电子信息工程-智能门禁系统设计与实现

智能门禁系统设计与实现

1  绪论

1.1  研究背景

自动门在现代工程建筑中普遍使用。自动门早已出现在各个层面，从住宅区到酒店和公共建筑（如银行）。自动门也出现在一些住宅区和办公场所。自动门不仅美化了住宅物业的外观，而且还方便了人们的行动。此外，自动门控制系统与电气设备是密不可分的。由于这个原因，近年来，PLC在自动门中的应用越来越多。基于PLC的自动门不仅能够实现平稳控制的实际效果，还能提高自动控制系统的容忍度。同时，现在自动门的成本可以在一定程度上得到控制^[1]。

与其他可编程控制板不同，PLC具有抗影响性，在中国的工业生产和制造业中普遍使用，为PLC在工业生产和制造业中的应用奠定了基础。由于工业生产和制造环境和影响因素复杂，工业生产和制造环境中的PLC主要表现为抗影响的显著优势。此外，PLC有各种优势。例如，PLC在规格、净重、应用和维护层面具有相对较高的灵活性和通用性；PLC程序描述可以通过PLC梯形图程序来完成；PLC梯形图计算机语言相对容易应用，因此PLC可以非常容易^[2]。

今天，PLC在中国的工业生产制造中被普遍使用。它们可以用于大多数工业生产和制造行业，因为它们具有高度的通用性，而且不容易受到影响。通用PLC的类型很多，但国外知名品牌如西门子、三菱、欧姆龙、通用电气和施耐德在中国普遍使用。随着市场对PLC需求的增加，在中国开发和生产PLC的公司和品牌也逐渐增多。虽然中国的PLC声誉不如国外品牌，但技术标准的提高和产品的本土化符合市场要求。因此，我们的品牌在最近几年里越来越好。

基于PLC的自动门控制系统可以合理地降低水溶厂的工作成本，提高房屋建设的水平和标准。同时，由于企业具有强大的影响力，住宅自动门控制系统也具有强大的影响力。PLC很容易应用和维护，所以自动控制系统很容易应用和维护。PLC自动控制系统具有强大的测量功能，可以为自动门工作创造极大的便利^[3]。

1.2  研究意义

基于PLC的自动门控制系统可以合理地提高自动门控制的实际效果，提高整个系统的效率。同时，PLC具有很强的抵抗力和兼容模式，所以自动门的自动控制系统也具有很强的抵抗力。PLC兼容性强，易于应用和维护，因此自动控制系统具有易于应用和维护的特点。PLC自动控制系统具有很强的测量能力，可以为自动控制系统产生很大的便利^[4]。

1.3  研究内容

自动门控制系统的研究环境和意义在相关文献中对自动门的基本定义进行了剖析。

根据控制系统的实际作用要求，明确提出了基于PLC的自动门自动控制系统的总体设计思路，并设定了自动控制系统的技术关键参数。

全面分析PLC的相关定义和基本原理，包括其定义、作用特点、需要配备的硬件配置、操作的基本原理和PLC的选择。

彻底分析和描述自动控制系统的硬件配置设计，包括三相异步电动机、行程开关和光电开关。

综合分析和描述自动控制系统的软件开发，包括小区自动门自动控制系统的流程图设计、系统接线图设计和PLC梯形图设计。

2  系统方案设计说明

2.1  系统需求功能分析 

基于PLC的小区自动门控制系统的应用场景是中高档的封闭式小区，利用自动门控制系统搭配人脸识别和大数据分析等小区住户特征化识别方式，可以做到对小区的住户的智能化感应识别开门的功能达成。自动门系统需要保障好小区的整体财产安全故而其安全级别要求较高，并且门做为通行具备的出入口其需要同时具备高效的可维护性和可维修性，避免因为自动的损坏造成的小区通行不畅。小区自动门控制系统的整体功能需求有以下两点：

小区自动门控制器在完成自动感应控制模式的同时需要具备手动控制模式，在自动控制模式下由传感器进行人员靠近感应由PLC核心控制器进行开关门的逻辑判断识别，实现自动感应开关门的功能实现。手动控制模式由按键进行门的开关状态切换，按键切换门开关需要保证其触发的稳定性和时效性。同时通过模式切换达成对手动控制模式和自动控制模式的稳定切换，达成智能化和稳定性兼备的自动门控制器的功能设计达成。

小区自动门控制器是一款具备一定智能化控制功能的自动感应门，做为自动控制系统其闭环反馈控制措施是必不可少的，通过传感器智能化感应做到自动门的防夹功能的实现，同时具备紧急停止按钮无论任何情况只要按下自动门就会马上停止运作，用以应对紧急的应急情况。

自动门控制器的系统构建包括门体、PLC核心控制器、驱动装置、传动装置、智能感应器件，各个部件的完成本职功能而后协同共进实现系统的整体功能。根据系统的功能需求要点绘制自动门系统框图如图2-1所示。

传动装置、智能感应器件，各个部件的完成本职功能而后协同共进实现系统的整体功能。根据系统的功能需求要点绘制自动门系统框图如图2-1所示。

图2-1 自动门系统框图

2.2  小区自动门控制系统控制分析

小区自动门控制系统由PLC核心控制器控制电机驱动模块实现电机的正反转驱动，由电机的正反转传动实现开关门动作的实现。在自动门的两边安装人员感应传感器K1和K2实现对进出人员的人体信号感应。在自动门的两边的开度极限位置分别安装两路限位开关K3和K4，通过限位开关保护达成对自动门的开关控制位置和电机传动范围的匹配。系统配置俩两路电机设备KM1和KM2，由KM1和KM2配合达成自动门的电控开关控制，本节中对自动门的感应开门动作运行逻辑流程和感应关门动作运行逻辑流程进行控制说明。

自动感应开关运行逻辑流程：当人员进入到K1人员感应传感器的感应范围是，将会触发K1人员感应传感器的人员感应信号输出，K1人员感应传感器检测到的信号传输到PLC控制器进行信号感应，PLC接收到感应信号以后系统确认是人员触发开门信号，而后KM1电机开始正转工作实现自动门开启的电机传动，当电机传动带动自动触发开门限位开关K3时，K3的限位开关信号触发反馈到PLC触发PLC发出停止开门指令，PLC控制电机驱动设备控制KM1正传电机停止传动。通过利用电机的正反转来控制自动门的开门与关门动作，电机正转控制自动门的开门操作，电机反转控制自动门的关门操作。设置两个传感器K1和K2分别位于门的两侧用来检测是否有人进门或者出门。设置两个门限开关K3和K4在门两侧用来控制正向最大打开距离和反向最大打开距离。设置两个电机执行机构KM1和KM2，KM1是正转执行机构而KM2则是反转执行机构。接下来对小区自动门控制系统进行基本的控制分析^[5]。

开门动作：当有人进入K1的检查区时，K1检查数据信号并被触发，K1触发PLC并发出指令，控制正转执行器KM1逐渐工作，当电机的工作来到K3的检查区打开自动门部分时，K3被触发并实际操作完成后，就进行了实际的开门行为。当人进入K2的检查区时，K2检查并触发数据信号，K2触发PLC发出指令，控制正转执行器KM1的步进运动，当电机运转打开自动门区到K3的检查区时，K3触发，电机结束运转，实际开幕式操作进行得更早。

关门动作：自动关门动作是再开门动作的关门反馈动作，在开门动作完成以后任然竟会持续的K1和K2传感器的探测，若是人员一直处于探测范围内则一直保持开门状态，若是人员已经离开了探测范围则在8秒以后开启关门动作，关门动作由反转执行电机KM2达成，由KM2电机反转带到自动门完成关门动作，当电机的工作使得自动门的位置关闭到K4的检测位置时K4被触发，此时电机停止运行关门动作完成。

自动控制系统基本参数如下表2-1所示。

表2-1自动门技术参数

2.3  本章小结

本章节中主要对系统的功能需求进行了具体的设计说明，而后对系统预期的整体工作形态进行了技术性的说明，对自动门的整体开关门运作流程进行了详略得当的说明分析，对自动门控制系统的主要技术参数进行基本说明，完成系统的整体功能模块具体设置的前置性说明分析。

3  PLC控制器概述及选择

3.1  PLC的定义

PLC可编程控制器是广泛应用于工业控制场景的智能化核心控制器，PLC具备可编程特性使得其能够更具应用场景的差别进行定制性的智能化功能设计。PLC能够实现的程序运作逻辑包括了逻辑运算、定时器、计数器、算术运算、数据存储等多样化的程序指令，根据产品的应用需求可以提供不同的程序指令包，完成智能化控制系统的整体功能实现。

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