PLC课程设计(停车场车位控制)

目录1 引言22 概述33 系统总体方案设计43.1 主电路的设计43.2 控制电路的设计43.2.1 PLC概述43.2.2 PLC选型63.2.3系统变量定义及分配表83.2.4系统接线图设计94 控制系统设计124.1控制程序流程图设计124.2控制程序设计思路125 系统调试及结果分析155.1 系统调试及解决的问题155.2 结果分析15结束语16参考文献17附录一: 梯形图18附录一: 程序指令191 引言随着进口汽车大量涌入和国内汽车工业的不断发展，大中城市的汽车数量剧增，从而引发了停车管理问题。近几年，我国的停车场管理技术不断完善，计算机技术、通信技术、网络技术的发展又使停车场管理的系统功能得以提高。现在小区停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后，记录车辆数量，车辆离开时，减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制来处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示。停车场车位管理系统，它由固定在停车场中的管理控制器、埋设在车位处的电动车位锁及移动控制器相互连接构成；管理控制器包括传感器接收模块、逻辑控制电路及驱动控制电路；电动车位锁的电源端与驱动控制电路的电源输出端连接；移动控制器中设有数据读写控制电路、无线遥控发射模块及电池，该无线遥控发射模块通过移动控制器外部设置的遥控天线与管理控制器的接收天线进行无线信号连接，具有极大的实用价值。2 概述本文提出一种运用可编程控制器（PLC）对停车场进出及停放指示进行管理的方案。本停车场由16位停车位、入口检测器、出口检测器、道闸管理系统、七段数码管用来显示车库内车辆数、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。采用PLC的自动控制系统，由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，因此，本控制系统与传统停车场相比，大大提高了设计效率，维护周期短、调试方便、成本较低、易操作、可靠性高，有很强的实用价值。3 系统总体方案设计3.1 主电路的设计本设计是基于PLC的停车场控制系统，在停车场进口处装一传感器1，出口处装一传感器2，传感器接受到高电平信号而控制电机的正反转，停车场处的闸门开合。传感器1、2所输出的脉冲分别输入给计数器1、2，计数器1、2将计的数据存储在存储器1、2中，进的车辆数与出的车辆数想减得到的数据再传输给存储器3，存储器3所存储的数据将会传输给数码显示管显示，如显示的数为16时，则门口处的闸门停止工作，如显示的数还没到16时，则闸门继续工作。其原理框图如下图1所示： 图1 原理框图3.2 控制电路的设计3.2.1 PLC概述许多年前开始，就有人预言，PLC将要被PC-BASED控制系统取代。但是，PLC的销售每年都在以一个十分稳定的增长率在上升，目前的PLC已经与十年前的PLC有着很大的区别，十年后的PLC与当前的PLC也将有着很大的不同。但是，有两个方面是不变的：首先，PLC会提供稳定的控制响应，其次，高度的可靠性。PLC有着其它控制产品，如工控机，DCS，单片机等控制产品，所无法替代的特性。 1可靠性可靠性包括产品的有效性和可维修性。可编程控制器的可靠性高，表现在下列几个方面： a)可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此可靠性得到提高。b)可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉电保护，故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复。c)可编程控制器有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。d)可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺（SMT）制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便于维修的设计等。 2易操作性 a)操作方便：对PLC的操作包括程序的输入和程序更改操作，大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改操作。现在的PLC的编程器大部分可以用电脑直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改。 b)编程方面：PLC有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；编程语句是功能的缩写，便于记忆；功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通。功能模块图和结构化文本语言，功能清晰，易于理解等优点。c)维修方便：PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和HMI屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 3灵活性a)编程的灵活性：PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。b)扩展的灵活性：PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件数来增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。c)操作的灵活性：操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。4机电一体化为了使工业生产的过程控制更平稳，更可靠，向优质、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化，即仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC，机器人，CAD/CAM）之一。可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让PLC成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。由以上特点不难看出，PLC在工业控制领域，不仅不会逐渐推出，而且会不断扩大他的市场份额。表面上看工控机的出现给PLC带来了一定程度的冲击，但如果我们仔细分析一下可以看到，工控机在某种程度上其实帮助了PLC的发展，因为PLC的可靠性高，易操作，但对与操作员站的一些功能，如曲线处理，数据记录等功能，远不及工控机，而工控机的致命缺陷是可靠性差。所以目前来看工控机与PLC结合的控制系统更为完美。工控机的出现推动了PLC的发展。3.2.2 PLC选型 1选择的原则 选择PLC是首待解决的事情。一方面要选择多大容量的PLC ,另一方面选择什么公司的PLC及外设。 对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：（1） 功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。（2） 价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。因为本次课程设计是在学校完成。考虑到实验室中应用的是三菱FX2N型PLC，对此种型号PLC的指令以及使用方法都比较熟悉。所以本次设计采用就近取材原则选三菱FX2N型PLC。 2FX2N型PLC的简介 20世纪90年代，三菱公司在FX系列PLC的基础上又推出了FX2N系列产品。该机型在运算速度，指令数量及通讯能力方面有了较大的进步，是一种小型化、高速、高性能、各方面都相当于FX系列中最高档次的超小型的PLC。FX2NPLC的基本单元可以根据控制规模大小外加扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成叠装式PLC控制系统。下图是FX2N可编程控制器基本单元实物图。 图2 FX2N可编程控制器实物图3.2.3系统变量定义及分配表在车库入口处应该安装指示板，告知车辆司机整个车库的停放情况，包括数量和停放的位置。车库和指示板的示意图如图所示： 9 1 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 停车场车位指示板当某一位置没有停放车辆时，相应编号的指示灯亮，司机看见使就可以按照指示进入车库按位停车。这个部分同样可以用梯形编程图来实现。车位线使程序，相对比较简单，所用到得软元件X10X17，X20-X27，输出端原件Y20-Y27，Y30-Y37，输出输入原件共计16对。只要在车尾顶部安装红外检测装置，就可以对车位有无车辆进行检测。当车位无车辆时相应输入继电器不通电，常闭节点合上，输出端所连接的指示灯亮，如图中8号和9号灯亮，证明这两个车位为空。而其余位置有车，所以相应的指示灯熄灭。表一 PLC外部输入/输出点（I/O）输入点输出点系统动作 X100000闸栏开门 Y101000系统解除 X200001闸栏关门 Y201001入口检测器 X300002尚有车位指示灯 Y301002出口检测器 X400003车位已满指示灯 Y401003正传停止传感器 X500004显示车辆数七段灯 Y10-Y1701004-01010反转停止传感器 X600005编程元件的解析 1 X： X为输入继电器，它的作用是接受并存储外部输入的开关量信号，和对应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭软触点用于编程。 2 Y： Y为输出继电器，它的作用是具有一常开硬触点用于向外部负载发送信号，每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和长闭软触点用于编程。 3. M： M为辅助继电器，它是由软件来实现的，用于状态暂存，移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电器，绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。 4. T： T为定时器，作用相当于继电接触控制中的通电延时型时间继电器。 5. C： C为计数器，主要用来记录脉冲的个数。本设计采用的C250为一相双向的高数计数器，这种计数器固定可编程控制器的一个输入端X3用于上升沿加计数，固定可编程控制器的另一个输入端X4用于上升沿减计数。6 D： D为数据寄存器，可编程控制器在模拟量检测与控制以及位置控制等许多场合都需要数据寄存器来存储数据和参数。3.2.4系统接线图设计下图为停车场控制系统的接线图，在该接线图中，X1是该系统的启动开关，X2是该系统停止开关，入口检测器接X3输入端，出口检测器接X4输入端，正传停止传感器、反转停止传感器分别接X5、X6输入端。闸栏开门接Y1输出端，闸栏关门接Y2输出端，尚有车位指示灯接Y3输出端，车位已满指示灯接Y4输COM COM 01000 0000001001 0000101002 0000201003 P 0000301004 00004 01005 0000501006 L 0000601007 0000701008 0000801009 C 0000901010 0001001011 0001101012 0001201013 0001301014 0001401015 0001501016 0001601017 00017GGNDISPLAY X1 X2X3 X4 X5 X6 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4Y 10-Y17出端，显示车辆数数码管接Y10-Y17。图3 停车场控制系统接线图 下图为主电路控制图，当QS闭合时，KM1闭合KM2断开电机正转，闸门开启，车辆可通过，当KM2闭合KM1断开时电机反转，闸门闭合，车辆不可通过。 图4 控制线路主电路图4 控制系统设计4.1控制程序流程图设计 停车场控制系统的车进出模块流程图设计如下图5：图5 车辆进出控制程序流程图4.2控制程序设计思路1)车辆进库编程图上，在支路2中，X0表示车辆检测装置开关，只要车辆驶到道闸前，车辆检测器发出信号使X0关闭，辅助继电器M1进入准备通电状态；只要X1闭合，支路1通电，驱动辅助继电器M0，其节点M0闭合，M1马上通电，M1节点动作，使输出线圈Y0置位，其相应的输出端Y0发出信号控制道闸升降的电动机正转，同时复位Y1线圈，确保道闸没有反转信号。这时道闸就打开，车辆通过。车辆通过以后，经过道闸后车辆检测器，这时有几道控制目标，所以运用主控制器指令MC对所有工作一并控制。检测器发出信号使开关X2闭合，PLC就执行MC和MCR之间的程序，首先把Y0输出线圈复位，即道闸电动机正转信号复位，同时置位Y1输出线圈，是电动机反转，道闸关闭。同时设定一个数据寄存器D0中的二进制数转换成十进制数输出到以10为首的八个输出端，驱动车库大门指示板上的显示管，最后，在道闸关闭的终点安装一个限位开关X3，当道闸恢复原位时，X3节点接通，使电动机反转信号复位。 图6 车辆进库梯形图2)车辆出库车辆出库时，要减少车辆数量记录，并且在车库出口也要安装出口道闸，下面是车辆出库的梯形图。由图中可以看出，车辆出库与入库的基本原理相同，只是输入原件与输出原件不同，出库与入库所用到的元件必须分开。并且，要使车辆数量减少，用DEC功能指令使记录车辆数的数据寄存器D0减一，最后道闸关闭。图7 车辆出库梯形图5 系统调试及结果分析5.1 系统调试及解决的问题1) 硬件调试 按接线图接好线，七段数码显示器能实时显示数据，证明PLC选型正确，传感器的选择符合要求。2)软件调试 按接线图接好线后，将程序的指令用FX-GP编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。3) 解决的问题本文研究的主要内容是基于PLC的停车场车位控制系统，在前人的基础上做了进一步的研究，吸取了前人研究的精华，补充了前人研究的不足。本系统是基于PLC的自动控制系统，由于PLC本身的特点使自动控制系统更加稳定，提高了系统的可靠性。在本课题研究过程中主要进行了以下工作： （1）详细分析了国内外目前的基于PLC的停车场，比较之后，硬件部分，设计了七段码显示器以及车辆进出库传感器。软件部分，选择了以PLC为核心自动控制系统，因此，经过研究最后决定将硬件和软件部分结合起来，形成了本控制系统的整个部分 （2）在比较了各种型号的PLC的功能之后，选择了三菱公司的FX2N系列PLC， （3）建立了车辆进出库数学模型，为其编写了程序语言。5.2 结果分析 七段译码显示器能够实时显示停车场的停车数目。PLC具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC可以使该设计的要求全能满足。结束语通过本次课程设计使我比较系统地掌握有关PLC控制系统的设计思想和设计方法，主要对PLC（三菱FX2N系列）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。经过多次的反复实验与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.我所做的设计题目是基于PLC的停车场车位控制系统。由于是第一次做PLC的设计，设计起来有一定难度，但后来通过去图书馆找相关书籍，上网找资料，请教老师和同学等方法来获取相关知识，通过一步步解决疑惑来完成我的设计，同时也大大提升了自己知识水平和能力。通过这次课程设计让我们意识到书本上学到的知识一定要通过实践去巩固，而且这也是一种学习方法，只有这样才能真正轻松的掌握一门学问。同时此次课程设计也让我们对学习PLC更加热情，我们认识到PLC的强大的功能和广阔的应用领域。真正体会到了科技给我带来的振憾。让我对学习更有兴趣，同时也给我们在探索知识的路上的无限动力。在自己以后的学习中，我们一定要有刻苦努力及钻研精神，结合有创新，充分实现自己的价值，为国家的发展做出自己的贡献。在设计期间，我要感陈艳老师对我的悉心指导及帮助和同学对我的无私帮助，使得我能够顺利完成本次课程设计。参考文献1史国生编著，电气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社，2004.22王永安编著，现代电气与可编程控制技术. 北京航空航天大学出版社，2002；3王仁祥编著，常用低压电器原理及其控制技术.机械工业出版社，2001附录一: 梯形图附录一: 程序指令