèi)容，編程與仿真環(huán)境的搭建、硬件組態(tài)的設(shè)計(jì)、仿真步驟與各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)結(jié)果、以及對(duì)密碼鎖的擴(kuò)展思考。

附錄一 梯形圖

OB100程序：

OB1程序

FC1程序：

FC2密碼驗(yàn)證：

FB1主控制程序：

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