以S7-300为可编程逻辑控制器的基于PLC电子密码锁的设计

2017-12-11 15:09:48 来源:AET
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西门子S7-300可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)在工业控制系统中有较为广泛的应用,但一直以来缺少密码锁方面的相关研究。针对西门子S7300 PLC控制的相关工业设备,设计了一类内嵌式电子密码锁系统,并将该系统的解密与设密与PLC控制原理相结合,使其能直接应用于工业设备,从而实现设备的防盗功能。最后,采用软件STEP 7 SIMATIC对密码锁系统进行编程和测试,其仿真结果表明密码锁的功能是可靠且有效的。
 
0引言
*基金项目:四川省人工智能重点实验室资助项目(2014RZY02);四川省桥梁无损检测与工程计算重点实验室资助项目(2014QZY01)
 
纵观密码锁的悠久历史,其种类繁多,从机械密码锁发展到如今功能齐全的电子密码锁。电子密码锁以其自身的优点被人们所广泛关注和使用。其特点如下。
 
(1)保密性能好,随机输入成功率极低,避免资料的丢失和财产的流失。
(2)密码可以随时更改,防止密码被盗。
(3)比机械锁零件少,减少人为的磨损。
(4)使用方便灵活,不需要佩带钥匙来开锁。
 
如今,在工业和工程领域中,因其自身的易操作性,PLC被广泛使用在工业过程控制中。但是在一些大型的PLC工业整体系统中,由于非专业操作员的不当使用以及PLC程序的泄露,导致经济效益下降和财产的损失,产生了诸多不安全性因素,所以本文提出一种基于PLC的密码锁设计,该设计应用于PLC所处的工业领域的防盗中,可以大大加强管控力度,保证系统的安全运行,提高工厂的经济效益。
 
但是工业领域中将密码锁嵌入到PLC中用于防盗的案例实在太少,为了填补其空缺,本文采用德国西门子S7300 PLC来实现密码的设定和解锁功能,其结构简单,且故障率低。
 
S7300系列PLC采用模块化结构,适用于输入/输出(I/O)点数在1 000左右的集中或分布式控制系统,一般由中央处理单元(CPU)、输入信号模块、输出模块、电源模块、通信模块、接口模块和功能模块等组成,其中最基本的S7300 PLC系统只需中央处理单元、电源模块以及输入输出模块组成。在模块的安装方面也有一些规定,第一号槽位是电源模块,第二号槽位是中央处理器模块,第三号槽位是接口模块,接下来的模块可以自由分配接上即可。
 
本文采用STEP 7 SIMATIC软件结合S7300 PLC芯片,仿真出密码锁的部分功能。STEP7 SIMATIC V5.5软件是德国西门子公司针对S7300/400 PLC所研发的一款支持中文及多个国家语言的编程软件,本文采用此编程软件对密码锁的部分功能进行仿真。
 
目前,PLC技术已经被广泛应用于机械制造、能源、交通运输及文化娱乐等行业中。随着其进一步发展,PLC必将渗透到生活中的每个角落。对密码锁和以太网结合技术的深入研究也会给生活中各领域的防盗带来极大的改善。
 
1问题描述
1.1控制原理
本文设计的密码锁系统主要包括开锁和设密码两个部分。在开锁环节,进行输入数字的判断以及输入位数的判断,本文采用四位密码输入的形式,当依次输入的数字与设定的密码完全一致时,实现开锁,否则开锁失败;另外在此环节还增加了超时自锁功能,当用户超过某一时间不输入密码,键盘将自动加锁;在设密码环节,依次输入要设置的密码即可,按下确定键即实现密码的设置,同时密码已重置。同样在此环节,用户没有在规定时间重置密码,键盘将自动加锁。
 
1.2结构和符号表
基于西门子S7300PLC控制的密码锁结构的外部接线图如图1所示。
 
  
 
由图1可知,本文采用15个按键输入和6个指示灯作为输出,可以清楚地看出密码解锁和设密的整个过程。
 
用PLC进行仿真,必须将按键和指示灯转化为大家熟知的按钮,这就必须将其符号表。导入程序中进行仿真,本文的PLC密码锁的符号表如表1所示。
 
 
2软件设计
2.1功能模块FC1
功能块FC1主要描述开锁的程序,利用PLC的内部存储器标志位存储器区(M区),赋予0~9不同的地址,详情可见文献。由于0~9的程序非常相似,以下只列出按键0的程序:
 
A(
 
O "0"
 
O M 11.0
 
)
 
AN  "密码正确"
 
AN"密码错误"
 
AN"取消"
 
= M 11.0
 
以上程序表明,当密码正确(Q11.1灯亮)和密码错误(Q11.2灯亮)任意一个有效的时候,按键0~9均无效,而当取消按键按下时,0~9也均无效。
 
接下来的工作就是判断输入的位数是否满足设定的位数要求,利用一个加法计数器,每当0~9的按键按下时,都会加1,按下取消按键则给计数器清零。
 
 
 
如何判断输入是否正确是开锁过程中最重要的部分,在OB1主程序中设定初值地址MW0、MW2、MW4、MW6四个初值,详情可见文献。在FC1模块中设定四个变量地址,即0~9按键按下时的数转化为十六进制的数所存放的变量地址,分别为MW30、MW32、MW34、MW36,主要程序如下:
 
A M 60.2
 
A(
 
L MW 0
 
L MW30
 
==I
 
)
 
A(
 
L MW 2
 
L MW32
 
==I
 
)
 
A(
 
L MW 4
 
L MW34
 
==I
 
)
 
A(
 
L MW 6
 
L MW36
 
==I
 
)
 
A(
 
L MW40
 
L 4
 
==I
 
)
 
= M 60.3
 
 
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