PLC停車場控制系統(tǒng)設計

年4月19日PLC停車場控制系統(tǒng)設計文檔僅供參考PLC停車場控制系統(tǒng)設計系部：電子信息工程系專業(yè)：應用電子班級：12應用電子學生姓名：李仁志指導教師：劉國富職稱副教授完成時間：.11.25前言隨著進口汽車大量涌人和國內汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，大中城市的汽車數(shù)量劇增，從而引發(fā)了停車管理問題。近幾年，中國的停車場管理技術不斷完善，計算機技術、通信技術、網絡技術的發(fā)展又促進了停車場管理系統(tǒng)功能的強大?？墒牵F(xiàn)時某些小區(qū)小型停車場如要運用大量高新技術就會出現(xiàn)資金不足、維護管理不完善的問題，有時考慮也不夠全面，因此當前車輛管理成本高、服務效率低等問題。采用PLC編程無疑就能解決這些問題。PLC就是可編程控制器（programmablelogiccontroller,PLC），是一種以微型計算機為核心的通用工業(yè)控制器。它是繼承了繼電器控制器裝置的部分突出性能，并與現(xiàn)代的計算機技術和通行技術結合為一體，代表了當前電器控制技術的世界先進水平。本文闡述了停車場車位控制系統(tǒng)的PLC控制、自動計數(shù)、數(shù)碼顯示的一些基本思路和方法，介紹了關于PLC工作特點及運行原理，以及介紹了三菱可編程控制器系列的FX系列PLC控制器主要功能模塊及應用。FX不但編程簡單，通用性強，抗干擾能力強，可靠性高，而且具有易于操作及維護，設計、施工、調試周期短等優(yōu)點。然后設計了停車場車位控制系統(tǒng)的基本模塊及功能，并對系統(tǒng)的主回路和控制回路的硬件部分進行了詳細介紹。最后程序分析測試論證停車場車位控制的設計。關鍵詞：PLC;停車場；車位控制；三菱FX-2n目錄可編程控制器(PLC)簡介………………（5）1.1PLC的誕生………………（5）1.2PLC組成…………………（5）1.3PLC特點…………………（5）1.4PLC的應用………………（6）第二章FX系列所用基本指令的類型…………（8）2.1邏輯取及線圈驅動指令LD、LDI、OUT………………（8）2.2取脈沖指令LDP、LDF…………………（8）2.3接點串聯(lián)指令AND、AN………………（8）2.4接點并聯(lián)指令OR、ORI…………………（8）2.5加一指令INC、減一指令DEC…………（9）2.6比較指令CMP…………（9）第三章停車場車位控制的功能要求及設計方案介紹………（10）3.1設計要求………………（10）3.2系統(tǒng)工作過程…………（11）第四章控制系統(tǒng)的設計………（12）4.1車輛入庫與出庫流程圖設……………（12）4.1.1車輛入庫流程圖…………………（12）4.1.2車輛出庫流程圖…………………（13）4.2硬件配置………………(13)4.3PLC的I/O分配表……………………（14）4.4控制程序設計分析……………………(14)4.5接線圖…………………(17)4.6編程元件的解析………(18)第五章系統(tǒng)調試及結果分析…………………(20)5.1硬件調試………………(20)5.2軟件調試………………(20)5.3性能分析………………(20)5.4設計的結果……………(20)第六章設計總結………………(21)附錄………………（22）附錄一………………………(22)附錄二………………………（23）參考文獻…………（25）第一章可編程控制器(PLC)簡介1.1PLC的誕生

隨著計算機控制技術的不斷發(fā)展，可編程控制器的應用已廣泛普及，成為自動化技術的重要組成?？删幊炭刂破髯钕瘸霈F(xiàn)在美國，1968年，美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應具備以下十大條件：（1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；（2）維護方便，最好是插件式；（3）可靠性高于繼電器控制柜；（4）體積小于繼電器控制柜；（5）可將數(shù)據直接送入管理計算機；（6）在成本上可與繼電器控制柜競爭；（7）輸入能夠是交流115V（即用美國的電網電壓）；（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅動電磁閥；（9）在擴展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4KB。條件提出后，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應用于通用汽車公司的生產線上。當時叫可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。緊接著，美國MODICON公司也開發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制成了日本第一臺可編程控制器。1973年，西歐國家也研制出她們的第一臺可編程控制器。1.2PLC的組成PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程器組成，CPU模塊經過輸入模塊將外部控制現(xiàn)場的控制信號讀入CPU模塊的存儲器中，經過用戶程序處理后，再將控制信號經過輸出模塊來控制外部控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構。1.3PLC特點（1）編程簡單，使用方便梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎的電氣技術人員只要很短的時間就能夠熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學易懂。（2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性可編程序控制器產品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破饔密浖δ苋〈死^電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，硬件配置確定后，能夠經過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。（3）功能強，擴充方便，性能價格比高可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的邏輯判斷、數(shù)據處理、PID調節(jié)和數(shù)據通信功能，能夠實現(xiàn)非常復雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴展單元即可，擴充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。（4）控制系統(tǒng)設計及施工的工作量少，維修方便可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故能夠省下大量的配線，減少大量的安裝接線時間，開關柜體積縮小，節(jié)省大量的費用。可編程序控制器有較強的帶負載能力、能夠直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破鞯墓收下屎艿?，且有完善的自診斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。（5）可靠性高，抗干擾能力強可編程序控制器是為現(xiàn)場工作設計的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200系列PLC內部EEPROM中，儲存用戶原程序和預設值在一個較長時間段（190小時），所有中間數(shù)據能夠經過一個超級電容器保持，如果選配電池模塊，能夠確保停電后中間數(shù)據能保存200天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復、警戒時鐘，加強對程序的1.4PLC的應用

當前，可編程序控制器已經廣泛地應用在各個工業(yè)部門。隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍還在不斷擴大，主要有以下幾個方面：

（1）邏輯控制

可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，能夠實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制能夠用于單臺設備，也能夠用于自動生產線，其應用領域最為普及，包括微電子、家電行業(yè)也有廣泛的應用。

（2）運動控制

可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。隨著變頻器、電動機起動器的普遍使用，可編程序控制器能夠與變頻器結合，運動控制功能更為強大，并廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。

（3）過程控制

可編程序控制器能夠接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，經過模擬量I/0模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉換和D/A轉換，并對被控模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，此功能已經廣泛地應用于工業(yè)生產、加熱爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。

（4）數(shù)據處理

可編程序控制器具有數(shù)學運算、數(shù)據傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，能夠完成數(shù)據的采集、分析和處理。這些數(shù)據能夠是運算的中間參考值，也能夠經過通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們保存、打印。數(shù)據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也能夠用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

（5）構建網絡控制

可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其它智能控制設備(如計算機、變頻器)之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其它智能控制設備一起，能夠組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。當然，并非所有的可編程序控制器都具有上述功能，用戶應根據系統(tǒng)的需要選擇可編程序控制器，這樣既能完成控制任務，又可節(jié)省成本和資金。

第二章FX系列所用基本指令的類型2.1邏輯取及線圈驅動指令LD、LDI、OUTLD，取指令。表示一個與輸入母線相連的常開接點指令，即常開接點輯運算起始。LDI，取反指令。表示一個與輸入母線相連的常閉接點指令，即常閉接點邏輯運算起始。OUT，線圈驅動指令，也叫輸出指令。LD、LDI兩條指令的目標元件是X、Y、M、S、T、C，用于將接點接到母線上。OUT是驅動線圈的輸出指令，它的目標元件是Y、M、S、T、C。對輸入繼電器X不能使用。OUT指令能夠連續(xù)使用多次。LD、LDI是一個程序步指令，這里的一個程序步即是一個字。OUT是多程序步指令，要視目標元件而定。OUT指令的目標元件是定時器T和計數(shù)器C時，必須設置常數(shù)K。2.2取脈沖指令LDP、LDFLDP取脈沖上升沿，指在輸入信號的脈沖上升沿接通一個掃描周期。LDF取脈沖下降沿，指在輸入信號的脈沖下降沿接通一個掃描周期。這兩條指令都占兩條程序步，她的目標元件為X、Y、M、S、T、C。LDP、LDF指令的使用說明如下圖所示，使用LDP指令，元件Y0只在Y0的上升沿時（由OFF到ON時）接通一個掃描周期。使用LDF指令，元件Y1盡在X1的下降沿時（由OFF到ON時）接通一個掃描周期。2.3接點串聯(lián)指令AND、ANIAND，與指令。用于單個常開接點的串聯(lián)。ANI，與非指令。用于單個常閉接點的串聯(lián)。AND與ANI都是一個程序步指令，它們串聯(lián)接點的個數(shù)沒有限制，也就是說這兩條指令能夠多次重復使用。這兩條指令的目標元件為X、Y、M、S、T、C。2.4接點并聯(lián)指令OR、ORIOR，或指令，用于單個常開接點的并聯(lián)。ORI，或非指令，用于單個常閉接點的并聯(lián)。OR與ORI指令都是一個程序步指令，它們的目標元件是X、Y、M、S、T、C。這兩條指令都是并聯(lián)一個接點。OR、ORI是從該指令的當前步開始，對前面的LD、LDI指令并聯(lián)連接。并聯(lián)的次數(shù)無限制。2.5加一指令INC、減一指令DEC表2.1INC、DEC指令的助記符、功能、操作數(shù)和程序步助記符功能操作數(shù)程序步[D.]INCFNC24加1把目標原件當前值加1KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、ZINC、INCP、DEC、DECP:三步DINC、DINCP、DDEC、DDECP:五步DECFNC25減1把目標元件當前值減22.6、比較指令CMPCMP指令有3個操作數(shù)：兩個源操作數(shù)[S1.]和[S2.]，一個目標操作數(shù)[D.]，該指令將[S1]和[S2.]進行比較，結果送到[D.]中。CMP指令使用如下所示。當X10為ON時，比較100和C20當前值的大小，分三種情況分別使M0、M1、M2中的一個為ON，另外兩個為OFF；若X10為OFF，則CMP不執(zhí)行，M0、M1、M2的狀態(tài)保持不變。表2.2CMP比較指令

第三章停車場車位控制的功能要求及設計方案介紹3.1設計要求1.如圖3-1所示，假設有一停車場共有16個車位。圖3-1控制系統(tǒng)設計圖2.在入口處裝設一傳感器，用來檢測車輛進入的數(shù)目。3.在出口處裝設一傳感器，用來檢測車輛出去的數(shù)目。4.有車位時，入口閘欄才將門開啟讓車輛進入，并有指示燈示表示尚有車位。5.車位滿時，則有一指示燈顯示車位已滿，且入口閘欄不能開啟讓車進入。6.能夠用七段數(shù)碼顯示管上顯示當前停車場共有幾部車。3.2 系統(tǒng)工作過程1.入庫車輛前進時，經過1#傳感器，此時車位尚未滿的話，柵欄向上打開，當達到上限位置時，柵欄打開停止，同時車輛進入，經過2#傳感器，柵欄門向下關閉，達到下限位置時，柵欄門停止關閉，同時計數(shù)器A加1；2.出庫時，先經過2#傳感器，柵欄門向上打開，當達到上限的時候停止打開，同時車輛出閘門再經過1#傳感器，柵欄門向下關閉，當達到下限位時，柵欄門停止動作，計數(shù)器B減1；（計數(shù)器B的初始值由計數(shù)器A送來）只經過一個傳感器則計數(shù)器不動作。3.倉庫啟用時，先對所有用到的存儲單元清零，并應有倉庫空顯示。若設倉庫容量為16輛車，則倉庫滿時應報警并顯示。5.若同時有車輛相對入庫和出庫（即入庫車輛經過1#傳感器，出庫車輛經過2#傳感器），應避免誤計數(shù)。

第四章控制系統(tǒng)的設計4.1車輛入庫與出庫流程圖設計4.1.1車輛入庫流程圖車進車進接近開關閉合D0清0D0+1到D0數(shù)碼顯示D0大于16？結束電機正轉電機反轉NY圖4-1車輛入庫流程圖倉庫啟用時，先對所有用到的存儲單元清零，并應有倉庫空顯，若設倉庫容量為16輛車，則倉庫滿時應報警并顯示。入庫車輛前進時，經過1#傳感器，此時車位尚未滿的話，柵欄向上打開，當達到上限位置時，柵欄打開停止，同時車輛進入，經過2#傳感器，柵欄門向下關閉，達到下限位置時，柵欄門停止關閉，同時計數(shù)器A加1。4.1.2車輛出庫流程圖車出庫車出庫接近開關閉合D0—1到D0數(shù)碼顯示電機正轉電機反轉圖4-2車出模塊流程圖4.2硬件配置1、本系統(tǒng)采用的是日本三菱PLC，選用的是FX2n-48MR，它屬于繼電器輸出，有觸電，可帶交直流負載，輸入點數(shù)24，輸出點數(shù)24，總共48個輸入輸出點。PLC（三菱FX2N—48MR）：根據控制要求統(tǒng)計系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)與輸出點數(shù)，并考慮要有一定的余量，在本系統(tǒng)中我們采用了三菱FX2N—48MR型PLC，該型號PLC是FX系列PLC家族中比較先進的系列。它具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它能夠為系統(tǒng)提供最大的靈活性和控制能力。傳感器：它是一種測距的光電傳感器，具有測距遠（最遠可達到5米），采用反射鏡反射的檢測方式，DC12－24V供電，NPN/PNP同時輸出，遮光ON/入光ON選擇。3、七段數(shù)字譯碼顯示器：由于在PLC系統(tǒng)中工作的是二進制的數(shù)字信號，而人們習慣十進制的數(shù)字或運算結果，因此需要數(shù)字顯示器，顯示出便于人們觀測、查看的十進制數(shù)字，因此本設計選擇了七段數(shù)字譯碼顯示器，譯碼顯示器主要由譯碼器和驅動器兩部分組成，一般二者都集成在一塊芯片中。該硬件的原理如下圖4-3。圖4-3七段數(shù)字譯碼顯示器原理框圖4.3PLC的I/O分配表圖4-4 I/O分配表4.4控制程序設計分析方案一：根據設計要求，啟動按鈕開關X0，輔助繼電器M0得電，M0常開觸點閉合，自鎖；M0閉合一個掃描周期，將數(shù)據寄存器D0到D2清0。當有車輛靠近入口的接近傳感器（X2）時，接觸器線圈得電，電機正轉，同時行成自鎖。門開啟，車輛可入口，M9是當D0為16時，表示停車場閘門不能打開。圖4-5判斷車輛能否入庫程序圖當車到SQ2位置時，數(shù)碼管顯示加一，同時延時3秒，完成關閘欄，從而完成了一次車入庫的動作，見下圖圖4-6車輛入庫程序圖當有車出庫的時候，其原理與出庫的時候一致，不同之處是D0的內容減1，當車到SQ1位置時，數(shù)碼管顯示減一一，同時延時3秒，完成關閘欄，從而完成了一次車入庫的動作，見下圖4-7。在數(shù)碼管顯示的時候，我設計了兩組數(shù)據的比較指令CMP，其一是D0與10的比較，當D0小于10的時，就只顯示個位數(shù)碼管的數(shù)值，當?shù)扔?0的時候，個位顯示0，十位顯示1,見下圖4-8。當D0的數(shù)值大于10的時候，M6狀態(tài)為1，從而D0與16比較，當D0小于16時，D0減去10，余數(shù)在D2中，讓個位顯示D2中的數(shù)，十位顯示1，同時，當D0中的數(shù)小于16的時候有車位指示燈HL1亮，當D0等于16的時候HL2亮圖4-7車輛出庫程序圖圖4-8CMP比較指令程序圖圖4-9數(shù)碼管顯示車位程序圖方案2：出庫和入庫的原理與方案一樣，不同的是數(shù)碼器計數(shù)的問題做了不同的修改。出庫入庫就不在重復分析了，就分析一下數(shù)碼管計數(shù)的問題.將D0里面存的數(shù)與16進行對比，比16大將接通Y3無法開啟閘門，將看10存入D2寄存器中。將D0的數(shù)除以D2，得到的數(shù)存D4，于是得到商輸出十位數(shù)碼管顯示，余數(shù)輸出個位數(shù)碼管顯示。見下圖4-104-10數(shù)碼管顯示車位程序圖4.5接線圖下圖4-11為停車場控制系統(tǒng)的接線圖，在該接線圖中，X1是該系統(tǒng)的總開關，BEN5M-DT傳感器1接X3輸入端，BEN5M-DT傳感器2接X4輸入端，X6、X7是行程開關，分別接X6、X7輸入端。L1是停車場車滿指示燈，L2是車未滿指示燈，QS是電機正轉的總開關，KM1是電機正轉的繼電器線圈，KM2是電機反轉的繼電器線圈，Y5至Y12輸出的是BCD碼，直接接入七段數(shù)字譯碼顯示器。下圖為4-12主電路控制圖，當車輛靠近QS閉合時，KM1開關開始閉合，KM2開關斷開電機開始正轉，這時候停車場的閘門便開始開啟，從外面行駛金停車場的車輛便可經過，當KM2開關開始閉合的時候，KM1的開關變開始斷開，這時候電機開始反轉，閘門閉合，車輛不可經過。停車場控制系統(tǒng)圖如下4-11.主電路控制圖如下圖4-12.圖4-11控制系統(tǒng)接線圖4.6編程元件的解析1．X：X為輸入繼電器，它的作用是接受并存儲外部輸入的開關量信號，和對應的輸入端子相連，同時提供無數(shù)的常開和常閉軟觸點用于編程。2．Y：Y為輸出繼電器，它的作用是具有一常開硬觸點用于向外部負載發(fā)送信號，每一輸出繼電器的常開硬觸點與可編程控制器的一個輸出點相連直接驅動負載，它也提供了無數(shù)的常開和長閉軟觸點用于編程。3.M：M為輔助繼電器，它是由軟件來實現(xiàn)的，用于狀態(tài)暫存，移位輔助運算及賦予特殊功能的一類編程元件，其作用類似于繼電接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器，絕大多數(shù)的繼電器線圈由用戶程序驅動。4．T：T為定時器，作用相當于繼電接觸控制中的通電延時型時間繼電器。5．D：D為數(shù)據寄存器，可編程控制器在模擬量檢測與控制以及位置控制等許多場合都需要數(shù)據寄存器來存儲數(shù)據和參數(shù)。6.SQ:SQ為傳感器，作用是用來感應進出停車場的車輛，能夠在一定的距離感應到車輛并反饋給控制電路，使之能開閘關閘。圖4-12主電路控制圖第五章系統(tǒng)調試及結果分析5.1硬件調試PLC內部為輸入電路所提供的電壓是24V,BEN5M-DT光電傳感器的驅動電壓為24V，其輸出電路能配置220V的交流電源，恰好能夠直接驅動負載，滿足其輸出指標，按接線圖接好線，七段數(shù)碼顯示器能實時顯示數(shù)據，證明PLC選型正確，光電傳感器的選擇符合要求。5.2軟件調試按接線圖接好線后，將程序的指令用FX-GX編程軟件輸入到PLC系統(tǒng)中，編程器直接對PLC的用戶程序儲存器進行讀寫操作。采用脫機編程方式將所編制的用戶程序存入編程器的ROM中后，經過多次調試。5.3性能分析本設計是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)，光電傳感器能夠迅速將采集到的信號傳輸給PLC中的計數(shù)器，計數(shù)器進行加減計數(shù)存儲，并以SEGD碼傳輸給七段譯碼顯示器，顯示器能夠實時顯示停車場的停車數(shù)目。PLC具有可靠性高、控制程序可變，具有良好的柔性、功能強，性能價格高等特點。該系統(tǒng)自動化程度高，可靠性高，用PLC能夠使該設計的要求全能滿足5.4設計的結果入口處的傳感器能檢測所進車輛的數(shù)目，出口處的傳感器能檢測所出車輛的數(shù)目；當車輛在要進出門5米處，閘門會自動開啟讓車輛進入或出去；當停車場車滿時，車滿指示燈會亮，當停車場車位沒停滿時，車未滿指示燈會亮，能夠提醒人們是否還能夠停車；顯示器能都實時顯示停車場所停車輛數(shù)，而且車輛已經停滿時，閘門自閉，不會讓車輛進入。自己設計的兩個方案的控制系統(tǒng)都達到了設計要求。第六章設計總