PLC停车场控制新版专业系统设计.doc

PLC停车场控制系统设计

系 部： 电子信息工程系
专 业： 应用电子
班 级： 12应用电子
学生姓名： 李仁志
指导老师： 刘国富 职称 副教授
完成时间： .11.25

前 言
伴随进口汽车大量涌人和中国汽车工业不停发展，大中城市汽车数量剧增，从而引发了停车管理问题。近几年，中国停车场管理技术不停完善，计算机技术、通信技术、网络技术发展又促进了停车场管理系统功效强大。不过，现时一些小区小型停车场如要利用大量高新技术就会出现资金不足、维护管理不完善问题，有时考虑也不够全方面，所以现在车辆管理成本高、服务效率低等问题。采取PLC编程无疑就能处理这些问题。
PLC就是可编程控制器（programmable logic controller, PLC ），是一个以微型计算机为关键通用工业控制器。它是继承了继电器控制器装置部分突出性能，并和现代计算机技术和通行技术结合为一体，代表了目前电器控制技术世界优异水平。
本文叙述了停车场车位控制系统PLC控制、自动计数、数码显示部分基础思绪和方法，介绍了相关PLC工作特点及运行原理，和介绍了三菱可编程控制器系列FX系列 PLC控制器关键功效模块及应用。FX不仅编程简单通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且含有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。然后设计了停车场车位控制系统基础模块及功效，并对系统主回路和控制回路硬件部分进行了具体介绍。最终程序分析测试论证停车场车位控制设计。
关键词：PLC;停车场；车位控制；三菱FX-2n

目 录

第一章 可编程控制器(PLC)介绍………………………………………………（5）
1.1 PLC诞生………………………………………………………………（5）
1.2 PLC组成…………………………………………………………………（5）
1.3 PLC特点………………………………………………………………… （5）
1.4 PLC应用………………………………………………………………（6）
第二章 FX系列所用基础指令类型…………………………………………（8）
2.1 逻辑取及线圈驱动指令 LD、LDI、OUT………………………………（8）
2.2 取脉冲指令LDP、LDF…………………………………………………（8）2.3 接点串联指令 AND、AN……………………………………………… （8）2.4 接点并联指令 OR、ORI…………………………………………………（8）2.5加一指令INC、减一指令DEC………………………………………… （9）2.6比较指令 CMP…………………………………………………………（9）
第三章 停车场车位控制功效要求及设计方案介绍………………………（10）3.1设计要求………………………………………………………………（10）3.2系统工作过程…………………………………………………………（11）
第四章 控制系统设计………………………………………………………（12）
4.1 车辆入库和出库步骤图设…………………………………………… （12）
4.1.1车辆入库步骤图 …………………………………………………（12）4.1.2 车辆出库步骤图…………………………………………………（13）
4.2 硬件配置……………………………………………………………… (13)
4.3 PLCI/O分配表……………………………………………………（14）
4.4 控制程序设计分析……………………………………………………(14)
4.5 接线图…………………………………………………………………(17)
4.6 编程元件解析……………………………………………………… (18)
第五章 系统调试及结果分析………………………………………………… (20)
5.1 硬件调试……………………………………………………………… (20)
5.2 软件调试……………………………………………………………… (20)
5.3 性能分析……………………………………………………………… (20)
5.4设计结果…………………………………………………………… (20)
第六章 设计总结……………………………………………………………… (21)
附录……………………………………………………………………………… （22）
附录一……………………………………………………………………… (22)
附录二………………………………………………………………………（23）
参考文件………………………………………………………………………… （25）

第一章 可编程控制器(PLC)介绍

1.1 PLC诞生
  伴随计算机控制技术不停发展，可编程控制器应用已广泛普及，成为自动化技术关键组成。可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国汽车制造企业通用汽车企业(GM)提出了研制一个新型控制器要求，并从用户角度提出新一代控制器应含有以下十大条件：
（1）编程简单，可在现场修改程序；
（2）维护方便，最好是插件式；
（3）可靠性高于继电器控制柜；
（4）体积小于继电器控制柜；
（5）可将数据直接送入管理计算机；
（6）在成本上可和继电器控制柜竞争；
（7）输入能够是交流115V即用美国电网电压）；
（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；
（9）在扩展时，原有系统只需要很小变更；
（10）用户程序存放器容量最少能扩展到4KB。
条件提出后，立即引发了开发烧潮。1969年，美国数字设备企业（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车企业生产线上。当初叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目标是用来替换继电器，以实施逻辑判定、计时、计数等次序控制功效。紧接着，美国MODICON企业也开发出同名控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，西欧国家也研制出她们第一台可编程控制器。
1.2 PLC组成
PLC关键由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器组成，CPU模块经过输入模块将外部控制现场控制信号读入CPU模块存放器中，经过用户程序处理后，再将控制信号经过输出模块来控制外部控制现场实施机构。
1.3 PLC特点
（1）编程简单，使用方便
梯形图是使用得最多可编程序控制器编程语言，其符号和继电器电路原理图相同。有继电器电路基础电气技术人员只要很短时间就能够熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序，梯形图语言形象直观，易学易懂。
（2）控制灵活，程序可变，含有很好柔性
可编程序控制器产品采取模块化形式，配置有品种齐全多种硬件装置供用户选择，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不一样功效、不一样规模系统。可编程序控制器用软件功效替换了继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器等器件，硬件配置确定后，能够经过修改用户程序，不用改变硬件，方便快速地适应工艺条件改变，含有很好柔性。
（3）功效强，扩充方便，性能价格比高
可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用编程元件，有很强逻辑判定、数据处理、PID调整和数据通信功效，能够实现很复杂控制功效。假如元件不够，只要加上需要扩展单元即可，扩充很方便。和相同功效继电器系统相比，含有很高性能价格比。
（4）控制系统设计及施工工作量少，维修方便
可编程序控制器配线和其它控制系统配线比较少得多，故能够省下大量配线，降低大量安装接线时间，开关柜体积缩小，节省大量费用。可编程序控制器有较强带负载能力、能够直接驱动通常电磁阀和交流接触器。通常可用接线端子连接外部接线。可编程序控制器故障率很低，且有完善自诊疗和显示功效，便于快速地排除故障。
（5）可靠性高，抗干扰能力强
可编程序控制器是为现场工作设计，采取了一系列硬件和软件抗干扰方法，硬件方法如屏蔽、滤波、电源调整和保护、隔离、后备电池等，比如，西门子企业S7-200系列PLC内部EEPROM中，储存用户原程序和预设值在一个较长时间段（190小时），全部中间数据能够经过一个超级电容器保持，假如选配电池模块，能够确保停电后中间数据能保留200天。软件方法如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序
1.4 PLC应用
  现在，可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。伴随其性能价格比不停提升，应用范围还在不停扩大，关键有以下多个方面：  
（1）逻辑控制  
可编程序控制器含有“和”、“或”、“非”等逻辑运算能力，能够实现逻辑运算，用触点和电路串、并联，替换继电器进行组合逻辑控制，定时控制和次序逻辑控制。数字量逻辑控制能够用于单台设备，也能够用于自动生产线，其应用领域最为普及，包含微电子、家电行业也有广泛应用。  
（2）运动控制     
可编程序控制器使用专用运动控制模块，或灵活利用指令，使运动控制和次序控制功效有机地结合在一起。伴随变频器、电动机起动器普遍使用，可编程序控制器能够和变频器结合，运动控制功效更为强大，并广泛地用于多种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场所。  
（3）过程控制 
 可编程序控制器能够接收温度、压力、流量等连续改变 模拟量，经过模拟量I/0模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间 A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实施闭环PID（百分比-积分-微分）控制。现代大中型可编程序控制器通常全部有PID闭环控制功效，此功效已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，和轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。    
（4）数据处理  
可编程序控制器含有数学运算、数据传送、转换、排序和 查表、位操作等功效，能够完成数据采集、分析和处理。这些数据能够是运算中间参考值，也能够经过通信功效传送到别智能装置，或将它们保留、打印。数 据处理通常见于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也能够用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中部分大型控制系统。 
 （5）构建网络控制  
可编程序控制器通信包含主机和远程I/0之间 通信、多台可编程序控制器之间通信、可编程序控制器和其它智能控制设备(如计算机、变频器)之间通信。可编程序控制器和其它智能控制设备一起，能够组成“集中管理、分散控制”分布式控制系统。当然，并非全部可编程序控制器全部含有上述功效，用户应依据系统需要选择可编程序控制器，这么既能完成控制任务，又可节省成本和资金。 第二章 FX系列所用基础指令类型

2.1 逻辑取及线圈驱动指令 LD、LDI、OUT
LD，取指令。表示一个和输入母线相连常开接点指令，即常开接点辑运算起始。
LDI，取反指令。表示一个和输入母线相连常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。
OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。
LD、LDI两条指令目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。
OUT是驱动线圈输出指令，它目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令能够连续使用数次。
LD、LDI是一个程序步指令，这里一个程序步即是一个字。OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。
OUT指令目标元件是定时器T和计数器C时，必需设置常数K。
2.2 取脉冲指令LDP、LDF
LDP取脉冲上升沿，指在输入信号脉冲上升沿接通一个扫描周期。
LDF取脉冲下降沿，指在输入信号脉冲下降沿接通一个扫描周期。
这两条指令全部占两条程序步，她目标元件为X、Y、M、S、T、C。
LDP、LDF指令使用说明以下图所表示，使用LDP指令，元件Y0只在Y0上升沿时（由OFF到ON时）接通一个扫描周期。使用LDF指令，元件Y1尽在X1下降沿时（由OFF到ON时）接通一个扫描周期。
2.3 接点串联指令 AND、ANI
AND，和指令。用于单个常开接点串联。
ANI，和非指令。用于单个常闭接点串联。
AND和ANI全部是一个程序步指令，它们串联接点个数没有限制，也就是说这两条指令能够数次反复使用。这两条指令目标元件为X、Y、M、S、T、C。
2.4 接点并联指令 OR、ORI
OR，或指令，用于单个常开接点并联。
ORI，或非指令，用于单个常闭接点并联。
OR和ORI指令全部是一个程序步指令，它们目标元件是X、Y、M、S、T、C。这两条指令全部是并联一个接点。
OR、ORI是从该指令目前步开始，对前面LD、LDI指令并联连接。并联次数无限制。
2.5加一指令INC、减一指令DEC
表2.1 INC、DEC指令助记符、功效、操作数和程序步
助记符
功效
操作数
程序步
[D.]
INC FNC24加1
把目标原件目前值加1
KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z
INC、INCP、DEC、DECP:三步
DINC、DINCP、DDEC、DDECP:五步
DEC FNC25减1
把目标元件目前值减2
2.6、比较指令 CMP
CMP指令有3个操作数：两个源操作数[S1.]和[S2.]，一个目标操作数[D.]，该指令将[S1]和[S2.]进行比较，结果送到[D.]中。CMP指令使用以下所表示。当X10为ON时，比较100 和C20目前值大小，分三种情况分别使M0、M1、M2中一个为ON，另外两个为OFF；若X10为OFF，则CMP不实施，M0、M1、M2状态保持不变。

表2.2 CMP比较指令第三章 停车场车位控制功效要求及设计方案介绍

3.1 设计要求

1.图3-1所表示，假设有一停车场共有16个车位。

图3-1 控制系统设计图

2.在入口处装设一传感器，用来检测车辆进入数目。
3.在出口处装设一传感器，用来检测车辆出去数目。
4.有车位时，入口闸栏才将门开启让车辆进入，并有指示灯示表示还有车位。
5.车位满时，则有一指示灯显示车位已满，且入口闸栏不能开启让车进入。
6.能够用七段数码显示管上显示现在停车场共有几部车。
3.2 系统工作过程
1.入库车辆前进时，经过1#传感器，此时车位还未满话，栅栏向上打开，当达成上限位置时，栅栏打开停止，同时车辆进入，经过2#传感器，栅栏门向下关闭，达成下限位置时，栅栏门停止关闭，同时计数器A加1；
2.出库时，先经过2#传感器，栅栏门向上打开，当达成上限时候停止打开，同时车辆出闸门再经过1#传感器，栅栏门向下关闭，当达成下限位时，栅栏门停止动作，计数器B减1；（计数器B初始值由计数器A送来）只经过一个传感器则计数器不动作。
3.仓库启用时，先对全部用到存放单元清零，并应有仓库空显示。
4. 若设仓库容量为16辆车，则仓库满时应报警并显示。
5.若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过1#传感器，出库车辆经过2#传感 器），应避免误计数。

第四章 控制系统设计

4.1 车辆入库和出库步骤图设计
4.1.1车辆入库步骤图
车 进
靠近开关闭合
D0清0
D0+1到D0
数码显示
D0大于16？
结束
电机正转
电机反转
N
Y

图4-1车辆入库步骤图

仓库启用时，先对全部用到存放单元清零，并应有仓库空显，若设仓库容量为16辆车，则仓库满时应报警并显示。
入库车辆前进时，经过1#传感器，此时车位还未满话，栅栏向上打开，当达成上限位置时，栅栏打开停止，同时车辆进入，经过2#传感器，栅栏门向下关闭，达成下限位置时，栅栏门停止关闭，同时计数器A加1。
4.1.2 车辆出库步骤图
车出库
靠近开关闭合
D0—1到D0
数码显示
电机正转
电机反转

图4-2 车出模块步骤图
4.2 硬件配置
1、本系统采取是日本三菱PLC，选择是FX2n-48MR，它属于继电器输出，有触电，可带交直流负载，输入点数24，输出点数24，总共48个输入输出点。PLC（三菱FX2N—48MR）：依据控制要求统计系统所需输入点数和输出点数，并考虑要有一定余量，在本系统中我们采取了三菱FX2N—48MR型PLC，该型号PLC是FX系列PLC家族中比较优异系列。它含有以下特点：最大范围包容了标准特点、程式实施愈加快、全方面补充了通信功效、适合世界各国不一样电源和满足单个需要大量特殊功效模块，它能够为系统提供最大灵活性和控制能力。
传感器：它是一个测距光电传感器，含有测距远（最远可达成5米），采取反射镜反射检测方法，DC12－24V供电，NPN/PNP同时输出，遮光ON/入光ON选择。
3、七段数字译码显示器：因为在PLC系统中工作是二进制数字信号，而大家习惯十进制数字或运算结果，所以需要数字显示器，显示出便于大家观察、查看十进制数字，所以本设计选择了七段数字译码显示器，译码显示器关键由译码器和驱动器两部分组成，通常二者全部集成在一块芯片中。该硬件原理以下图4-3。
图4-3 七段数字译码显示器原理框图
4.3 PLCI/O分配表

图4-4 I/O 分配表
4.4 控制程序设计分析
方案一：
依据设计要求，开启按钮开关X0，辅助继电器M0得电，M0常开触点闭合，自锁；M0闭合一个扫描周期，将数据寄存器D0到D2清0。当有车辆靠近入口靠近传感器（X2）时，接触器线圈得电，电机正转，同时行成自锁。门开启，车辆可入口，M9是当D0为16时，表示停车场闸门不能打开。

图4-5 判定车辆能否入库程序图
当车到SQ2位置时，数码管显示加一，同时延时3秒，完成关闸栏，从而完成了一次车入库动作，
见下图

图4-6 车辆入库程序图
当有车出库时候，其原理和出库时候一致，不一样之处是D0内容减1，当车到SQ1位置时，数码管显示减一一，同时延时3秒，完成关闸栏，从而完成了一次车入库动作，见下图4-7。
在数码管显示时候，我设计了两组数据比较指令CMP，其一是D0和10比较，当D0小于10 时，就只显示个位数码管数值，当等于10 时候，个位显示0，十位显示1,见下图4-8。
当D0数值大于10时候，M6状态为1，从而D0和16比较，当D0小于16时，D0减去10，余数在D2中，让个位显示D2中数，十位显示1，同时，当D0中数小于16时候有车位指示灯HL1亮，当D0等于16时候HL2亮

图4-7 车辆出库程序图

图4-8 CMP比较指令程序图

图4-9 数码管显示车位程序图
方案2：
出库和入库原理和方案一样，不一样是数码器计数问题做了不一样修改。出库入库就不在反复分析了，就分析一下数码管计数问题.
将D0里面存数和16进行对比，比16大将接通Y3无法开启闸门，将看10存入D2寄存器中。将D0数除以D2，得到数存D4，于是得到商输出十位数码管显示，余数输出个位数码管显示。见下图4-10
4-10 数码管显示车位程序图
4.5 接线图
下图4-11为停车场控制系统接线图，在该接线图中，X1是该系统总开关，BEN5M-DT传感器1接X3输入端，BEN5M-DT传感器2接X4输入端，X6、X7是行程开关，分别接X6、X7输入端。L1是停车场车满指示灯，L2是车未满指示灯，QS是电机正转总开关，KM1是电机正转继电器线圈，KM2是电机反转继电器线圈，Y5至Y12输出是BCD码，直接接入七段数字译码显示器。
下图为4-12主电路控制图，当车辆靠近QS闭合时，KM1开关开始闭合，KM2开关断开电机开始正转，这时候停车场闸门便开始开启，从外面行驶金停车场车辆便可经过，当KM2开关开始闭合时候，KM1开关变开始断开，这时候电机开始反转，闸门闭合，车辆不可经过。
停车场控制系统图以下4-11. 主电路控制图以下图4-12.
图4-11 控制系统接线图
4.6编程元件解析
1． X： X为输入继电器，它作用是接收并存放外部输入开关量信号，和对应输入端子相连，同时提供无数常开和常闭软触点用于编程。
2． Y： Y为输出继电器，它作用是含有一常开硬触点用于向外部负载发送信号，每一输出继电器常开硬触点和可编程控制器一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数常开和长闭软触点用于编程。
3. M： M为辅助继电器，它是由软件来实现，用于状态暂存，移位辅助运算及给予特殊功效一类编程元件，其作用类似于继电接触控制系统中中间继电器，绝大多数继电器线圈由用户程序驱动。
4．T： T为定时器，作用相当于继电接触控制中通电延时型时间继电器。
5．D： D为数据寄存器，可编程控制器在模拟量检测和控制和位置控制等很多场所全部需要数据寄存器来存放数据和参数。
6.SQ:SQ为传感器，作用是用来感应进出停车场车辆，能够在一定距离感应到车辆并反馈给控制电路，使之能开闸关闸。

图4-12 主电路控制图

第五章 系统调试及结果分析

5.1 硬件调试
PLC内部为输入电路所提供电压是24V,BEN5M-DT光电传感器驱动电压为24V，其输出电路能配置220V交流电源，恰好能够直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，七段数码显示器能实时显示数据，证实PLC选型正确，光电传感器选择符合要求。
5.2 软件调试
按接线图接好线后，将程序指令用FX-GX编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC用户程序储存器进行读写操作。采取脱机编程方法将所编制用户程序存入编程器ROM中后，经过数次调试。
5.3 性能分析
本设计是基于PLC停车场车位控制系统，光电传感器能够快速将采集到信号传输给PLC中计数器，计数器进行加减计数存放，并以SEGD码传输给七段译码显示器，显示器能够实时显示停车场停车数目。PLC含有可靠性高、控制程序可变，含有良好柔性、功效强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC能够使该设计要求全能满足
5.4设计结果
入口处传感器能检测所进车辆数目，出口处传感器能检测所出车辆数目；当车辆在要进出门5米处，闸门会自动开启让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满指示灯会亮，当停车场车位没停满时，车未满指示灯会亮，能够提醒大家是否还能够停车；显示器能全部实时显示停车场所停车辆数，而且车辆已经停满时，闸门自闭，不会让车辆进入。自己设计两个方案控制系统全部达成了设计要求。

第六章 设计总结

经过刘国富老师提出设计使我比较系统地掌握相关PLC控制系统设计思想和设计方法，关键对PLC（三菱FX2N系列）结构、功效、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用知识得到学习。经过数次反复分析和向老师请教,能够对电路原理及功效愈加熟悉,同时提升了设计能力和及对电路分析能力.同时在软件编程方面得到更到提升,对编程能力得到加强.同时对所学知识得到很大提升和巩固。
此次设计印象很深就是我指导老师刘国富老师给出提议，在向老师请 教过程中，刘老师发觉我程序设计思绪是正确，也能够实现设计要求，不过程序先是将寄存器里D0和10比较，假如小于10，直接显示，假如等于10，十位数码管显示1，个位数码管显示0，大于10，又将和16对比，然后再用16减去寄存器D0里数，得到数在个位数码管显示。十位数码管这时显示1，这么设计方法显然太过于繁杂，以后经过我指导老师刘国富老师提出提议：能够用除法，可能更简单。于是我便设计将D0里面数字和16比较，等于就直接输出Y3不能开门，小于就用除法，将D0里面数整除10，得到商输出十位数码管，余数输出个位数码管，经过整理修改得到方案二，果不其然，比前面方案一要简单明了，少了很多繁杂步骤。显然方案二更为优异。同时此次课程设计也让我对学习PLC愈加热情，我认识到PLC强大功效和宽广应用领域。真正体会到了科技给我带来振憾。让我对学习更有爱好同时也给我们在探索知识路上无限动力。在自己以后学习中，我们一定要有刻苦努力及钻研 精神，结合有创新，充足实现自己价值！
在设计期间，我要感谢我指导老师刘国富老师对我悉心指导，使得我能够顺利完成这次毕业设计，愈加感谢是刘老师教会了设计时思维不能有不足，一定要跳出死胡同，能把方案设计出来不能算优异，只有设计到最优、最简单、最经济方案才是优异方案！

附录
附录一

附录二

指令表：

参考文件

[1]史国生. 电气控制和可编程控制器技术. 北京：化学工业出版社，
[2]范永胜．电气控制和PLC应用[M]. 北京：电子工业出版社，
[3]胡学林. 可编程控制器原理及应用[M]. 北京：电子工业出版社，
[4]张万忠. 可编程控制器应用技术. 北京：化学工业出版社，
[5]范永胜．电气控制和PLC应用[M]. 北京：电子工业出版社，
[6]瞿彩萍. PLC应用技术（三菱）北京：中国劳动社会保障出版社，