基于plc停车场车位控制系统

常州刘国钧高等职业教育中心机电工程系毕业设计（论文）课题名称： 基于plc停车场车位控制系统 专 业： 班 级： 设 计 者： 设计时间： 指导教师： 年 月 日内容摘要设计针对目前停车场车位控制系统存在的集成自动化程度低、可靠性差和运行效率低下的不足，结合目前工业领域的应用技术，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化的程度较高的停车场车位控制系统。本文针对停车场车位控制系统中存在的问题，把PLC可编程序控制器1-8和变频器应用于停车场车位控制系统上，同时对问题进行了较深入的研究。 采用PLC的自动控制系统，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。 关键词：PLC；车位控制；停车场； 目 录第一章 前言11.1 课题研究的背景及意义11.2 停车场种类11.3 停车场管理模式的发展1第二章 可编程控制器（PLC）简介及发展趋势32.1 PLC起源32.2 PLC特点32.3 PLC发展趋势4第三章 基于PLC控制的停车场车位控制系统的设计63.1 控制程序流程图63.2 系统硬件电路设计73.2.1 CPU的选择73.2.2 输入输出编址73.2.3 I/O接线图83.3梯形图程序83.4 停车场车位控制系统语句表13第四章 总结184.1 总结18参考文献203 第1章 前言1.1 课题研究的背景及意义随着进口汽车大量涌入和国内汽车工业的不断发展，中大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、网络技术的发展又促进了停车场管理系统功能的强大。但是现在某些小型停车场如要运用大量高新技术会出现资金不足、维护不完善的问题，有时考虑也不够全面，所以目前要解决车辆管理成本高、服务效率低等问题。 停车场管理系统重点要做到标准指示车辆进出，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，记录车辆总量；车辆离开时减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，停车场空位指示可利用价格较不高的七段数码显示管。1.2 停车场种类停车场的形式经历了从露天、平面、人工收费到地下、自动计费停车场到塔式、立体、智能取车、自动计费的发展历程。 根据停车场位置的不同，停车场分为地面停车场、地下停车场及专用停车塔楼及路边临时占道停车场。依据建筑物类型的不同，又可分为市区公共建筑群大型停车场（如成都天府广场的地下停车场）、综合建筑楼专用停车场（如各类商场及办公楼专用停车场）、办公区域专用地面停车场（如校园停车场）、住宅小区专用停车场及用于经营的专用停车楼（塔）9。 1.3 停车场管理模式的发展停车场的管理模式呈现出从人工管理到智能化管理的发展趋势。传统的管理方式采用人工管理的方式，车辆的进出、停放都由人工引导，计费也由人工计费收取。自动化程度较低，管理的随意性较大。 人类文明的发展进入信息时代，现代建筑的发展也进入智能建筑时代，计算机技术、现代通信技术、网络互连技术、数据库技术、信息发布技术、智能信息及其处理技术、自动化控制技术等关键技术都日臻成熟。特别是近年来IC卡技术的广泛应用使得电子化、信息化、自动化、智能化管理停车场的实现技术也不断改进和完善，成本逐渐降低，安全性及可靠性要求不断提升，因此全人工管理停车场已难以适应时代的要求，对停车场实现自动化、智能化的管理与监控势在必行10。包括车辆出入工程的相关提示、停放服务的自动计费、车辆进出的自动化监控联动、自动记录进出车辆的相关信息及历史数据等。一些专用停车塔楼，则智能化程度更高。车辆入库只需取卡后定点等待，自动化传输设备自动，完成车辆的传送、托举、入库、计时及出库过程。整个停车场设备高度智能化，停取车过程高度自动化，停车场空间利用效率更高。同时该类型停车场要求在建筑专业化规划，停车场设备的专业化要求也相应更高。 1第二章 可编程控制器（PLC）简介及发展趋势2.1 PLC起源可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。2.2 PLC特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易11。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.3 PLC发展趋势 1、PLC微型化发展PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的机种，体积仅为609075mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。2、PLC网络技术的发展PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分3、向模块化、智能化发展为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PL外部故障的专用智能模块等，些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。4、PLC操作向简易化方向发展。目前PL推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的进一步推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，在这一点上西门子就充当了先行者，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用。5、编程语言和编程工具的多样化和标准化多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件12-13，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。 第三章 基于PLC控制的停车场车位控制系统的设计3.1 控制程序流程图 停车场车位控制系统在启动运行时的程序框图，如下图所示。 七段显示屏重置七段显示屏重置是否有车出是否有车进入停车N N 触发传感器1传感器1无反应触发传感器2 Y Y大门不开有位指示灯是否亮开门传感器2无反应 N 不开门触发传感器1 Y开门不开门触发传感器2关门关门计数器减1计数器加1七段显示屏显示当前停车场已停车数结束图 3.1 控制程序流程图3.2 系统硬件电路设计3.2.1 CPU的选择本次设计要求开始、停止、2个行程开关和2个传感器14共6个输入接口，控制车满和有位2个指示灯、电机正反转及2个七段显示屏15共18输出接口，所以选用CPU222并扩展2个EM222模块满足控制要求。3.2.2输入输出编址停车场车位系统输入开关及控制该系统16-18的输出端在PLC中的I/O地址分配表如表2-1所示。表 2-1 I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动信号常用开关SB1I0.0停止信号常用开关SB2I0.5传感器1输入信号接近开关SQ1I0.1传感器2输入信号接近开关SQ2I0.2闸栏上限位信号行程开关SQ3I0.3闸栏下限位信号行程开关SQ4I0.4 输 出 信 号车位满信号指示灯HL1Q0.2有车位信号指示灯HL2Q0.3电机正转信号电动机KM1Q0.0电机反转信号电动机KM2Q0.1七段显示屏1信号七段显示屏SEG1Q2.0-Q2.6七段显示屏2信号七段显示屏SEG2Q3.0-Q3.63.2.3 I/O接线图图3.2 I/O接线图3.3梯形图程序根据程序模块及停车场车位控制的逻辑关系，可绘出梯形图6控制程序。程序如下：3.4 停车场车位控制系统语句表TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 程序启动LD I0.0O M10.0AN M10.1= M10.0Network 2/ 程序停止LD I0.5= M10.1Network 3/ 输出七段显示屏LD M10.0MOVW AC0, AC1DIV 10, AC1SEG AC1, QB0SEG AC2, QB1Network 4/ 重置2个七段显示屏LDN M10.0R Q0.0, 7R Q2.0, 7Network 5/ 控制大门的关闭停止LD M0.4O M0.7O M1.2A I0.4LD SM0.1O M0.0OLDAN M0.1= M0.0Network 6/ 控制车满灯和有位灯的亮灭LD M0.0A M10.0O M0.1AN M0.2AN M0.5AN M1.0LPSAB= AC0, 15S Q0.2, 1R Q0.3, 1LRDAB= AC0, 16S Q0.3, 1R Q0.2, 1LPP= M0.1Network 7/ 控制车进入开门LD M0.1A I0.1AN I0.2A Q0.2O M0.2AN M0.3= M0.2Network 8/ 开门动作停止LD M0.2A I0.3O M0.3AN M0.4= M0.3Network 9/ 关门并计数器加1LD M0.3A I0.2O M0.4AN M0.0= M0.4EUAB= AC0, 1DECB AC0Network 16/ 电机正转及开门控制LD M0.2O M1.0O M0.5= Q0.0Network 17/ 电机反转及关门控制LD M0.4O M1.2O M0.7= Q0.1Network 18/ 重置车满和有位指示灯LD I0.5R Q0.2, 1R Q0.3, 1第四章 总结 4.1 总结 毕业设计是理论到实践的过度环节，通过毕业设计，可以说在这一过程中我的收获很大，充分认识到自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复论证，许多问题都有了较好的解决方案。软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它机械手控制方式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。收进的方式是将各部分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是程序编写比较简单，不需要再编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精确度要求并不高，适宜采用。若是在对定时精度要求比较高的情况下，应采用单片机的中断功能进行硬件定时。通过此次设计，了解了停车场车位控制系统的工作原理，其中电路及软件实现是此次设计的主要部分。作为一个好的控制系统必须把各种控制都考虑在内之外，还要考虑安全控制。 致谢五年的大专生活就快走入尾声，我们的校园生活也要划上一个圆满的句号，此刻的心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。衷心感谢指导老师单艳芬老师，感谢她给予的帮助。是她在我毕业的最后关头给了我巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激.老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我受益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给予我很大的帮助，使我得到不少的提高。在毕业设计中的许多思想和方法得益于指导老师的指导和启发，从设计选题到论文写作都倾注了指导老师的巨大心血。本设计能顺利的完成也归功于各位老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得于体现。再次向常州刘国均高等职业技术学校全体老师表示由衷的谢意，感谢他们四年多来的辛勤培育。我的毕业设计终于完成了。毕业设计是大专五年所学知识的综合运用，是理论与实践相结合的产物。在同学的帮助、指导老师的用心辅导和学校的精心安排下，这个课题能够顺利进行。但是，由于时间仓促以及本人水平有限，这本设计说明书还有很多不完善之处，也难免存在错漏，恳请各位老师指正。参考文献1 彭利标、王芯等.可编程控制器原理及应用M.西安:西安电子科技大学 出,1999. 2 吴中俊、黄永红.可编程控制器原理及应用。机械工业出版社，2003.3 陈立定、吴玉香、苏开才.电气控制与可编程控制器。华南理工大学出 版社.2001.4 陈立定.电器控制与可编程控制器.广东：华南理工大学出版社，2001.5 吴中俊、黄永红.可编程程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社， 2003.6 史国生.电器控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003.7 于庆广.可编程控制原理与系统设计.北京：清华大学出版社.2004.8 郑晟.现代可编程序控制器原理及应用M.北京:科学出版社,2001. 9 黄树波.城市建设应发展立体停车库J.技术革新.2004 (3). 10 陈龙.智能小区及智能大楼的系统设计北京中国建筑工业出版社 2001,1,287. 11 苏裕.停车场管理系统在智能小区中的应用J.IB智能建筑与城市信息 2003(06): 28-29. 12 宋伯生.PLC编程理论、算法及技巧M.北京机械工业出版社,2005. 13 李媛.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009.14 赵燕.传感器原理及应用J 北京大学出版社,2010. 15 崔惠柳.串行实时时钟芯片DS1302及其应用J广西工学院学报 1998,9(1),60-64.16 方康玲.过程控制系统M.武汉:武汉理工大学出版社,2002。 17 周美兰、周封等.PLC电气控制与组态设计M.北京：科学出版社 2003. 18 王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版 社,2008. 19