小區(qū)車輛進(jìn)出智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目 錄TOC o 1-3 h u 摘 要隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長以及汽車價(jià)格的下降，私家車的擁有量逐步攀升，這無疑會(huì)給小區(qū)的交通進(jìn)出管理帶來更多的工作量，往往造成高峰期出入口堵塞現(xiàn)象。在此時(shí)用傳統(tǒng)的道閘和近距離識(shí)別產(chǎn)品往往會(huì)增加堵塞現(xiàn)象，而給居民的生活添加不和諧的音符。隨著科學(xué)和信息技術(shù)的發(fā)展，許多智能化、信息化的設(shè)備進(jìn)入到小區(qū)的管理當(dāng)中，提高了小區(qū)車輛進(jìn)出的效率?；赑LC的小區(qū)車輛進(jìn)出系統(tǒng)通過IC卡進(jìn)行車輛的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)出入。IC卡采用先進(jìn)的RFID射頻技術(shù)，當(dāng)

2、車輛進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)時(shí)，通過系統(tǒng)識(shí)別程序進(jìn)行比較自動(dòng)放行。同時(shí)通過PLC小區(qū)控制中心可以控制車輛的進(jìn)入，為訪客車輛的通過提高了效率減少了等待時(shí)間。充分發(fā)揮了小區(qū)智能化管理，使小區(qū)車輛出入管理的更加高效。關(guān)鍵詞：可編程控制器，車輛管理系統(tǒng)，自動(dòng)控制AbstractWith the rapid development of the economic and the decline in car prices, the ownership of private cars increased dramatically and there is no doubt that this will bring

3、more work to residential traffic. This will often cause road jams. At this time with a traditional solution, such as Barrier and into the distance to identify the product will no doubt increase the clogging and to society caused by the notes of discord. With the development of computer and informati

4、on technology, many intelligent devices come into the management of district ,is more efficiency than before .and many residential parking management system has some limitations.The vehicle detection system based on PLC cell vehicles entering and leaving through the IC card without stopping the auto

5、matic access. IC card uses advanced RFID radio frequency technology, when vehicles from entering the work area of the system, comparing the cars and release them by identification procedures. It can control the vehicle through PLC district control center . improve efficiency and reduce the waiting t

6、ime for visitors vehicles. Give full play to the intelligent management, so that residential vehicle access management would be more efficient.Keywords:PLC, vehicle management systems, automatic control 1 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)大量的使用自動(dòng)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(jìn)一步的促進(jìn)了生產(chǎn)力快速發(fā)展，并不斷的豐

7、富著人們的生活。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長居民生活水平的提高，許多地方尤其是大型城市私家車擁有數(shù)量急劇增加。并且不斷呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，不僅增加了小區(qū)車輛進(jìn)出管理的工作量，也帶來個(gè)一些交通問題。與此同時(shí)許多小區(qū)的管理系統(tǒng)確實(shí)存在著一定的局限性，因此小區(qū)車輛進(jìn)出管理越來越收到大眾的關(guān)注1。早期的自動(dòng)控制系統(tǒng)是依靠繼電-接觸器來實(shí)現(xiàn)的，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)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(diǎn)的開關(guān)動(dòng)作，工作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。1969年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controlle

8、r），其特點(diǎn)是：具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)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(jià)化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，形成工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Field bus Control System)，這將使PLC的功能更強(qiáng)，可靠性更高，使用更方便，適用范圍更廣隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，智能小區(qū)車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)逐漸進(jìn)入到各個(gè)小區(qū)的車輛進(jìn)出管理之中。許多智能化、自動(dòng)化的設(shè)備進(jìn)入到小區(qū)

9、車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)之中，解決了一定的交通問題的同時(shí)也提高了小區(qū)出入口進(jìn)出效率。可編程控制器以其實(shí)時(shí)性、高可靠性和簡(jiǎn)單靈活的系統(tǒng)配置的特點(diǎn)不斷應(yīng)用到小區(qū)進(jìn)出系統(tǒng)的控制系統(tǒng)之中。從一定程度上解決了車輛出入的擁堵現(xiàn)象，提高了小區(qū)的交通流暢性，提高了居民生活質(zhì)量2。1.2 主要研究?jī)?nèi)容本文旨在研究設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單、實(shí)用、穩(wěn)定的小區(qū)車輛進(jìn)出系統(tǒng)，希望在易操作性，穩(wěn)定性方面具有一定的特色，同時(shí)具有一定的擴(kuò)展性，方便以后的改進(jìn)和完善。選用實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的PLC來完成此系統(tǒng)的功能，可以滿足小區(qū)車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)的功能需求。針對(duì)上下班高峰期車輛擁堵現(xiàn)象，并結(jié)合小區(qū)的實(shí)際情況，應(yīng)用非接觸式IC卡實(shí)現(xiàn)不停

10、車自動(dòng)進(jìn)出小區(qū)。避免了訪客車輛長時(shí)間停留造成出入口擁堵的問題。從而提高了小區(qū)車輛進(jìn)出系統(tǒng)的人性化程度。本文是基于PLC的小區(qū)車輛進(jìn)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用PLC作為主控系統(tǒng)，通過對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)控制自動(dòng)道閘的直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)以及調(diào)速來驅(qū)動(dòng)道閘的升起和降落，達(dá)到對(duì)出入口車輛的放行和禁止?？梢员ＷC系統(tǒng)高效、方便、穩(wěn)定的運(yùn)行。1.3小區(qū)車輛管理系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車已經(jīng)成為普及的交通工具，如何才能實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行之有效的管理成為一個(gè)難題，而使高效化、智能化的車輛管理系統(tǒng)進(jìn)入大眾化的小區(qū)是本課題的研究方向，主要通過智能化管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)包括入口設(shè)備、出口設(shè)備、

11、收銀管理設(shè)備、圖像對(duì)比設(shè)備和可選的車庫指示設(shè)備。入口設(shè)備負(fù)責(zé)控制內(nèi)部月卡車輛及臨時(shí)車輛的進(jìn)場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)無人值守；出口設(shè)備負(fù)責(zé)控制內(nèi)部月卡車輛的出場(chǎng)；收銀管理設(shè)備對(duì)臨時(shí)車輛進(jìn)行收費(fèi)，并且可以用來發(fā)行月卡、設(shè)定收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)或打印統(tǒng)計(jì)報(bào)表等；圖像對(duì)比設(shè)備將每輛車的進(jìn)出圖像實(shí)時(shí)顯示在管理計(jì)算機(jī)屏幕上，并保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)，方便將來查證；車庫指示系統(tǒng)用于大型分區(qū)或分層停車場(chǎng)，可以在車場(chǎng)入口處實(shí)時(shí)顯示各區(qū)或各層的車位使用情況。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的智能化管理系統(tǒng)：是一種高性能、高穩(wěn)定性的車輛管理與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。主要用于既有固定月租車輛，又有臨時(shí)車輛的收費(fèi)型停車場(chǎng)。月租車輛用非接觸感應(yīng)卡管理，進(jìn)出讀卡，一卡一車，快捷、方便、安全，可

12、與“一卡通”系統(tǒng)集成；臨時(shí)車輛用一次性條形碼紙票管理，一車一票，衛(wèi)生安全、計(jì)費(fèi)直觀有效，且成本低廉。出口計(jì)費(fèi)系統(tǒng)采用“傻瓜”式操作的POS收銀系統(tǒng)，輕松應(yīng)付大車流量；計(jì)算機(jī)管理軟件為管理者提供實(shí)用詳盡的監(jiān)控管理功能，使管理人員不用理會(huì)系統(tǒng)硬件的具體操作，只是簡(jiǎn)單地設(shè)置或查詢相關(guān)車輛數(shù)據(jù)即可。模塊化的配置結(jié)構(gòu)可適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境，如：雙車道、單車道、出入口分離、出入口一體等。先進(jìn)的工作流程使系統(tǒng)各部分能夠單獨(dú)運(yùn)行，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的可布線程度靈活的決定聯(lián)網(wǎng)或脫機(jī)的工作方式，而系統(tǒng)的基本功能不受影響。使用PLC技術(shù)設(shè)計(jì)并應(yīng)用的小區(qū)車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)相當(dāng)樂觀，市場(chǎng)需求大，設(shè)備要求高，這很

13、利于國內(nèi)各企業(yè)的發(fā)展，大家共同努力設(shè)計(jì)制造出成本低、功能全、受廣大使用者關(guān)注的新型小區(qū)車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了西門子S7-200系列的PLC。1.4 PLC的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工控機(jī)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的最佳配套產(chǎn)品，而工業(yè)可編程序控制器(PLC)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 PLC的定義有許多種，從結(jié)構(gòu)上，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板

14、、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 一、我國工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展 20世紀(jì)40年代末50年代初，我國的流程工業(yè)規(guī)模很小，設(shè)備陳舊，必要的調(diào)節(jié)主要靠最簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x表由人工操作運(yùn)行。50年代末60年代初，我國研制生產(chǎn)的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等，基本上能顯示過程狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)意圖，最終命令執(zhí)行器完成對(duì)工藝流程的調(diào)節(jié)要求。70年代初，我國自行研制的工控機(jī)開始應(yīng)用于工業(yè)過程控制，它部分地取代了原來控制室內(nèi)的儀表。但由于受當(dāng)時(shí)電子器件性能的限制，工控機(jī)本身的可靠性遠(yuǎn)不如現(xiàn)在，工控

15、機(jī)帶來的控制集中引起“危險(xiǎn)”集中。70年代末，分散型控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)入工控領(lǐng)域，解決了“危險(xiǎn)”集中的問題，還解決了一些復(fù)雜的控制。DCS可建立通信網(wǎng)絡(luò)，為大工廠生產(chǎn)帶來許多方便，但其價(jià)格一直居高不下。80年代初，適應(yīng)性較強(qiáng)的總線型工控機(jī)(STD)應(yīng)運(yùn)而生，STD總線技術(shù)的推廣和應(yīng)用，使工控機(jī)的功能更加強(qiáng)化。 二、工業(yè)可編程序控制器(PLC)發(fā)展趨勢(shì) PLC作為工控機(jī)的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場(chǎng)份額的5

16、0%，PLC將在工控機(jī)市場(chǎng)中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢(shì)頭。 PLC在60年代末引入我國時(shí)，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進(jìn)產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面： 1、微型、小型PLC功能明顯增強(qiáng) 很多有名的PLC廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的PLC。僅大于信用卡幾個(gè)毫米，而功能卻有所增強(qiáng)，使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè)，

17、如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂場(chǎng)所和商業(yè)部門。 2、集成化發(fā)展趨勢(shì)增強(qiáng) 由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使PLC向集成化方向發(fā)展，PLC與PC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成等，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化，尤其是以PC為基的控制產(chǎn)品增長率最快。PLC與PC集成，即將計(jì)算機(jī)、PLC及操作人員的人機(jī)接口結(jié)合在一起，使PLC能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，而計(jì)算機(jī)能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機(jī)為基的控制容易編程和維護(hù)用戶的利益，開放的體系結(jié)構(gòu)提供靈活性，最終降低成本和提高生產(chǎn)率。 3、向開放性轉(zhuǎn)變 PLC曾存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封

18、閉而不是開放的，絕大多數(shù)的PLC是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)不一致，使各種PLC互不兼容。國際電工協(xié)會(huì)(IEC)在1992年頒布了IEC1131-3可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)，為各PLC廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路?，F(xiàn)在開發(fā)以PC為基、在windows平臺(tái)下，符合IEC1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC正在規(guī)劃中。 三、PLC主要廠家及產(chǎn)品介紹 在全球PLC制造商中，根據(jù)美國ARC調(diào)查，世界PLC領(lǐng)導(dǎo)廠家的五霸分別為siemens(西門子)公司、allen-bradley(a-b)公司、schneider(施耐德)公司、mits

19、ubishi(三菱)公司、omrom(歐姆龍)公司，他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。 我國的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)；中型PLC已有產(chǎn)品；大型PLC已開始研制。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率不超過10%，主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計(jì)算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動(dòng)化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所和江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司等。國內(nèi)產(chǎn)品在價(jià)格上占有明顯的優(yōu)勢(shì)。 隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)界面技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)日新月異，各種產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。PLC也由最初的只能處理開關(guān)量而

20、發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù)，加之與DCS、PID調(diào)節(jié)器、工業(yè)PC等技術(shù)相結(jié)合，使之不再是一種簡(jiǎn)單的控制設(shè)備，而且必將隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)對(duì)小區(qū)車輛進(jìn)出系統(tǒng)進(jìn)行前期規(guī)劃，詳細(xì)了解本系統(tǒng)可能需要的輸入輸出設(shè)備。主要包括設(shè)計(jì)主要設(shè)備部件的動(dòng)作順序、動(dòng)作原理、必要的保護(hù)和連鎖，對(duì)系統(tǒng)要求哪些工作方式進(jìn)行選擇，電機(jī)、電氣開關(guān)以及各系統(tǒng)之間的關(guān)系，通過參閱相關(guān)的文獻(xiàn)材料如設(shè)計(jì)圖、原理圖和繼電器電路圖等對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，并基本完成前期的方案準(zhǔn)備工作3。車輛進(jìn)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要

21、是對(duì)人機(jī)接口和通信方面的設(shè)計(jì)?？梢杂糜?jì)算機(jī)作為人機(jī)接口，普通的臺(tái)式機(jī)價(jià)格比較便宜，對(duì)工作環(huán)境要求較高，通常放在小區(qū)控制中心使用。通信方式的選擇需要考慮網(wǎng)絡(luò)允許的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)中單位時(shí)間可能的最大信息流量，并留有一定余地。詳細(xì)了解系統(tǒng)中應(yīng)用的被控對(duì)象的基本功能，輸入信號(hào)與PLC控制系統(tǒng)的兼容性，并掌握PLC驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)的基本運(yùn)行方式。圖2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)流程圖2.2 指導(dǎo)思想車輛出入管理系統(tǒng)作為一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，其方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循實(shí)用、安全、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、可靠、可擴(kuò)充原則，在確保系統(tǒng)性能有效、穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)先進(jìn)性的同時(shí)，在滿足小區(qū)安全防范級(jí)別的要求前提下，盡量降低系統(tǒng)造價(jià)

22、，以達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。充分考慮用戶實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)選用功能和適合現(xiàn)場(chǎng)情況、符合用戶要求的系統(tǒng)配置方案，通過嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實(shí)現(xiàn)真正的資源共享。如圖2.2所示為小區(qū)車輛進(jìn)出控制流程圖。初始化等待等待1#入口地感線圈1#出口地感線圈讀卡讀卡有卡？有效？有卡？臨時(shí)卡道閘打開道閘打開2#出口地感線圈2#入口地感線圈道閘關(guān)閉道閘關(guān)閉結(jié)束控制器記錄車輛信息長期卡？臨時(shí)卡控制器比對(duì)車輛信息有車位？計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1計(jì)數(shù)器自動(dòng)減1圖2.2 小區(qū)車輛進(jìn)出控制流程圖2.3 設(shè)計(jì)原理小區(qū)車輛進(jìn)出系統(tǒng)是基于PLC的控制系統(tǒng)。PLC通過接受各個(gè)設(shè)備的輸入信號(hào)從而控制自動(dòng)道閘的升降達(dá)到

23、進(jìn)出系統(tǒng)的自動(dòng)控制，輸入設(shè)備主要包含地感線圈、發(fā)卡系統(tǒng)和自動(dòng)防砸系統(tǒng)等。各個(gè)輸入系統(tǒng)通過自己的運(yùn)行向PLC發(fā)出開關(guān)信號(hào)，PLC依據(jù)接收的車輛信號(hào)來進(jìn)行各部分的處理。輸出部分主要是控制自動(dòng)道閘的電動(dòng)機(jī)，PLC通過對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)控制自動(dòng)道閘的直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)以及調(diào)速來驅(qū)動(dòng)道閘的升起和降落，達(dá)到對(duì)出入口車輛的放行和禁止。在車輛進(jìn)出系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)中，采用了當(dāng)前較為先進(jìn)的RFID技術(shù)，通過遠(yuǎn)距離的讀取識(shí)別電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)小區(qū)業(yè)主的自動(dòng)放行。這種非接觸式的IC卡，在應(yīng)用RFID技術(shù)的同時(shí)，融合了圖像對(duì)比管理、字符疊加等先進(jìn)技術(shù)，此種智能化系統(tǒng)主要由自動(dòng)道閘、遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)、系統(tǒng)控制主機(jī)、控制軟件

24、等部分組成，使小區(qū)車輛進(jìn)出控制系統(tǒng)不斷走向高度智能化和自動(dòng)化管理。2.4 RFID 技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)RFID 射頻識(shí)別技術(shù)和傳統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)相比，特別是與現(xiàn)在主流的條形碼技術(shù)進(jìn)行比較，它具有以下七大優(yōu)勢(shì)： 1. 快速掃描 條形碼一次只能掃描一個(gè)條形碼；而RFID 射頻識(shí)別技術(shù)支持批量處理，RFID 閱讀器可以同時(shí)處理200 個(gè)以上的標(biāo)簽。 2. 體積小型化、形狀多樣化 RFID 在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外，RFID 標(biāo)簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。 3. 抗污染能力和耐久性 傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張，因此容易受到污染，但

25、RFID 對(duì)水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性。此外，由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上，所以特別容易受到折損；RFID 標(biāo)簽是將數(shù)據(jù)保存在芯片中，因此可以免受污損。 4. 可重復(fù)使用 現(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無法更改，RFID 標(biāo)簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除RFID 卷標(biāo)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。 5. 穿透性和無屏障閱讀 在被覆蓋的情況下，RFID 能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)， 并能夠進(jìn)行穿透性通信。而條形碼掃描機(jī)必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下， 才可以辨讀條形碼。 6. 數(shù)據(jù)的記憶容量大 一維條形碼的容量是50Bytes，二維條形碼最大的容量可存儲(chǔ)2

26、000 至3000Bytes，RFID 最大的容量則有數(shù)MB。隨著記憶載體的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量也有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。未來物品所需攜帶的資料量會(huì)越來越大，對(duì)標(biāo)簽所能擴(kuò)充容量的需求也相應(yīng)增加。 7. 安全性 由于RFID 承載的是電子式信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護(hù)，使其內(nèi)容不易被偽造及編造。近年來，RFID 因其所具備的遠(yuǎn)距離讀取、高儲(chǔ)存量等特性而備受矚目。它不僅可以幫助一個(gè)企業(yè)大幅提高貨物、信息管理的效率，還可以讓銷售企業(yè)和制造企業(yè)互聯(lián)，從而更加準(zhǔn)確地接受反饋信息，控制需求信息，優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈。 2.4.1RFID 技術(shù)發(fā)展存在的問題RFID 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的，并且已經(jīng)有不少企業(yè)在使用這項(xiàng)技術(shù)

27、，但是在應(yīng)用過程中依然存在一些瓶頸問題。（1）技術(shù)不成熟RFID 是個(gè)充滿希望的行業(yè)，但它的推廣需要下面每一步的堅(jiān)定與成熟：標(biāo)準(zhǔn)的制訂、芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、天線設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、芯片封裝技術(shù)、讀寫設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)、系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)管理軟件平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等。最具潛力的UHF 頻段市場(chǎng)上能支持的設(shè)備并不多，射頻識(shí)別訊號(hào)容易被物體所阻斷，這些都是技術(shù)上的挑戰(zhàn)。（2）成本居高不下僅 RFID 標(biāo)簽一項(xiàng)的成本就達(dá)到十幾元人民幣，而條形碼標(biāo)簽的單位成本只有2 美分。目前全球RFID 標(biāo)簽的年需求量大約是1000 萬片，而只有需求量超過50 億片后，價(jià)格才能降到2 美分。沃爾瑪?shù)腞FID 技術(shù)合作商Tag

28、-istics 公司總裁克里斯多夫介紹說，一套R(shí)FID 系統(tǒng)在美國定價(jià)（包括項(xiàng)目實(shí)施）一般在250 萬美元左右，大型系統(tǒng)還要高得多。中鐵快運(yùn)這幾年不斷測(cè)試RFID 系統(tǒng)的效果，并將其小范圍試點(diǎn)， 最終發(fā)現(xiàn)投入太大，作為一個(gè)企業(yè)無法單獨(dú)承擔(dān)這部分的投入。中鐵快運(yùn)一位負(fù)責(zé)人抱怨，從北京到上海，一個(gè)10 萬件貨物總體運(yùn)輸應(yīng)用RFID 的解決方案的投資要超過1 千萬，這是極不劃算的。（3）RFID 標(biāo)簽識(shí)別率不夠由于金屬和液體對(duì)空間電磁波的吸收，使得RFID 在這類商品上的識(shí)別遇到困難。哪怕是99.99%的識(shí)別率，都不會(huì)有任何一家商場(chǎng)或超市貿(mào)然引入RFID 系統(tǒng)。提高RFID 標(biāo)簽的識(shí)別率，成為技術(shù)上

29、需要解決的緊迫問題。目前國外在提高識(shí)別率方面做了許多努力，提出了無芯片標(biāo)簽技術(shù)，聲表面波（SAW）技術(shù)，納米技術(shù)，基因技術(shù)和導(dǎo)電墨水技術(shù)。某些技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)可以在特定應(yīng)用領(lǐng)域提高識(shí)別率， 但仍未達(dá)到100%的識(shí)別率。也有其他廠商提出從工程上來提高RFID 系統(tǒng)的識(shí)別率， 比如不同的應(yīng)用采用不同頻段的標(biāo)簽，比如多次讀取RFID 標(biāo)簽等。在技術(shù)上存在缺陷時(shí)，工程上的解決方案可以很大程度上提高系統(tǒng)識(shí)別率。（4）數(shù)據(jù)安全性有待增強(qiáng)RFID 產(chǎn)業(yè)化受阻的另一個(gè)因素是歐美國家人們對(duì)安全性及個(gè)人隱私的考慮。目前的RFID 技術(shù)要想在對(duì)信息有保密要求的領(lǐng)域展開應(yīng)用還存在一定障礙，因?yàn)楫?dāng)前廣泛使用的無源R

30、FID 系統(tǒng)并沒有可靠安全機(jī)制，無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行很好的保姆。如果電子標(biāo)簽中的信息被竊取，復(fù)制并被非法使用的話，將會(huì)帶來無法估量的損失。解決安全性的途徑是設(shè)計(jì)更復(fù)雜的微處理器以及更大容量的內(nèi)存，這樣就可以進(jìn)行更復(fù)雜的加密算法以防止數(shù)據(jù)的非法竊取。如何在不增加太多成本的同時(shí)提高電子標(biāo)簽的安全性是一個(gè)有待進(jìn)一步研究的問題。同時(shí)，RFID 的使用受到了許多人權(quán)組織和個(gè)人的反對(duì)，他們示威甚至試圖通過制訂法律來阻止RFID 產(chǎn)品的使用。目前各大RFID 廠商正努力尋找解決之道，他們希望通過使電子標(biāo)簽在商品銷售到消費(fèi)者手中后自動(dòng)失效或者通過增加加密手段來保護(hù)個(gè)人隱私。Inside Contactless 公司

31、推出的RFID 芯片加入了加密算法，這些加密算法中，簡(jiǎn)單的采用普通的邏輯電路實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的則通過嵌入式的RISC 微處理器來完成。加入了微處理器的RFID 芯片，片內(nèi)還加入了RAM 和ROM。這些措施保證了標(biāo)簽芯片能夠與閱讀器進(jìn)行多重認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的加密算法。（5）沒有統(tǒng)一的RFID 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化是廣泛獲得市場(chǎng)接受的必要措施，但RFID 讀寫器與標(biāo)簽的技術(shù)仍未見統(tǒng)一，不同制造商所使用的通訊協(xié)議、運(yùn)作的頻率、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式等均不相同。兩大現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)日本UID 和歐美的EPC 采用的頻率不同。標(biāo)準(zhǔn)不一，將影響RFID 的市場(chǎng)前景和應(yīng)用范圍。為此，解決標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的措施來自兩個(gè)層面，一方面要盡快制定統(tǒng)一的標(biāo)

32、準(zhǔn)；另一方面在不損害既得利益集團(tuán)利益的前提下，可以開展多協(xié)議、多頻點(diǎn)讀寫器的研究和開發(fā)。2.5 設(shè)計(jì)原則本系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以多用途、易擴(kuò)展、簡(jiǎn)捷實(shí)用為目標(biāo)，以小區(qū)進(jìn)出車輛功能需求為主設(shè)計(jì)。同時(shí)設(shè)計(jì)過程應(yīng)遵循以下原則：(1)實(shí)用性當(dāng)今科技發(fā)展迅速，技術(shù)和產(chǎn)品可謂層出不窮，工程中選用的系統(tǒng)和產(chǎn)品都應(yīng)能使用戶得到實(shí)實(shí)在在的受益，并滿足近期使用和遠(yuǎn)期發(fā)展的需要。在多種實(shí)現(xiàn)途徑中，選擇最經(jīng)濟(jì)可行的途徑。（2）先進(jìn)性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選用在投入使用時(shí)應(yīng)具有一定的技術(shù)先進(jìn)性，但不盲目追求尚不成熟的新技術(shù)或不實(shí)用的新功能，以充分保護(hù)用戶的投資。（3）可靠性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，能確

33、保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的功能。（4）可行性以現(xiàn)有成熟的產(chǎn)品為對(duì)象設(shè)計(jì)，同時(shí)還考慮到環(huán)境的現(xiàn)狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并考慮用戶管理的要求，使設(shè)計(jì)的方案現(xiàn)實(shí)可行。（5）安全性采取必要的措施保障各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全。設(shè)計(jì)充分考慮到防盜和防止人為破壞。（6）易操作性系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，系統(tǒng)及其功能的配置以能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷為準(zhǔn)則，其操作應(yīng)簡(jiǎn)便易學(xué)，而絕不能因“智能”而給用戶帶來不便，甚至煩惱。（7）針對(duì)性系統(tǒng)的設(shè)置并非千篇一律的，而應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，如工程規(guī)模、配套設(shè)施、市場(chǎng)定位、用戶對(duì)象、管理要求、規(guī)劃及平面布局等等因素，作出有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。（8）可

34、擴(kuò)充性系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到今后技術(shù)的發(fā)展和使用的需要，具有更新、擴(kuò)充和升級(jí)的可能。總之，從設(shè)計(jì)上來說，主要考慮到：1、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用；2、物業(yè)管理便利；3、用戶使用便利；4、提升整個(gè)建筑群形象；5、保護(hù)建筑群和周邊環(huán)境，如減少車輛不必要的行駛，從而減少廢氣排放、噪音污染等；2.6 小區(qū)出入口車輛性質(zhì)劃分將可能的進(jìn)出車輛的性質(zhì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，大致分類如下：用戶性質(zhì)具體分類備注固定停車用戶開發(fā)商和物業(yè)管理公司自用車輛住戶或者是租戶的車輛臨時(shí)停車用戶來訪的外來車輛包括到物業(yè)管理部門辦事的車輛因到周邊場(chǎng)所辦事而須停車車輛特種車輛包括垃圾車、消防車、警車等等由以上分析，我們可以知道固定停車用戶和臨時(shí)停車用戶的特性如

35、下：固定停車用戶特性：這些車輛一般每天都需要在小區(qū)內(nèi)停車，并且進(jìn)出次數(shù)會(huì)比較頻繁或停車時(shí)間比較長；而且其變動(dòng)性不會(huì)太大，我們稱這類停車用戶為固定停車用戶。臨時(shí)停車用戶特性：這些車輛的性質(zhì)決定了他們來得次數(shù)不會(huì)多，可能是偶爾來一次，而且每次停車的時(shí)間不會(huì)太長，因此統(tǒng)稱為臨時(shí)停車用戶。2.7 主要結(jié)構(gòu)機(jī)箱：結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)牢固，做防雨水、防振動(dòng)和噴濺水保護(hù)，可用特制鑰匙方便地打開道閘機(jī)箱門，方便對(duì)道閘的安裝及日后的維護(hù)，特別設(shè)計(jì)一套卸荷裝置，以防止外力損壞，色彩鮮明的國際標(biāo)準(zhǔn)化外形設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的警示作用。電動(dòng)機(jī)：采用合資智能道閘專用直流電動(dòng)機(jī)，具備開、關(guān)、?？刂乒δ埽硗膺€具備電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出功能，便于控制

36、系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況加以檢測(cè)和監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)力學(xué)平衡原理，閘桿在水平垂直狀態(tài)變化過程中，力矩的變化曲線，設(shè)計(jì)平衡彈簧的平衡力矩。平衡力臂相應(yīng)變化。確保了閘桿在任意狀態(tài)，保持平衡電機(jī)最輕負(fù)荷，負(fù)載電流平穩(wěn)，增加了電機(jī)使用壽命。傳動(dòng)部分：根據(jù)力學(xué)平衡原理，閘桿在水平垂直狀態(tài)變化過程中，力矩的變化曲線，設(shè)計(jì)平衡彈簧的平衡力矩。平衡力臂相應(yīng)變化。確保了閘桿在任意狀態(tài)，保持平衡電機(jī)最輕負(fù)荷，負(fù)載電流平穩(wěn)，增加了電機(jī)使用壽命。離合器：電動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式，將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)減速，從而驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在停電時(shí)，方便采用搖桿控制閘桿的起落。電子控制部分：以限位開關(guān)定位控制，全電路采用無觸點(diǎn)控制，具備多種接口控制方

37、式，按鈕開關(guān)、紅外或無線遙控、電腦監(jiān)控，以弱電控制強(qiáng)電，內(nèi)置微電腦處理芯片，具備智能邏輯控制處理功能。2.8 系統(tǒng)的基本功能固定車輛全自動(dòng)化管理，臨時(shí)車輛半自動(dòng)化管理，減少車輛通行時(shí)間，為車主爭(zhēng)取時(shí)間，智能化管理。智能自動(dòng)道閘安裝在小區(qū)大門的出入口處，由箱體、電動(dòng)機(jī)、離合器、機(jī)械傳動(dòng)部分、欄桿、電子控制等部分組成，集磁、電、機(jī)械控制于一體的機(jī)電一體化。、特別設(shè)計(jì)雙重自鎖，外力不能改變閘桿的停止位置卸荷裝置，以防止外力損壞。、具有軟啟動(dòng)功能及過流、過熱保護(hù)，有效保護(hù)道閘的核心部位電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。、增設(shè)緊急手動(dòng)裝置，以防止意外事件的發(fā)生，全部自動(dòng)化裝置安全、有效。、減少工作人員，效率高。、特別設(shè)計(jì)

38、一套平衡機(jī)構(gòu)，確保運(yùn)行輕快、平穩(wěn)、輸入功率小。、可與警方報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，有效打擊違法車輛，協(xié)助社會(huì)治安管理。、有防抬桿、全卸荷、光電控制、帶準(zhǔn)確平衡系統(tǒng)的高品質(zhì)擋車道閘。、色彩鮮明的國際標(biāo)準(zhǔn)化外形設(shè)計(jì)，較強(qiáng)的警示作用。、砸車裝置可保證無論是進(jìn)場(chǎng)車輛或發(fā)生倒車的車輛，只要在閘桿下停留，閘桿就不會(huì)落下，安全可靠。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2.3所示圖2.3系統(tǒng)總體圖Fig 2.3 The overall system diagram1）全自動(dòng)擋車道閘、特別設(shè)計(jì)一套卸荷裝置，以防止外力損壞；、行程控制機(jī)械行程開關(guān)，車輛進(jìn)出全智能邏輯自鎖控制，嚴(yán)密控制持卡者進(jìn)、出場(chǎng)的行為符合“一卡一車”的要求。、特別設(shè)計(jì)一套

39、平衡機(jī)構(gòu)，確保運(yùn)行輕快、平穩(wěn)、輸入功率??；、增設(shè)緊急手動(dòng)裝置，以防止意外事件的發(fā)生；、增設(shè)一套防砸車控制系統(tǒng)，全電路無觸點(diǎn)控制系統(tǒng)，確保車輛安全；2）電腦負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和管理。采用工控機(jī)，性能穩(wěn)定，容易擴(kuò)容。大容量?jī)?nèi)存和超大容量硬盤，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量達(dá)3年以上，采用Intel CPU 2.0GHZ 以上，使系統(tǒng)快速處理數(shù)據(jù)。3 車輛進(jìn)出管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC及其硬件選型在確定此系統(tǒng)的PLC型號(hào)時(shí)，通過對(duì)主要硬件功能、指令系統(tǒng)功能、物理結(jié)構(gòu)的選擇以及需要的I/O點(diǎn)數(shù)來對(duì)PLC進(jìn)行選型。PLC最大開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)必須滿足系統(tǒng)的要求，與此同時(shí)必須確定哪些信號(hào)需要輸入給PLC，與其他硬件連

40、接時(shí)需不需要信號(hào)轉(zhuǎn)換，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動(dòng)，是開關(guān)量還是模擬量，直流還是交流，并考慮是否有特殊要求本系統(tǒng)由于在小區(qū)車輛出入口由控制中心和居民住宅電話控制需要考慮使用遠(yuǎn)程I/O。1.可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以講可編程序控制器分為整體式和結(jié)構(gòu)式，整體式每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)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(kuò)展比較方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)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(wù)，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(fù)雜的、要

41、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(yīng)、高速計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)控制特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的PLC，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)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(qiáng)，內(nèi)部編程元件（如輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)時(shí)器）是個(gè)數(shù)越來越多，任何一種PLC都可以滿足開關(guān)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(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)控制等工作，PLC應(yīng)有算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時(shí)甚至要求有開平方、對(duì)數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算等功能。S7系列的PLC提高提供了豐富的接口模塊，可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用滿足的模塊。數(shù)字量擴(kuò)展模塊是

42、為了解決本機(jī)集成的數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)不能滿足需要而使用的擴(kuò)展模塊。S7-200 PLC目前總共可以提供大類，共種數(shù)字量輸入輸出模塊；模擬量擴(kuò)展模塊提供了模擬量輸入和模擬量輸出功能。S7-200的模擬量擴(kuò)展模塊具有較大的適應(yīng)性、可以直接與傳感器相連，有很大的靈活性并且安裝方便；S7-200系列PLC除了CPU226本機(jī)集成了二個(gè)通訊口以外，其它均在其內(nèi)部集成了一個(gè)通訊口，通訊口采用了RS-485總線。除此以外各PLC還可以接入通訊模塊，以擴(kuò)大其接口的數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力；S7-200 PLC的配置就是由S7-200 CPU和這些擴(kuò)展模塊構(gòu)成的。3PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的確定確定I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)確地計(jì)算出

43、被控制設(shè)備對(duì)PLC輸入或者輸出點(diǎn)數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10%-20%的裕量，以備今后對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)和擴(kuò)充時(shí)使用。整體式PLC的基本單元、擴(kuò)充單元的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)的比例較大，可選擇只有輸入點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊。 3.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原

44、則設(shè)計(jì)。PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比：1、可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小。2、在需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器及計(jì)數(shù)繼電器的場(chǎng)合，PLC 無需增加硬設(shè)備。3、隨著要求的變更PLC對(duì)程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。4、具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可附加高性能模塊對(duì)模擬量進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能。PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比：1、PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對(duì)于有繼電器系統(tǒng)方面知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的人來說，尤其是現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員，學(xué)習(xí)起來十分方便。 2、PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制機(jī)是由通用計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，一般由微機(jī)

45、廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點(diǎn)是總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，產(chǎn)品兼容性強(qiáng)。 3、PLC的運(yùn)行方式與工業(yè)控制機(jī)不同，微機(jī)的許多軟件不能直接使用。工業(yè)控制機(jī)可使用通用微機(jī)的各種編程語言，對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。但它要求使用者具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。 PLC結(jié)構(gòu)：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：接收并存儲(chǔ)從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。圖3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)Fig. 3.1 Basic structure of P

46、LC2、存儲(chǔ)器：可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)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(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器，所以又分為用戶存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。3輸入接口電路：輸入輸出信號(hào)有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實(shí)際涉及到的信號(hào)當(dāng)中，開關(guān)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(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常

47、工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)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。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；一部分向外提供給現(xiàn)場(chǎng)傳感器等的工作電源。與微機(jī)等待命令的工作方式不同，PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，CPU從第一條指令開始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段：輸入刷新階段 ：在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其

48、狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)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(huì)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。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(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。輸出刷新階段 ：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，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(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。用戶輸出設(shè)備輸入端子輸

49、入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶輸入設(shè)備寫讀讀輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新一個(gè)掃描周期輸入刷新圖3.2PLC的工作原理Fig3.2 The working principle of PLC由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為IO刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和IO刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”。一般在程序執(zhí)行后進(jìn)行。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新

50、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(yīng)速度。但是由于其對(duì)I/O的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會(huì)造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個(gè)一般PLC都會(huì)采取高速模塊。這對(duì)于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會(huì)造成影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。但對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用

51、一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯總之，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，我們?cè)趯W(xué)習(xí)和使用PLC當(dāng)中都應(yīng)注意。S7-200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外，更在如下方面具有獨(dú)到之處。1.功能強(qiáng)大的指令集指令內(nèi)容包括位邏輯指令、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算指令、PID指令、字符串指令、時(shí)鐘指令，以及和智能模塊配合的專用指令等。2.豐富強(qiáng)大的通訊功能S7-200提供了近10種通訊方式以滿足不同的應(yīng)用需求，從簡(jiǎn)單的S7-200之間的通

52、訊到S7-200通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊，甚至到S7-200通過以太網(wǎng)通訊。在聯(lián)網(wǎng)需要已日益成為必需的今天，強(qiáng)大的通訊無疑會(huì)使S7-200為更多的用戶服務(wù)?？梢哉f，S7-200的通訊功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了小型PLC的整體通訊水平。3.編程軟件的易用性Step7-Micro/WIN32編程軟件為用戶提供了開發(fā)、編輯和監(jiān)控的良好編程環(huán)境。全中文的界面、中文的在線幫助信息、Windows的界面網(wǎng)絡(luò)以及豐富的編程向?qū)?，能使用戶快速進(jìn)入狀態(tài)，得心應(yīng)手。3.3 S7-200的組成原理S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一種小型PLC。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的

53、價(jià)格，已經(jīng)成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器11。S7-200 PLC包含了一個(gè)單獨(dú)的S7-200 CPU和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)?？梢詮膸c(diǎn)上到幾百點(diǎn)。S7-200 PLC可以方便地組成PLC-PLC網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)-PLC網(wǎng)絡(luò)，從而完成規(guī)模更大的工程。S7-200的編程軟件STEP7-Micro/WIN32可以方便地在Windows環(huán)境下對(duì)PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控，使得PLC的編程更加方便、快捷?？梢哉f，S7-200可以完美地滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的要求。S7-200有四種CPU，其性能差異很大。這些性能直接影響到PLC的控制規(guī)模和PLC系統(tǒng)的配置。目

54、前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種。檔次最低的是CPU221，其數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)有點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)有點(diǎn)，是控制規(guī)模最小的PLC。檔次最高的應(yīng)屬CPU226，CPU226集成了24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O?？蛇B接個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248點(diǎn)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。S7-200系列PLC四種CPU的外部結(jié)構(gòu)大體相同，見圖1.3。狀態(tài)指示燈LED顯示CPU所處的工作狀態(tài)指示。存儲(chǔ)卡接口可以扦入存儲(chǔ)卡。通訊接口可以連接RS-485總線的通訊電纜。圖3.3Fig頂部端子蓋下邊為輸出端子和PLC供電電源端子。輸出端子的運(yùn)行

55、狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指示燈亮。底部端子蓋下邊為輸入端子和傳感器電源端子。輸入端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指示燈亮。前蓋下面有運(yùn)行、停止開關(guān)和接口摸塊插座。將開關(guān)撥向停止位置時(shí)，可編程序控制器處于停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)可以對(duì)其編寫程序。將開關(guān)撥向運(yùn)行位置時(shí)，可編程序控制器處于運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)不能對(duì)其編寫程序。將開關(guān)撥向監(jiān)控狀態(tài)，可以運(yùn)行程序，同時(shí)還可以監(jiān)視程序運(yùn)行的狀態(tài)。接口插座用于連接擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展。3.4 硬件管理系統(tǒng)硬件管理系統(tǒng)部分主要包括：進(jìn)出口管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)、IC卡發(fā)卡系統(tǒng)、自動(dòng)防砸系統(tǒng)5等。各部分的設(shè)計(jì)如下

56、所述。3.4.1 進(jìn)出口管理系統(tǒng)小區(qū)進(jìn)出管理中心將IC卡分為長期用戶卡和臨時(shí)用戶卡。小區(qū)居民可以通過向小區(qū)管理中心申請(qǐng)得到長期用戶卡，訪客進(jìn)入小區(qū)時(shí)會(huì)從發(fā)卡機(jī)獲得臨時(shí)卡，當(dāng)離開小區(qū)時(shí)小區(qū)管理中心回收臨時(shí)卡保留出入記錄。出入口通過讀卡器判斷IC卡是否有效，開啟自動(dòng)道閘。長期用戶運(yùn)行方式如圖3.4所示：圖3.4長期用戶運(yùn)行方式Figure 3.4 long-term users operation mode訪客進(jìn)入小區(qū)需要聯(lián)系業(yè)主，在小區(qū)的出入口自動(dòng)道閘前安裝有講裝置，實(shí)現(xiàn)訪客與業(yè)主的對(duì)講。業(yè)主可以通過住宅電話控制自動(dòng)道閘的開啟。這樣，任何外來車輛必須經(jīng)過小區(qū)業(yè)主的允許方可進(jìn)入，有效防止外來車輛進(jìn)

57、入造成的管理混亂，有利于小區(qū)的安全管理。訪客進(jìn)入小區(qū)運(yùn)行方式如圖3.5所示:圖3.5 訪客進(jìn)入運(yùn)行方式Fig. 3.5 the visitor enters operation mode3.4.2 遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)遠(yuǎn)距離定向讀卡器結(jié)合了紅外與射頻通訊特點(diǎn)，互補(bǔ)兩個(gè)不同頻率通道的工作優(yōu)勢(shì)，相互進(jìn)行信息傳遞。射頻是一個(gè)無方向的電磁波，難以準(zhǔn)確定向，但通訊速度快；而紅外具有嚴(yán)格的角度定位，但通訊速度慢；在停車場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中選用某一個(gè)通道通訊難以達(dá)到理想的使用要求。讀卡器發(fā)射60度紅外掃描信號(hào)，紅外信號(hào)是經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)，包含了喚醒編碼、機(jī)器編碼信息；當(dāng)休眠中的遠(yuǎn)距離卡進(jìn)入讀卡器發(fā)送的紅外信號(hào)范圍時(shí)，立即被

58、喚醒工作，發(fā)射射頻電磁波發(fā)送遠(yuǎn)距離卡內(nèi)碼，在發(fā)送卡內(nèi)碼的同時(shí)也將讀卡器機(jī)器碼附帶傳遞給讀卡器；讀卡器接收到卡號(hào)后首先對(duì)機(jī)器碼驗(yàn)證，與該機(jī)身碼相符的為有效卡直接上傳給上位機(jī)，與該機(jī)器碼不符的直接刪除，避免了臨近車道和跟車的串號(hào)干擾。當(dāng)車輛離開小區(qū)時(shí)，小區(qū)進(jìn)出管理系統(tǒng)根據(jù)管理中心發(fā)放的IC卡放行，即車輛在離開時(shí)向讀卡器出示IC卡。讀卡器讀出的IC卡的車輛信息與車輛識(shí)別器識(shí)別出的車輛信息進(jìn)行比對(duì)，如果信息相符并且時(shí)間有效，便可開啟電動(dòng)門放行。當(dāng)車輛進(jìn)入系統(tǒng)工作區(qū)，系統(tǒng)啟動(dòng)識(shí)別程序，遠(yuǎn)程天線尋找有效的小區(qū)機(jī)動(dòng)車輛出入證，天線通過微波通信的方式進(jìn)行車輛牌號(hào)數(shù)據(jù)交換和識(shí)別。當(dāng)IC卡關(guān)聯(lián)的車牌號(hào)與牌號(hào)識(shí)別系

59、統(tǒng)識(shí)別出的車牌號(hào)一致時(shí)，自動(dòng)道閘開啟，系統(tǒng)放行車輛，同時(shí)將車輛進(jìn)、出場(chǎng)照片，時(shí)間等參數(shù)錄入系統(tǒng)。當(dāng)IC卡關(guān)聯(lián)的車牌號(hào)與牌號(hào)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出的車牌號(hào)不一致時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并將存底的車輛資料、車主資料調(diào)出，與出場(chǎng)照片對(duì)比，供值班人員進(jìn)行人工識(shí)別處理，如果是訪客車輛或者特殊情況聯(lián)系小區(qū)內(nèi)業(yè)主發(fā)放訪客的臨時(shí)用戶卡，離開時(shí)收回并做好詳細(xì)的記錄防止造成車輛被盜。休眠中的遠(yuǎn)距離卡紅外信號(hào)掃描范圍遠(yuǎn)距離讀卡器圖3.6遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)原理圖Fig. 3.6 long-distance card reader system principle diagram讀卡器與支架之間傾斜角度為20度左右讀卡器正面向車輛行駛傾斜30

60、度左右圖3.7遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)安裝圖Fig. 3.7 long-distance card reader system installation diagram3.4.3 遠(yuǎn)距離讀卡系統(tǒng)特點(diǎn)穿透性：可穿透任何金屬汽車防爆膜，遠(yuǎn)距離卡放置到車內(nèi)，無需搖窗戶可自動(dòng)識(shí)別感應(yīng)；方向性：采用紅外定位射頻傳輸雙通道模式方式工作，具有嚴(yán)格的方向性和穩(wěn)定性，讀卡區(qū)60度以外絕不讀卡；穩(wěn)定性：應(yīng)用多種環(huán)境傳感技術(shù)，使其可根據(jù)環(huán)境的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)參數(shù)；適應(yīng)性：具有多種工作模式，可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同選擇相應(yīng)的工作模式如：室外工作模式（適用于露天停車場(chǎng)和ETC系統(tǒng)）、室內(nèi)工作模式（適用于地下停車場(chǎng)）等；抗干擾：綜合了