基于plc停車場車位控制系統(tǒng)

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常州劉國鈞高等職業(yè)教育中心 機電工程系 畢業(yè)設計（論文） 課題名稱： 《基于plc停車場車位控制系統(tǒng)》 專 業(yè)： 班 級： 設 計 者： 設計時間： 指導教師： 年 月 日 內(nèi)容摘要 設計針對目前停車場車位控制系統(tǒng)存在的集成自動化程度低、可靠性差和運行效率低下的不足，結(jié)合目前工業(yè)領域的應用技術，設計了一種技術較先進、性能可靠、自動化的程度較高的停車場車位控制系統(tǒng)。本文針對停車場車位控制系統(tǒng)中存在的問題，把PLC可編程序控制器[1-8]和變頻器應用于停車場車位控制系統(tǒng)上，同時對問題進行了較深入的研究。 采用PLC的自動控制系統(tǒng)，具有可靠性、易操作性、靈活性等優(yōu)點。因此，本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場相比，大大提高了設計效率，維護周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高，有很強的實用價值。 關鍵詞：PLC；車位控制；停車場； 目 錄 第一章 前言 1 1.1 課題研究的背景及意義 1 1.2 停車場種類 1 1.3 停車場管理模式的發(fā)展 1 第二章 可編程控制器（PLC）簡介及發(fā)展趨勢 3 2.1 PLC起源 3 2.2 PLC特點 3 2.3 PLC發(fā)展趨勢 4 第三章 基于PLC控制的停車場車位控制系統(tǒng)的設計 6 3.1 控制程序流程圖 6 3.2 系統(tǒng)硬件電路設計 7 3.2.1 CPU的選擇 7 3.2.2 輸入輸出編址 7 3.2.3 I/O接線圖 8 3.3梯形圖程序 8 3.4 停車場車位控制系統(tǒng)語句表 13 第四章 總結(jié) 18 4.1 總結(jié) 18 參考文獻 20 3 第1章 前言 1.1 課題研究的背景及意義 隨著進口汽車大量涌入和國內(nèi)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，中大城市的汽車數(shù)量劇增從而引發(fā)了停車管理問題。近幾年，我國的停車場管理技術不斷完善，計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展又促進了停車場管理系統(tǒng)功能的強大。但是現(xiàn)在某些小型停車場如要運用大量高新技術會出現(xiàn)資金不足、維護不完善的問題，有時考慮也不夠全面，所以目前要解決車輛管理成本高、服務效率低等問題。 停車場管理系統(tǒng)重點要做到標準指示車輛進出，車輛進入時給與司機準確的車位數(shù)量與具體位置，車輛進入后，記錄車輛總量；車輛離開時減少車輛數(shù)量。車輛進出指示可完全由PLC作為中央控制處理，停車場空位指示可利用價格較不高的七段數(shù)碼顯示管。 1.2 停車場種類 停車場的形式經(jīng)歷了從露天、平面、人工收費到地下、自動計費停車場到塔式、立體、智能取車、自動計費的發(fā)展歷程。 根據(jù)停車場位置的不同，停車場分為地面停車場、地下停車場及專用停車塔樓及路邊臨時占道停車場。依據(jù)建筑物類型的不同，又可分為市區(qū)公共建筑群大型停車場（如成都天府廣場的地下停車場）、綜合建筑樓專用停車場（如各類商場及辦公樓專用停車場）、辦公區(qū)域?qū)Ｓ玫孛嫱＼噲觯ㄈ缧@停車場）、住宅小區(qū)專用停車場及用于經(jīng)營的專用停車樓（塔）[9]。 1.3 停車場管理模式的發(fā)展 停車場的管理模式呈現(xiàn)出從人工管理到智能化管理的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的管理方式采用人工管理的方式，車輛的進出、停放都由人工引導，計費也由人工計費收取。自動化程度較低，管理的隨意性較大。 人類文明的發(fā)展進入信息時代，現(xiàn)代建筑的發(fā)展也進入智能建筑時代，計算機技術、現(xiàn)代通信技術、網(wǎng)絡互連技術、數(shù)據(jù)庫技術、信息發(fā)布技術、智能信息及其處理技術、自動化控制技術等關鍵技術都日臻成熟。特別是近年來IC卡技術的廣泛應用使得電子化、信息化、自動化、智能化管理停車場的實現(xiàn)技術也不斷改進和完善，成本逐漸降低，安全性及可靠性要求不斷提升，因此全人工管理停車場已難以適應時代的要求，對停車場實現(xiàn)自動化、智能化的管理與監(jiān)控勢在必行[10]。包括車輛出入工程的相關提示、停放服務的自動計費、車輛進出的自動化監(jiān)控聯(lián)動、自動記錄進出車輛的相關信息及歷史數(shù)據(jù)等。一些專用停車塔樓，則智能化程度更高。車輛入庫只需取卡后定點等待，自動化傳輸設備自動，完成車輛的傳送、托舉、入庫、計時及出庫過程。整個停車場設備高度智能化，停取車過程高度自動化，停車場空間利用效率更高。同時該類型停車場要求在建筑專業(yè)化規(guī)劃，停車場設備的專業(yè)化要求也相應更高。 1 第二章 可編程控制器（PLC）簡介及發(fā)展趨勢 2.1 PLC起源 可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（PersonalComputer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 2.2 PLC特點 1.可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2.配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易[11]。 3.易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4.系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 5.體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。 2.3 PLC發(fā)展趨勢 1、PLC微型化發(fā)展 PLC的功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的機種，體積僅為609075mm，相當于一個繼電器，但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力，還具有可調(diào)電位器時間設定功能。PLC已不再是早期那種只能進行開關量邏輯運算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數(shù)運算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進驅(qū)動、報表統(tǒng)計等。從這種意義上說，PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來越小了，用PLC同樣可以構(gòu)成一個過程控制系統(tǒng)。 2、PLC網(wǎng)絡技術的發(fā)展 PLC網(wǎng)絡控制是當前控制系統(tǒng)和PLC技術發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計算機的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應用。目前，PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標準，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分 3、向模塊化、智能化發(fā)展 為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PL外部故障的專用智能模塊等，些模塊的開發(fā)和應用不僅增強了功能，擴展了PLC的應用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。 4、PLC操作向簡易化方向發(fā)展。 目前PL推廣的難度之一就是復雜的編程使得用戶望而卻步，而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語言，難度較大。PID控制、網(wǎng)絡通信、高速計數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄配方和文本顯示器等編程和應用也是PLC程序設計中的難點，用普通的方法對它們編程時，需要熟悉有關的特殊存儲器的意義，在編程時對它們賦值，運行時通過訪問它們來實現(xiàn)對應的功能。這些程序往往還與中斷有關，編程的過程既繁瑣又容易出錯，阻礙了PLC的進一步推廣應用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復雜任務的編程，在這一點上西門子就充當了先行者，西門子S7-200的編程軟件設計了大量的編程向?qū)?，只需要在對話框中輸入一些參?shù)，就可以自動生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序，大大方便了用戶的使用。 5、編程語言和編程工具的多樣化和標準化 多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC軟件進步的一種趨勢PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時，日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件[12-13]，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術規(guī)范化和標準化。 第三章 基于PLC控制的停車場車位控制系統(tǒng)的設計 3.1 控制程序流程圖 停車場車位控制系統(tǒng)在啟動運行時的程序框圖，如下圖所示。 七段顯示屏重置 七段顯示屏重置 是否有車出 是否有車進入停車 N N 觸發(fā)傳感器1 傳感器1無反應 觸發(fā)傳感器2 Y Y 大門不開 有位指示燈是否亮 開門 傳感器2無反應 N 不開門 觸發(fā)傳感器1 Y 開門 不開門 觸發(fā)傳感器2 關門 關門 計數(shù)器減1 計數(shù)器加1 七段顯示屏顯示當前停車場已停車數(shù) 結(jié)束 圖 3.1 控制程序流程圖 3.2 系統(tǒng)硬件電路設計 3.2.1 CPU的選擇 本次設計要求開始、停止、2個行程開關和2個傳感器[14]共6個輸入接口，控制車滿和有位2個指示燈、電機正反轉(zhuǎn)及2個七段顯示屏[15]共18輸出接口，所以選用CPU222并擴展2個EM222模塊滿足控制要求。 3.2.2輸入輸出編址 停車場車位系統(tǒng)輸入開關及控制該系統(tǒng)[16-18]的輸出端在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 控制信號 信號名稱 元件名稱 元件符號 地址編碼 輸 入 信 號 啟動信號 常用開關 SB1 I0.0 停止信號 常用開關 SB2 I0.5 傳感器1輸入信號 接近開關 SQ1 I0.1 傳感器2輸入信號 接近開關 SQ2 I0.2 閘欄上限位信號 行程開關 SQ3 I0.3 閘欄下限位信號 行程開關 SQ4 I0.4 輸 出 信 號 車位滿信號 指示燈 HL1 Q0.2 有車位信號 指示燈 HL2 Q0.3 電機正轉(zhuǎn)信號 電動機 KM1 Q0.0 電機反轉(zhuǎn)信號 電動機 KM2 Q0.1 七段顯示屏1信號 七段顯示屏 SEG1 Q2.0-Q2.6 七段顯示屏2信號 七段顯示屏 SEG2 Q3.0-Q3.6 3.2.3 I/O接線圖 圖3.2 I/O接線圖 3.3梯形圖程序 根據(jù)程序模塊及停車場車位控制的邏輯關系，可繪出梯形圖[6]控制程序。程序如下： 3.4 停車場車位控制系統(tǒng)語句表 TITLE=程序注釋 Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 程序啟動 LD I0.0 O M10.0 AN M10.1 = M10.0 Network 2 // 程序停止 LD I0.5 = M10.1 Network 3 // 輸出七段顯示屏 LD M10.0 MOVW AC0, AC1 DIV 10, AC1 SEG AC1, QB0 SEG AC2, QB1 Network 4 // 重置2個七段顯示屏 LDN M10.0 R Q0.0, 7 R Q2.0, 7 Network 5 // 控制大門的關閉停止 LD M0.4 O M0.7 O M1.2 A I0.4 LD SM0.1 O M0.0 OLD AN M0.1 = M0.0 Network 6 // 控制車滿燈和有位燈的亮滅 LD M0.0 A M10.0 O M0.1 AN M0.2 AN M0.5 AN M1.0 LPS AB<= AC0, 15 S Q0.2, 1 R Q0.3, 1 LRD AB= AC0, 16 S Q0.3, 1 R Q0.2, 1 LPP = M0.1 Network 7 // 控制車進入開門 LD M0.1 A I0.1 AN I0.2 A Q0.2 O M0.2 AN M0.3 = M0.2 Network 8 // 開門動作停止 LD M0.2 A I0.3 O M0.3 AN M0.4 = M0.3 Network 9 // 關門并計數(shù)器加1 LD M0.3 A I0.2 O M0.4 AN M0.0 = M0.4 EU AB<= AC0, 15 INCB AC0 Network 10 // 同時有車進入和離開時開門 LD M0.1 A I0.1 A I0.2 O M0.5 AN M0.6 = M0.5 Network 11 // 開門動作停止 LD M0.5 A I0.3 O M0.6 AN M0.7 = M0.6 Network 12 // 進入和離開完成時關門 LD M0.6 A I0.1 A I0.2 O M0.7 AN M0.0 = M0.7 Network 13 // 離開時的開門 LD M0.1 A I0.2 AN I0.1 O M1.0 AN M1.1 = M1.0 Network 14 // 開門動作停止 LD M1.0 A I0.3 O M1.1 AN M1.2 = M1.1 Network 15 // 離開時的關門并計數(shù)器減1 LD M1.1 A I0.1 O M1.2 AN M0.0 = M1.2 EU AB>= AC0, 1 DECB AC0 Network 16 // 電機正轉(zhuǎn)及開門控制 LD M0.2 O M1.0 O M0.5 = Q0.0 Network 17 // 電機反轉(zhuǎn)及關門控制 LD M0.4 O M1.2 O M0.7 = Q0.1 Network 18 // 重置車滿和有位指示燈 LD I0.5 R Q0.2, 1 R Q0.3, 1 第四章 總結(jié) 4.1 總結(jié) 畢業(yè)設計是理論到實踐的過度環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設計，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實踐的反復論證，許多問題都有了較好的解決方案。 軟件部分采用各部分程序直接轉(zhuǎn)的方式，依次實現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機械手控制方式。用此種方法編寫程序條理清晰，連貫性強，但若要增加其它機械手控制方式或進行擴展，程序會變得相當復雜而且容易出錯，出錯后調(diào)試修改也很困難。收進的方式是將各部分程序?qū)懗沙绦?，方便調(diào)用和調(diào)試。此種方法的優(yōu)點是程序編寫比較簡單，不需要再編寫分支、匯合狀態(tài)移圖的程序，且由于本課對定時精確度要求并不高，適宜采用。若是在對定時精度要求比較高的情況下，應采用單片機的中斷功能進行硬件定時。 通過此次設計，了解了停車場車位控制系統(tǒng)的工作原理，其中電路及軟件實現(xiàn)是此次設計的主要部分。作為一個好的控制系統(tǒng)必須把各種控制都考慮在內(nèi)之外，還要考慮安全控制。 致謝 五年的大專生活就快走入尾聲，我們的校園生活也要劃上一個圓滿的句號，此刻的心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應用到實際工作中去。 在我的十幾年求學歷程里，離不開父母的鼓勵和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學習條件，我才能順利完成學業(yè)，感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。 衷心感謝指導老師單艷芬老師，感謝她給予的幫助。是她在我畢業(yè)的最后關頭給了我巨大的幫助與鼓勵,使我能夠順利完成畢業(yè)設計，在此表示衷心的感激.老師認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。她無論在理論上還是在實踐中，都給予我很大的幫助，使我得到不少的提高。在畢業(yè)設計中的許多思想和方法得益于指導老師的指導和啟發(fā)，從設計選題到論文寫作都傾注了指導老師的巨大心血。本設計能順利的完成也歸功于各位老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得于體現(xiàn)。再次向常州劉國均高等職業(yè)技術學校全體老師表示由衷的謝意，感謝他們四年多來的辛勤培育。 我的畢業(yè)設計終于完成了。畢業(yè)設計是大專五年所學知識的綜合運用，是理論與實踐相結(jié)合的產(chǎn)物。在同學的幫助、指導老師的用心輔導和學校的精心安排下，這個課題能夠順利進行。但是，由于時間倉促以及本人水平有限，這本設計說明書還有很多不完善之處，也難免存在錯漏，懇請各位老師指正。 參考文獻 [1] 彭利標、王芯等.可編程控制器原理及應用[M].西安:西安電子科技大學 出,1999. 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