實驗室遠程遙控門智能控制系統設計

楊志華，張曉娟，李壯壯，韓雨露，馬文琦

（西京學院控制工程學院，陜西西安，710123）

實驗室遠程遙控門智能控制系統設計

楊志華，張曉娟，李壯壯，韓雨露，馬文琦

（西京學院控制工程學院，陜西西安，710123）

本文設計的實驗室遠程遙控門智能控制系統對傳統門鎖進行改進，裝入智能芯片，以上位機進行遠程控制，可根據實驗室課程安排自動開關門并進行監控，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，國內門禁系統主要有密碼式門禁系統、射頻卡門禁系統、指紋門禁系統等，其中以射頻感應卡門禁系統最多。目前國內大部分門禁系統只能對門進行簡單的開關控制，還沒有形成對門狀態、控制、安全等全方位實時顯示控制的系統。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來代替了。

1 實驗室遠程遙控門智能控制系統構成

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

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

（3）遠程遙控門上位機控制系統。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實驗室門，為學生提供實驗便利條件，節省人力物力。

1.1遠程遙控門智能監測系統

檢測系統由數字視頻監控系統構成，主要包括:網絡攝像機、網絡高速球、網絡視頻接入器等,它們的輸出即為全數字信號并可直接上網傳輸與控制。它采用嵌入式結構,現場無需PC機支持；可全天24小時運行、穩定可靠；內置Web服務器,使網上授權監控者均可對其進行訪問；可充分利用網絡資源和功能,實現互聯互通,構建大系統方便,并可實現遠程監控等。

視頻監控系統由攝像、傳輸、控制和顯示與記錄四部分組成，如圖1所示。

圖1 視頻監控系統的組成

攝像部分包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架和電動云臺,它的任務是對監視區域進行攝像并將其轉換成電信號；傳輸部分的任務是把攝像機發出的電信號傳送到控制中心,它一般包括線纜、調制解調設備、線路驅動設備等；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換成圖像在監視設備上顯示,對需要將監視區域的圖像用錄像機錄制。所以顯示記錄用的主要設備是監視器和錄像機，安裝在控制室內；控制部分則負責所有設備的控制,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門系統

1.2.1 遠程遙控門智能開關門系統的工作原理

智能開關門機組有以下部分組成：

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

（2）感應探測器：負責采集外部信號，就像一雙眼睛，當它發現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、關門的主動力，控制自動感應門的加減速運行。

（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，使其按指定方向進行。

（5）門扇吊具走輪系統：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生的動力，牽引自動感應門扇吊具走輪系統。

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

工作原理：（1）開關門系統設定為自動時，開、關門工作流程如下：感應探測器感應到有人員進入探測范圍，將脈沖信號發給主控制器；主控制器判斷后命令馬達運行，同時監控動力馬達轉數，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門，從而控制字動力馬達反轉，進入自動關門控制。（2）當開關門系統設定為手動時，可人為控制自動門的開關。

1.2.2 遠程遙控門智能開關門系統的硬件設計

（1）主機選型

根據控制要求可知，開關量輸入點9個（見I/O分配）；開關量輸出點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

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

2）輸出端口

開門執行機構KM1-Q0.0，關門執行機構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門系統的軟件設計

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

整個工作過程實現電機正轉（開門），電機反轉（關門），主要流程如下：

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

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

（3）如在關門過程中，有人員需要出入時，光電檢測開關感應發出信號，從而停止關門，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，則光電檢測開關發出信號，定時器重新開始等待5秒，5秒后再自動進入關門程序。

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

1.3 遠程遙控門上位機控制系統

實時監控畫面可實時檢測實驗室門內外信息，還可以對信息做采集，控制畫面由遠程遙控門智能開關門系統組成，可以控制開關門的自動/手動開啟。故障警報畫面可對實驗室出現的異常情況進行警報。采用組態王軟件開發監控程序，主要由實時監控畫面、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 組態畫面

2 結論

目前市面上的遙控門控制系統主要有密碼式門禁系統、射頻卡門禁系統、指紋門禁系統等，其中以射頻感應卡門禁系統居多，本論文設計的實驗室遠程遙控門智能控制系統可以和外部互聯網鏈接，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設備，可廣泛使用于學校實驗室、單位辦公室、住宅小區和公園景點入口處等。后續研究中還可以將課程安排通過互聯網發送到終端，各類用戶只能在系統規定的時間內出入實驗室，實現準時開關門和自動監控和報警功能。

[1]李向東.數字視頻監控系統的研究與實現[D].長安大學.2008.

[2]湯麗亞.自動開關門的設計[J].新課程學習（下）.2014,12：236-237.

[3]王汝琳,張愛華.智能門禁控制系統[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