【基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)設計6700字（論文）】

基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u13994一、引言 125064二、系統(tǒng)總體設計方案及器件介紹 131917（一）需求分析 111479（二）設計思路 122812（三）總體方案設計 390761.PLC主系統(tǒng) 317002.PLC子系統(tǒng) 418269（四）器件介紹 4295721.光電傳感器 4236852.超聲波車位探測器 6286263.七段數(shù)碼管 7181604.PLC可編程控制器 823222（一）I/O端子分配圖 11121491.主控制器I/O端子分配 1134222.子控制器I/O端子分配 1212972（二）控制器硬件設計圖 127998四、系統(tǒng)軟件設計 1514359（一）系統(tǒng)程序流程圖 152516（二）程序梯形圖 1922515（三）停車場工作情況分析 226912五、系統(tǒng)仿真和調試 229033（一）組態(tài)仿真 22187041.組態(tài)設置 22171612.系統(tǒng)仿真 2323966（二）調試軟件 24217761.CX—Programmer的使用方法 24141092.調試步驟 2676753.調試結果 2620419六、結論 277924參考文獻 2831925附錄 2922183附錄1車輛監(jiān)測時序圖 29一、引言本設計采用PLC可編程邏輯控制器作為控制中心，設計一款停車場車位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含9個停車位、出入口光電傳感器、七段數(shù)碼管、車位指示燈，出入口閘欄等部分，出入口的傳感器負責檢測信號，七段數(shù)碼管來負責顯示停車場內剩余車輛，車位指示燈來提示停車場內空余車位，出入口閘欄負責控制汽車是否放行。在入車時，入口傳感器檢測到信號，汽車駛入時入口的1號傳感器檢測到信號打開閘欄放行，當2號傳感器檢測到信號時關閉閘欄同時剩余車位數(shù)碼管-1，汽車駛出時出口的1號傳感器檢測到信號打開閘欄放行，駛出后2號傳感器檢測到信號閘欄關閉同時數(shù)碼管+1，停車時的車位指示通過子系統(tǒng)控制車位指示燈亮滅來提示，指示燈亮則表示該車位可以停車，指示燈熄滅則表示該車位已有車。二、系統(tǒng)總體設計方案及器件介紹（一）需求分析停車場內車位不滿時，尚有車位指示燈常綠，允許車輛駛入停泊。車輛已滿時，尚有車輛指示燈閃紅，禁止車輛駛入。七段數(shù)碼管可以實時顯示停車場內剩余車位數(shù)量，剩余0車位時，尚有車位指示燈為紅。入口出口閘門及時在傳感器感應到車輛時打開放行，并且在車輛駛入駛出后及時關閉。當停車場內車位有車時，車位指示燈熄滅，當車位無車時，指示燈亮起，提示該車位可停車。（二）設計思路設定該停車場有9個停車位，中間為車道。系統(tǒng)啟動運行后，不斷的檢測各個輸入端的信號。1、進車過程。入口安裝有兩個光電傳感器，當車輛駛入停車場時，1號傳感器檢測是否有車位，有車位則打開入口閘欄放行，同時PLC內計數(shù)單元+1表示已存儲車輛+1，車輛駛入到2號傳感器感應區(qū)時表示車輛已駛入停車場內并且關閉入口閘欄，完成進車過程。2、出車過程。出口也安裝有兩個光電傳感器，車輛駛出停車場時駛入到1號傳感器感應區(qū)打開出口閘欄，當車輛駛入到2號傳感器感應區(qū)時關閉出口閘欄計數(shù)單元-1，完成出車過程。3、停車過程。車輛駛入停車場內后根據(jù)車位指示燈尋找車位，指示燈亮表示有車位可停，熄滅禁止停泊，車位均安裝有超聲波傳感器來檢測車輛。4、剩余車位顯示。停車場使用七段數(shù)碼管顯示停車場內剩余車位的數(shù)量（剩余車位=車位總數(shù)9-已存車輛數(shù)）。當停車場內車位滿時，入口閘門鎖定，不允許車輛駛入，此時數(shù)碼管顯示0。5、車位指示。當停車場內部有車位時，車輛進入停車場內后，可以通過車位指示燈尋找車位。每個車位均安裝有一指示燈來幫助司機快速尋找停車位，指示燈亮表示可停車，指示燈熄滅表示可停車或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障，車位通過超聲波傳感器來檢測停車情況。停車場平面見圖2-1。圖2-1停車場平面圖（三）總體方案設計1.PLC主系統(tǒng)主控制系統(tǒng)見圖2-2。圖2-2主PLC控制系統(tǒng)圖圖2-2所示PLC主控制系統(tǒng)由PLC、供電電源、七段數(shù)碼管、中間繼電器、出入口光電傳感器、車位指示燈、電機、閘欄等構成。PLC是控制系統(tǒng)的核心，通過判斷傳感器信號來控制數(shù)碼管顯示，車位指示燈亮滅以及電機動作。2.PLC子系統(tǒng)子控制系統(tǒng)見圖2-3。圖2-3子PLC控制系統(tǒng)圖圖2-3所示子控制系統(tǒng)由運行和停止按鈕、超聲波車位探測器、供電電源以及車位指示燈組成。子系統(tǒng)運行后監(jiān)測各個超聲波探測器的信號來控制車位指示燈亮滅。（四）器件介紹1.光電傳感器光電傳感器實物圖見圖2-4。圖2-4光電傳感器實物圖光電傳感器是利用光電元器件作為檢測單元的傳感器。它可以把光學信號的變化轉變?yōu)殡娦盘枏亩鴮崿F(xiàn)控制和功能。光電傳感器的構造一般為發(fā)送器、接受器和監(jiān)測電路。本設計選用的光電傳感器為leuze的PRK412型擴散反射型光電開關。2.超聲波車位探測器車位檢測使用超聲波車位探測器實物見圖2-5。圖2-5超聲波車位探測器超聲波傳感器其功能特點采用超聲波測距的工作原理，利用超聲波發(fā)射、被測物體反射、回波接收后的時差來測量被測距離的一種非接觸式測量儀器。本設計選用的超聲波傳感器為艾科的PUD系列，特點在于可以準確測量探測器與反射面之間的距離，探測距離0.3～4.5m。此外還具有檢測錯誤自動報警功能。3.七段數(shù)碼管七段數(shù)碼管的實物圖見圖2-6。圖2-6七段數(shù)碼管實物圖本設計選用的七段數(shù)碼管為科明的KEM-5611-BSR共陽型，通過主控制器的11端使用共陽連接來控制數(shù)碼管的顯示，指示剩余車位數(shù)。車位指示燈顯示車位狀態(tài)。車位空閑時，該車位指示燈亮；該車位停有車時，該指示燈滅。司機進入停車場內后，根據(jù)車位指示燈尋找空閑車位，快速停車。4.PLC可編程控制器PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，，有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成某些特殊的任務，見圖2-7。圖2-7PLC控制系統(tǒng)示意圖本設計中主控制系統(tǒng)輸入點有11個，輸出點有16個，子系統(tǒng)輸入點有11個，輸出點10個。兩個控制器使用的PCL型號均采用OMRON的CPM-2A-40CDR-A型PLC。歐姆龍的PLC編程軟件是CX-Programmer，通過該程序可以建立工程文件編寫PLC的程序實現(xiàn)自己想要的功能。三、系統(tǒng)硬件設計（一）I/O端子分配圖1.主控制器I/O端子分配硬件類型選擇完畢后，需要根據(jù)PLC的輸入信號分配端子，具體見表3-1。表3-1主控制器I/O端子分配表輸入端子輸出端子端口號字符號分配功能端口號字符號分配功能0.00SB0系統(tǒng)運行開關10.00LD0系統(tǒng)運行綠燈0.01SB1入口開啟開關10.01LD1入口閘欄指示燈0.02SQ1入口行程開關110.02KM1入口閘欄電機開啟0.03SQ2入口行程開關210.03KM2入口閘欄電機關閉0.04SB2入口關閉開關10.04LD2出口閘欄指示燈0.05SB3出口開啟開關10.05KM3出口閘欄電機開啟0.06SQ3出口行程開關110.06KM4出口閘欄電機關閉0.07SQ4出口行程開關210.07LD3滿車位指示燈0.08SB4出口關閉開關11LED數(shù)碼管顯示剩余車位數(shù)量0.09SB5系統(tǒng)停止開關I/O分配表作用是將每一個輸入設備對應PLC的一個輸入點，每一個輸出設備對應PLC的一個輸出端口，CPM2A-40CDR-A的I/O點有40個，24個點輸入，16個點輸出，使用24VDC輸入，繼電器輸出。如輸入端口0.00負責系統(tǒng)運行開關，按下系統(tǒng)運行開關時，開關量信號由設備元件轉化為電信號并傳輸至輸入端口系統(tǒng)執(zhí)行程序設定將輸出量傳輸至輸出端口，從而完成主控制系統(tǒng)的運行，2.子控制器I/O端子分配子控制器的端子分配圖見表3-2。表3-2子控制器I/O端子分配表輸入端子輸出端子端口號符號分配功能端口號符號分配功能0.00S0子系統(tǒng)運行開關10.00L0子系統(tǒng)運行指示燈0.01S11號車位檢測器10.01L11號車位指示燈0.02S22號車位檢測器10.02L22號車位指示燈0.03S33號車位檢測器10.03L33號車位指示燈0.04S44號車位檢測器10.04L44號車位指示燈0.05S55號車位檢測器10.05L55號車位指示燈0.06S66號車位檢測器10.06L66號車位指示燈0.07S77號車位檢測器10.07L77號車位指示燈0.08S88號車位檢測器11.00L88號車位指示燈0.09S99號車位檢測器11.01L99號車位指示燈0.10S10子系統(tǒng)停止開關子控制系統(tǒng)I/O分配表的輸入端連接系統(tǒng)運行/停止開關以及車位檢測器，通過開關將信號傳輸?shù)綄丝?，程序運行或者停止，對應車位的超聲波傳感器則用于檢測車位信號，每一車位的傳感器將超聲波信號轉化為電信號并傳輸至對應輸入端口，輸入端信號經過子程序控制執(zhí)行對應輸出從而點亮對應車位指示燈，實現(xiàn)子程序運行，（二）控制器硬件設計圖分配好I/O口的功能之后，需要進行I/O口的接線，見圖3-3和圖3-4。圖3-3主控制器I/O接線主控制輸入端SB0，SB5接有系統(tǒng)運行開關負責運行或停止系統(tǒng)，SB1-SB4連接傳感器，用于PLC接收到光電傳感器的模擬信號，SQ1-SQ4連接入口和出口的行程開關用于控制柵欄運動，輸出端LD0，LD3為尚有車位指示及車位已滿指示，LD1，LD2則為柵欄指示燈，用于提示柵欄工作狀態(tài)，KM1-KM4連接電機負責出入口閘欄電機啟動停止，與輸入端行程開關信號共同控制柵欄運動，11.00-11.07端口與七段數(shù)碼管引腳相連，通過控制引腳對應發(fā)光管來顯示不同數(shù)字。

圖3-4子控制器I/O接線自控制系統(tǒng)S0，S10為系統(tǒng)總開關，控制整個電路供電。輸入端S1-S9為9個超聲波傳感器負責將超聲波信號轉化為電信號輸入PLC，輸出端L1-L9為指示燈與輸入端S1-S9對應，有車時傳感器的信號控制對應指示燈的點亮，從而完成車位指示的工作，L0為系統(tǒng)運行指示燈，按下S0運行開關L0點亮，按下S10停止開關則熄滅。電機連接圖見3-5。圖3.5電機控制接線圖圖3-5左為電機主回路示意圖，電機接有兩個中間繼電器KM1、KM2，通過繼電器的觸點連接構成回路，右為電機的控制回路，通過PLC來控制繼電器線圈的得電從而帶動電機來控制柵欄。四、系統(tǒng)軟件設計（一）系統(tǒng)程序流程圖主程序流程圖分入車和出車兩過程，如下圖4-1和4-3。圖4-1主控制程序入車流程圖

按下按鈕主程序啟動后，程序初始化判斷停車場的車位是否為0來判斷是否放行，若車位已滿程序控制指示燈閃紅并關閉閘門，若車位不為0則進入入車過程，當入口的1號光電傳感器接收到信號時控制電機打開閘門放行，此時閘門保持開啟直到2號傳感器檢測到信號。當2號傳感器接收到信號則表示車輛已入庫可以關閉閘門，待到閘門關閉完成計數(shù)器-1，此時停車場車位-1，汽車入庫進行停車，主控制器完成入車閘門控制過程。子程序負責點亮各個車位的指示燈，流程圖見圖4-2。圖4-2子控制器程序流程圖子程序功能簡單，主要負責接收停車場內超聲波傳感器的信號，當檢測到某一車位的傳感器信號時點亮對應車位的指示燈即可。出車過程流程圖見圖4-3。圖4-3出車過程流程圖出車過程與入車過程相同，程序啟動后，程序初始化判斷停車場的車位是否為9來判斷是否放行，若車位為9程序控制指示燈閃紅并關閉出口處閘門，若車位不為9則進入出車過程，當出口的1號光電傳感器接收到信號時控制電機打開閘門放行，此時閘門保持開啟直到2號傳感器檢測到信號。當2號傳感器接收到信號則表示車輛已駛出可以關閉閘門，待到閘門關閉完成計數(shù)器+1，此時停車場車位+1，完成出車過程。（二）程序梯形圖流程圖確定后需要進行程序的編譯，見圖4-4，4-5，4-6，4-7，4-8。圖4-4主程序梯形圖1運行程序后使用MOV指令將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊拇嫫髦?，通過CMP比較指令可以進行車位總數(shù)與已存車輛數(shù)的比較，總數(shù)為9，P_EQ為不等于指令，用于跟隨比較兩個數(shù)據(jù)做條件判斷使用，如已存車位為9則已滿不允許車輛駛入，指示燈為紅。不相等則表示可以駛入，指示燈為綠。入口程序和出口數(shù)據(jù)比較程序見圖4-5。圖4-5主程序梯形圖2入口程序使用的P_EQ不等于指令，用于條件判斷入口車位比較程序的中的判斷數(shù)據(jù)。兩者不相等則啟動入口程序控制閘門開啟指示燈亮，關閉開關2有輸入時，行程開關1和電機關閉，關閉閘門。而系統(tǒng)在OFF到ON這一周期內使用DIFU上升沿微分指令使得已存數(shù)量信號掃描一個周期，通過INC指令使得已存車輛數(shù)+1完成進車過程。出口數(shù)據(jù)比較過程用于比較已存車和總數(shù)進行出車程序判斷。出口程序見圖4-6。出車過程已存車未滿，接收到信號啟動閘門和出口的指示燈，待到行程開關2有輸入即車輛已離開出口閘欄則關閉出口閘欄，在系統(tǒng)由OFF到ON這一周期內下降沿微分指令使得信號-1，表示已存車數(shù)量-1完成出車過程。剩余車位計算和顯示程序見圖4-7。圖4-7主程序梯形圖4剩余車位計算=總車位數(shù)-已停車位，使用SUB指令進行數(shù)據(jù)運算即可，車位顯示使用SDEC七段譯碼指令對剩余車位數(shù)信號進行譯碼并送至LED顯示。子程序梯形圖見圖4-8。圖4-8子程序梯形圖子系統(tǒng)用于控制各個車位的顯示燈的開關，該車位的傳感器無信號輸入則表示無車，則指示燈點亮，提示司機該車位可停車。（三）停車場工作情況分析控制要求自動停車場系統(tǒng)按照程序設定要求執(zhí)行，系統(tǒng)運行過程如下：啟動系統(tǒng)，在程序運行過程中主控制器、子控制器持續(xù)掃描4個光電傳感器及9個超聲波車位探測器的信號輸入端；一旦PLC檢測到信號變化則判斷為有車輛駛進、駛出、停泊，根據(jù)信號的變化執(zhí)行設定好的動作。五、系統(tǒng)仿真和調試（一）組態(tài)仿真1.組態(tài)設置通過MCGS組態(tài)軟件可以快速構建上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行系統(tǒng)的監(jiān)控，完成數(shù)據(jù)處理和控制。使用時需要定義各個變量見表5-1。表5-1變量表變量名類型初值總開關開關0開關提示開關0車滿提示開關0出入口檢測開關0剩余車位指示燈數(shù)值0車位1-9數(shù)值0車位指示燈1-9開關0出入口閘門開關0車1-9數(shù)值0定義變量通過工作臺中的實時數(shù)據(jù)庫完成，點擊新增對象添加變量后再選中各個數(shù)據(jù)點擊對象屬性即可修改。修改完畢后進行保存，MCGS自帶圖庫，可以在軟件中進行動畫屬性的動態(tài)設置，見圖5-2。圖5-6動態(tài)設置點擊動態(tài)設置即可設置動畫的垂直移動及可見度屬性來進行仿真。2.系統(tǒng)仿真設置完變量點擊運行進行仿真，結果見圖5-2。圖5-2仿真結果總開關按下系統(tǒng)運行，剩余車位數(shù)七段數(shù)碼管顯示為0，車滿指示燈亮。在出入口處有車輛進入時，閘門可以打開。仿真運行中可以點擊各個變量觀察參數(shù)變化。（二）調試軟件CX—Programmer編程軟件為OMRON專用的可用來編寫程序梯形圖的編程、編譯檢查程序，不僅如此還支持語句表和功能塊的編輯。可以對程序和數(shù)據(jù)進行上載和下載到PLC或者清除PLC內存區(qū)數(shù)據(jù)對其進行初始化操作，此外還可以對PLC設定區(qū)進行一系列的操作、監(jiān)視測試PLC的運行狀態(tài)，或者內存數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)視方便程序的調試。同時他還可以對PLC程序進行加密，使用起來更加安全1.CX—Programmer的使用方法1）啟動CX—Programmer軟件，軟件頁面見圖5-3。圖5-3CX—Programmer軟件頁面2）單擊“文件”菜單選擇“新建”，出現(xiàn)PLC選型的對話框，CPM2A系列PLC的設備類型選擇CPM2*。見圖5-4。圖5-4更改PLC對話框3）單擊確定進入進行梯形圖程序的編程窗口，見圖5-4。圖5-5CX—Programmer操作界面2.調試步驟（1）查閱CPM2A的編程手冊，編譯停車場控制系統(tǒng)的程序梯形圖。（2）將PLC與七段數(shù)碼管引腳，接觸器連接。（3）單擊“工具”一欄中的“PLC”，再點擊“在線工作”監(jiān)控程序運行。（4）將程序傳送至PLC中。（5）單擊“運行”，程序進入調試。（6）通過輸入輸出口便可以控制系統(tǒng)進行要求實現(xiàn)的功能。3.調試結果編寫完程序進行調試的過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示數(shù)字錯誤不能將計數(shù)器正確輸出的問題；通過信號下降沿檢測DIFD來控制寄存器內已存車輛數(shù)加一或減一，通過自加指令SUB轉換為剩余車輛數(shù)，并通過七段解碼指令SDEC點亮七段數(shù)碼管。最終成功地解決了問題。六、結論本文通過研究PLC停車場車位控制系統(tǒng)，解決城市停車難的問題。PLC用于城市管理建設是對PLC功能研究的探索。由停車場車位需求分析，器件選型到硬件，軟件設計，程序調試和功能的基本實現(xiàn)。完成了整個停車場車位控制系統(tǒng)的設計。車位控制系統(tǒng)的設計解決了傳統(tǒng)停車的人力浪費問題，與舊式露天停車場相比，提高了土地利用，與繼電器控制的車庫對比則在成本上有不足之處。同時PLC廠家眾多，各自硬件體系不兼容，期望以后各家廠商的硬件可以互相兼容，方便使用。PLC的應用不止在于控制車位，交通燈，音樂噴泉也使用PLC控制，展望未來，PLC在城市建設的開發(fā)潛力仍然巨大，期望日后可以見到更多新的城市建設中能夠使用PLC控制。-PAGE7--參考文獻[1]劉力.組態(tài)軟件在PLC實驗系統(tǒng)中的應用[J]．實驗室研究與探索，2014(04):127-129.[2]周石強．郭強．朱濤，等．電氣控制與PLC應用技術的分析研究[J]．中華民居(下旬刊)，2014，01(No.104):209-211.[3]郭瑋，田錄林，張永良，等．基于嵌入式PLC軟核的通用保護平臺設計與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014(16):122-126.[4]陳小貝．基于嵌入式系統(tǒng)的PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設計[J]．電子測量技術，2015，38（03）：54-56．[5]張桂香．基于PLC的升降橫移式立體車庫自動控制[J]．自動化儀表，2013，34（07）：35-37．[6]肖麗仙．順序控制設計法在PLC編程中的應用[J]．自動化技術與應用，2013，32（02）：42-45．[7]沃綠洲．出入口控制技術在停車場中的具體應用[J]．中國安防，2016，（12）：65-67．[8]閆永志．基于S7-300PLC的智能立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]．機電一體化，2016，（10）：61-63．[9]邊會娟．基于PLC的升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)設計[J]．北京信息科技大學學報（自然科學版），2016，（05）：73-77．[10]黃靜怡．PLC控制的升降橫移式自動化立體車庫研究[J]．電子世界，2017，（05）：55-56．[11]伍春霞．基于PLC升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計[J]．智慧工廠，2017，（02）：58-60．[12]史勇．基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]．科技經濟導刊，2016，（36）：38-61．[13]房漢鳴，路申易，吳宇恒。車庫門智能控制系統(tǒng)設計[J]．信息技術，2016，（12）