基于PLC的车库门自动控制系统.pdf

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1、【摘要】随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。智能车库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。本文主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,应用 PLC 作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制。控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以 PLC 为应用的车库自动门的系统软件设计。根据管理及控制功能需求，充分研究了相关系统组件的工作原理及性能指标，据此进行系统功能设计及硬件选型。此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高

2、道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。【关键字】可编程控制器 S7-200 自动车库控制系统 第 1 章 概述 随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用了自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力的快速发展，并不断的丰富着人们的生活。近 20 年来，随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大，城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。因此车辆停放依旧是市民最关注的问题。在超级市场、公共建筑、银行、别墅车库门，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控

3、制，已经逐渐被淘汰。1969 年，出现了可编程逻辑控制器 PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数、等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。PLC 控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了 PLC 停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以 PLC 技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。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

4、置,车辆进入车库后,记录车辆总量;车辆离开车库时,减少车辆数量。车辆进出指示可完全由 PLC 进行中央控制处理,停车场空位指示可利用价格便宜的数码管显示。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。为此，本文对停车场智能控制管理上引入了 PLC 技术，对停车场进行了一个关于 PLC 为主的系统设计。第 2 章 停车场控制系统硬件设计 2.1 可编程控制器 PLC 的选型 PLC 目前主要的品牌有：美国 AB，比利时 ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷 创研等。本设计中采用西门子公司的 S7-200 型

5、PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。1.S7-200 的特征 (1)体积小,尺寸:1608062mm 由于其紧凑的设计,S7-200 可以适合于任何机器控制环境。(2)易于使用:通过 STEP7-Micro/Dos 软件可以非常方便地为 S7-200 编程,而且该软件能够在任何一台 IBM 兼容个人计算机上使用,哪怕是一台 286 的微机,要求 MS-DOS5.0 以上。(3)灵活多用:S7-200 的输入/输出点可以支持各个领域的设备,如:光电传感器,驱动马达按钮开关,灯,泵,搅拌器等。2.

6、S7-200 的主要组成部件 (1)中央处理器(CPU):是控制系统的大脑,它根据用户程序进行控制,此次选择 CPU224 作为本设计的主机。(2)输入和输出(I/O):是系统的控制点,输入用于监视现场装置，输出用于控制执行机构。(3)编程口:用于连接编程设备,例如,一台计算机或一个手持编程器如图 2-1所示。图 2-1 S7-200 简易组成连接图 3.编程软件 S7-200 的编程软件叫做 STEP7-Micro/Dos 它基于 MS-Dos5.0 上的版本。STEP7-Micro/Dos 的编程语言有两种表示方法:指令表和梯形图。2.2汽车车库自动门电气控制系统的平面图 汽车车库自动门电

7、气控制系统控制的平面图如图 2-2 所示。说明：超声波开关：红色区域为超声波的感应范围，当小车进入到这个范围，超声波开关被触发，常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。光电开关：当有物体穿过开关，并遮住了光束，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。门下限开关：当门下降，碰到它时，门下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在门是关闭的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。门上限开关：当门上升时，碰到它时，门上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭

8、触点，下面为常开触点。门位电动机：采用直流驱动，按正负方向接入电源，电动机正转（门上升），反之，电动机反转（门下降）。2.2.2 控制要求 PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。库门设计为卷帘式，用一个电机来拖动卷帘。正转接触器 KM1 使电机开门，反转接触器 KM2 使电机关门。在库门的上方装设一个超声波探测开关 S01，超声波开关发射超声波。1）按下启动按扭，当有人或车由外到内进入超声波发射范围时，超声波开关便检测出超声回波，从而产生输出电信号（S01=ON），由该信号启动接触器 KM1，电机 M 正转使卷帘上升开门，当到达开门限位开关位置时，电机停止运行。2）如果此时车不想停入

9、车库，需要离开，车离开超声波发射范围，5 秒后，车库门自动关闭。如果此时车又想开进车库，再次进入超声波发射范围，车库门停止关闭，进行开门动作。3）当车开到车库门下时，在库门的下方装设一套光电开关 S02，用以检测是否有物体穿过库门。光电开关由两个部件组成，一个是能连续发光的光源；另一个是能接收光束，并能将之转换成电脉冲的接收器。若行车（人）遮断了光束，光电开关 S02 便检测到这一物体，产生电脉冲，在延时定时器 5 秒后，由该信号启动接触器 KM2，使电机 M 反转，从而使卷帘开始下降关门，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。4）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外进入超声波发射范围时

10、，则立即停止关门，并自动进入开门程序。5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，增加手动开门和关门开关。2.3 控制程序的编制，并画出硬件接线图 2.3.1 主接线路如下图所示：图 2-3 车库自动门主电路电路图 2.3.2 PLC 硬件连接线路如下图所示：控制过程：按下电子锁开关 I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关 I0.1 时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁 I0.3 关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关 I0.2 时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5 关闭照

11、明灯。或者有一个声音信号 I0.6 声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10 秒后照明灯自动关闭。如此循环。第 4 章 停车场控制系统软件设计 4.1 设计功能顺序如下图 所示：4.11 车开进车库：1）、运行项目，按下启动按钮 SB5；按键盘的向上方向键，控制小车前进；当小车进入超声波区域时，车库门开启，到达上限位停止开门。2）、车继续前进，当车穿过光电开关，开进车库时，定时器开始计时，3s后，开始关门，到达关门下限位时停止关门。2、车开出车库：1）、按下手动开门按钮后，车库门开启，到达上限位时，停止开门。2）、车开出车库时，穿过关电开关和超声波区域，最后离开超声波区域，此时门自动关闭，

12、无需手动去关门。2.4、I/O 口及定时器/计数器说明 I/O 口分配表：类别 元件 端子号 作用 输 入 SB1 I0.0 超声波开关 SB2 I0.1 开门上限开关 SB3 I0.2 开门下限开关 SB4 I0.3 关电开关 SB5 I0.4 启动/停止开关 SB6 I0.5 手动开门开关 SB7 I0.6 手动关门开关 输 出 KM1 Q0.0 电机正转接触器 KM2 Q0.1 电机反转接触器 定时器说明：类别 器件号 设定值 作用 定时器 T38 3S 车触关电开关后，3 秒后关自动门 控制过程：按下电子锁开关 I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关

13、 I0.1 时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁 I0.3 关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关 I0.2 时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5 关闭照明灯。或者有一个声音信号 I0.6 声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10 秒后照明灯自动关闭。如此循环。2.5 梯形图 2.6 指令表 网络 1 LD I0.0 O Q0.0 A I0.4 O I0.5 AN I0.1 AN I0.3=Q0.0 网络 2 LDN I0.0 O Q0.1 A I0.4 AN I0.2=Q0.1 网络 3 LDN I0.3 O M0.0 A

14、I0.4 网络 4 LD M0.0 A I0.4 AN T38 TON T38,30 网络 5 LD T38 A I0.4 O I0.6 AN I0.2=Q0.1 AN I0.0=M0.0 第五章 心得体会 拿到这个课题时，我第一次读过去，脑袋里留下了大概的设计要求。就是电动机正反转控制自动门的打开与关闭，还有就是限位开关控制自动门电动机的到位停止。这是汽车进出库必须的要求。还有就是室照明灯的要求。这些都是一些简单的控制，看一下就可以想象出来车进出的情况。但是到了真正编写程序的时候，发现并不是那么的容易。车库门电子锁打开，如果光线差的话照明灯也打开。然后车进入库内，门自动关闭。到了这一环节，我

15、一开始是考虑用两个压力传感器库外库内各一个，当车入库时，碰到外面的传感器时自动门不动作，而碰到室内的压力传感器时门就会关闭，车出库时反之。可是，当我在编程序的时候，发现并不是那么简单，编着编着发现我自己就被绕进去了。后来没办法去求助了一下同学，研究了好长时间，发现我们能力有限，虽然很简单，但是却很饶人。于是我就回来继续思考，我想到了另一个方案，就是在自动门的下面放一个压力传感器，然后用一个定时器，30 秒左右的时间，当汽车走到车库门口时，碰到压力传感器，然后计时器开始工作，30 秒后接收到信号，门开始自动关闭。并且简化了程序，避免了两个传感器交叉使用时会产生的混乱。但是，我又发现另一个问题，如果车行道门口突然停住了，定时器五秒后门开始关闭，这样的话就出现了一个致命的错误，而且上网查了一下压力传感器的价格，发现他不是太便宜，用在家用车库中不切实际。结果发现不可行。