基于PLC控制的自动停车场设计的课程设计...doc

一、前言
随着进口汽车大量涌入和国内汽车工业的不断发展，大中城市的汽车数量剧增，从而引发了停车管理问题。近几年，我国的停车场管理技术不断完善，计算机技术、通信技术、网络技术的发展又促进了停车场管理系统功能的强大。但是，现时某些小型停车场如要运用大量高新技术就会出现资金不足、维护管理不完善的问题，有时考虑也不够全面，所以目前就要解决车辆管理成本高、服务效率低等问题。自动停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后，记录车辆总量，车辆离开时，减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码显示。停车场得规模各不相同，对其进行管理的模式也有不同之处，管理者需要根据自身的条件，选择应用经济、稳定的管理程序，以免选择了高成本的管理系统，本论文旨在设计一个简洁、稳定、实用的停车场管理信息系统，希望在容错性、实用性、易操作性等方面具有自己的特色，并且保持一定的可扩展性，以满足不同停车场的信息管理需求。所以我们用成本低效率高的PLC来做自动停车场系统。本设计是基于PLC的车辆出入库管理系统，使用两个光传感器来监控车辆的进出并完成计数工作，车辆进入时入口传感器使车辆数字加一，车辆外出时出口传感器使车辆数字减一。为了防止意外计数错误，注意控制传感器之间的距离，用程序验证进出车库的是否是车辆，当人通过传感器时不计数；采用逻辑互锁方式，启动加计数则要锁定减计数，产生加计数脉冲时则要锁定减计数脉冲，如此以保证可靠性；及时的进行复位处理，以免车辆在传感器附近作往返运动时错误计数。
关键词：停车场、PLC、传感器

二、 自动停车场控制系统总体概述

1、 系统概述

随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种控制领域渗透，当今的停车场系统已经向智能型自动化的方向转变。先进可靠的自动化系统在停车场控制系统中的作用越来越大。
随着社会的进步和发展，人们的生活方式发生着深刻的变化。城市的交通拥挤便是这种变化引起的现象之一。城市由于车辆的增加造成的交通拥挤甚至混乱给人们的生活带来极大的不便，这种不便迫使人们去寻找高技术的有效手段去解决这种不便。
智能化的自动化控制化停车场就是适应这一时代需求的高技术产物。这不仅可以有效地解决乱停乱放造成的交通混乱，而且可以促进交通设施的正规化建设，也能提高企业、物业管理的档次，同时也尽可能地减少车主失车被盗的忧虑。易于与其它智能化系统组合成更强大的综合性系统，适各种综合方式的高级管理。
自动化停车场控制系统以非接触式卡作为停车场车辆进出的凭证，对车辆进出进行自动控制。通过计算机处理，对停车场车辆出入进行安全管理
本论文设计的自动停车场控制系统，在停车场的出入口设置一套出入口管理设备（一红绿灯和栏杆），使停车场形成一个相对封闭的场所，当车辆达到系统所要求的数目时，指示灯亮，栏杆自动开启，方便快捷地进行着停车场的进出。

2 、 系统设计原则

（1）稳定、可靠原则
该系统需要长期运行，需要连续不间断的日夜运行，因此对系统的稳定性、可靠性要求很高，系统的关键部件应有冗余和备份，一旦系统某部分出现故障，应能很快恢复工作。系统的紧急处理部件可以从容地应付可能发生的各种异常事件，例如断电。
系统的读卡设备可在脱机状态下工作，以确保在遭受“病毒”“黑客”攻击或其他原因系统瘫痪时，读卡设备仍能继续工作。可靠、操作使用和维护方便。

（2）安全性原则
停车场管理是重要的管理工具，内有许多的重要的管理数据，系统必须有相应的安全保障机制，采用多种手段防止各种破坏，以确保系统安全性。

（3）开放性原则
本系统具备良好的开放性，可以把各行业界和市场上各类最好的产品结合起来，构成性能价格比最优的系统框架结构。

（4）扩充性原则
当需要增加新的用户应用时，本系统具有扩充余地，便于扩充、升级。

（5）先进性与实用性相结合的原则
系统所使用的技术及产品既要求具有优越先进性，而且必须是成熟的技术或产品，做到先进性与实用性相结合的原则。

（6）易管理性
系统涉及面广，有时需要对系统进行实时控制和管理。系统管理员在不改变系统正常运行的情况下，具备对系统进行调整的能力。

（7）易维护性
可维护性是当今应用系统成功与否的重要因素，它包含两层含义：故障的易于排除，日常的管理操作简便。

三、 PLC的基本结构和工作原理

1. PLC的硬件结构
可编程控制器主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等组成。PLC硬件结构如图1所示；

2.中央控制处理单元(CPU)
可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。
通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。
3. 存储器
可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。
系统存储器：存放系统管理程序。
用户存储器：存放用户编制的控制程序。
4. 输入接口电路
PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。
接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入

5. 输出接口电路
PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。如图所示：

输出端子有两种接法：
一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。
一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。

6. 电源
PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。
7. 编程器
利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型 和智能型。
8. PLC的软件结构
在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分：
1. 系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。
2. 用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。
9.PLC工作原理
PLC的工作方式：采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
注意：由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。
（1） 工作过程：主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。
1） 内部处理阶段：
在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。
2） 通信服务阶段
在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。
3） 输入处理
输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序的执行阶段。
4） 程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。
5） 输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
（2） PLC的运行方式：
1） 运行工作模式
当处于运行工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。
在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。
注：
PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
2） 停止模式
当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。

四、 车辆出入库管理系统的构成

1. 控制要求
1）. 停车场内车辆少于100辆，指示灯绿灯亮。
2）. 停车场车辆少于100辆时，如果有车，则左栏杆抬起，车进入停车场后，左栏杆落下。
3）. 有车在右侧栏杆，则由栏杆抬起，车驶出后50s栏杆落下。
4）. 停车场内车辆达到100辆时，指示灯红灯亮，左侧栏杆不再抬起
2. 入场/出场控制框图

车位

车位
红绿灯
传感器、
光电开关
打卡
栏杆
总共100个车位

自动停车场平面图

3.传感器的作用
传感器时一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到得信息，按一定规律变换成其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

4.左右栏杆的作用

自动停车场栏杆控制灵活方便，很好的保证了车辆进出入车库时秩序，减少了不必要的麻烦，左右栏杆控制车辆进出入车库，当停车场内车辆少于100时，指示灯绿灯亮，左栏杆自动抬起，车辆进去，进去后，栏杆自动落下。当车辆出时，右栏杆抬起，驶出后，栏杆自动落下。当停车场内车辆少于100时，指示灯红灯亮，栏杆不在抬起。

5. 停车场基本流程
车辆进场：当传感器检测到到有车辆进入，停车场内车辆数少于100辆，此时指示灯绿灯亮，打卡窗口打开，打完卡后，车辆准备进入车场，计数器上显示加1，左栏杆抬起，车辆进入停车场，10秒后左栏杆自动落下。
车辆出场：当传感器检测到有车辆出场时，计数器上显示减1，右栏杆抬起，车辆使出，50秒后，右栏杆落下。
当停车场内车辆多于100时，指示灯红灯亮，左右栏杆都不抬起。

6. I/O 口地址分配

功能
符号
I/O
启动
SB0
X000
停止
SB1
X001
左栏启动开关
SB2
X002
右栏启动开关
SB3
X003
左栏停止上抬
SB4
X004
左栏停止下落
SB5
X005
右栏停止上抬
SB6
X006
右栏停止下落
SB7
X007

I/O输入地址

左栏抬起
KM2
Y002
左栏落下
KM3
Y003
右栏抬起
KM4
Y004
右栏放下
KM5
Y005
开绿灯
KM0
Y000
开红灯
KM1
Y001

I/O输出地址

7. PLC的I/O 端口接线

外围接线图

五、 程序设计

1.自动停车场控制梯形图

六、 课程设计总结

自动停车场集中了现代多方面的先进技术，是科技含量较高的车库，其中双层自动停车场停车方便、存取速度快、车库结构灵活、造价低的特点，将可能成为今后停车库发展的主要形式。立体停车库目前在全国各地的很多新建小区内逐渐开始应用，今后随着家庭轿车的增加，经济实用的自动的立体停车库必将兴起，车库实现自动化控制是未来车库技术发展的主方向。可以设置PC机作为控制系统的上位机，通过灵活、友好的人机界面，以互联网作为信息通道，可实现对停车库的远程网络化控制和管理。
根据双层自动停车场的运动原理及特点，明确了运动规律，通过对PLC的输入、输出信号数量的确定合理的对PLC进行了选型。并对其运行过程进行了PLC控制程序的编程。总体来说，此次设计给我的影响颇大，让我知道了怎样做好一件事情，也明白了以往所学PLC课程还很不够，所以在本设计中可能存在考虑不周全、设计漏洞等问题。我希望大家提出宝贵意见与建议。

七、 参考文献
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八、附录

附图

三菱PLC

栏杆 检测装置