专业课程设计学院地下停车场控制系统.doc

专业课程设计学院地下停车场控制系统课程综合实训报告题 目： 学院地下停车场控制系统 年 级： 10级 专 业： 计算机控制技术 学 号： 1001003004 学生姓名： 林庆云 指导教师： 洪华毅、谢一菁 2012年 1 月 6 日课程实训任务书专业计算机控制技术班级10计算机控制技术学号1001003004姓名林庆云实训项目学院地下停车场控制系统实训时间4周实训目的1.通过对该实训项目，使学生更深刻地理解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法；2.提高学生独立工作能力与创造力；3.提高学生综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；4.提高学生查阅图书资料、产品手册和工具书的能力。实训要求1.应根据设计要求和应完成的设计内容安排进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间；2.在方案确定过程中应广泛讨论，依据充分，要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证；3.所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准；4.调试系统时，必须按照有关操作规范进行；5.注意用电安全；6.要及时记录工作过程中发现的问题，并给出解决的办法；7.要按时提交实训作品和实训报告（包括打印稿和电子稿）。技术指标1.学院停车场在入口处装一显示屏，显示屏由两个7段数码管，显示数字范围0099、尚有车位指示灯（绿色LED）、车位已满指示灯（红色LED）构成。2.尚有车位时，入口闸栏才可以将门开启让车辆进入停放，并由两个7段数码管显示尚有几个车位。3.车位已满时，则车位已满指示灯亮起，且入口闸栏不能开启让车辆进入。4.由于停电等异常原因，造成显示的剩余车库位数目是不准确的，此时可以手动增加或减少剩余车库位数目以便调整到准确数据。课前布置与准备1.接收实训任务书，并阅读、分析任务书；2.确定实训任务的实施方案；3.参考有关文献。 实训内容与步骤1.参考阅读有关资料 2.设计PLC外部接线图、程序流程图、编制控制程序；3.系统调测；4.撰写实训报告；5.提交作品和实训报告。 要点提示1.注意用电安全；2.元器件的型号、参数等要准确；3.调试系统时符合规范化；4.实训报告要符合规定的格式。摘 要近20年来，随着我国城市建设速度的加快，改革的不断深入，经济蓬勃发展，市交通需求量也日益增大。因此车辆停放依旧是市民最为关注的问题。简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增长车辆的对停车服务的需求。作为现代大型智能停车场的灵魂-停车场智能管理系统也是日新月异，尤其是近几年随着电子产品及系统软件越来越快的更新周期。可编程控制器（programmable logic controller, PLC ）是一种以微型计算机为核心的通用工业控制器。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，可以预料： PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。本文阐述了学院地下停车场车位控制系统的PLC控制、自动计数、数码显示的一些基本思路和方法，介绍了关于PLC工作特点及运行原理，以及介绍了三菱可编程控制器系列的FX系列 PLC控制器主要功能模块及应用。FX不仅编程简单，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且具有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。然后设计了学院地下停车场车位控制系统的基本模块及功能，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。最后程序分析测试论证学院地下停车场车位控制的设计。 关键词：PLC; 学院地下停车场；车位控制；三菱FX-2n目 录1. 学院地下停车场车位控制功能要求及设计方案介绍11.1 设计要求11.2 设计工作原理说明22. 控制系统的设计32.1 车辆入库与出库流程图设计32.2 硬件配置42.3 PLC的I/O分配及接线图：52.4 接线图62.5 控制程序设计分析62.6 编程元件的解析113. 设计的结果124. 系统调试及结果分析134.1 硬件调试134.2 软件调试134.3 性能分析13总 结14参考文献15附录一 梯形图16附录二 异步电动机正反转控制电路图18附录三 接线图191. 学院地下停车场车位控制功能要求及设计方案介绍1.1 设计要求1.如图1-1所示，假设学院地下停车场共有99个车库位。图1-1 地下停车场示意图2.入口处装一传感器，用来检测车辆进入的数目。3.在出入口处分别安装身份验证系统，用来验证是否为本车场车辆或是否已交费。4.在出入口处还分别安装车离开闸栏的检测系统，检测是否车辆已离开闸栏。5.在入口处装一显示屏，显示屏由两个7段数码管、尚有车位指示灯、车位已满指示灯构成。6.在出口处装一传感器，用来检测车辆出去的数目。并且进行身份验证。7.尚有车位时，入口闸栏才可以将门开启让车辆进入停放，并由两个7段数码管显示尚有几个车位。8.车位已满时，则车位已满指示灯亮起，且入口闸栏不能开启让车辆进入。9.由于停电等异常原因，造成显示的剩余车库位数目是不准确的，此时可以手动增加、减少或复位（即车库没有停车时的车位数）剩余车库位数目以便调整到准确数据。1.2 设计工作原理说明本设计是在停车场入口处有一个接近开关（传感器SQ1），当有车经过入口的时候，接近开关输出脉冲，经由验证系统检验是否为本停车场所供应停车的车辆（或是否已交费）再经PLC输出控制电机的线圈，使电机正转，闸栏开启，车入库后，车的剩余数量减一，车离开的检测系统检测到车离开且此时接近开关没有再次闭合（即没有车辆将要进入闸栏），闸栏关闭，车库里车的剩余数量经过数码管显示出来。当车经过停车场出口处的接近开关（传感器SQ2），接近开关输出脉冲，经由验证系统检验是否为本停车场所供应停车的车辆（或是否已交费）再经PLC输出控制电机的线圈，使电机正转，闸栏开启，车出库后，车的剩余数量加一，车离开的检测系统检测到车离开且此时接近开关没有再次闭合（即没有车辆将要出闸栏），闸栏关闭，车库里车的剩余数量经过数码管显示出来。2. 控制系统的设计2.1 车辆入库与出库流程图设计2.1.1 车辆入库流程图身份验证车离开检测开闭合车 进D0-1数码显示D0等于0？结束电机正转闸栏升起NY检测开关闭合红灯亮红灯亮车入内电机反转闸栏降下检测开关断开图2 -1车进模块流程图2.1.2 车辆出库流程图车出库车离开检测开关闭合D0+1数码显示电机正转闸栏升起身份验证电机反转闸栏降下检测开关断开图2-2 车出模块流程图2.2 硬件配置 1、本系统采用的是日本三菱PLC，选用的是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）：根据控制要求统计系统所需的输入点数与输出点数，并考虑要有一定的余量，在本系统中我们采用了三菱FX2N48MR型PLC，该型号PLC是FX系列PLC家族中比较先进的系列。它具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为系统提供最大的灵活性和控制能力。 2、传感器（BEN5M-MDT）：它是一种测距的光电传感器，具有测距远（最远可达到5米），采用反射镜反射的检测方式，DC1224V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：由于在PLC系统中工作的是二进制的数字信号，而人们习惯十进制的数字或运算结果，因此需要数字显示器，显示出便于人们观测、查看的十进制数字，因此本设计选择了七段数字译码显示器，译码显示器主要由译码器和驱动器两部分组成，通常二者都集成在一块芯片中。该硬件的原理如下图2-3。 图2-3 七段数字译码显示器原理框图2.3 PLC的I/O分配及接线图： X0：系统启动按钮 X1：系统停止按钮 X2：进口检测按钮 X3：进口身份识别X4：车离开闸栏检测X5：出口检测 X6：出口身份识别X7：车离开闸栏检测 X10：数码管显示数手动加1 X11：数码管显示数手动减1 X10：数码管显示数手动复位（即等于99）Y0：进口闸栏升起 Y1：进口闸栏降下 Y2：出口闸栏升起 Y3：出口闸栏降下Y5：有车位时绿灯 Y4：无车位时红灯2.4 接线图下图为学院地下停车场控制系统的接线图，在该接线图中，X0、X1是该系统的总开关，BEN5M-DT传感器SQ1接X2输入端，BEN5M-DT传感器SQ2接X3输入端，按钮SB2、SB3分别接X4、X5输入端。HL1是尚有车位指示灯，HL2是车位已满指示灯， KM1是入库闸栏，KM2是出库闸栏，Y10至Y16是接十位的LED1七段数字译码显示器，Y20至Y26是接个位的LED2七段数字译码显示器。 图2-4 PLC输入输出接线图 2.5 控制程序设计分析根据设计要求，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闭合一个扫描周期。当车开到接近开关处，X2闭合辅助继电器M1得电，M1常开触点闭合，自锁；M1闭合5秒，车经过身份验证X3闭合且此时还有车位，闸门上升五秒。见图2-5。图2-5当启动按X0下时候，把10传送给位元件D2,并且把D0的内容除以D2，将得到的商和余数分别送给D4的高8位和低8位。当身份验证通过时候，判断此时的D0是否在1-99之间，若是则将D0减1。同时还设置了一个手动的减1按钮X11,也有将D0数值减1的功能。如图2-6图2-6如果这时候D0的内容小于1则说明没有停车位了，提示红灯Y4亮起，且此时闸栏不再打开也不进行身份验证。若D0内容是大于等于1的，则提示绿灯亮起，闸栏打开。如图2-7 图2-7把D0的内容除以10后的商和余数D4传送到Y10-Y17,Y20-Y27两组输出口，数码管显示出剩余车位数量。车进入闸栏，当车开离闸栏且其后没有车辆进入则闸栏降下。见图2-8。图2-8同理，当车出库时候除D0数值为加1且无需判断是否还有车位，其他都相同。见图2-9。 图2-9最后，X12是手动复位按钮，可将D0的数字复位为99方便增加剩余车库位数目，按一下加1；X5是手动减少剩余车库位数目，按一下减1。M2是当剩余车库位数目为99时，不能手动增加；M32是当剩余车库位数目为0时，不能手动减少，见图2-9 图2-9 下图为主电路控制图，当KM1闭合电机正转，闸门开启，车辆可通过，当KM2闭合时，闸门闭合，车辆不可通过。2.6 编程元件的解析1 X： X为输入继电器，它的作用是接受并存储外部输入的开关量信号，和对应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭软触点用于编程。2 Y： Y为输出继电器，它的作用是具有一常开硬触点用于向外部负载发送信号，每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和长闭软触点用于编程。 3. M： M为辅助继电器，它是由软件来实现的，用于状态暂存，移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电器，绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。 4T： T为定时器，作用相当于继电接触控制中的通电延时型时间继电器。 5D： D为数据寄存器，可编程控制器在模拟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。3. 设计的结果入口处的传感器能检测所进车辆，出口处的传感器能检测所出车辆的；当车辆在要进出门5米处且经过验证时闸门会自动开启让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满红色指示灯会亮，当停车场车位没停满时，车未满绿色指示灯会亮，能够提醒人们是否还可以停车；显示器能都实时显示停车场能停的剩余车辆数，并且车辆已经停满时，入口闸门自闭，不会让车辆进入。该控制系统达到了设计要求。 4. 系统调试及结果分析4.1 硬件调试PLC内部为输入电路所提供的电压是24V,BEN5M-DT光电传感器的驱动电压为24V，其输出电路能配置220V的交流电源，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，七段数码显示器能实时显示数据，证明PLC选型正确，光电传感器的选择符合要求。4.2 软件调试 按接线图接好线后，将程序的指令用GX Developer编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。4.3 性能分析本设计是基于PLC的学院地下停车场车位控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中的计数器，计数器进行加减计数存储，并以SEGD码传输给七段译码显示器，显示器能够实时显示学院地下停车场的剩余停车数目。PLC具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC可以使该设计的要求全能满足总 结通过本次课程设计使我比较系统地掌握有关PLC控制系统的设计思想和设计方法，主要对PLC（三菱FX2N系列）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。经过多次的反复实验与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.我所做的设计题目是基于PLC的学院地下停车场车位控制系统。由于是第一次做PLC的设计，设计起来有一定难度，但后来通过去图书馆找相关书籍，上网找资料，请教老师和同学等方法来获取相关知识，通过一步步解决疑惑来完成我的设计，同时也大大提升了自己知识水平和能力。通过这次课程设计让我们意识到书本上学到的知识一定要通过实践去巩固，而且这也是一种学习方法，只有这样才能真正轻松的掌握一门学问。同时此次课程设计也让我们对学习PLC更加热情，我们认识到PLC的强大的功能和广阔的应用领域。真正体会到了科技给我带来的振憾。让我对学习更有兴趣，同时也给我们在探索知识的路上的无限动力。在自己以后的学习中，我们一定要有刻苦努力及钻研精神，结合有创新，充分实现自己的价值，为国家的发展做出自己的贡献。在设计期间，我要感谢指导老师对我的悉心指导及帮助和同学对我的无私帮助，使得我能够顺利完成本次课程设计。参考文献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，2010.10 2 范永胜电气控制与PLC应用M. 北京：电子工业出版社，2007.73 胡学林. 可编程控制器原理及应用M. 北京：电子工业出版社，2005.84 吴中俊. 可编程控制器原理及应用M. 北京：机械工业出版社，2007.15 陈金华. 可编程控制器应用技术M.北京：电子工业出版社，1995.3 6 廖常初. PLC编程及应用M .北京：机械工业出版社，2002.8 7 陈立定. 电器控制与可编程控制器M. 广州：华南理工大学出版社，2001.3 18附录一 梯形图附录二 异步电动机正反转控制电路图 附录三 接线图22