PLC課程設(shè)計(jì)(停車場車位控制-).doc

目錄1 引言22 概述33 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)43.1 主電路的設(shè)計(jì)43.2 控制電路的設(shè)計(jì)43.2.1 PLC概述43.2.2 PLC選型63.2.3系統(tǒng)變量定義及分配表83.2.4系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)94 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)124.1控制程序流程圖設(shè)計(jì)124.2控制程序設(shè)計(jì)思路125 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析155.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題155.2 結(jié)果分析15結(jié)束語16參考文獻(xiàn)17附錄一: 梯形圖18附錄一: 程序指令191 引言隨著進(jìn)口汽車大量涌入和國內(nèi)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，我國的停車場管理技術(shù)不斷完善，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展又使停車場管理的系統(tǒng)功能得以提高。現(xiàn)在小區(qū)停車場管理系統(tǒng)重點(diǎn)要做到準(zhǔn)確指示車輛進(jìn)出，車輛進(jìn)入時(shí)給與司機(jī)準(zhǔn)確的車位數(shù)量與具體位置，車輛進(jìn)入后，記錄車輛數(shù)量，車輛離開時(shí)，減少車輛數(shù)量。車輛進(jìn)出指示可完全由PLC作為中央控制來處理，停車場空位指示可利用價(jià)格較不高的數(shù)碼管顯示。停車場車位管理系統(tǒng)，它由固定在停車場中的管理控制器、埋設(shè)在車位處的電動(dòng)車位鎖及移動(dòng)控制器相互連接構(gòu)成；管理控制器包括傳感器接收模塊、邏輯控制電路及驅(qū)動(dòng)控制電路；電動(dòng)車位鎖的電源端與驅(qū)動(dòng)控制電路的電源輸出端連接；移動(dòng)控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)讀寫控制電路、無線遙控發(fā)射模塊及電池，該無線遙控發(fā)射模塊通過移動(dòng)控制器外部設(shè)置的遙控天線與管理控制器的接收天線進(jìn)行無線信號(hào)連接，具有極大的實(shí)用價(jià)值。2 概述本文提出一種運(yùn)用可編程控制器（PLC）對停車場進(jìn)出及停放指示進(jìn)行管理的方案。本停車場由16位停車位、入口檢測器、出口檢測器、道閘管理系統(tǒng)、七段數(shù)碼管用來顯示車庫內(nèi)車輛數(shù)、尚有車位指示燈、車位已滿指示燈等部分組成。采用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于PLC具有可靠性、易操作性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)，因此，本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場相比，大大提高了設(shè)計(jì)效率，維護(hù)周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1 主電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于PLC的停車場控制系統(tǒng)，在停車場進(jìn)口處裝一傳感器1，出口處裝一傳感器2，傳感器接受到高電平信號(hào)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，停車場處的閘門開合。傳感器1、2所輸出的脈沖分別輸入給計(jì)數(shù)器1、2，計(jì)數(shù)器1、2將計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1、2中，進(jìn)的車輛數(shù)與出的車輛數(shù)想減得到的數(shù)據(jù)再傳輸給存儲(chǔ)器3，存儲(chǔ)器3所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將會(huì)傳輸給數(shù)碼顯示管顯示，如顯示的數(shù)為16時(shí)，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時(shí)，則閘門繼續(xù)工作。其原理框圖如下圖1所示： 圖1 原理框圖3.2 控制電路的設(shè)計(jì)3.2.1 PLC概述許多年前開始，就有人預(yù)言，PLC將要被PC-BASED控制系統(tǒng)取代。但是，PLC的銷售每年都在以一個(gè)十分穩(wěn)定的增長率在上升，目前的PLC已經(jīng)與十年前的PLC有著很大的區(qū)別，十年后的PLC與當(dāng)前的PLC也將有著很大的不同。但是，有兩個(gè)方面是不變的：首先，PLC會(huì)提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)，其次，高度的可靠性。PLC有著其它控制產(chǎn)品，如工控機(jī)，DCS，單片機(jī)等控制產(chǎn)品，所無法替代的特性。 1可靠性可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面： a)可編程控制器不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。b)可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)，掉電保護(hù)，故障診斷，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)。c)可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。d)可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業(yè)級元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計(jì)等。 2易操作性 a)操作方便：對PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作?，F(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號(hào)、繼電器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改。 b)編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)。c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間。 3靈活性a)編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。b)擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件數(shù)來增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺(tái)PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能。c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺(tái)和控制屏等。4機(jī)電一體化為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一?？删幊炭刂破鳜F(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。由以上特點(diǎn)不難看出，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域，不僅不會(huì)逐漸推出，而且會(huì)不斷擴(kuò)大他的市場份額。表面上看工控機(jī)的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細(xì)分析一下可以看到，工控機(jī)在某種程度上其實(shí)幫助了PLC的發(fā)展，因?yàn)镻LC的可靠性高，易操作，但對與操作員站的一些功能，如曲線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠(yuǎn)不及工控機(jī)，而工控機(jī)的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機(jī)與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)更為完美。工控機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了PLC的發(fā)展。3.2.2 PLC選型 1選擇的原則 選擇PLC是首待解決的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 對第一個(gè)問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，對第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：（1） 功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。（2） 價(jià)格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。因?yàn)楸敬握n程設(shè)計(jì)是在學(xué)校完成?？紤]到實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的是三菱FX2N型PLC，對此種型號(hào)PLC的指令以及使用方法都比較熟悉。所以本次設(shè)計(jì)采用就近取材原則選三菱FX2N型PLC。 2FX2N型PLC的簡介 20世紀(jì)90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎(chǔ)上又推出了FX2N系列產(chǎn)品。該機(jī)型在運(yùn)算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進(jìn)步，是一種小型化、高速、高性能、各方面都相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。FX2NPLC的基本單元可以根據(jù)控制規(guī)模大小外加擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成疊裝式PLC控制系統(tǒng)。下圖是FX2N可編程控制器基本單元實(shí)物圖。 圖2 FX2N可編程控制器實(shí)物圖3.2.3系統(tǒng)變量定義及分配表在車庫入口處應(yīng)該安裝指示板，告知車輛司機(jī)整個(gè)車庫的停放情況，包括數(shù)量和停放的位置。車庫和指示板的示意圖如圖所示： 9 1 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 停車場車位指示板當(dāng)某一位置沒有停放車輛時(shí)，相應(yīng)編號(hào)的指示燈亮，司機(jī)看見使就可以按照指示進(jìn)入車庫按位停車。這個(gè)部分同樣可以用梯形編程圖來實(shí)現(xiàn)。車位線使程序，相對比較簡單，所用到得軟元件X10X17，X20-X27，輸出端原件Y20-Y27，Y30-Y37，輸出輸入原件共計(jì)16對。只要在車尾頂部安裝紅外檢測裝置，就可以對車位有無車輛進(jìn)行檢測。當(dāng)車位無車輛時(shí)相應(yīng)輸入繼電器不通電，常閉節(jié)點(diǎn)合上，輸出端所連接的指示燈亮，如圖中8號(hào)和9號(hào)燈亮，證明這兩個(gè)車位為空。而其余位置有車，所以相應(yīng)的指示燈熄滅。表一 PLC外部輸入/輸出點(diǎn)（I/O）輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)系統(tǒng)動(dòng)作 X100000閘欄開門 Y101000系統(tǒng)解除 X200001閘欄關(guān)門 Y201001入口檢測器 X300002尚有車位指示燈 Y301002出口檢測器 X400003車位已滿指示燈 Y401003正傳停止傳感器 X500004顯示車輛數(shù)七段燈 Y10-Y1701004-01010反轉(zhuǎn)停止傳感器 X600005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(chǔ)外部輸入的開關(guān)量信號(hào)，和對應(yīng)的輸入端子相連，同時(shí)提供無數(shù)的常開和常閉軟觸點(diǎn)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(diǎn)用于向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)，每一輸出繼電器的常開硬觸點(diǎn)與可編程控制器的一個(gè)輸出點(diǎn)相連直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，它也提供了無數(shù)的常開和長閉軟觸點(diǎn)用于編程。 3. M： M為輔助繼電器，它是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，用于狀態(tài)暫存，移位輔助運(yùn)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(qū)動(dòng)。 4. T： T為定時(shí)器，作用相當(dāng)于繼電接觸控制中的通電延時(shí)型時(shí)間繼電器。 5. C： C為計(jì)數(shù)器，主要用來記錄脈沖的個(gè)數(shù)。本設(shè)計(jì)采用的C250為一相雙向的高數(shù)計(jì)數(shù)器，這種計(jì)數(shù)器固定可編程控制器的一個(gè)輸入端X3用于上升沿加計(jì)數(shù)，固定可編程控制器的另一個(gè)輸入端X4用于上升沿減計(jì)數(shù)。6 D： D為數(shù)據(jù)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(jù)寄存器來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)。3.2.4系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)下圖為停車場控制系統(tǒng)的接線圖，在該接線圖中，X1是該系統(tǒng)的啟動(dòng)開關(guān)，X2是該系統(tǒng)停止開關(guān)，入口檢測器接X3輸入端，出口檢測器接X4輸入端，正傳停止傳感器、反轉(zhuǎn)停止傳感器分別接X5、X6輸入端。閘欄開門接Y1輸出端，閘欄關(guān)門接Y2輸出端，尚有車位指示燈接Y3輸出端，車位已滿指示燈接Y4輸COM COM 01000 0000001001 0000101002 0000201003 P 0000301004 00004 01005 0000501006 L 0000601007 0000701008 0000801009 C 0000901010 0001001011 0001101012 0001201013 0001301014 0001401015 0001501016 0001601017 00017GGNDISPLAY X1 X2X3 X4 X5 X6 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4Y 10-Y17出端，顯示車輛數(shù)數(shù)碼管接Y10-Y17。圖3 停車場控制系統(tǒng)接線圖 下圖為主電路控制圖，當(dāng)QS閉合時(shí)，KM1閉合KM2斷開電機(jī)正轉(zhuǎn)，閘門開啟，車輛可通過，當(dāng)KM2閉合KM1斷開時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，閘門閉合，車輛不可通過。 圖4 控制線路主電路圖4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制程序流程圖設(shè)計(jì) 停車場控制系統(tǒng)的車進(jìn)出模塊流程圖設(shè)計(jì)如下圖5：圖5 車輛進(jìn)出控制程序流程圖4.2控制程序設(shè)計(jì)思路1)車輛進(jìn)庫編程圖上，在支路2中，X0表示車輛檢測裝置開關(guān)，只要車輛駛到道閘前，車輛檢測器發(fā)出信號(hào)使X0關(guān)閉，輔助繼電器M1進(jìn)入準(zhǔn)備通電狀態(tài)；只要X1閉合，支路1通電，驅(qū)動(dòng)輔助繼電器M0，其節(jié)點(diǎn)M0閉合，M1馬上通電，M1節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，使輸出線圈Y0置位，其相應(yīng)的輸出端Y0發(fā)出信號(hào)控制道閘升降的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)復(fù)位Y1線圈，確保道閘沒有反轉(zhuǎn)信號(hào)。這時(shí)道閘就打開，車輛通過。車輛通過以后，經(jīng)過道閘后車輛檢測器，這時(shí)有幾道控制目標(biāo)，所以運(yùn)用主控制器指令MC對所有工作一并控制。檢測器發(fā)出信號(hào)使開關(guān)X2閉合，PLC就執(zhí)行MC和MCR之間的程序，首先把Y0輸出線圈復(fù)位，即道閘電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)復(fù)位，同時(shí)置位Y1輸出線圈，是電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉。同時(shí)設(shè)定一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器D0中的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)輸出到以10為首的八個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)車庫大門指示板上的顯示管，最后，在道閘關(guān)閉的終點(diǎn)安裝一個(gè)限位開關(guān)X3，當(dāng)?shù)篱l恢復(fù)原位時(shí)，X3節(jié)點(diǎn)接通，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)復(fù)位。 圖6 車輛進(jìn)庫梯形圖2)車輛出庫車輛出庫時(shí)，要減少車輛數(shù)量記錄，并且在車庫出口也要安裝出口道閘，下面是車輛出庫的梯形圖。由圖中可以看出，車輛出庫與入庫的基本原理相同，只是輸入原件與輸出原件不同，出庫與入庫所用到的元件必須分開。并且，要使車輛數(shù)量減少，用DEC功能指令使記錄車輛數(shù)的數(shù)據(jù)寄存器D0減一，最后道閘關(guān)閉。圖7 車輛出庫梯形圖5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題1) 硬件調(diào)試 按接線圖接好線，七段數(shù)碼顯示器能實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，證明PLC選型正確，傳感器的選擇符合要求。2)軟件調(diào)試 按接線圖接好線后，將程序的指令用FX-GP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(chǔ)存器進(jìn)行讀寫操作。采用脫機(jī)編程方式將所編制的用戶程序存入編程器的ROM中后，經(jīng)過多次調(diào)試。3) 解決的問題本文研究的主要內(nèi)容是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)，在前人的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，吸取了前人研究的精華，補(bǔ)充了前人研究的不足。本系統(tǒng)是基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于PLC本身的特點(diǎn)使自動(dòng)控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。在本課題研究過程中主要進(jìn)行了以下工作： （1）詳細(xì)分析了國內(nèi)外目前的基于PLC的停車場，比較之后，硬件部分，設(shè)計(jì)了七段碼顯示器以及車輛進(jìn)出庫傳感器。軟件部分，選擇了以PLC為核心自動(dòng)控制系統(tǒng)，因此，經(jīng)過研究最后決定將硬件和軟件部分結(jié)合起來，形成了本控制系統(tǒng)的整個(gè)部分 （2）在比較了各種型號(hào)的PLC的功能之后，選擇了三菱公司的FX2N系列PLC， （3）建立了車輛進(jìn)出庫數(shù)學(xué)模型，為其編寫了程序語言。5.2 結(jié)果分析 七段譯碼顯示器能夠?qū)崟r(shí)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(qiáng)，性能價(jià)格高等特點(diǎn)。該系統(tǒng)自動(dòng)