车辆出入库电气控制系统设计.doc

电气控制与PLC课程设计说明书题 目： 车辆出入库电气控制系统设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 评语：成绩：指导老师签名： 日期： 2目录1系统概述11.1设计题目应用背景和意义11.2课题的设计任务及要求12方案论证23 硬件设计33.1系统的原理方框图33.2 主电路43.3 I/O分配43.4 I/O接线图63.5 元器件选型73.5.1单相异步电机的确定73.5.2 熔断器选择73.5.3 接触器的选择83.5.4 线缆线径的选择83.6 PLC控制接线图94 软件设计104.1主流程104.2流程图114.3梯形图125系统调试13设计心得14参考文献151系统概述1.1设计题目应用背景和意义如今社会汽车的持有量持续上升，因此停车难问题越来越突出导致人们对车库的需求量日益增长。而进出车库的方便快捷成了每个车库首先考虑到的问题。因此车库门自动控制是今后车库向智能化发展的必然趋势。本课程设计主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,对该系统进行了各方面的分析，对各方面要求的系统加以详细叙述，控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。1.2课题的设计任务及要求车辆入库时，车辆检测器检测到车辆，司机刷入库卡并取出库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数减1。当入库车辆驶离入库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。车辆出库时，车辆检测器检测到车辆，司机刷库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数加1。当入库车辆驶离出库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给予司机准确的车位数量，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。对现有的停车系统管理实现以下要求：车辆出入库自动化、数量统计自动化。车辆出入库控制系统由入库出卡器，车辆存在车辆检测器，入库栏杆机，入库车辆检测器（当有车辆压住检测线圈时，控制器可以输出一个开关信号，当车辆离开时，控制器的输出开关信号打开）、出库车辆存在车辆检测器、出库栏杆机、库里车辆数显示器（2位7段数码管，车库共有50个车位）组成。栏杆机由单向异步电机拖动250W，AC220V。车辆出入库如图1-1所示。 图1-1 车辆出入库2方案论证方案一：选用光电传感器对车辆的进出进行检测。光电开关有光导通，当车辆通过时，光电开关信号通过导线传给PLC。具有非接触，无触点无机械结构的特点，但是露天环境由于风雨影响，不在密封环境下用就很容易被污染失效。方案二：选用称重传感器对车辆的进出进行检测。对称重传感器设定车辆检测范围，当检测到车辆到位，将信号传到PLC，运行相应的程序。利用称重传感器能够对车辆是否到位进行很好的检测，但是称重传感器价格昂贵，安装维护十分不便。方案三：选用地感线圈传感器对车辆的进出进行检测。地感线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。地感线圈Ll埋在路面下，通有一定工作电流的环形线圈，由多匝导线绕制而成，埋设在道路中地感线圈作为检测器谐振电路中的一个电感元件，与车辆检测器的振荡回路一起形成LC谐振。当有车辆通过时，将会使线圈中单位电流产生的磁通量增加，从而导致线圈电感值发生变化。把这个信号传送给PLC，执行相关程序，判断是否有车经过。地感线圈具有安装维护方便，受外界因素影响小，价格便宜的特点。通过对以上方案的综合考虑，本设计最终选取采用地感线圈和光传感器，作为检测车辆存在的检测器。3 硬件设计3.1系统的原理方框图图3.1系统的原理方框图3.2 主电路图3.2 主电路图3.3 I/O分配设计中采用FX2N48MRPLC，电源使用带有24V DC和AC1 10120/220240的使用电源（PA204S）。根据系统控制要求，本系统需计数器一个，16个输入点和16个输出点，所选PLC类型满足系统要求。具体I/O口地址分配如表所示。输入注释输出注释X0压力传感器1Y0个位数码管输入X1压力传感器2Y1个位数码管输入X2光电传感器1Y2个位数码管输入X3光电传感器2Y3个位数码管输入X4入库栏杆机正到位Y4个位数码管输入X5入库栏杆机反到位Y5个位数码管输入X6入库栏杆机正到位Y6个位数码管输入X7入库栏杆机反到位Y10十位数码管输入X10刷卡器Y11十位数码管输入X11刷卡器Y12十位数码管输入X12热继电器Y11十位数码管输入X13热继电器Y14十位数码管输入X14热继电器Y15十位数码管输入X15热继电器Y16十位数码管输入Y21线圈Y22线圈Y23线圈Y24线圈表3.1 I/O口地址分配表3.4 I/O接线图图3.3 I/O接线图3.5 元器件选型3.5.1单相异步电机的确定本次课程设计采用向异步电机拖动250W，AC220V。根据题目要求,要实现异步单向电动机的正反转，需采用电容启动式。这种电动机在副相绕组中接入两个电容，其中一个电容通过离心开 关，在起动完了之后就切断电源；另一个则始终参与副绕组的工作。这二个电容器中，起动电容器的容量大，而运转电容的容量小。这种单相电容起动和运转的电动机，综合单相电容起动和电容运转电动机的优点，所以这种电动机具有比较好的起动性能和运转性能，在相同的机座号，功率可以提高12个容量等级，功率可以达到1.52.2kW。选择单相异步电机的功率因数为0.6，效率为0.49。其示意图如图3-5所示。 图3-4 电容起动式单相异步电机3.5.2 熔断器选择由1可以计算单相异步电机的额定电流。根据公式 PN=UN*IN* 功率因数*效率 （3.5.1）可以求得电机的额定电流为3.9A。则熔体的额定电流由式（3.5.2）可知为5.9-9.8A。由此可以选择熔体的额定电流为10A。查找参数手册可知，选择熔断器的额定电流为20A。3.5.3 接触器的选择根据设计要求，可以选择交流接触器，其额定电压可选为220V。剩下便是对于接触器主触头额定电流的选取了，主触头的额定电流应等于或稍大于实际负载额定电流。对于电动机负载，有如式（3.5.3）所示的经验公式。 I= （3.5.3）式中k为经验系数，一般选取1-1.4。计算I的取值范围0.8A-1.2A。因为交流接触器所有型号中，最小的额定电流也为10A，因此只能选择额定电流为10A。另外，查阅每种系列接触器与可控制电机容量的对应表也是选择交流接触器额定电流的有效方法。3.5.4 线缆线径的选择不同截面、不同材料的电线每平方毫米的安全载流量是不同的，电线的长短、要求温升不同，载流也不同。根据电线长度、负载电流求线缆电阻，再根据允许电压计算选线截面。不过在实际中，一般选用经验公式去计算安全载流量，再进行线径的选择。导线的安全载流量是根据所允许的线芯的最高温度、冷却条件、敷设条件来确定的。根据经验可知每平方毫米的铜导线安全载流量为5-8A；铝导线的安全载流量为3-5A。线缆的通电电流可以通过查阅手册得到。在本设计中，因为电机容量较小，而且在2中计算可知电机的额定电流为3.9A。因此可以选择1mm2的铜导线。名称型号数量熔断器RT 14-202电容式单相异步电机90TYD-S302热继电器JR 36-104两位七段数码管SM417001D2断路器DZ 20-104行程开关LX 19-1314压力传感器E8F2-A01C2光电传感器W9-32刷卡器KD-D23C/U2接触器CI X2-10CJ X2-104表3.2 元器件清单3.6 PLC控制接线图 图3.5 车辆出入库系统接线图4 软件设计4.1主流程入库过程：当司机驾驶汽车来到入库传感器1的位置，有人刷卡后，PLC控制电机正转，栏杆向上抬起，当栏杆到达电机上限位置后，电动机停止，车辆进入入库传感器2的位置后，PLC控制电机反转，栏杆下降，当栏杆到达电机下限位置后，电动机停止，同时计数器减一。出库过程：当司机驾驶汽车来到出库传感器1的位置，有人刷卡后，PLC控制电机反转，栏杆向上抬起，当栏杆到达电机上限位位置后，电动机停止，车辆进入出库传感器2的位置后，PLC控制电机上限位置后，电动机停止，同时计数器加1。4.2流程图图4.1 流程图4.3梯形图5系统调试在调试之前，首先对PLC外部接线进行认真检查，确保外部接线的准确无误。使用提前编写好的试验程序对外部接线做通电扫描检查来查找接线错误。在接线之前，应现将主电路断开。再将模拟调试好的程序下载至用户储存器中进行调试，直到程序的所有功能可正常、协调的完成整体的控制电路。在调试的过程中，可将试验台上的输入输出接口代替在接线图中的传感器，行程开关，线圈等等。各输出量的状态使用PLC上相关的发光二极管来表示。当按下传感器替代按钮后，线圈对应的输出接口的对应的二极管会亮，而且同时数码管也会加/减1。当按下行程开关替代按钮后，对应的二极管会灭。设计心得经过为期一周的PLC课程设计，使我对PLC有了一定的了解，同时也对visio有了更加深刻的运用。虽然在画图的过程中很乏味，但是当自己最后能把图画出来，还是很高兴的。我们应该直到PLC在如今甚至是未来其运用将会越来越加广泛，因此学好 PLC对即将走向社会的我们来说有着很大的作用。同时这一周我对车辆出入库系统做了简要的设计，也让我对一些元器件进一步深刻的了解，如7段LED数码管，光传感器等一些零件的工作原理。也初步了解了PLC的梯形图编程，这种编程相对以前我们学过的C语言编程来说是另一种形式。也扩展了我们的知识面。我相信PLC对未来社会的发展同样有着举足轻重的作用，所以学好PLC能为我们踏上社会，找工作添加很重的筹码。因此我很重视这次PL