課程設計車輛出入庫管理PLC系統(tǒng)設計

1、目錄目 錄2緒 論41.1 PLC的特點61.2 PLC的基本結構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 按鈕開關的選擇205.4 信號燈的選取205.5 導線選擇205.6 LED顯示屏的選擇21程序設計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31元器件清單33 緒論隨著生產(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，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

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、標準化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡化的方向發(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

4、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。1.1 PLC的特點可靠性高、抗干擾能力強。PLC是專門為工業(yè)控制面設計的。在設計和制造過程中均采用了屏蔽、濾波、光電隔離等有效措施，并且采用模塊式結構，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)于微型計算機的一大特點。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、速度快、精度高。PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等很多功能，還能進行、/轉換，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)；并且運行速度很快，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，耗能低，環(huán)境適應力強，不需要專門的機房和空調。從上述的功能特點可見，控制系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，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?shù)挠嬎銠C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的基本結構 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量、模擬量、數(shù)字

7、量三種，在我們實際涉及到的信號當中，開關量最普遍。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；編譯程序用于將程序語言翻譯成機器語言；診斷程序用于診斷機器故障。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人員及操作維護人員。1.4 PLC的工作原理PLC的工作原理與計算機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，將關閉輸入端口，轉入程序執(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，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸入刷新階段。1.4.3輸出刷新階段當所有指令執(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，驅動外部相應執(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成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復，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行刷新，這對一般的開關量控制系統(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行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設隔離的，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。但是在快速響應系統(tǒng)中就會造成響應滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊?？傊琍LC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設備的最大特點之一，我們在學習和使用PLC當中都應注意。 車輛出入庫管理系統(tǒng)的構成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IO口數(shù)以及數(shù)碼管驅動問題，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)碼管驅動、自身電路簡單等優(yōu)點。顯示部分采用1組4位一體共陰數(shù)碼管，共設置l6個功能鍵。PLC的I/O端口接線 I/O 口地址分配設計中采用內(nèi)存為32K，最大I0點數(shù)640點的微處理器(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個輸入點和16個輸出點，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構的選擇根據(jù)物理結構，可以講可編程序控制器分為整體式和結構式，整體式每一I/O點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的功能擴展比較方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(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，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、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運動控制特殊要求，可以選用有相應特殊I/O模塊的PLC，也可以選用內(nèi)置相應功能的整體式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，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)字量的轉換、PID閉環(huán)控制、運動控制等工作，PLC應有算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平

15、方、對數(shù)運算和浮點運算等功能。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)通信的小型開關量控制系統(tǒng)，可以選用交割更便宜的FX0s系列；I/O點數(shù)多、控制復雜、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、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲器8K步，可擴展到16K步，最大可擴展到256個I/O點，可有多種特殊功能擴展，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點數(shù)的確定確定I/O點數(shù)時，應該準確地計算出被控制設備對PLC輸入或者輸出點數(shù)的總需求，在此基礎上，應留有10%-

16、20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式PLC的基本單元、擴充單元的輸入和輸出點數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入或輸出點數(shù)的比例較大，可選擇只有輸入點數(shù)的擴展單元或擴展模塊。因此，在這個設計中需要6個輸入點，4個輸出點，留有10%-20%裕量則選擇最小點數(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,輸出8點. 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構加工而成。其標準壓力接口采用1/4NPT外螺紋接頭，因而可以保證較好的密封性能。本產(chǎn)品的特點是無形圈、無焊縫、無硅油或其他有機物，經(jīng)久耐用。MEAS采用獨有的微熔技術，引進航空應用科技，利用高溫玻璃將微加工硅壓敏電阻應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、機械疲勞和介質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)微機械加工制造工藝過程中出現(xiàn)的P-N結效應現(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構，壓力范圍高達10K Psi或700Bar毫伏或放大輸出，工作溫度范圍寬能適應一年四級的各種氣候。主要應用于普通壓力測量、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 按鈕開關的選擇 按鈕開關是利用按鈕推動傳動機構，使動觸點與靜觸點按通或斷開并實現(xiàn)電路換接的開關。按鈕開關的結構種類很多，可分為普通撳鈕式、蘑菇頭式、自鎖式、自復位式、旋柄式、帶指示燈式、帶燈符號式及鑰匙式等。本設計選用鑰匙式（Y）的按鈕開關。用鑰匙插入旋轉進行操作，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、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 導線選擇銅導線面積等于負載功率千瓦數(shù)乘以0.65，得數(shù)小于或等于導線實際截面的就選其值大一級的導線，鋁線在算出銅線結果的基礎上粗一級。導線規(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，本設計中，1個300W的LED顯示屏，銅導線的截面面積=0. 3X0.65=0.195,取最小1.5 mm2。鋁導線取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，異步脫機顯示，所以可以選用科泰室內(nèi)5雙基色LED顯示屏。程序設計6.1課

21、題內(nèi)容1.入庫車輛前進時，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設計一個由兩位數(shù)碼管及相應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”前進操作10005- =“0”后退操作課題要求：1

22、根據(jù)題意設計顯示電路圖，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)調試，實現(xiàn)控制要求。5. 完成課程設計說明書。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#都完成脈沖后進行相應計數(shù)動作；7.傳感器1#和傳感器2#都沒有信號時進行小復位動作；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6.4 梯形圖總 結 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，采用先進的、科學的、合理的設計方法，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)，通過信息顯示牌向尋找停車場的駕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)的計算機化的科學管理。本設計中實現(xiàn)的雙道閘自動抬、落(出口、人口均安裝道閘)控制車輛自動進出；將交通系統(tǒng)中的車輛監(jiān)