基于PLC住宅小区停车场控制系统的设计

PAGEPAGE20PAGE1课题名称基于PLC住宅小区停车场控制系统的设计摘要本文提出一种运用可编程控制器（PLC）对住宅小区停车场的汽车进出及停放指示的管理方案，此方案大大提高设计效率，维护周期短且调试方便，成本较低。同时更令我们的车库门增添了不少高贵典雅的气息。可编程控制器（PLC）在继电器的控制和计算机控制的基础上开发出来的，是一种应用于工业生产过程控制，具有实时数字化处理能力的硬件设备，为工业自动化提供高可靠性的自动控制装置。由于门控系统的适用性、可编程控制器（PLC）的优越性，为此我设计自动控制装置，它靠车辆检测器自动检测有无车辆通过，具有安装维护简单、方便可靠、节能和安全等多种特性。关键词：PLC停车场车库门可编程控制器目录HYPERLINK1绪论 3HYPERLINK1.1论文研究背景及意义 3HYPERLINK1.2论文的研究内容 3HYPERLINK1.3PLC概述 3HYPERLINK1.4PLC硬件组成框图 3HYPERLINK2系统方案原理 5HYPERLINK2.1设计要求 5HYPERLINK2.2系统方案原理 5HYPERLINK3控制系统设计 7HYPERLINK3.1车进车出模块 7HYPERLINK3.2控制程序分析 8HYPERLINK3.3PLC选型及简介 8HYPERLINK3.3.1选择的原则 8HYPERLINK3.3.2FX2N型PLC的简介 9HYPERLINK3.4其他元件选型 9HYPERLINK3.5硬件电路图 9HYPERLINK3.6部分功能语句解释 11HYPERLINK3.7I/O分配表 12HYPERLINK3.8实现的效果 12HYPERLINK4系统调试与结果分析 13HYPERLINK4.1硬件调试 13HYPERLINK4.2软件调试 13HYPERLINK4.3性能分析 13HYPERLINK参考文献 14HYPERLINK附录一元器件清单 15HYPERLINK附录二指令表 16HYPERLINK致谢 181绪论1.1论文研究背景及意义近年来，随着我国城市建设的不断加快，改革开放的不断深入，经济蓬勃发展，物质日益丰富，机动车数量也飞速提升，城市交通需求量也日益加大。私家车、出租车的比重逐年加大，因此车辆停放依旧是市民最为关注的问题。也许还有不少人对上个世纪八九十年代挤车难的问题记忆犹新，但是现在停车难的问题更让不少人头疼。车辆停放设施的落后确实是长期困扰市民日常生活老大难的问题。近年来各地政府投入大量人力物力用以改善城市停车设施，随着基础设施和重大工程的建设，以及车辆的淘汰更新和扩容，一定程度上提高了许多停车场的智能化和安全性，一定程度上缓解了交通问题。但是，简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增长车辆的对停车服务的需求。据有关部门不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市31辆才有一个停车位，已经越来越不适应日夜激增的车辆管理问题，因此大型智能停车场系统也是日新月异，尤其是近几年随着电子产品及系统软件越来越快的更新周期。1.2论文的研究内容（1）对现有传统停车场管理系统的不足之处，对停车场智能管理系统进行了总体设计，对工作流程进行了优化，提高了停车场的运行效率。（2）利用智能停车管理系统的PLC设计，完成了停车场内是否有停车位由主电脑控制，实现自动控制。1.3PLC概述可编程控制器是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置，其核心是微处理器。一次开始可编程控制器只能用于定时、计数及开关量德逻辑控制领域，所以也称为PLC，即可编程逻辑控制器。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列优点，特点是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，备受用户的青睐，因而在机电、冶金、石化、轻工、纺织、交通、电力等领域获得广泛的应用，成为现代工业生产自动控制的三大支柱之一。1.4PLC硬件组成框图图1-1PLC硬件组成框图微处理器单元（CPU）。CPU是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。存储器。存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。只读存储器（ROM）在使用过程中只能取出不能存储，而随机存取存储器（RAM）在使用过程中能随时取出和存储。只读存储器（ROM）按照其编程方式不同，可分为ROM、PROM、EPROM、和EEPROM等输入/输出单元。PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。通过各种输入/输出接口模块，PLC既可检测到所需的过程信息，又可将处理的结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产的过程控制。通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。停车场空位显示PLC控制系统设计采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。车辆进出停车场是由PLC为中心控制系统工作的。PLC是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高了控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。2系统方案原理2.1设计要求假设有一停车场共16个停车位图2-1设计任务示意图尚有车位时，开启入口栅栏，亮尚有车位指示灯，车位满时，入口栅栏不能开启，亮车位已满指示灯。7段数码管显示停车场车辆数量。输入有入口感应器X0、出口感应器X1。输出有开启入口闸栏Y0、关闭入口闸栏Y1、LED数码管2个、尚有车位指示灯、车位已满指示灯。感应器信号控制计数器的加减，入口栅栏的开关。LED数码管显示器显示当前停车场有几部车。2.2系统方案原理本设计在停车场闸门口处装两个光电传感器BEN5M-MDT，传感器所接受到的信号控制电机的正反转，停车场的闸门开合闸，另外，传感器所接受到的信号传输给plc控制系统的双向计数器C250，C250具有计数存储功能，并将计数结果实时传输给带译码器的七段数码显示器显示，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2-2所示：图2-2原理框图3控制系统设计3.1车进车出模块停车场控制系统的车进模块流程图设计如下3-1：图3-1：车进模块流程图停车场控制系统的车出模块流程图设计如下3-2：图3-2：车出模块流程图3.2控制程序分析根据设计要求，启动按钮开关X1，辅助继电器M1得电，M1常开触点闭合，自锁；M1闭合时，C250开始工作，当计数为16时，C250常开触点闭合，辅助继电器M0得电，M0常开触点闭合，输出继电器Y0得电，车满指示灯亮。M0常闭触点断开，输出继电器Y1失电，车未满指示灯熄灭；M1常开触点闭合时，上升沿微分输出，M2继电器得电，M2常开触点闭合，将0赋值给计数器D0，将1赋值给计数器D1，完成了初始化阶段；当车辆通过停车场入口或出口时，传感器1向计数器输入高电平，X3常开触点闭合，停车场门口处的闸门控制系统总开关Y2闭合，闸门控制系统开始工作，输出继电器Y3得电，常开触点Y3闭合，自锁，闸门打开，车辆通过，当碰到行程开关X6时，X6常闭触点断开，X6常开触点闭合，T0继电器得电，常开触点T0闭合，自锁，延时1分钟后，输出继电器Y4得电，电机反转关门；当进入一辆车时，X3闭合，D0中存储的数和D1中存储的数相加并赋值给计数器D0中；当出去一辆车时，X4闭合，D0中存储的数减去D1中的数赋值给D0，计数能够实时更新；M1闭合时，计数器D0中存储的数输入七段数字译码显示器实时显示。程序指令表见附录一。3.3PLC选型及简介3.3.1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,另一方面是选择什么公司的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。综合上述考虑选用三菱FX2N型PLC，对此种型号PLC的指令以及使用方法都比较熟悉。3.3.2FX2N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。图3-3是FX2N可编程控制器基本单元实物图。图3-3FX2N可编程控制器实物图3.4其他元件选型传感器（BEN5M-MDT）：它是一种测距的光电传感器，具有测距远（最远可达到5米），采用反射镜反射的检测方式，DC12－24V供电，NPN/PNP同时输出，遮光ON/入光ON选择。实验室仿真显示器采用8421数码管显示器，自带译码器，输出为十进制数，显示停车场内总共停有多少辆车。而实际按设计要求应用的是7段数码管。3.5硬件电路图下图为停车场控制系统的接线图，在该接线图中，X1是该系统的总开关，BEN5M-DT传感器1接X3输入端，BEN5M-DT传感器2接X4输入端，X6、X7是行程开关，分别接X6、X7输入端。L1是停车场车满指示灯，L2是车未满指示灯，QS是电机正转的总开关，KM1是电机正转的继电器线圈，KM2是电机反转的继电器线圈，Y5至Y12输出的是BCD码，直接接入七段数字译码显示器。图3-4：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3-5:控制线路主电路图3.6部分功能语句解释PLSM2：当检测到输入信号是的上升沿时，M2产生一个脉宽为一个扫描周期的脉冲输出信号。MOVK0D0：将常数0传送到数据寄存器D0中，并自动转换成二进制数。MOVK1D1：将常数1传送到数据寄存器D1中，并自动转换成二进制数。ADDD0D1D0：将源元件D0中的数与源元件D1中的数相加，结果送到目标文件D0中。SUBD0D1D0:：将源元件D0中的数与源元件D1中的数相减，结果送到目标文件D0中。BCDD0K2Y5：将源元件D0中的二进制数转换为BCD码并传送到指定元件中，即七段译码显示器中。3.7I/O分配表表3-1I/O分配表PLC输入点所接输入器件PLC输出点所接输出器件X0入口感应器Y0尚有车位指示灯X1出口感应器Y1车位已满指示灯Y2开启入口闸栏Y3开启入口闸栏Y10-Y17七段译码显示3.8实现的效果入口处的传感器能检测所进车辆的数目，出口处的传感器能检测所出车辆的数目；当车辆在要进出门5米处，闸门会自动开启让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满指示灯会亮，当停车场车位没停满时，车未满指示灯会亮，能够提醒人们是否还可以停车；显示器能都实时显示停车场所停车辆数，并且车辆已经停满时，闸门自动关闭，不会让车辆进入。该控制系统达到了设计要求。4系统调试与结果分析4.1硬件调试PLC内部为输入电路所提供的电压是24V,BEN5M-DT光电传感器的驱动电压为24V，其输出电路能配置250V的交流电源，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，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，光电传感器的选择符合要求。4.2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。4.3性能分析本设计是基于PLC的停车场车位控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中的C250双向计数器，C250进行加减计数存储，并以BCD码传输给七段译码显示器，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。参考文献[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003

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