實驗室遠程遙控門智能控制系統(tǒng)設(shè)計

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）

實驗室遠程遙控門智能控制系統(tǒng)設(shè)計

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)計的實驗室遠程遙控門智能控制系統(tǒng)對傳統(tǒng)門鎖進行改進，裝入智能芯片，以上位機進行遠程控制，可根據(jù)實驗室課程安排自動開關(guān)門并進行監(jiān)控，更具實用性和智能性，并可廣泛使用于各種場合。

智能控制；PLC；上位機

0 引言

目前從控制手段來看，國內(nèi)門禁系統(tǒng)主要有密碼式門禁系統(tǒng)、射頻卡門禁系統(tǒng)、指紋門禁系統(tǒng)等，其中以射頻感應(yīng)卡門禁系統(tǒng)最多。目前國內(nèi)大部分門禁系統(tǒng)只能對門進行簡單的開關(guān)控制，還沒有形成對門狀態(tài)、控制、安全等全方位實時顯示控制的系統(tǒng)。這種簡單的控制確實可以滿足低要求場合安全和控制的基本需求。但是在某些要求較高的特殊場合，就不得不采用更為安全的控制系統(tǒng)來代替了。

1 實驗室遠程遙控門智能控制系統(tǒng)構(gòu)成

（1）遠程遙控門智能監(jiān)測系統(tǒng)。對所有實驗室門禁情況進行監(jiān)測，隨時隨地掌握實驗室開關(guān)門狀態(tài)。

（2）遠程遙控門智能開關(guān)門系統(tǒng)。采用S7-200系列PLC作為主控制器，通過傳感器感應(yīng)，帶動電機拖動，控制門禁開關(guān)。

（3）遠程遙控門上位機控制系統(tǒng)。采用上位機對每個實驗室遠程遙控，在實驗室老師不在的情況下遠程開關(guān)實驗室門，為學(xué)生提供實驗便利條件，節(jié)省人力物力。

1.1遠程遙控門智能監(jiān)測系統(tǒng)

檢測系統(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、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)場無需PC機支持；可全天24小時運行、穩(wěn)定可靠；內(nèi)置Web服務(wù)器,使網(wǎng)上授權(quán)監(jiān)控者均可對其進行訪問；可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和功能,實現(xiàn)互聯(lián)互通,構(gòu)建大系統(tǒng)方便,并可實現(xiàn)遠程監(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、鏡頭、防護罩、支架和電動云臺,它的任務(wù)是對監(jiān)視區(qū)域進行攝像并將其轉(zhuǎn)換成電信號；傳輸部分的任務(wù)是把攝像機發(fā)出的電信號傳送到控制中心,它一般包括線纜、調(diào)制解調(diào)設(shè)備、線路驅(qū)動設(shè)備等；控制中心將信號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的電信號轉(zhuǎn)換成圖像在監(jiān)視設(shè)備上顯示,對需要將監(jiān)視區(qū)域的圖像用錄像機錄制。所以顯示記錄用的主要設(shè)備是監(jiān)視器和錄像機，安裝在控制室內(nèi)；控制部分則負責(zé)所有設(shè)備的控制,如控制攝像機的焦距、光圈與圖像信號的處理等。

1.2遠程遙控門智能開關(guān)門系統(tǒng)

1.2.1 遠程遙控門智能開關(guān)門系統(tǒng)的工作原理

智能開關(guān)門機組有以下部分組成：

（1）主控制器：智能開關(guān)門的核心，通過PLC編程指令指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時可以通過主控器調(diào)節(jié)門的開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。

（2）感應(yīng)探測器：負責(zé)采集外部信號，就像一雙眼睛，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)有人員進入探測范圍，就會給主控制器一個一個脈沖信號。

（3）動力馬達：提供開、關(guān)門的主動力，控制自動感應(yīng)門的加減速運行。

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

（5）門扇吊具走輪系統(tǒng)：可掛活動門扇，使門扇在動力牽引下自動運行。

（6）同步皮帶：用于傳輸動力馬達所產(chǎn)生的動力，牽引自動感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。

（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動門扇底部的導(dǎo)向與定位裝置，可防止門扇運行時出現(xiàn)擺動。

工作原理：（1）開關(guān)門系統(tǒng)設(shè)定為自動時，開、關(guān)門工作流程如下：感應(yīng)探測器感應(yīng)到有人員進入探測范圍，將脈沖信號發(fā)給主控制器；主控制器判斷后命令馬達運行，同時監(jiān)控動力馬達轉(zhuǎn)數(shù)，以達到控制馬達在一定時候加速和減速；動力馬達做正向運行，帶動同步帶，再由同步帶控制吊具系統(tǒng)使自動門扇開啟；自動門扇打開后再由主控制器做出判斷是否需要關(guān)門，從而控制字動力馬達反轉(zhuǎn)，進入自動關(guān)門控制。（2）當(dāng)開關(guān)門系統(tǒng)設(shè)定為手動時，可人為控制自動門的開關(guān)。

1.2.2 遠程遙控門智能開關(guān)門系統(tǒng)的硬件設(shè)計

（1）主機選型

根據(jù)控制要求可知，開關(guān)量輸入點9個（見I/O分配）；開關(guān)量輸出點3個（見I/O分配）。所需輸入輸出點較少，可以選擇西門子主機型號為CPU226的S7-200系列PLC。

（2）I/O端口分配

1）輸入端口

門內(nèi)光電探測開關(guān)K1-I0.2，門外光電探測開關(guān)K2-I0.1，開門到位限位開關(guān)K3-I0.3，關(guān)門到位限位開關(guān)K4-I0.4，過載保護開關(guān)SB5-I0.5，緊急停止開關(guān)SB6-I0.6，啟動停止按鈕SB7-I0.7，手動開門按鈕SB10-I1.0，手動關(guān)門按鈕SB11-I1.1。

2）輸出端口

開門執(zhí)行機構(gòu)KM1-Q0.0，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2-Q0.1，短接啟動電阻接觸器KM3-Q0.2。

（3）PLC硬件接線圖

圖2 PLC接線圖

1.2.3 遠程遙控門智能開關(guān)門系統(tǒng)的軟件設(shè)計

要實行自動控制需要自動檢測以下部件：光電檢測開關(guān)、限位開關(guān)、超載保護開關(guān)、直流電機。

整個工作過程實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)（開門），電機反轉(zhuǎn)（關(guān)門），主要流程如下：

（1）當(dāng)有人員出入進入光電檢測開關(guān)檢測范圍時，開關(guān)閉合有電流通過，由于開門限位開關(guān)未被碰觸時時閉合的，而線圈通電，電動機正轉(zhuǎn)，直到碰觸開門限位開關(guān)后，電動機停止。

（2）當(dāng)自動門開到限位位置時啟動定時器，延時5秒后，自動進入關(guān)門程序，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門碰到關(guān)門限位開關(guān)時，電動機停止。

（3）如在關(guān)門過程中，有人員需要出入時，光電檢測開關(guān)感應(yīng)發(fā)出信號，從而停止關(guān)門，并自動進入開門程序。

（4）門打開后需要進行5秒等待，以保證人員安全通過，此時若有人員出入，則光電檢測開關(guān)發(fā)出信號，定時器重新開始等待5秒，5秒后再自動進入關(guān)門程序。

（5）考慮到自動門會出現(xiàn)故障或維修等情況，除有自動控制外還增加了手動控制開關(guān)。

1.3 遠程遙控門上位機控制系統(tǒng)

實時監(jiān)控畫面可實時檢測實驗室門內(nèi)外信息，還可以對信息做采集，控制畫面由遠程遙控門智能開關(guān)門系統(tǒng)組成，可以控制開關(guān)門的自動/手動開啟。故障警報畫面可對實驗室出現(xiàn)的異常情況進行警報。采用組態(tài)王軟件開發(fā)監(jiān)控程序，主要由實時監(jiān)控畫面、控制畫面，及故障報警畫面等組成，用戶界面清晰，操作簡單。上位機畫面如圖3所示。

圖3 組態(tài)畫面

2 結(jié)論

目前市面上的遙控門控制系統(tǒng)主要有密碼式門禁系統(tǒng)、射頻卡門禁系統(tǒng)、指紋門禁系統(tǒng)等，其中以射頻感應(yīng)卡門禁系統(tǒng)居多，本論文設(shè)計的實驗室遠程遙控門智能控制系統(tǒng)可以和外部互聯(lián)網(wǎng)鏈接，用戶可以方便的通過電腦，手機等遠程終端操控鏈接的遠程開關(guān)設(shè)備，可廣泛使用于學(xué)校實驗室、單位辦公室、住宅小區(qū)和公園景點入口處等。后續(xù)研究中還可以將課程安排通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到終端，各類用戶只能在系統(tǒng)規(guī)定的時間內(nèi)出入實驗室，實現(xiàn)準時開關(guān)門和自動監(jiān)控和報警功能。

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

[2]湯麗亞.自動開關(guān)門的設(shè)計[J].新課程學(xué)習(xí)（下）.2014,12：236-237.

[3]王汝琳,張愛華.智能門禁控制系統(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