PLC实现的停车场车位控制器毕业设计(共26页).doc

《PLC实现的停车场车位控制器毕业设计(共26页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC实现的停车场车位控制器毕业设计(共26页).doc（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上本科生毕业论文（设计）基于PLC实现的停车场车位控制器设计姓 名： 余 峰 指导教师： 鲍 婕 院 系： 信息工程学院 专 业： 自 动 化 学 号： 提交日期： 2012-04-20 专心-专注-专业目录1 9 9 9 9 9 12基于PLC实现的停车场车位控制器设计指导老师：鲍婕（黄山学院信息工程学院，黄山，安徽 ）摘 要：智能建筑将是信息社会最重要的基础设施之一。停车场管理控制系统则是现代建筑中不可或缺的一部分。随着计算机控制技术的发展，停车场管理控制系统的功能及软硬件设施也伴随其发展而不断改进。本文提出一种运用可编程控制器（PLC）对停车场车辆进出及停放指示进

2、行管理的方案，实现自动化停车场控制，降低运营成本，适合中小型停车场使用。 本停车场由18个停车位、入口检测器、道闸管理系统、七段数码管用来显示车库内车辆数、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成，通过PLC建立自动化控制系统，实现停车场的自动化控制。 该系统可以实现车辆进入的自动控制和车位情况的自动显示。由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，因此，本控制系统与传统停车场相比，大大提高了设计效率，维护周期短、调试方便、成本低、易操作、可靠性高，有很强的实用价值。关键词：停车场管理；车位控制；C250计数器；PLC；车位传感器The design of parking lot based

3、 on PLCDirector：Yufeng Associate Director：BaoJie(huangshan college information engineering institute, huangshan, anhui )Abstract: Intelligent buildings will be one of the most important infrastructures in the information society, and the management and control system is an indispensable part for par

4、king lots in intelligent buildings. With the development of computer control technology, the function, software and hardware of management and control system have also been improved continuously. The paper presents a plan of using Programmable Logic Controller (PLC) to manage the instructions of ent

5、ering, leaving and parking, to realize the automation of the parking lots and reduce the operation cost. It is suitable for small and medium-sized parking lots. The parking lot consists of 18 parking spaces, the Entrance Detectors, the Barrier Management System, and seven segment LED whose function

6、is to show the numbers of the vehicles in the garage and the remaining numbers of the parking spaces by the lights, and so on. And it establishes an automation control system basing on PLC to realize the automatic control of the parking lots. The system can realize the automatic control of the vehic

7、les entering and leaving as well as the automatic display of the parking spaces in the garage. Owing to PLCs reliability, operability, flexibility and other advantages, this control system has much excellence compared to the conventional parking lot, such as its short maintenance cycle, convenient a

8、djustment, low cost, easy operation, high reliability, and the strong practical value, and it also can greatly improve the design efficiency.Key Words：Management of parking; parking control; c250 counter; PLC；Parking sensor1 概述1.1 课题来源 近几年来，随着我国国民经济和汽车制造业的迅速发展，汽车保有量快速的增长。北京上海等大城市以每年10万辆的速度增加，而道路建设及停

9、车场等的建设远低于此，停车难所导致的占道停车、占用绿地停车，使交通堵塞问题更加严重，同时由于涉及到投资坏境和城市现象，而日益引来各方人士的关注。如果停车难和交通拥挤等问题得不到妥善解决，将影响轿车进入家庭的步伐，影响汽车制造业的发展，同时影响国民经济的稳步发展。 继电器控制逻辑在过去电气控制系统中广泛使用，但其不仅存在接线复杂，故障诊断和排除困难等问题，而且还存在以下问题：电弧很容易将接触器触点烧坏，往往造成接触不良，甚至因短路而损坏设备。因为继电器的控制功能被固定在电气线路中，从而造成灵活性差、功能很固定而单一等。而PLC具有通用性、适应性强；可靠性高，柔性强；完善的故障诊断能力；抗干扰能力

10、强；性价比高等优点；编程简单1。 随着人们意识到停车难所带来的影响，大量兴建高自动化停车场势在必行；而旧的控制系统早已适应不了新的社会要求，新的高性能低成本的系统必将替代旧的控制系统。1.2 停车场的种类 停车场经历了从露天、平面、人工收费到地下、自动计费到塔式、立体、智能取车、自动计费的发展历程。根据停车场位置不同，停车场可分为地下停车场、地面停车场、专用停车塔（楼）和路边临时占道停车场。依据建筑类型的不同，又可分为综合建筑楼专用停车场、市区公共建筑群大型停车场、办公区域专用地面停车场、住宅小区专用停车场以及用于经营的专用停车楼（塔）2。1.3停车场管理模式的发展 停车场的管理模式也在由人工

11、管理到智能化管理的转变。传统的采用人工管理的方式，车辆的进出、停放都由人工引导，而且计费也由人工计费收取。自动化程度低，使得管理的随意性较大。 人类文明的发展已进入信息时代，现代化建筑的发展也进入智能建筑时代，现代通信技术、计算机技术、网络互联技术、信息发布技术、数据库技术、自动化控制技术、智能信息及其处理技术等关键技术都日臻成熟。尤其是近年来IC卡技术的广泛应用，使得信息化、电子化、自动化、智能化停车场管理技术也不断改进和完善，成本不断降低，安全性和可靠性的要求不断提升，因此全人工管理停车场已适应不了时代的要求，对停车场实现智能化的管理与监控势在必行。包括车辆进出的相关提示，车辆进出的自动化

12、监控联动、停放服务的自动计费、自动记录车辆信息及历史数据等。一些专用停车塔则智能化程度更高。车辆入库只要取卡后定点等待，自动化设备自动完成车辆的传送、托举、入库、计时和出库过程。整个停车场设备高度智能化，停取车过程高度自动化，停车场空间利用效率也更高。同时该类型停车场要求在建筑专业化规划，停车场设备的专业化要求也相应更高3。2 PLC简介及发展趋势2.1 PLC的起源 1968年美国通用汽车公司针对汽车制造业中必须采用大量的继电器来实现控制，而继电器不仅体积庞大、接线繁琐，而且每年维护工作也要消耗大量的人力财力和物力，与此同时还对维护人员的熟练程度提出了很高的要求。于是就设计一种新的系统来替换

13、继电器控制而向社会公开招标，并就此提出了著名的“通用十条”招标指标。 1969年美国数字设备公司成功研制了第一台PDP-14控制器，并在汽车装配线上成功使用。并根据其功能而命名为可编程逻辑控制器。随后日本、德国、法国和中国相继掌握这一技术4。2.2 PLC的发展趋势 工业控制领域随着近代半导体技术和通信技术的迅速发展而发生了翻天覆地的变化，PLC也在朝着自己的新技术方向发展，主要分为以下几个方向。 一是PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力。只有加强联网通信能力才有出路，才更适应市场的需求。加强联网通信有包括之间联网通信和与计算机之间的联网通信，这是够成一个系统必须的，另外就是各个厂家最好协

14、商制定一个通用的生产标准，最后就是PLC信号采集与传感器、上位机等之间的通信协议的发展。只有这些发展好了才能做出更好更大的系统，才能适应市场的需求。二是向超小型化和超大型化方向发展，当前中小型越来越多，为了适应社会的需求，PLC不得不向超小型化和超大型化这两个方向发展。超小型PLC的优点是配置灵活，因此既可以单机运行，也可以用于小型自动控制系统。而超大型因为采用多个并行工作，且具有大容量存储，功能强大，在现代化市场也占有一席之地。 三是向操作简易化方向发展。复杂的编程使得用户望而却步，阻碍了的进一步推广应用。的发展方向必然是简化对复杂任务的编程。2.3 三菱FXPLC的特点 三菱FXPLC是集

15、高性能，小形化，高速度于一身的FX系列中最高档次的超小程序装置，它有很多的特殊用途，如定位控制，多个基本组件间的连接，模拟控制等，另外它还有1625点的输入出的独立用途，FXPLC可以满足多样化广泛需要。 具有以下特点：编程简单；系统配置即固定又灵活；备有可自由选择，丰富的品种；高速运算；令人放心的高性能；外部机器通讯简单化5。3 设计要求与方案论证3.1 设计要求（1）如图3-1所示，假设有一停车场结构如图所示，且共有18个车位。（2）在出入口闸门前装一传感器，用来检测入库车辆的数目。（3）在出入口闸门后装一传感器，用来检测出库车辆的数目。（4）尚有车位时，将有一指示灯指示尚有车位，此时入口

16、闸栏才可以将门开启并让车辆进入停放。图3-1 停车场示意图（5）车位已满时，则有一指示灯指示车位已满，同时入口闸栏不能开启。（6）7段数码管用来显示停车场停放的车辆数。（7）可从指示板上显示目前哪些车位是空车位。3.2方案论证与对比3.2.1 方案一 针对本设计，我们首先在停车场进出口的闸门前装一传感器1，然后在闸门后装一传感器2，电机的正反转通过两传感器接收到的高电平信号来控制，同时闸门的开合由电机控制着。计数器1、2接收传感器1、2输出的脉冲信号，同时将接受到的数据存储到存储器1、2中，存储器3的数据等于存储器1减去存储器2的数据，存储器3存储的数据再传输给数码管显示，如显示的数为18时，

17、则门口处的闸门停止工作，若显示的数还没到18时，则闸门继续工作。其原理框图如下图3-2所示： 图3-2 方案一原理框图3.2.2方案二 本设计将两个光电传感器分别装在停车场门口闸门的前后，通过传感器接收到的高电平信号来控制电机的正反转，电机再控制闸门开合闸，另外，闸门前的传感器用于加计数，闸门后的传感器用于减计数，PLC的双向计数器C250用来处理两传感器接收到的信号，C250具有计数存储功能，数码管通过C250存储的数据来显示，如显示为18时，则门口处控制闸门的电机停止工作，若显示的数尚未到18时，则闸门继续工作。其原理框图如下图3-3所示： 图3-3 方案二原理框图3.2.3 方案对比与选

18、择 这两个方案都是在PLC的基础上设计的，PLC系统均可以满足设计所需要的硬件部分，都能达到设计的要求。方案一虽然程序指令简单易懂，但步骤繁锁，接线复杂；方案二利用了C250的双向计数原理，使得数据采集和处理简单且易于实现，而且程序简单，步骤少。通过将两个方案进行比较，显然方案二更适合本次设计任务。4 控制系统的设计4.1 控制程序流程图设计 停车场控制系统的车进模块流程图设计如下图4-1：图4-1 车进模块流程图停车场控制系统的车出模块流程图如下图4-2：图4-2 车出模块流程图5 硬件系统的设计5.1 PLC的选型 我们都知道，在设计时我们要留一定的余量，方便更改设计或者扩展，因此我们通过

19、统计所要的输入和输出的点数，经过对比，我们选择了三菱FX2N-32MR型PLC。它具有很多优点：内置的集成功能、强大的通信能力和品种丰富的扩展模块等，它也正是借助这些优点成为FX系列PLC家族中较先进的系列之一。FX可以用于替代继电器控制系统实现单机运行，也可以实现复杂的自动化控制系统。极强的通信能力使得它在网络控制系统中也发挥着重要作用；并且能适应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6。FX2N-32MR也以其极高的性价比，在我国占有很大的市场份额。5.2七段数码管的设计 在我们平时设计中，用的最多的数字显示器件就是七段数码管，它由a、b、c、d、e、f、g七个LED发光单元

20、组成，若需要小数点的，则再加一个小数点单元，并将这七个发光单元排成一个“8”字型，然后通过使不同的LED组合发光，达到显示不同数字的效果。由于电流原因，每段数码段都要与一个限流电阻串联，然后才能与电源相连，某个译码开关闭合，表示对应的数码段显示；若其断开，则表示对应的数码段不显示，通过不同的数码段显示，就可显示“0-9”10个阿拉伯数字。七段数码管各数码段分布及排序如图5-1所示。例如：在图5-2中，译码开关SA，SB，SG，SE,SD，导通显示数码“2”；译码开关SA，SB，SC，SD，SE，SF，SG导通，显示数码“8”；以此类推7。图5-1 七段数码管各数码分布 图5-2 七段数码管译码

21、原理 5.3 车位传感器5.3.1 车位传感器工作原理及选型 车位传感器专门负责采集车位的状态信号，本节依据其工作原理进行选型8。 5.3.2 各类车位传感器 车位检测是实现车位自动化定点管理的基础，其中的关键部件就是车位传感器。目前对车位占、空状态的检测常采用的是超声波车位传感器、地感线圈检测器等。近年来亦有采用视频车位检测器实现对车位的检测。停车场的出入控制系统常采用电感线圈检测方式。只有强大的信息处理能力才能满足系统对车位状态的监测。超声波车位传感器不是一种接触式测量仪器，它是利用超声波从发射到接收到回波的时间差来测量距离的是一种非接触式测量仪器，通过时间不同来判断是否有车在停车位。它能

22、够检测停车位上是否有车，而且超声波传感器具有防误检的功能，不仅可以防障碍物误检，还可以防相邻车位的误检。由于使用超声波侦测，不会像使用微波、红外线等侦测方式容易受外在坏境干扰而造成误报问题，因为每个传感器都有独立的防干扰功能，同时也不受周围传感器的干扰。有多种方法来设计车位传感器检测车位占、空状态，最常见的就有电磁、光电、红外检测等，但比较检测原理及工程实施等，超声波检测器具有造价低、无附加反射装置、非埋设、抗静电干扰和免维护等优点，有利于网络群测系统的构成。基于超声波传感器的上述优点，本文系统中对停车场车位的检测选用超声波车位传感器9。5.3.3超声波车位检测原理 超声波车位传感器是利用超声

23、波发射、被测物体反射、回波接收后的时间差来测量被测距离，根据不同距离时回波时差的不同来判断车辆是否停在车位上。 如图5-3超声回波示意图所示：图5-3 超声回波示意图 在没有车时，传感器从发出超声波到接收到回波的时间：t0=2S/v=c，其中C为常数，S为传感器到地板之间的距离，v为常温时超声波在空气中的传播速度，其值为340m/s。当有车泊位时，超声波被车顶反射回，从发出到接收回波的时间相比没有车时将会减小，其大小为t1=2(S-H)/v，其中H为车头的高度10。5.4 道闸开关系统 在车库入口处，道闸前安装一超声波检测器用来检测车辆的进出，若有车停在道闸前，超声波检测器便会向PLC发出信号

24、，告知将有车辆进入，道闸处于准备打开状态，只要身份识别正确，道闸打开，直到上限位开关动作，然后延时一分钟等待车辆入库，汽车通过道闸，汽车完全通过道闸后，道闸开始关门，直到下限位开关动作，完成一个自动控制过程。在道闸后也要安装一检测器，用来检测车辆是否入库，若车辆入库，则告知PLC要增加一辆汽车的数量，并在车库门前指示板上的数码管显示，最后控制道闸关闭。道闸开关功能示意图如图5-4所示：图5-4 道闸开关示意图 由于BEN5M-MDT是一种测距的光电传感器，具有测距远，采用反射镜反射的检测方式，DC12-24V供电，NPN/PNP同时输出，遮光入光选择。因此道闸前后传感器选择BEN5M-MDT。

25、5.5停车场车位指示板 在车库入口处安装一指示板，指示板将显示尚有车位数以及空车位的位置，用来提醒司机朋友们停车，车库的指示板的示意图如图5-5所示：图5-5 停车场车位指示板 指示灯是用来指示空车位的，所以只有相应的空车位其指示灯才会亮，这样司机朋友就可以根据指示灯进库停车，方便了司机朋友们找车位。这个部分也是用梯形编程图来实现。车位线程序相对比较简单，所用到的软元件X10-X17,X20-X27，X30-X31，输出端元件Y20-Y27，Y30-Y37，Y40-Y41，输出输入原件共计18对。只要将超声波传感器安装在车位上方，就可以检测到有无车。当车位没有车辆时相应输入继电器不通电，常闭节

26、点合上，输出端所连接的指示灯亮，如图5-5中5号、9号、10号和17号灯亮，证明这四个车位为空。其余位置有车，相应的指示灯亮。5.6 停车场控制系统接线图5.6.1 停车场控制系统接线图 下图为停车场控制系统的PLC外部接线图，在该接线图中，X1是该系统的总开关，X3和X4分别接BEN5M-DT传感器1和X3BEN5M-DT传感器2的输入端，X6、X7分别为闸门的上、下限位开关，分别接在PLC的X6、X7这两个输入端。超声波传感器1到超声波传感器18接X10至X31的输入端。L1用来指示停车场车满，L2用来指示车未满，QS是电机正转的总开关，电机的控制都是由继电器的线圈控制，KM1、KM2分别

27、是电机正、反转的继电器线圈，Y5至Y12输出的是BCD码，直接接入数字译码显示器。灯1至18是车位指示板，分别接Y20至Y41的输出端。图5-6 PLC外部接线图5.6.2控制线路主电路图 下图是主电路电机的接线图，QS是电机的总开关，KM1与KM2之间形成互锁，通过改变电源的相序来改变电机的正反转，当KM1闭合KM2断开时，电机正转，闸门开启，车辆可通过；当KM2闭合KM1断开时，电机反转，闸门开始闭合，车辆不可通过。图5-7 控制线图主电路图6 停车场软件系统的设计6.1 PLC外部输入/输出点（I/O）表 6-1 I/O分配表输入信号输出信号启动按钮X1车满指示灯L1Y0上升沿加计数输入

28、X3车未满指示灯L2Y1上升沿减计数输入X4电机正转总开关Y2行程开关X0.6X6正转接触器KM1Y3行程开关X0.7X7反转接触器KM2Y4指示板输入X10-X31BCD码输出Y5-Y12指示板输出Y20-Y416.2 控制程序设计分析 （1）系统控制和入库判断 根据设计要求，当按下启动按钮X1时，整个系统开始工作，其辅助继电器M1得电形成自锁；然后C250开始计数工作，同时给其赋值18进行比较，当其达到18时，禁止车辆进入，同时车满指示灯亮；当车辆不足18时，允许车辆进入，车满指示灯熄灭，车位满指示灯亮起。 （2） 车辆入库 根据设计，当计算小于18时，C250常开，M0辅助继电器常开；当

29、X3检测到有车辆进入时，Y2得电，电机总开关打开，然后电机开始正转，直到电机达到其上限位，然后延迟1分钟，等待车辆通过，一分钟以后，电机反转，直到达到下限位，此时C250加一。 （2）车辆出库 车辆出库相对就比较简单，出库时不用判断车库内的车辆数量，当X4检测到有车辆出库时，电机总开关打开，然后电机正转，直到达到其上限位，然后延迟一分钟，等待车辆出库，然后电机反转，直到达到其下限位，此时C250计数减一。 （3）车辆进出库 车辆进出库就只用在车辆进库前加一个车库内的车辆数判断，只要小于18就允许车辆进入，车辆出库则无须判断。 （4） C250初始化和车位显示 首先将0赋值给D0，将1赋值给D1

30、，完成初始化阶段；然后当X3有高电平信号时，C250加一，当X4有高电平信号时，C250减一，最后的数据都存储在D0中，最后将D0存储的数据传给数码管显示。X10X31为超声波车位检测器的输入，Y20Y41对应为指示板输出。当有车辆驶入某车位时，对应的辅助继电器得电，常闭触点断开，对应的输出继电器常开触点闭合。例如：当1号车位有车辆驶入时，则X10的超声波车位检测器检测到，其常闭触点断开，对应的Y20常闭触点断开，对应的指示灯灭，显示有车辆停在该车位。程序指令表见附录一。 7 系统调试及结果分析7.1 硬件调试 PLC内部可以为输入电路提供24V电压,BEN5M-DT光电传感器需要的驱动电压为

31、24V，为了直接驱动负载，需要为输出电路配置220V的交流电源，以满足其输出指标，经过分析我们知道，电源满足所需要的要求；然后我们按接线图接好线后，按下启动按钮，电机能正常工作，七段数码管能实时显示数据，车位指示能正常指示，因此证明PLC选型正确，光电传感器也符合要求。7.2 软件调试 首先根据接线图接好线，并将程序用FX-GP编程软件导入到PLC系统中，然后进行读写操作，如给X3一个高电平信号，看计数是否加一，给X4高电平信号，C250是否减一，当计数达到18时，是否停止计数，经过多次调试最后改正达到要求。7.3性能分析 本设计是基于PLC实现的停车场车位控制器，PLC中的C250双向计数器

32、用来接收两个光电传感器将采集到的信号，然后C250进行加减计数存储，并以BCD码形式传输给七段译码显示器，显示器再实时的显示停车场的停车数目。同时当C250达到18时，计数器停止工作，禁止车辆进入，当不足18时允许车辆进入。由于PLC具有控制程序可变、可靠性高，具有功能强、良好的柔性，性价比高等特点。该系统可靠性高，自动化程度高，该系统达到了设计的要求。8 课题总结及展望8.1课题总结 本设计是基于PLC控制系统设计的自动化停车场，能自动显示停车数量，还能显示空车位位置，是智能的现代设备，主要用于提示司机朋友停车场内是否有空车位以及空车位位置，本停车场的车位控制器是比较简单的控制器，它仅可以完

33、成车辆的进入判断和车位提示，并不能实现计费功能，它适用于一些企业和政府单位等的免费停车场，但本设计还不是很完美，还有很多需要完善的地方，还有很多有待提高的地方，停车场还可以设计成自动收费系统，或是自动管理停车场的出入车辆系统。8.2 课题展望 由于本系统的实现技术要求较高，而且课题研究的时间仓促，以及本人能力有限，因此还存在很多不足之处：（1） 在功能上需要更加完善，本系统没有设置报警装置，若系统发生故障，系统不能做出报警动作，这样也会影响系统的跟踪质量。（2） 本系统中的硬件部分不能实现集中控制，这样不仅增加了程序的编写难度，而且相应的增加了系统的成本。（3） 本系统未安装收费系统，不能实现

34、收费功能，希望在新的系统中可以安装打卡收费系统。 由于时间仓促，本人能力有限，做出的系统还存在不少的问题，希望有更多的人参与其中，最终能做出精度更高、性能更好的停车场管理系统，以适应越来越多的私家车对停车位的需求。希望有更多的人参与到这项研究中来，精度高、性能好、成本低的控制系统是我的目标。参考文献 1Hugh Jack. Automating Manufacturing systems with PLCM/CD.20072 黄树波.城市建设应发展立体停车库J.技术革新.2004 (3) 3 张长缨，张侃谕.智能型立体车库的构成及智能化方案J.控制系统.2002 (1) 4SIEMENS AG

35、.SIMATIC Text Display (TD) User Manual.2004.5周丽芳、罗志勇、罗萍、岂兴明.三菱系列PLC快速入门与实践M.北京：人民邮电出版社，2010-76Programmable Controllers Theory and ImplementationM.L.A.Bryan and E.A.Bryan, 20067 崔惠柳.事行实时时钟芯片DS1302及其应用J.广西工学院学报，1998,9（1），60-648 苗深.PLC在立体停车装置控制中的应用J.机电工程。2000（1） 9 赵燕.传感器原理及应用J 北京大学出版社 201010 林永华.建设立体车库增加停车车位J.城市开发，2006，（07）：23-24致谢首先，我应该感谢一直帮助我的指导老师鲍老师，她教我们做事要有条理，该深究的一定花时间探究到底，做个认真的求知者。同时，我还要感谢以前教我们PLC的聂老师，他的教学为我以后做PLC控制器打下了一定的基础，也帮我解了不少疑惑，使我真正喜欢这门课程。此外，我还要感谢同学们的帮助，做一个系统不可能只靠一个人的力量即可搞定，在这个过程中，我遇到很多问题我也问过很多同学，没有他们，我想我是没有那么顺利完成这个自动化停车场设计的，真的谢谢他们。附录一：梯形图附录二：指令表