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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 指引教师： 刘国富 职称 副专家 完毕时间： .11.25 前 言随着进口汽车大量涌人和国内汽车工业不断发展，大中都市汽车数量剧增，从而引起了停车管理问题。近几年，国内停车场管理技术不断完善，计算机技术、通信技术、网络技术发展又增进了停车场管理系统功能强大。但是，现时某些社区小型停车场如要运用大量高新技术就会浮现资金局限性、维护管理不完善问题，有时考虑也不够全面，因此当前车辆管理成本高、服务效率低等问题。采用PLC编程无疑就能解决这些问题。PLC就是可编程控制器（programmable logic controller，PLC ），是一种以微型计算机为核心通用工业控制器。它是继承了继电器控制器装置某些突出性能，并与当代计算机技术和通行技术结合为一体，代表了当前电器控制技术世界先进水平。本文阐述了停车场车位控制系统PLC控制、自动计数、数码显示某些基本思路和办法，简介了关于PLC工作特点及运营原理，以及简介了三菱可编程控制器系列FX系列 PLC控制器重要功能模块及应用。FX不但编程简朴，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，并且具备易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等长处。然后设计了停车场车位控制系统基本模块及功能，并对系统主回路和控制回路硬件某些进行了详细简介。最后程序分析测试论证停车场车位控制设计。 核心词：PLC;停车场；车位控制；三菱FX-2n目 录第一章 可编程控制器(PLC)简介（5）1.1 PLC诞生（5）1.2 PLC构成（5）1.3 PLC特点 （5）1.4 PLC应用（6）第二章 FX系列所用基本指令类型（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 停车场车位控制功能规定及设计方案简介（10）3.1设计规定（10）3.2系统工作过程（11）第四章 控制系统设计（12）4.1 车辆入库与出库流程图设 （12）4.1.1车辆入库流程图 （12）4.1.2 车辆出库流程图（13）4.2 硬件配备 (13)4.3 PLCI/O分派表（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 系统调试及成果分析 (20)5.1 硬件调试 (20)5.2 软件调试 (20)5.3 性能分析 (20)5.4设计成果 (20)第六章 设计总结 (21)附录 （22）附录一 (22)附录二（23）参照文献 （25）第一章 可编程控制器(PLC)简介1.1 PLC诞生随着计算机控制技术不断发展，可编程控制器应用已广泛普及，成为自动化技术重要构成。可编程控制器最先出当前美国，1968年，美国汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器规定，并从顾客角度提出新一代控制器应具备如下十大条件：（1）编程简朴，可在现场修改程序；（2）维护以便，最佳是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积不大于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）在成本上可与继电器控制柜竞争；（7）输入可以是交流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）顾客程序存储器容量至少能扩展到4KB。条件提出后，及时引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON公司也开发出同名控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，不久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构成PLC重要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器构成，CPU模块通过输入模块将外部控制现场控制信号读入CPU模块存储器中，通过顾客程序解决后，再将控制信号通过输出模块来控制外部控制现场执行机构。1.3 PLC特点（1）编程简朴，使用以便 梯形图是使用得最多可编程序控制器编程语言，其符号与继电器电路原理图相似。有继电器电路基本电气技术人员只要很短时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制顾客程序，梯形图语言形象直观，易学易懂。 （2）控制灵活，程序可变，具备较好柔性 可编程序控制器产品采用模块化形式，配备有品种齐全各种硬件装置供顾客选用，顾客能灵活以便地进行系统配备，构成不同功能、不同规模系统。可编程序控制器用软件功能取代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，硬件配备拟定后，可以通过修改顾客程序，不用变化硬件，以便迅速地适应工艺条件变化，具备较好柔性。 （3）功能强，扩充以便，性能价格比高 可编程序控制器内有成百上千个可供顾客使用编程元件，有很强逻辑判断、数据解决、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂控制功能。如果元件不够，只要加上需要扩展单元即可，扩充非常以便。与相似功能继电器系统相比，具备很高性能价格比。 （4）控制系统设计及施工工作量少，维修以便 可编程序控制器配线与其他控制系统配线比较少得多，故可以省下大量配线，减少大量安装接线时间，开关柜体积缩小，节约大量费用。可编程序控制器有较强带负载能力、可以直接驱动普通电磁阀和交流接触器。普通可用接线端子连接外部接线。可编程序控制器故障率很低，且有完善自诊断和显示功能，便于迅速地排除故障。 （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，采用了一系列硬件和软件抗干扰办法，硬件办法如屏蔽、滤波、电源调节与保护、隔离、后备电池等，例如，西门子公司S7-200系列PLC内部EEPROM中，储存顾客原程序和预设值在一种较长时间段（190小时），所有中间数据可以通过一种超级电容器保持，如果选配电池模块，可以保证停电后中间数据能保存200天。软件办法如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序1.4 PLC应用当前，可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。随着其性能价格比不断提高，应用范畴还在不断扩大，重要有如下几种方面： （1）逻辑控制可编程序控制器具备“与”、“或”、“非”等逻辑运算能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定期控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域最为普及，涉及微电子、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，或灵活运用指令，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。随着变频器、电动机起动器普遍使用，可编程序控制器可以与变频器结合，运动控制功能更为强大，并广泛地用于各种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。（3）过程控制可编程序控制器可以接受温度、压力、流量等持续变化 模仿量，通过模仿量I/0模块，实现模仿量(Analog)和数字量(Digital)之间 A/D转换和D/A转换，并对被控模仿量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。当代大中型可编程序控制器普通均有PID闭环控制功能，此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。（4）数据解决可编程序控制器具备数学运算、数据传送、转换、排序和 查表、位操作等功能，可以完毕数据采集、分析和解决。这些数据可以是运算中间参照值，也可以通过通信功能传送到别智能装置，或者将它们保存、打印。数 据解决普通用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中某些大型控制系统。（5）构建网络控制可编程序控制器通信涉及主机与远程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她智能控制设备(如计算机、变频器)之间通信。可编程序控制器与其她智能控制设备一起，可以构成“集中管理、分散控制”分布式控制系统。固然，并非所有可编程序控制器都具备上述功能，顾客应依照系统需要选取可编程序控制器，这样既能完毕控制任务，又可节约成本和资金。 第二章 FX系列所用基本指令类型2.1 逻辑取及线圈驱动指令 LD、LDI、OUTLD，取指令。表达一种与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。表达一种与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两条指令目的元件是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，它目的元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以持续使用多次。LD、LDI是一种程序步指令，这里一种程序步即是一种字。OUT是多程序步指令，要视目的元件而定。OUT指令目的元件是定期器T和计数器C时，必要设立常数K。2.2 取脉冲指令LDP、LDFLDP取脉冲上升沿，指在输入信号脉冲上升沿接通一种扫描周期。LDF取脉冲下降沿，指在输入信号脉冲下降沿接通一种扫描周期。这两条指令都占两条程序步，她目的元件为X、Y、M、S、T、C。LDP、LDF指令使用阐明如下图所示，使用LDP指令，元件Y0只在Y0上升沿时（由OFF到ON时）接通一种扫描周期。使用LDF指令，元件Y1尽在X1下降沿时（由OFF到ON时）接通一种扫描周期。2.3 接点串联指令 AND、ANI AND，与指令。用于单个常开接点串联。ANI，与非指令。用于单个常闭接点串联。AND与ANI都是一种程序步指令，它们串联接点个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。这两条指令目的元件为X、Y、M、S、T、C。2.4 接点并联指令 OR、ORIOR，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与ORI指令都是一种程序步指令，它们目的元件是X、Y、M、S、T、C。这两条指令都是并联一种接点。OR、ORI是从该指令当前步开始，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、功能、操作数和程序步助记符功能操作数程序步D.INC FNC24加1把目的原件当前值加1KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、ZINC、INCP、DEC、DECP:三步DINC、DINCP、DDEC、DDECP:五步DEC FNC25减1把目的元件当前值减22.6、比较指令 CMPCMP指令有3个操作数：两个源操作数S1.和S2.，一种目的操作数D.，该指令将S1和S2.进行比较，成果送到D.中。CMP指令使用如下所示。当X10为ON时，比较100 和C20当前值大小，分三种状况分别使M0、M1、M2中一种为ON，此外两个为OFF；若X10为OFF，则CMP不执行，M0、M1、M2状态保持不变。 表2.2 CMP比较指令第三章 停车场车位控制功能规定及设计方案简介3.1 设计规定1.如图3-1所示，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，入口闸栏才将门启动让车辆进入，并有批示灯示表达尚有车位。5.车位满时，则有一批示灯显示车位已满，且入口闸栏不能启动让车进入。6.可以用七段数码显示管上显示当前停车场共有几部车。3.2系统工作过程1.入库车辆迈进时，通过1#传感器，此时车位尚未满话，栅栏向上打开，当达到上限位置时，栅栏打开停止，同步车辆进入，通过2#传感器，栅栏门向下关闭，达到下限位置时，栅栏门停止关闭，同步计数器A加1；2.出库时，先通过2#传感器，栅栏门向上打开，当达到上限时候停止打开，同步车辆出闸门再通过1#传感器，栅栏门向下关闭，当达到下限位时，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）只通过一种传感器则计数器不动作。 3.仓库启用时，先对所有用到存储单元清零，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.若同步有车辆相对入库和出库（即入库车辆通过1#传感器，出库车辆通过2#传感 器），应避免误计数。 第四章 控制系统设计4.1 车辆入库与出库流程图设计4.1.1车辆入库流程图车 进接近开关闭合D0清0D0+1到D0数码显示D0不不大于16？结束电机正转电机反转NY图4-1车辆入库流程图仓库启用时，先对所有用到存储单元清零，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。入库车辆迈进时，通过1#传感器，此时车位尚未满话，栅栏向上打开，当达到上限位置时，栅栏打开停止，同步车辆进入，通过2#传感器，栅栏门向下关闭，达到下限位置时，栅栏门停止关闭，同步计数器A加1。4.1.2 车辆出库流程图车出库接近开关闭合D01到D0数码显示电机正转电机反转 图4-2 车出模块流程图4.2 硬件配备 1、本系统采用是日本三菱PLC，选用是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FX2N48MR）：依照控制规定记录系统所需输入点数与输出点数，并考虑要有一定余量，在本系统中咱们采用了三菱FX2N48MR型PLC，该型号PLC是FX系列PLC家族中比较先进系列。它具备如下特点：最大范畴包容了原则特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同电源以及满足单个需要大量特殊功能模块，它可觉得系统提供最大灵活性和控制能力。传感器：它是一种测距光电传感器，具备测距远（最远可达到5米），采用反射镜反射检测方式，DC1224V供电，NPN/PNP同步输出，遮光ON/入光ON选取。 3、七段数字译码显示屏：由于在PLC系统中工作是二进制数字信号，而人们习惯十进制数字或运算成果，因而需要数字显示屏，显示出便于人们观测、查看十进制数字，因而本设计选取了七段数字译码显示屏，译码显示屏重要由译码器和驱动器两某些构成，普通两者都集成在一块芯片中。该硬件原理如下图4-3。 图4-3 七段数字译码显示屏原理框图4.3 PLCI/O分派表 图4-4 I/O 分派表4.4 控制程序设计分析方案一：依照设计规定，启动按钮开关X0，辅助继电器M0得电，M0常开触点闭合，自锁；M0闭合一种扫描周期，将数据寄存器D0到D2清0。当有车辆接近入口接近传感器（X2）时，接触器线圈得电，电机正转，同步行成自锁。门启动，车辆可入口，M9是当D0为16时，表达停车场闸门不能打开。图4-5 判断车辆能否入库程序图当车到SQ2位置时，数码管显示加一，同步延时3秒，完毕关闸栏，从而完毕了一次车入库动作，见下图图4-6 车辆入库程序图 当有车出库时候，其原理与出库时候一致，不同之处是D0内容减1，当车到SQ1位置时，数码管显示减一一，同步延时3秒，完毕关闸栏，从而完毕了一次车入库动作，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与10比较，当D0不大于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数值不不大于10时候，M6状态为1，从而D0与16比较，当D0不大于16时，D0减去10，余数在D2中，让个位显示D2中数，十位显示1，同步，当D0中数不大于16时候有车位批示灯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：出库和入库原理与方案同样，不同是数码器计数问题做了不同修改。出库入库就不在重复分析了，就分析一下数码管计数问题. 将D0里面存数与16进行对比，比16大将接通Y3无法启动闸门，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是停车场车满批示灯，L2是车未满批示灯，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屏。下图为4-12主电路控制图，当车辆接近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启动，从外面行驶金停车场车辆便可通过，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，车辆不可通过。停车场控制系统图如下4-11. 主电路控制图如下图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，它作用是接受并存储外部输入开关量信号，和相应输入端子相连，同步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，它作用是具备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与可编程控制器一种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，移位辅助运算及赋予特殊功能一类编程元件，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顾客程序驱动。 4T： T为定期器，作用相称于继电接触控制中通电延时型时间继电器。 5D： D为数据寄存器，可编程控制器在模仿量检测与控制以及位置控制等许多场合都需要数据寄存器来存储数据和参数。 6.SQ:SQ为传感器，作用是用来感应进出停车场车辆，可以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 系统调试及成果分析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，其输出电路能配备220V交流电源，正好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，七段数码显示屏能实时显示数据，证明PLC选型对的，光电传感器选取符合规定。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顾客程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制顾客程序存入编程器ROM中后，通过多次调试。5.3 性能分析本设计是基于PLC停车场车位控制系统，光电传感器可以迅速将采集到信号传播给PLC中计数器，计数器进行加减计数存储，并以SEGD码传播给七段译码显示屏，显示屏可以实时显示停车场停车数目。PLC具备可靠性高、控制程序可变，具备良好柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化限度高，可靠性高，用PLC可以使该设计规定全能满足 5.4设计成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，闸门会自动启动让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满批示灯会亮，当停车场车位没停满时，车未满批示灯会亮，可以提示人们与否还可以停车；显示屏能都实时显示停车场合停车辆数，并且车辆已经停满时，闸门自闭，不会让车辆进入。自己设计两个方案控制系统都达到了设计规定。第六章 设计总结通过刘国富教师提出设计使我比较系统地掌握关于PLC控制系统设计思想和设计办法，重要对PLC（三菱FX2N系列）构造、功能、内部资源等理解并对其进行测试和加以应用知识得到学习。通过多次重复分析和向教师请教,可以对电路原理及功能更加熟悉,同步提高了设计能力与及对电路分析能力.同步在软件编程方面得到更到提高,对编程能力得到加强.同步对所学知识得到很大提高与巩固。 本次设计印象很深就是我指引教师刘国富教师给出建议，在向教师请 教过程中，刘教师发现我程序设计思路是对，也可以实现设计规定，但是程序先是将寄存器里D0与10比较，如果不大于10，直接显示，如果等于10，十位数码管显示1，个位数码管显示0，不不大于10，又将与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，这样设计办法显然太过于繁杂，日后通过我指引教师刘国富教师提出建议：可以用除法，也许更简朴。于是我便设计将D0里面数字与16比较，等于就直接输出Y3不能开门，不大于就用除法，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，通过整顿修改得到方案二，果不其然，比前面方案一要简朴明了，少了诸多繁杂环节。显然方案二更为先进。同步本次课程设计也让我对学习PLC更加热情，我结识到PLC强大功能和辽阔应用领域。真正体会到了科技给我带来振憾。让我对学习更有兴趣同步也给咱们在摸索知识路上无限动力。在自己后来学习中，咱们一定要有刻苦努力及钻研 精神，结合有创新，充分实现自己价值！ 在设计期间，我要感谢我指引教师刘国富教师对我悉心指引，使得我可以顺利完毕这次毕业设计，更加感谢是刘教师教会了设计时思维不能有局限性，一定要跳出死胡同，能把方案设计出来不能算先进，只有设计到最优、最简朴、最经济方案才是先进方案！附录附录一附录二指令表：参照文献1史国生. 电气控制与可编程控制器技术. 北京：化学工业出版社，2范永胜电气控制与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范永胜电气控制与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：中华人民共和国劳动社会保障出版社，