課程設(shè)計車輛出入庫管理PLC系統(tǒng)設(shè)計

1、目錄目 錄2緒 論41.1 PLC的特點(diǎn)61.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)71.3 PLC的軟件系統(tǒng)81.4 PLC的工作原理814.1輸入采樣階段81.4.2程序執(zhí)行階段91.4.3輸出刷新階段9車輛出入庫管理系統(tǒng)的構(gòu)成112.1 整體框架112.2 傳感器的布置112.3 顯示電路12PLC的I/O端口接線13I/O 口地址分配15硬件的選擇175.1 可控編程控制器的選擇（PLC）175.2 壓力傳感器的選擇195.3 按鈕開關(guān)的選擇205.4 信號燈的選取205.5 導(dǎo)線選擇205.6 LED顯示屏的選擇21程序設(shè)計226.1 課題內(nèi)容226.2 計數(shù)邏輯236.3 程序流程圖246.4 梯形

2、圖26總 結(jié)31元器件清單33 緒論隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產(chǎn)活動大量的使用自動化控制，不僅節(jié)約了人力資源，而且很大程度的提高了生產(chǎn)效率，又進(jìn)一步的促進(jìn)了生產(chǎn)力快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。早期的自動控制系統(tǒng)是依靠繼電-接觸器來實現(xiàn)的，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，可以實現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)距離控制，但是其采用固定接線，通用性和靈活性差；又采用觸點(diǎn)的開關(guān)動作，工作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。1969年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特點(diǎn)是：具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，編程語言采用直觀的

3、梯形圖語言，軟件更改方便，通用性和靈活性好。目前，可編程控制器PLC主要是朝著小型化、廉價化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，形成工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Field bus Control System)，這將使PLC的功能更強(qiáng)，可靠性更高，使用更方便，適用范圍更廣。隨著汽車特別是私有汽車的普及使用，公共場所和社區(qū)汽車流轉(zhuǎn)數(shù)量激增，這對車輛的安全停放和管理提出了更高的要求，引進(jìn)先進(jìn)的控制技術(shù)和管理方式，實現(xiàn)對大型停車場系統(tǒng)的集中化和智能化的安全性管理控制已經(jīng)成為

4、大規(guī)模停車服務(wù)管理的必然趨勢。針對現(xiàn)有的停車系統(tǒng)管理中存在的缺陷及PLC技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展所帶來的新控制方式和管理方式的變革，采用先進(jìn)的、科學(xué)的、合理的設(shè)計方法，建立一套基于PLC的車輛出入庫管理系統(tǒng)最大限度地提高了停車場的使用率，實現(xiàn)車輛出入庫控制、數(shù)量統(tǒng)計、信息查詢過程的自動化，就顯得十分必要。1.1 PLC的特點(diǎn)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。PLC是專門為工業(yè)控制面設(shè)計的。在設(shè)計和制造過程中均采用了屏蔽、濾波、光電隔離等有效措施，并且采用模塊式結(jié)構(gòu)，有故障迅速更換，故PLC平均無故障2萬小時以上。此外，PLC還具有很強(qiáng)的自診斷功能，可以迅速方便的檢查判斷出故障，縮短檢修時間。編程簡單，

5、使用方便。編程簡單是PLC優(yōu)于微型計算機(jī)的一大特點(diǎn)。目前大多數(shù)PLC都采用與實際電路接線圖非常接近的梯形圖編程，這種編程形象直觀，易于掌握。功能強(qiáng)、速度快、精度高。PLC具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等很多功能，還能進(jìn)行、/轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)；并且運(yùn)行速度很快，精度高。通用性好。品種多，檔次也多，許多制成模塊式，可靈活組合。體積小。重量輕，功能強(qiáng)，耗能低，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，不需要專門的機(jī)房和空調(diào)。從上述的功能特點(diǎn)可見，控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，在許多方面都可以取代繼電接觸控制。但是，目前的價格還較高，高、中檔使用需要具有相當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)知識，且制造廠家和品種類型很多，而指令系統(tǒng)和使用方法不盡相同，這給用戶

6、帶來不便。1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) 1、中央處理單元(CPU) 中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 2、存儲器 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。 3輸入接口電路 輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字

7、量三種，在我們實際涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍。4輸出接口電路：可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。5電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V240V，而電壓允許范圍在AC85V264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分

8、向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。1.3 PLC的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)就如人的靈魂。軟件系統(tǒng)是所使用的各種程序集合由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由制造商設(shè)計編寫并存入的系統(tǒng)程序存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改，包括監(jiān)視程序、編譯程序及系統(tǒng)診斷程序。監(jiān)視程序又稱管理程序，用于管理全機(jī)；編譯程序用于將程序語言翻譯成機(jī)器語言；診斷程序用于診斷機(jī)器故障。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，使用PLC編程語言編制的應(yīng)用程序。PLC是專為工業(yè)自動控制而開發(fā)的裝置，使用對象主要是廣大電氣技術(shù)人員及操作維護(hù)人員。1.4 PLC的工作原理PLC的工作原理與計算機(jī)的工作原理基本上是一致的，PLC采用循環(huán)掃描周期性的工

9、作方式。PLC的工作過程一般可分為3個主要階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。1.4.1輸入采樣階段在輸入采樣階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端采樣工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。1.4.2程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。1.4.3輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行

10、完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。 顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，速度越慢。由于每個掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進(jìn)行刷新，這對一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的

11、，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊?？傊?，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，我們在學(xué)習(xí)和使用PLC當(dāng)中都應(yīng)注意。 車輛出入庫管理系統(tǒng)的構(gòu)成2.1 整體框架2.2 傳感器的布置寶馬車入口1#2#車庫2.3 顯示電路 PLC的I/O端口接線在本設(shè)計中，總共需要8位LED數(shù)碼管和l6個按鍵，為了節(jié)省單片機(jī)IO口數(shù)以及數(shù)碼管驅(qū)動問題，在此采用HD7279鍵盤

12、顯示芯片。7279鍵盤顯示芯片為SPI接口，具有連線簡單、無需另加數(shù)碼管驅(qū)動、自身電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。顯示部分采用1組4位一體共陰數(shù)碼管，共設(shè)置l6個功能鍵。PLC的I/O端口接線 I/O 口地址分配設(shè)計中采用內(nèi)存為32K，最大I0點(diǎn)數(shù)640點(diǎn)的微處理器(c200HECPU11-E，歐姆龍公司產(chǎn)品)，電源使用帶有24V DC和AC1 10120220240V的使用電源(PA204S)根據(jù)系統(tǒng)控制要求，本系統(tǒng)需計數(shù)器1個，定時器2個，16個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)，所選PLC類型滿足系統(tǒng)要求。輸入信號輸出信號傳感器1#I0.1發(fā)光二極管Q0.2傳感器2#I0.2接LED腳bQ1.0懸空I0.3接LED腳

13、aQ1.1接LED腳cQ1.2接LED腳dQ1.3接LED腳eQ1.4接LED腳fQ1.5接LED腳gQ1.6接LED腳bQ2.0接LED腳aQ2.1接LED腳cQ2.2接LED腳dQ2.3接LED腳eQ2.4接LED腳fQ2.5接LED腳gQ2.6 硬件的選擇 5.1 可控編程控制器的選擇（PLC）1.可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以講可編程序控制器分為整體式和結(jié)構(gòu)式，整體式每一I/O點(diǎn)的平均價格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式的PLC。模塊式的PLC的功能擴(kuò)展比較方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊等的選擇，比整體式PLC靈活得多。模塊式

14、還備有多種特殊I/O模塊供用戶選擇，可以完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修是更換模塊等也很方便。因此，比較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式的PLC。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)動控制特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的PLC，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式PLC。2PLC指令表指令功能的選擇現(xiàn)代的PLC的指令功能越來越強(qiáng)，內(nèi)部編程元件（如輔助繼電器、定時器和計時器）是個數(shù)越來越多，任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運(yùn)動控制等工作，PLC應(yīng)有算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平

15、方、對數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算等功能。FX系列的PLC提高提供了具有不同檔次的幾個子系列，可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用滿足的子系列。例如不需要聯(lián)網(wǎng)通信的小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，可以選用交割更便宜的FX0s系列；I/O點(diǎn)數(shù)多、控制復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)了以選用FX2N系列，并且FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲器8K步，可擴(kuò)展到16K步，最大可擴(kuò)展到256個I/O點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計數(shù)、A/D、D/A、等）。3PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的確定確定I/O點(diǎn)數(shù)時，應(yīng)該準(zhǔn)確地計算出被控制設(shè)備對PLC輸入或者輸出點(diǎn)數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10%-

16、20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進(jìn)和擴(kuò)充時使用。整體式PLC的基本單元、擴(kuò)充單元的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)的比例較大，可選擇只有輸入點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊。因此，在這個設(shè)計中需要6個輸入點(diǎn)，4個輸出點(diǎn)，留有10%-20%裕量則選擇最小點(diǎn)數(shù)即FX2N-16MR-001型號的PLC。FX2N-16MR-001是日本三菱公司的可編程控制器(PLC),輸入8點(diǎn),輸出8點(diǎn). 5.2 壓力傳感器的選擇MSP300系列（MSP300-010-B-5-W-1）壓力傳感器為大批量、低成本、民用及工業(yè)用產(chǎn)品建立了新的性能價格比典范。本產(chǎn)品廣泛適用于對物壓、氣壓、液壓的檢測，甚至較

17、惡劣的介質(zhì)環(huán)境，如污水、蒸汽、輕度腐蝕性液體和氣體。 MSP300壓力傳感器（MSP300-010-B-5-W-1）的壓力腔采用17-4PH不銹鋼單件一體式結(jié)構(gòu)加工而成。其標(biāo)準(zhǔn)壓力接口采用1/4NPT外螺紋接頭，因而可以保證較好的密封性能。本產(chǎn)品的特點(diǎn)是無形圈、無焊縫、無硅油或其他有機(jī)物，經(jīng)久耐用。MEAS采用獨(dú)有的微熔技術(shù)，引進(jìn)航空應(yīng)用科技，利用高溫玻璃將微加工硅壓敏電阻應(yīng)變片熔化在不銹鋼隔離膜片上。玻璃粘接工藝避免了溫度、濕度、機(jī)械疲勞和介質(zhì)對膠水和材料的影響，從而提高了傳感器在工業(yè)環(huán)境中的長期穩(wěn)定性能，同時也避免了傳感器在傳統(tǒng)微機(jī)械加工制造工藝過程中出現(xiàn)的P-N結(jié)效應(yīng)現(xiàn)象。MSP300壓

18、力傳感器是（MSP300-010-B-5-W-1）不銹鋼單件一體化結(jié)構(gòu)，壓力范圍高達(dá)10K Psi或700Bar毫伏或放大輸出，工作溫度范圍寬能適應(yīng)一年四級的各種氣候。主要應(yīng)用于普通壓力測量、自動檢測系統(tǒng)、液壓/氣動系統(tǒng)等。綜上所述可以選用MSP300-010-B-5-W-1。5.3 按鈕開關(guān)的選擇 按鈕開關(guān)是利用按鈕推動傳動機(jī)構(gòu)，使動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)按通或斷開并實現(xiàn)電路換接的開關(guān)。按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)種類很多，可分為普通撳鈕式、蘑菇頭式、自鎖式、自復(fù)位式、旋柄式、帶指示燈式、帶燈符號式及鑰匙式等。本設(shè)計選用鑰匙式（Y）的按鈕開關(guān)。用鑰匙插入旋轉(zhuǎn)進(jìn)行操作，可防止誤操作或供專人操作。5.4 信號燈的選取X

19、D系列信號燈是塑料外殼，體積小重量輕、安裝方便、價格便宜、功率小。且XD系列信號燈的燈罩與紅、黃、藍(lán)、乳白、綠、無色六種顏色。該信號燈適用于交流50Hz，電壓380V以下的電氣線路中作各種燈光指示信號、預(yù)告信號、事故信號及其他指示信號之用。所以可以選用XD16-22B信號燈。5.5 導(dǎo)線選擇銅導(dǎo)線面積等于負(fù)載功率千瓦數(shù)乘以0.65，得數(shù)小于或等于導(dǎo)線實際截面的就選其值大一級的導(dǎo)線，鋁線在算出銅線結(jié)果的基礎(chǔ)上粗一級。導(dǎo)線規(guī)則一般是：1.5 mm2 、2.5 mm2、4 mm2、6 mm2、10 mm2、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150m

20、m2、185mm2等等。因此，本設(shè)計中，1個300W的LED顯示屏，銅導(dǎo)線的截面面積=0. 3X0.65=0.195,取最小1.5 mm2。鋁導(dǎo)線取2.5 mm2的。5.6 LED顯示屏的選擇LED是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個通常是紅色的發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來顯示字符。用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 本設(shè)計選擇科泰室內(nèi)5雙基色LED顯示屏，它具有功率小，可視距離適合停車場使用，具有雙色調(diào)醒目，使用壽命長。能夠在常溫下工作。能夠同步顯示，異步脫機(jī)顯示，所以可以選用科泰室內(nèi)5雙基色LED顯示屏。程序設(shè)計6.1課

21、題內(nèi)容1.入庫車輛前進(jìn)時，經(jīng)過1# 2#傳感器后計數(shù)器加1，后退時經(jīng)過2# 1#傳感器后計數(shù)器減1，單經(jīng)過一個傳感器則計數(shù)器不動作。2出庫車輛前進(jìn)時經(jīng)過2# 1#傳感器后計數(shù)器減1，后退時經(jīng)過1# 2#傳感器后計數(shù)器加1，單經(jīng)過一個傳感器則計數(shù)器不動作。3設(shè)計一個由兩位數(shù)碼管及相應(yīng)的輔助元件組成的顯示電路，顯示車庫內(nèi)車輛的實際數(shù)量。變量約定：10001-啟動 10006-1#傳感器10002-停止 10007-2#傳感器10003-清零 00001-倉庫空顯示10004- =“1”入庫操作 10004- =“0”出庫操作 10005- =“1”前進(jìn)操作10005- =“0”后退操作課題要求：1

22、根據(jù)題意設(shè)計顯示電路圖，并按圖連接。2畫出PLC I/O端口接線圖，并按圖接線。3編制控制程序，并畫出梯形邏輯圖。4完成系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)控制要求。5. 完成課程設(shè)計說明書。6.2 計數(shù)邏輯1.光傳感器的接收光被遮斷時定義為“有信號”；2.傳感器1#有信號時啟動增計數(shù)邏輯；3.傳感器2#有信號時啟動減計數(shù)邏輯；4.傳感器1#完成脈沖同時2#有信號，則啟動增計數(shù)邏輯；5.傳感器2#完成脈沖同時1#有信號，則啟動減計數(shù)邏輯；6.傳感器1#和傳感器2#都完成脈沖后進(jìn)行相應(yīng)計數(shù)動作；7.傳感器1#和傳感器2#都沒有信號時進(jìn)行小復(fù)位動作；8.增計數(shù)與減計數(shù)的啟動邏輯互鎖；9.增計數(shù)和減計數(shù)的進(jìn)行邏輯互鎖。1

23、0.計數(shù)值超過+99后從零開始計數(shù)并報警（發(fā)光二極管）其中：條件2和條件3為“方向判定條件1”；條件4和條件5為“方向判定條件2”；6.3 程序流程圖車輛入庫操作流程響應(yīng)6.4 梯形圖總 結(jié) 隨著汽車特別是私有汽車的普及使用，對大型停車廠系統(tǒng)的集中化和智能化的安全性管理已經(jīng)成為大規(guī)模停車服務(wù)管理的必然趨勢。針對現(xiàn)有的停車系統(tǒng)管理中存在的缺陷及PLC技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展所帶來的新控制方式和管理方式的變革，采用先進(jìn)的、科學(xué)的、合理的設(shè)計方法，建立一套基于PLC車輛出入庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn) 車輛出入庫，數(shù)量統(tǒng)計、信息查詢過程的自動化，就顯得十分必要。 建立提高停車場利用率和方便駕車者的信息系統(tǒng)，通過信息顯示牌向?qū)ふ彝＼噲龅鸟{車者提供空閑停車場的位置和停車位的滿空狀況，以及誘導(dǎo)路線指南等信息，最大限度地提高了停車場的使用率。顯示車庫內(nèi)車輛的實際數(shù)量外，同時還實現(xiàn)了系統(tǒng)的計算機(jī)化的科學(xué)管理。本設(shè)計中實現(xiàn)的雙道閘自動抬、落(出口、人口均安裝道閘)控制車輛自動進(jìn)出；將交通系統(tǒng)中的車輛監(jiān)