实验室远程遥控门智能控制系统设计

杨志华，张晓娟，李壮壮，韩雨露，马文琦

（西京学院控制工程学院，陕西西安，710123）

实验室远程遥控门智能控制系统设计

杨志华，张晓娟，李壮壮，韩雨露，马文琦

（西京学院控制工程学院，陕西西安，710123）

本文设计的实验室远程遥控门智能控制系统对传统门锁进行改进，装入智能芯片，以上位机进行远程控制，可根据实验室课程安排自动开关门并进行监控，更具实用性和智能性，并可广泛使用于各种场合。

智能控制；PLC；上位机

0 引言

目前从控制手段来看，国内门禁系统主要有密码式门禁系统、射频卡门禁系统、指纹门禁系统等，其中以射频感应卡门禁系统最多。目前国内大部分门禁系统只能对门进行简单的开关控制，还没有形成对门状态、控制、安全等全方位实时显示控制的系统。这种简单的控制确实可以满足低要求场合安全和控制的基本需求。但是在某些要求较高的特殊场合，就不得不采用更为安全的控制系统来代替了。

1 实验室远程遥控门智能控制系统构成

（1）远程遥控门智能监测系统。对所有实验室门禁情况进行监测，随时随地掌握实验室开关门状态。

（2）远程遥控门智能开关门系统。采用S7-200系列PLC作为主控制器，通过传感器感应，带动电机拖动，控制门禁开关。

（3）远程遥控门上位机控制系统。采用上位机对每个实验室远程遥控，在实验室老师不在的情况下远程开关实验室门，为学生提供实验便利条件，节省人力物力。

1.1远程遥控门智能监测系统

检测系统由数字视频监控系统构成，主要包括:网络摄像机、网络高速球、网络视频接入器等,它们的输出即为全数字信号并可直接上网传输与控制。它采用嵌入式结构,现场无需PC机支持；可全天24小时运行、稳定可靠；内置Web服务器,使网上授权监控者均可对其进行访问；可充分利用网络资源和功能,实现互联互通,构建大系统方便,并可实现远程监控等。

视频监控系统由摄像、传输、控制和显示与记录四部分组成，如图1所示。

图1 视频监控系统的组成

摄像部分包括摄像机、镜头、防护罩、支架和电动云台,它的任务是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号；传输部分的任务是把摄像机发出的电信号传送到控制中心,它一般包括线缆、调制解调设备、线路驱动设备等；控制中心将信号有选择地送入显示与记录部分；显示与记录部分把从控制中心送来的电信号转换成图像在监视设备上显示,对需要将监视区域的图像用录像机录制。所以显示记录用的主要设备是监视器和录像机，安装在控制室内；控制部分则负责所有设备的控制,如控制摄像机的焦距、光圈与图像信号的处理等。

1.2远程遥控门智能开关门系统

1.2.1 远程遥控门智能开关门系统的工作原理

智能开关门机组有以下部分组成：

（1）主控制器：智能开关门的核心，通过PLC编程指令指挥马达或电锁类系统工作；同时可以通过主控器调节门的开启速度、开启幅度等参数。

（2）感应探测器：负责采集外部信号，就像一双眼睛，当它发现有人员进入探测范围，就会给主控制器一个一个脉冲信号。

（3）动力马达：提供开、关门的主动力，控制自动感应门的加减速运行。

（4）行进轨道：如同高铁的铁轨作用，限制门扇的吊具走轮系统，使其按指定方向进行。

（5）门扇吊具走轮系统：可挂活动门扇，使门扇在动力牵引下自动运行。

（6）同步皮带：用于传输动力马达所产生的动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。

（7）下部导向系统：是自动门扇底部的导向与定位装置，可防止门扇运行时出现摆动。

工作原理：（1）开关门系统设定为自动时，开、关门工作流程如下：感应探测器感应到有人员进入探测范围，将脉冲信号发给主控制器；主控制器判断后命令马达运行，同时监控动力马达转数，以达到控制马达在一定时候加速和减速；动力马达做正向运行，带动同步带，再由同步带控制吊具系统使自动门扇开启；自动门扇打开后再由主控制器做出判断是否需要关门，从而控制字动力马达反转，进入自动关门控制。（2）当开关门系统设定为手动时，可人为控制自动门的开关。

1.2.2 远程遥控门智能开关门系统的硬件设计

（1）主机选型

根据控制要求可知，开关量输入点9个（见I/O分配）；开关量输出点3个（见I/O分配）。所需输入输出点较少，可以选择西门子主机型号为CPU226的S7-200系列PLC。

（2）I/O端口分配

1）输入端口

门内光电探测开关K1-I0.2，门外光电探测开关K2-I0.1，开门到位限位开关K3-I0.3，关门到位限位开关K4-I0.4，过载保护开关SB5-I0.5，紧急停止开关SB6-I0.6，启动停止按钮SB7-I0.7，手动开门按钮SB10-I1.0，手动关门按钮SB11-I1.1。

2）输出端口

开门执行机构KM1-Q0.0，关门执行机构KM2-Q0.1，短接启动电阻接触器KM3-Q0.2。

（3）PLC硬件接线图

图2 PLC接线图

1.2.3 远程遥控门智能开关门系统的软件设计

要实行自动控制需要自动检测以下部件：光电检测开关、限位开关、超载保护开关、直流电机。

整个工作过程实现电机正转（开门），电机反转（关门），主要流程如下：

（1）当有人员出入进入光电检测开关检测范围时，开关闭合有电流通过，由于开门限位开关未被碰触时时闭合的，而线圈通电，电动机正转，直到碰触开门限位开关后，电动机停止。

（2）当自动门开到限位位置时启动定时器，延时5秒后，自动进入关门程序，电动机反转，当门碰到关门限位开关时，电动机停止。

（3）如在关门过程中，有人员需要出入时，光电检测开关感应发出信号，从而停止关门，并自动进入开门程序。

（4）门打开后需要进行5秒等待，以保证人员安全通过，此时若有人员出入，则光电检测开关发出信号，定时器重新开始等待5秒，5秒后再自动进入关门程序。

（5）考虑到自动门会出现故障或维修等情况，除有自动控制外还增加了手动控制开关。

1.3 远程遥控门上位机控制系统

实时监控画面可实时检测实验室门内外信息，还可以对信息做采集，控制画面由远程遥控门智能开关门系统组成，可以控制开关门的自动/手动开启。故障警报画面可对实验室出现的异常情况进行警报。采用组态王软件开发监控程序，主要由实时监控画面、控制画面，及故障报警画面等组成，用户界面清晰，操作简单。上位机画面如图3所示。

图3 组态画面

2 结论

目前市面上的遥控门控制系统主要有密码式门禁系统、射频卡门禁系统、指纹门禁系统等，其中以射频感应卡门禁系统居多，本论文设计的实验室远程遥控门智能控制系统可以和外部互联网链接，用户可以方便的通过电脑，手机等远程终端操控链接的远程开关设备，可广泛使用于学校实验室、单位办公室、住宅小区和公园景点入口处等。后续研究中还可以将课程安排通过互联网发送到终端，各类用户只能在系统规定的时间内出入实验室，实现准时开关门和自动监控和报警功能。

[1]李向东.数字视频监控系统的研究与实现[D].长安大学.2008.

[2]汤丽亚.自动开关门的设计[J].新课程学习（下）.2014,12：236-237.

[3]王汝琳,张爱华.智能门禁控制系统[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