車輛出入庫plc控制系統(tǒng)課程設計

1、電氣控制與PLC題 目： 綜合設計 姓 名： 鄧謀建 學 號： FH1132U4035 I目 錄1 系統(tǒng)背景描述及設計要求11.1系統(tǒng)背景描述11.2設計要求22 方案論證22.1硬件結構22.2設計方案32.3方案比較及方案具體確定43 硬件設計103.1系統(tǒng)的原理方框圖103.2主電路圖113.3 I/O點分配123.4 I/O接線圖133.4元器件選擇134軟件設計144.1 主程序流程圖144.2梯形圖175 系統(tǒng)調(diào)試17設計心得17參考文獻181 系統(tǒng)背景描述及設計要求1.1系統(tǒng)背景描述隨著生產(chǎn)力和科學技術的不斷發(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，

2、而且很大程度的提高了生產(chǎn)效率，又進一步的促進了生產(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，其特點是：結構簡單、價格低廉、抗干擾能力強，可以實現(xiàn)集中控制和遠距離控制，但是其采用固定接線，通用性和靈活性差；又采用觸點的開關動作，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。1969年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特點是：具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，編程語言采用直觀的梯形圖語言，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、標準化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡化

3、的方向發(fā)展，與計算機技術相結合，形成工業(yè)控制機系統(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，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，引進先進的控制技術和管理方式，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)成為大規(guī)模停車服務管理的必然趨勢。針對現(xiàn)有的停車系統(tǒng)管理中存在的缺陷及PLC技術和傳感器技術的迅猛發(fā)展所帶來的新控制方式和管理方式的變革，采

4、用先進的、科學的、合理的設計方法，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。停車場管理系統(tǒng)重點要做到準確指示車輛進出，車輛進入時給予司機準確的車位數(shù)量，車輛進入后，記錄車輛總量，車輛離開時，減少車輛數(shù)量。車輛進出指示可完全由PLC作為中央控制處理。對現(xiàn)有的停車系統(tǒng)管理實現(xiàn)以下要求：車輛出入庫自動化、數(shù)量統(tǒng)計自動化、信息查詢自動化圖1-1系統(tǒng)概述圖1.2設計要求車輛出入庫控制系統(tǒng)由入出庫讀卡器，入庫車輛存在檢測器，入庫欄桿機（當有車輛壓住檢測線圈時，控制器可以輸出一個開關信號，當車輛離開時，控制器的輸

5、出開關信號打開）、出庫車輛存在檢測器、出庫欄桿機、庫里車輛數(shù)顯示器（2位7段數(shù)碼管，車庫共有50個車位）組成。欄桿機有單相異步電機拖動250W，AC220V。1、車輛入庫時，車輛檢測器檢測到車輛，并且司機取出入庫卡刷卡后，欄桿機電機正轉(zhuǎn)，欄桿機抬起，車位顯示器的車位數(shù)減1。2、當入庫車輛駛離入庫自動欄桿機后，欄桿機電機反轉(zhuǎn)，欄桿機自動下落。3、車輛出庫時，車輛檢測器檢測到車輛，并且司機取取出入庫卡刷后，欄桿機電機正轉(zhuǎn)，欄桿機抬起，車位顯示器的車位數(shù)加1。4、當入庫車輛駛離出庫自動欄桿機后，欄桿機電機反轉(zhuǎn)，欄桿機自動下落。5、控制器采用PLC控制。2 方案論證2.1硬件結構由系統(tǒng)的設計要求首先設

6、計出系統(tǒng)的基本硬件組成：（1）控制器（2）出入庫欄桿機（3）出入庫車輛存在檢測器（4）出入庫刷卡器（5）顯示器圖2-1硬件結構圖2.2設計方案1. 方案1系統(tǒng)總體設計為單車道，既入庫車道與出庫車道為同一車道（1）車輛入庫入庫車輛前進時，經(jīng)過1* 2*稱重傳感器后計數(shù)器加1，后退時經(jīng)過2# 1#稱重傳感器后計數(shù)器減1，單經(jīng)過一個稱重傳感器則計數(shù)器不動作。（2）車輛出庫出庫車輛前進時經(jīng)過2* 1*稱重傳感器后計數(shù)器減1，后退時經(jīng)過1# 2#稱重傳感器后計數(shù)器加1，單經(jīng)過一個稱重傳感器則計數(shù)器不動作。2. 方案2系統(tǒng)總體設計為雙車道，即入庫車道與出庫車道分開。（1）車輛入庫車輛經(jīng)入庫車道入庫時，當車

7、輛壓線時，采用稱重傳感器1#檢測到車輛后，司機取出入庫卡刷卡后，使控制器PLC發(fā)出開信號，欄桿機電機正轉(zhuǎn)，欄桿機抬起。當光電傳感器1#與光電傳感器2#先后被觸發(fā)后，PLC得到計數(shù)信號，數(shù)碼管顯示器顯示數(shù)減1。當車輛將離開檢測區(qū)域，稱重傳感器2#檢測到車輛后觸發(fā)PLC，PLC向自動欄桿機發(fā)出關信號，欄桿機電機反轉(zhuǎn)，欄桿機自動下落。（2）車輛出庫車輛經(jīng)出庫車道出庫時，當車輛壓線時，采用稱重傳感器3#檢測到車輛后，司機取出入庫卡刷卡后，使控制器PLC發(fā)出開信號，欄桿機電機正轉(zhuǎn)，欄桿機抬起。當光電傳感器3#與光電傳感器4#先后被觸發(fā)后，PLC得到計數(shù)信號，數(shù)碼管顯示器顯示數(shù)加1。當車輛將離開檢測區(qū)域，

8、稱重傳感器4#檢測到車輛后觸發(fā)PLC，PLC向自動欄桿機發(fā)出關信號，欄桿機電機反轉(zhuǎn)，欄桿機自動下落。2.3方案比較及方案具體確定 當車流量比較大的時候，使用單車道因為出庫車輛和入庫車輛要經(jīng)過同一個車道，而且出入庫通道是斜坡，更易造成事故發(fā)生。造成車輛的出入擁擠，使用不便。但如果是雙車道，可又有效解決這個問題，出庫車輛在一邊，入庫車輛在另一邊，使停車也更加方便。 采用兩個稱重傳感器發(fā)出的信號同時控制欄桿的開閉，還要負責計數(shù)功能。容易產(chǎn)生失誤。而且采用稱重計傳感器計數(shù)沒有使用光電傳感器準確。比如當時差比較小時兩邊各有十個人站在線上，則也會造成計數(shù)，產(chǎn)生錯誤。而光電傳感器則不會產(chǎn)生這樣的失誤經(jīng)過上述

9、方案比較，選擇方案2。2、系統(tǒng)總體具體方案確定：（1）控制器本次設計選用三菱FX2N-48MR-001。FX2N系列PLC的小型化、高速度、高性能都是相當于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入輸出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接、模擬控制、定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點的主機，采用最小8點的擴展模塊進行擴展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。豐富的軟元件應用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變

10、，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根、浮點小數(shù)運算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，10KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX<->ASCII變換，校驗碼等。時計控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等。FX2N系列PLC的特點1、集成型高性能，CPU、電源、輸入輸出三為一體。對6種基本單元，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出256

11、點。2、高速運算基本指令：0.08s/指令應用指令:1.52數(shù)100s/指令3、安心、寬裕的存儲器規(guī)格內(nèi)置8000步RAM存貯器安裝存儲盒后，最大可以擴展到16000步。4、豐富的軟元件范圍輔助繼電器：3072點，定時器：256點計數(shù)：235點 數(shù)據(jù)寄存器；8000點   5、除了具有輸入輸出16256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。6、面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)3.1.3 FX2N系列PLC編程語言 指令表編程指令表是以LD、AND 、OUT 等順序控制指令輸入方式，這種方式寫順序程序是基本輸入方式，但控制內(nèi)容難于看懂，建議不用。

12、梯形圖編程梯形圖程序采用順序控制信號及軟元件號，在圖形的畫面上作出序控制的電路圖的方法，這種方法是用觸點符號與線圈符號表示順序控制回路，因而容易理解程序的內(nèi)容，但最終還生成指令表。3.1.4 FX2N系列PLC各種軟元件 輸入(X) 各基本單元中，按X000-X007等按8 進制的方式分配輸入繼電器下載程序的時候，可以通過選擇輸入濾波器的濾波值更改輸入濾波時間，也時可以用指令更改濾波值，同時也可以通過刷新指令即時更新輸入端口的物理狀態(tài)達到高速輸入。輸出(Y) 各基本單元中，輸出Y0-Y7等按8 進制的方式分配輸出繼電器可以通過快速指令，立即刷新輸出。輔助繼電器(M) 可編程控制器內(nèi)部具有的繼電

13、器，這種繼電器有別于輸入輸出繼電器，它不能獲取外部的輸入，也不能直接驅(qū)動外部負載，只能在程序中無限使用。 定時器(T) 對于可編程控制器內(nèi)的時鐘脈沖進行減法計算，當減到0 的的時候，輸出觸點動作，利用基于時鐘脈沖的定時器，可以檢測到0-32768 個時基脈沖。 計數(shù)器(C) 供可編程控制器的內(nèi)部信號使用，16 位計數(shù)范圍1-32767，計數(shù)速度與掃描速度有關。如果是外部高速計數(shù)，與掃描無關。對于沒有使用到的到計數(shù)器，相應的寄存器可以做普通數(shù)據(jù)存器用，但在執(zhí)行批復位的時候，會把數(shù)據(jù)清零。 數(shù)據(jù)寄存器是存儲數(shù)據(jù)用的軟元件，在FXPLC 中可編程控制器的數(shù)據(jù)寄存器都 16位的，F(xiàn)XPLC 中D0-D

14、64分配給定時器、計數(shù)器用，如果沒有使用到，可以當做普通的數(shù)據(jù)寄存器用。 輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件設計來說，I/O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝控制柜。（2）出入庫欄桿機圖2-2，入庫欄桿圖（3）出入庫車輛存在檢測器出入庫車輛存在檢測器由光電傳感器與稱重傳感器共同總成1.光電傳感器的選擇光電開關有光導通，當車輛通過時，光電開關信號通過導線床送給PLC，如下圖所示：圖2-3光電開關無光導通示意圖2.稱重傳感器的選擇 對稱重傳感器設定車

15、輛檢測范圍，當稱重傳感器檢測車輛到位，信號傳到PLC，進行相應的程序運行，橋式測力稱重傳感器CYB-605S受力方式和外形尺寸如下圖所示：圖2-4 稱重傳感器受力方式與外形參照圖3.傳感器型號參數(shù)所選用的各種傳感器型號及其參數(shù)如下表所示：表2-1所選傳感器型號、參數(shù)一覽表傳感器名稱傳感器參數(shù)光電傳感器：Q23系列偏振反射板式Q23系列對射板式發(fā)射器（E） 型號：Q236E Q23系列對射板式接受器（R） 型號：Q23SN6R檢測距離：8 m 供電電壓：24V dc 輸出形式：互補型固態(tài) NPN特點：聚焦式焦距為50mm 短距離和長距離直接反射式以及光纖式 可見紅色光源易于安裝及對準 帶自診斷功

16、能，有LED狀態(tài)指示燈 1030V dc 供電電壓 互補型輸出 樹脂密封電路及堅固的ABS外殼 防護等級IP67和NEMA6 可選電纜式或接插件式接線方式 產(chǎn)品附帶安裝支架橋式測力稱重傳感器型號：CYB-605S 供橋電壓：1024V輸出靈敏度：2.0mV/V、420mA、15V非線性：0.02%FS 重復性：0.015%FS遲滯：0.02%FS 蠕變：0.02%FS/30min靈敏度溫漂：0.0016%FS/ 零點溫漂：0.0026%FS/零點平衡：±1.0%FS輸入阻抗：365±5輸出阻抗：365±3絕緣電阻：5000M溫度補償范圍：-1055工作溫度范圍：-

17、3585安全過載能力：150%FS極限過載能力：200%FS傳感器材料：不銹鋼/合金鋼引線方式：直接引線（4）出入庫刷卡器IC卡刷卡器是用于識別身份的裝置，當車主無接觸刷卡時，信號傳到PLC，通過程序的運行使道閘打開，車輛駛入。圖2-5 IC卡刷卡器示意圖（5）顯示器兩位七段數(shù)碼管圖2-6車輛入庫車道傳感器位置示意圖3 硬件設計3.1系統(tǒng)的原理方框圖系統(tǒng)基本原理：車輛入庫時，壓住檢測線，稱重傳感器1#檢測到車輛，并且當司機刷卡后，欄桿上升接觸器1#線圈接通，欄桿上升，當上升到一定位置時，碰到行程開關1#，接觸器1#線圈斷電，電機停止，欄桿依靠慣性繼續(xù)減速上升，直到最后上升到位。欄桿打開后，車輛

18、開始進入，光電傳感器1#與2#先后檢測到車輛通過后，向PLC發(fā)出信號，LED顯示器顯示數(shù)減1.當車輛開出檢測區(qū)域時，將經(jīng)過稱重傳感器2#，傳感器檢測到車輛通過后（并且是在已刷卡的前提下），向PLC發(fā)出信號，PLC控制欄桿下降接觸器2#線圈接通，欄桿下降，當下降到一定位置時，碰到行程開關2#，接觸器2#線圈斷電。電機停止，欄桿依靠慣性繼續(xù)減速下降，直到最后下降到位。車輛出庫時，壓住檢測線，稱重傳感器3#檢測到車輛，并且當司機刷卡后，欄桿上升接觸器3#線圈接通，欄桿上升，當上升到一定位置時，碰到行程開關3#，接觸器3#線圈斷電，電機停止，欄桿依靠慣性繼續(xù)減速上升，直到最后上升到位。欄桿打開后，車輛

19、開始進入，光電傳感器3#與4#先后檢測到車輛通過后，向PLC發(fā)出信號，LED顯示器顯示數(shù)加1.當車輛開出檢測區(qū)域時，將經(jīng)過稱重傳感器4#，傳感器檢測到車輛通過后（并且是在已刷卡的前提下），向PLC發(fā)出信號，PLC控制欄桿下降接觸器4#線圈接通，欄桿下降，當下降到一定位置時，碰到行程開關4#，接觸器4#線圈斷電。電機停止，欄桿依靠慣性繼續(xù)減速下降，直到最后下降到位。經(jīng)上述方案原理說明，得出系統(tǒng)的原理方框圖MM2圖3-1系統(tǒng)的原理框圖3.2 主電路圖圖3-2主電路圖3.3 I/O點分配表3.1 PLC輸入輸出端口、外圍設備及文字符號PLC輸入/輸出端口對應外圍設備X000稱重傳感器1#（車庫入口）

20、X001稱重傳感器2#（車庫入口）X002稱重傳感器3#（車庫出口）X003稱重傳感器4#（車庫出口）X004光電傳感器1#（車庫入口）X005光電傳感器2#（車庫入口）X006光電傳感器3#（車庫出口）X007光電傳感器4#（車庫出口）X008IC卡刷卡器1#（入口）X009IC卡刷卡器2#（出口）X010欄桿到位開關1#（入口）X011欄桿到位開關2#（入口）X012欄桿到位開關3#（出口）X013欄桿到位開關4#（出口）Y000電動機正轉(zhuǎn)接觸器1#線圈（入口上升到位）Y001電動機反轉(zhuǎn)接觸器2#線圈（入口下降到位）Y002電動機正轉(zhuǎn)接觸器3#線圈（出口上升到位）Y003電動機反轉(zhuǎn)接觸器4

21、#線圈（出口下降到位）Y004單片機89C51控制個位七段數(shù)碼管Y005單片機89C51控制十位七段數(shù)碼管3.4 I/O接線圖圖3-3 I/O接線圖3.5 元器件選擇表3-2電氣元件一覽表名稱型號品牌數(shù)量主電機YZD7134-250W北京金榮峰電機廠2熔斷器RL1-15正泰1交流電機1#正轉(zhuǎn)接觸器JZ7-44施耐德1交流電機1#反轉(zhuǎn)接觸器JZ7-44施耐德1交流電機2#正轉(zhuǎn)接觸器JZ7-44施耐德1交流電機2#反轉(zhuǎn)接觸器JZ7-44施耐德1稱重傳感器CYB-605S北京恒奧德4光電傳感器Q236E美國邦納4PLCFX2N-48MR-001三菱1刀開關HD13臺達1欄桿ND10-DZ張家港宏力機

22、械有限公司2IC卡刷卡器QS-IC01松下2七段數(shù)碼管KYS科穎2導線1.5 MM2正泰100M限位開關ISO-M16施耐德4單片機89C51青島凱得利24 軟件設計4.1 主程序流程圖（1）車輛入庫流程圖圖4-1 車輛入庫程序流程圖（1） 車輛出庫流程圖4-2車輛出庫程序流程圖4.2 梯形圖圖4-3 程序梯形圖5 系統(tǒng)調(diào)試程序調(diào)試：將將編寫好的程序輸入三菱PLC中，通過對三菱PLC的各個輸入點X0;X1;X2;X3;X4;X5;X6;X7;X8;X9;X10;X11;X12;X13;點控制命令的輸入，進而觀察到Y0;Y1;Y2;Y3;Y4;Y5;的動作，從而對程序進行調(diào)試。設計心得評價本設計采用光傳感