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(jī)電工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè) 計(jì) 者： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 內(nèi)容摘要 設(shè)計(jì)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(yùn)行效率低下的不足，結(jié)合目前工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種技術(shù)較先進(jìn)、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(yīng)用于停車場車位控制系統(tǒng)上，同時(shí)對問題進(jìn)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(diǎn)。因此，本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場相比，大大提高了設(shè)計(jì)效率，維護(hù)周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)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(diǎn) 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(shè)計(jì) 6 3.1 控制程序流程圖 6 3.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 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(xiàn) 20 3 第1章 前言 1.1 課題研究的背景及意義 隨著進(jìn)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(shù)不斷完善，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了停車場管理系統(tǒng)功能的強(qiáng)大。但是現(xiàn)在某些小型停車場如要運(yùn)用大量高新技術(shù)會出現(xiàn)資金不足、維護(hù)不完善的問題，有時(shí)考慮也不夠全面，所以目前要解決車輛管理成本高、服務(wù)效率低等問題。 停車場管理系統(tǒng)重點(diǎn)要做到標(biāo)準(zhǔn)指示車輛進(jìn)出，車輛進(jìn)入時(shí)給與司機(jī)準(zhǔn)確的車位數(shù)量與具體位置，車輛進(jìn)入后，記錄車輛總量；車輛離開時(shí)減少車輛數(shù)量。車輛進(jìn)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(jià)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(fèi)到地下、自動計(jì)費(fèi)停車場到塔式、立體、智能取車、自動計(jì)費(fèi)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(shí)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(jìn)出、停放都由人工引導(dǎo)，計(jì)費(fèi)也由人工計(jì)費(fèi)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(jìn)入信息時(shí)代，現(xiàn)代建筑的發(fā)展也進(jìn)入智能建筑時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)、智能信息及其處理技術(shù)、自動化控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)都日臻成熟。特別是近年來IC卡技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得電子化、信息化、自動化、智能化管理停車場的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也不斷改進(jìn)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(yīng)時(shí)代的要求，對停車場實(shí)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(guān)提示、停放服務(wù)的自動計(jì)費(fèi)、車輛進(jìn)出的自動化監(jiān)控聯(lián)動、自動記錄進(jìn)出車輛的相關(guān)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(diǎn)等待，自動化傳輸設(shè)備自動，完成車輛的傳送、托舉、入庫、計(jì)時(shí)及出庫過程。整個(gè)停車場設(shè)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(shí)該類型停車場要求在建筑專業(yè)化規(guī)劃，停車場設(shè)備的專業(yè)化要求也相應(yīng)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(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)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(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 2.2 PLC特點(diǎn) 1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，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(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)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(guān)接點(diǎn)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(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)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(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)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(qiáng) 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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)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(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)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(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)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(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)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(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)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(jī)種，體積僅為609075mm，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動、報(bào)表統(tǒng)計(jì)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(gè)過程控制系統(tǒng)。 2、PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)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(fù)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(luò)通信、高速計(jì)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(yīng)用也是PLC程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，用普通的方法對它們編程時(shí)，需要熟悉有關(guān)的特殊存儲器的意義，在編程時(shí)對它們賦值，運(yùn)行時(shí)通過訪問它們來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān)，編程的過程既繁瑣又容易出錯，阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復(fù)雜任務(wù)的編程，在這一點(diǎn)上西門子就充當(dāng)了先行者，西門子S7-200的編程軟件設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化 多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)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(shí)，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(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。 第三章 基于PLC控制的停車場車位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 控制程序流程圖 停車場車位控制系統(tǒng)在啟動運(yùn)行時(shí)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(jìn)入停車 N N 觸發(fā)傳感器1 傳感器1無反應(yīng) 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(yīng) 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(guān)門 關(guān)門 計(jì)數(shù)器減1 計(jì)數(shù)器加1 七段顯示屏顯示當(dāng)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(shè)計(jì) 3.2.1 CPU的選擇 本次設(shè)計(jì)要求開始、停止、2個(gè)行程開關(guān)和2個(gè)傳感器[14]共6個(gè)輸入接口，控制車滿和有位2個(gè)指示燈、電機(jī)正反轉(zhuǎn)及2個(gè)七段顯示屏[15]共18輸出接口，所以選用CPU222并擴(kuò)展2個(gè)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(guān)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(guān) SB1 I0.0 停止信號 常用開關(guān) SB2 I0.5 傳感器1輸入信號 接近開關(guān) SQ1 I0.1 傳感器2輸入信號 接近開關(guān) SQ2 I0.2 閘欄上限位信號 行程開關(guān) SQ3 I0.3 閘欄下限位信號 行程開關(guān) 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(jī)正轉(zhuǎn)信號 電動機(jī) KM1 Q0.0 電機(jī)反轉(zhuǎn)信號 電動機(jī) 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(guān)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(luò)標(biāo)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(gè)七段顯示屏 LDN M10.0 R Q0.0, 7 R Q2.0, 7 Network 5 // 控制大門的關(guān)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(jìn)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(guān)門并計(jì)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(shí)有車進(jìn)入和離開時(shí)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(jìn)入和離開完成時(shí)關(guān)門 LD M0.6 A I0.1 A I0.2 O M0.7 AN M0.0 = M0.7 Network 13 // 離開時(shí)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(shí)的關(guān)門并計(jì)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(jī)正轉(zhuǎn)及開門控制 LD M0.2 O M1.0 O M0.5 = Q0.0 Network 17 // 電機(jī)反轉(zhuǎn)及關(guān)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(shè)計(jì)是理論到實(shí)踐的過度環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認(rèn)識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實(shí)踐的反復(fù)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(shí)現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機(jī)械手控制方式。用此種方法編寫程序條理清晰，連貫性強(qiáng)，但若要增加其它機(jī)械手控制方式或進(jìn)行擴(kuò)展，程序會變得相當(dāng)復(fù)雜而且容易出錯，出錯后調(diào)試修改也很困難。收進(jìn)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(diǎn)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(shí)精確度要求并不高，適宜采用。若是在對定時(shí)精度要求比較高的情況下，應(yīng)采用單片機(jī)的中斷功能進(jìn)行硬件定時(shí)。 通過此次設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)是此次設(shè)計(jì)的主要部分。作為一個(gè)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(gè)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(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際工作中去。 在我的十幾年求學(xué)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(xué)習(xí)條件，我才能順利完成學(xué)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(dǎo)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(guān)頭給了我巨大的幫助與鼓勵,使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此表示衷心的感激.老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)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(shí)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(shè)計(jì)中的許多思想和方法得益于指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和啟發(fā)，從設(shè)計(jì)選題到論文寫作都傾注了指導(dǎo)老師的巨大心血。本設(shè)計(jì)能順利的完成也歸功于各位老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得于體現(xiàn)。再次向常州劉國均高等職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shè)計(jì)終于完成了。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大專五年所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物。在同學(xué)的幫助、指導(dǎo)老師的用心輔導(dǎo)和學(xué)校的精心安排下，這個(gè)課題能夠順利進(jìn)行。但是，由于時(shí)間倉促以及本人水平有限，這本設(shè)計(jì)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(xiàn) [1] 彭利標(biāo)、王芯等.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué) 出,1999. 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