實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊志華，張曉娟，李壯壯，韓雨露，馬文琦

（西京學(xué)院控制工程學(xué)院，陜西西安，710123）

實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊志華，張曉娟，李壯壯，韓雨露，馬文琦

（西京學(xué)院控制工程學(xué)院，陜西西安，710123）

本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能控制系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)門(mén)鎖進(jìn)行改進(jìn)，裝入智能芯片，以上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室課程安排自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)并進(jìn)行監(jiān)控，更具實(shí)用性和智能性，并可廣泛使用于各種場(chǎng)合。

智能控制；PLC；上位機(jī)

0 引言

目前從控制手段來(lái)看，國(guó)內(nèi)門(mén)禁系統(tǒng)主要有密碼式門(mén)禁系統(tǒng)、射頻卡門(mén)禁系統(tǒng)、指紋門(mén)禁系統(tǒng)等，其中以射頻感應(yīng)卡門(mén)禁系統(tǒng)最多。目前國(guó)內(nèi)大部分門(mén)禁系統(tǒng)只能對(duì)門(mén)進(jìn)行簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制，還沒(méi)有形成對(duì)門(mén)狀態(tài)、控制、安全等全方位實(shí)時(shí)顯示控制的系統(tǒng)。這種簡(jiǎn)單的控制確實(shí)可以滿足低要求場(chǎng)合安全和控制的基本需求。但是在某些要求較高的特殊場(chǎng)合，就不得不采用更為安全的控制系統(tǒng)來(lái)代替了。

1 實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能控制系統(tǒng)構(gòu)成

（1）遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)所有實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)隨地掌握實(shí)驗(yàn)室開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)。

（2）遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)。采用S7-200系列PLC作為主控制器，通過(guò)傳感器感應(yīng)，帶動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)，控制門(mén)禁開(kāi)關(guān)。

（3）遠(yuǎn)程遙控門(mén)上位機(jī)控制系統(tǒng)。采用上位機(jī)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程遙控，在實(shí)驗(yàn)室老師不在的情況下遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)室門(mén)，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)便利條件，節(jié)省人力物力。

1.1遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)由數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括:網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)高速球、網(wǎng)絡(luò)視頻接入器等,它們的輸出即為全數(shù)字信號(hào)并可直接上網(wǎng)傳輸與控制。它采用嵌入式結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需PC機(jī)支持；可全天24小時(shí)運(yùn)行、穩(wěn)定可靠；內(nèi)置Web服務(wù)器,使網(wǎng)上授權(quán)監(jiān)控者均可對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)；可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和功能,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,構(gòu)建大系統(tǒng)方便,并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像、傳輸、控制和顯示與記錄四部分組成，如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成

攝像部分包括攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、支架和電動(dòng)云臺(tái),它的任務(wù)是對(duì)監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行攝像并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；傳輸部分的任務(wù)是把攝像機(jī)發(fā)出的電信號(hào)傳送到控制中心,它一般包括線纜、調(diào)制解調(diào)設(shè)備、線路驅(qū)動(dòng)設(shè)備等；控制中心將信號(hào)有選擇地送入顯示與記錄部分；顯示與記錄部分把從控制中心送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像在監(jiān)視設(shè)備上顯示,對(duì)需要將監(jiān)視區(qū)域的圖像用錄像機(jī)錄制。所以顯示記錄用的主要設(shè)備是監(jiān)視器和錄像機(jī)，安裝在控制室內(nèi)；控制部分則負(fù)責(zé)所有設(shè)備的控制,如控制攝像機(jī)的焦距、光圈與圖像信號(hào)的處理等。

1.2遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)

1.2.1 遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)的工作原理

智能開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)組有以下部分組成：

（1）主控制器：智能開(kāi)關(guān)門(mén)的核心，通過(guò)PLC編程指令指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)可以通過(guò)主控器調(diào)節(jié)門(mén)的開(kāi)啟速度、開(kāi)啟幅度等參數(shù)。

（2）感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，就像一雙眼睛，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)有人員進(jìn)入探測(cè)范圍，就會(huì)給主控制器一個(gè)一個(gè)脈沖信號(hào)。

（3）動(dòng)力馬達(dá)：提供開(kāi)、關(guān)門(mén)的主動(dòng)力，控制自動(dòng)感應(yīng)門(mén)的加減速運(yùn)行。

（4）行進(jìn)軌道：如同高鐵的鐵軌作用，限制門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按指定方向進(jìn)行。

（5）門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)：可掛活動(dòng)門(mén)扇，使門(mén)扇在動(dòng)力牽引下自動(dòng)運(yùn)行。

（6）同步皮帶：用于傳輸動(dòng)力馬達(dá)所產(chǎn)生的動(dòng)力，牽引自動(dòng)感應(yīng)門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)。

（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動(dòng)門(mén)扇底部的導(dǎo)向與定位裝置，可防止門(mén)扇運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)擺動(dòng)。

工作原理：（1）開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，開(kāi)、關(guān)門(mén)工作流程如下：感應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)到有人員進(jìn)入探測(cè)范圍，將脈沖信號(hào)發(fā)給主控制器；主控制器判斷后命令馬達(dá)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控動(dòng)力馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以達(dá)到控制馬達(dá)在一定時(shí)候加速和減速；動(dòng)力馬達(dá)做正向運(yùn)行，帶動(dòng)同步帶，再由同步帶控制吊具系統(tǒng)使自動(dòng)門(mén)扇開(kāi)啟；自動(dòng)門(mén)扇打開(kāi)后再由主控制器做出判斷是否需要關(guān)門(mén)，從而控制字動(dòng)力馬達(dá)反轉(zhuǎn)，進(jìn)入自動(dòng)關(guān)門(mén)控制。（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)設(shè)定為手動(dòng)時(shí)，可人為控制自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)。

1.2.2 遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）主機(jī)選型

根據(jù)控制要求可知，開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)9個(gè)（見(jiàn)I/O分配）；開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)3個(gè)（見(jiàn)I/O分配）。所需輸入輸出點(diǎn)較少，可以選擇西門(mén)子主機(jī)型號(hào)為CPU226的S7-200系列PLC。

（2）I/O端口分配

1）輸入端口

門(mén)內(nèi)光電探測(cè)開(kāi)關(guān)K1-I0.2，門(mén)外光電探測(cè)開(kāi)關(guān)K2-I0.1，開(kāi)門(mén)到位限位開(kāi)關(guān)K3-I0.3，關(guān)門(mén)到位限位開(kāi)關(guān)K4-I0.4，過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)SB5-I0.5，緊急停止開(kāi)關(guān)SB6-I0.6，啟動(dòng)停止按鈕SB7-I0.7，手動(dòng)開(kāi)門(mén)按鈕SB10-I1.0，手動(dòng)關(guān)門(mén)按鈕SB11-I1.1。

2）輸出端口

開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1-Q0.0，關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2-Q0.1，短接啟動(dòng)電阻接觸器KM3-Q0.2。

（3）PLC硬件接線圖

圖2 PLC接線圖

1.2.3 遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

要實(shí)行自動(dòng)控制需要自動(dòng)檢測(cè)以下部件：光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、超載保護(hù)開(kāi)關(guān)、直流電機(jī)。

整個(gè)工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（開(kāi)門(mén)），電機(jī)反轉(zhuǎn)（關(guān)門(mén)），主要流程如下：

（1）當(dāng)有人員出入進(jìn)入光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)范圍時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合有電流通過(guò)，由于開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)未被碰觸時(shí)時(shí)閉合的，而線圈通電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，直到碰觸開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)后，電動(dòng)機(jī)停止。

（2）當(dāng)自動(dòng)門(mén)開(kāi)到限位位置時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，延時(shí)5秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)程序，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門(mén)碰到關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。

（3）如在關(guān)門(mén)過(guò)程中，有人員需要出入時(shí)，光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)感應(yīng)發(fā)出信號(hào)，從而停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。

（4）門(mén)打開(kāi)后需要進(jìn)行5秒等待，以保證人員安全通過(guò)，此時(shí)若有人員出入，則光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，定時(shí)器重新開(kāi)始等待5秒，5秒后再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)程序。

（5）考慮到自動(dòng)門(mén)會(huì)出現(xiàn)故障或維修等情況，除有自動(dòng)控制外還增加了手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。

1.3 遠(yuǎn)程遙控門(mén)上位機(jī)控制系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面可實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室門(mén)內(nèi)外信息，還可以對(duì)信息做采集，控制畫(huà)面由遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能開(kāi)關(guān)門(mén)系統(tǒng)組成，可以控制開(kāi)關(guān)門(mén)的自動(dòng)/手動(dòng)開(kāi)啟。故障警報(bào)畫(huà)面可對(duì)實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行警報(bào)。采用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控程序，主要由實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面、控制畫(huà)面，及故障報(bào)警畫(huà)面等組成，用戶界面清晰，操作簡(jiǎn)單。上位機(jī)畫(huà)面如圖3所示。

圖3 組態(tài)畫(huà)面

2 結(jié)論

目前市面上的遙控門(mén)控制系統(tǒng)主要有密碼式門(mén)禁系統(tǒng)、射頻卡門(mén)禁系統(tǒng)、指紋門(mén)禁系統(tǒng)等，其中以射頻感應(yīng)卡門(mén)禁系統(tǒng)居多，本論文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程遙控門(mén)智能控制系統(tǒng)可以和外部互聯(lián)網(wǎng)鏈接，用戶可以方便的通過(guò)電腦，手機(jī)等遠(yuǎn)程終端操控鏈接的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)設(shè)備，可廣泛使用于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室、單位辦公室、住宅小區(qū)和公園景點(diǎn)入口處等。后續(xù)研究中還可以將課程安排通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到終端，各類用戶只能在系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)出入實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)開(kāi)關(guān)門(mén)和自動(dòng)監(jiān)控和報(bào)警功能。

[1]李向東.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)安大學(xué).2008.

[2]湯麗亞.自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)的設(shè)計(jì)[J].新課程學(xué)習(xí)（下）.2014,12：236-237.

[3]王汝琳,張愛(ài)華.智能門(mén)禁控制系統(tǒng)[J].安防科技.2003,09：41-44.

Design of Intelligent Control System for Remote Control Door in Laboratory

Yang Zhihua, Zhang Xiaojuan, Li Zhuangzhuang, Han Yulu, Ma Wenqi
（School of Control Engineering, Xijing University , Xi’an Shanxi,710123）

In this paper, the design of the laboratory remote control door intelligent control system to improve the traditional door lock, into the smart chip, the host computer for remote control, according to the laboratory curriculum automatically switch the door and monitor, more practical and intelligent.

intelligent control; PLC; host computer