基于plc停車場車位控制系統(tǒng)
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常州劉國鈞高等職業(yè)教育中心機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題名稱: 基于plc停車場車位控制系統(tǒng) 專 業(yè): 班 級: 設(shè) 計(jì) 者: 設(shè)計(jì)時(shí)間: 指導(dǎo)教師: 年 月 日內(nèi)容摘要設(shè)計(jì)針對目前停車場車位控制系統(tǒng)存在的集成自動化程度低、可靠性差和運(yùn)行效率低下的不足,結(jié)合目前工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù),設(shè)計(jì)了一種技術(shù)較先進(jìn)、性能可靠、自動化的程度較高的停車場車位控制系統(tǒng)。本文針對停車場車位控制系統(tǒng)中存在的問題,把PLC可編程序控制器1-8和變頻器應(yīng)用于停車場車位控制系統(tǒng)上,同時(shí)對問題進(jìn)行了較深入的研究。 采用PLC的自動控制系統(tǒng),具有可靠性、易操作性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)。因此,本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場相比,大大提高了設(shè)計(jì)效率,維護(hù)周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高,有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞:PLC;車位控制;停車場; 目 錄第一章 前言11.1 課題研究的背景及意義11.2 停車場種類11.3 停車場管理模式的發(fā)展1第二章 可編程控制器(PLC)簡介及發(fā)展趨勢32.1 PLC起源32.2 PLC特點(diǎn)32.3 PLC發(fā)展趨勢4第三章 基于PLC控制的停車場車位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.1 控制程序流程圖63.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)73.2.1 CPU的選擇73.2.2 輸入輸出編址73.2.3 I/O接線圖83.3梯形圖程序83.4 停車場車位控制系統(tǒng)語句表13第四章 總結(jié)184.1 總結(jié)18參考文獻(xiàn)203 第1章 前言1.1 課題研究的背景及意義隨著進(jìn)口汽車大量涌入和國內(nèi)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,中大城市的汽車數(shù)量劇增從而引發(fā)了停車管理問題。近幾年,我國的停車場管理技術(shù)不斷完善,計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了停車場管理系統(tǒng)功能的強(qiáng)大。但是現(xiàn)在某些小型停車場如要運(yùn)用大量高新技術(shù)會出現(xiàn)資金不足、維護(hù)不完善的問題,有時(shí)考慮也不夠全面,所以目前要解決車輛管理成本高、服務(wù)效率低等問題。 停車場管理系統(tǒng)重點(diǎn)要做到標(biāo)準(zhǔn)指示車輛進(jìn)出,車輛進(jìn)入時(shí)給與司機(jī)準(zhǔn)確的車位數(shù)量與具體位置,車輛進(jìn)入后,記錄車輛總量;車輛離開時(shí)減少車輛數(shù)量。車輛進(jìn)出指示可完全由PLC作為中央控制處理,停車場空位指示可利用價(jià)格較不高的七段數(shù)碼顯示管。1.2 停車場種類停車場的形式經(jīng)歷了從露天、平面、人工收費(fèi)到地下、自動計(jì)費(fèi)停車場到塔式、立體、智能取車、自動計(jì)費(fèi)的發(fā)展歷程。 根據(jù)停車場位置的不同,停車場分為地面停車場、地下停車場及專用停車塔樓及路邊臨時(shí)占道停車場。依據(jù)建筑物類型的不同,又可分為市區(qū)公共建筑群大型停車場(如成都天府廣場的地下停車場)、綜合建筑樓專用停車場(如各類商場及辦公樓專用停車場)、辦公區(qū)域?qū)S玫孛嫱\噲觯ㄈ缧@停車場)、住宅小區(qū)專用停車場及用于經(jīng)營的專用停車樓(塔)9。 1.3 停車場管理模式的發(fā)展停車場的管理模式呈現(xiàn)出從人工管理到智能化管理的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的管理方式采用人工管理的方式,車輛的進(jìn)出、停放都由人工引導(dǎo),計(jì)費(fèi)也由人工計(jì)費(fèi)收取。自動化程度較低,管理的隨意性較大。 人類文明的發(fā)展進(jìn)入信息時(shí)代,現(xiàn)代建筑的發(fā)展也進(jìn)入智能建筑時(shí)代,計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)、智能信息及其處理技術(shù)、自動化控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)都日臻成熟。特別是近年來IC卡技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得電子化、信息化、自動化、智能化管理停車場的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也不斷改進(jìn)和完善,成本逐漸降低,安全性及可靠性要求不斷提升,因此全人工管理停車場已難以適應(yīng)時(shí)代的要求,對停車場實(shí)現(xiàn)自動化、智能化的管理與監(jiān)控勢在必行10。包括車輛出入工程的相關(guān)提示、停放服務(wù)的自動計(jì)費(fèi)、車輛進(jìn)出的自動化監(jiān)控聯(lián)動、自動記錄進(jìn)出車輛的相關(guān)信息及歷史數(shù)據(jù)等。一些專用停車塔樓,則智能化程度更高。車輛入庫只需取卡后定點(diǎn)等待,自動化傳輸設(shè)備自動,完成車輛的傳送、托舉、入庫、計(jì)時(shí)及出庫過程。整個(gè)停車場設(shè)備高度智能化,停取車過程高度自動化,停車場空間利用效率更高。同時(shí)該類型停車場要求在建筑專業(yè)化規(guī)劃,停車場設(shè)備的專業(yè)化要求也相應(yīng)更高。 1第二章 可編程控制器(PLC)簡介及發(fā)展趨勢2.1 PLC起源可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員,是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展,這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱作可編程控制器,簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡稱混淆,所以將可編程控制器簡稱PLC。2.2 PLC特點(diǎn)1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說,使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬件故障自我檢測功能,出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣,整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易11。3.易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小,維護(hù)方便,容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5.體積小,重量輕,能耗低以超小型PLC為例,新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.3 PLC發(fā)展趨勢 1、PLC微型化發(fā)展PLC的功能正越來越豐富,而體積則越來越小。比如三菱的FX-IS系列PLC,最小的機(jī)種,體積僅為609075mm,相當(dāng)于一個(gè)繼電器,但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力,還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了,而是具有越來越強(qiáng)的模擬量處理能力,以及其他過去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級處理能力,如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說,PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來越小了,用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過程控制系統(tǒng)。2、PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前,PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn),以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)(DCS)不可缺少的組成部分3、向模塊化、智能化發(fā)展為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要,近年來,PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊,如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PL外部故障的專用智能模塊等,些模塊的開發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能,擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍,還提高了系統(tǒng)的可靠性。4、PLC操作向簡易化方向發(fā)展。目前PL推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步,而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同,用戶往往需要掌握更多種編程語言,難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn),用普通的方法對它們編程時(shí),需要熟悉有關(guān)的特殊存儲器的意義,在編程時(shí)對它們賦值,運(yùn)行時(shí)通過訪問它們來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān),編程的過程既繁瑣又容易出錯,阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復(fù)雜任務(wù)的編程,在這一點(diǎn)上西門子就充當(dāng)了先行者,西門子S7-200的編程軟件設(shè)計(jì)了大量的編程向?qū)?,只需要在對話框中輸入一些參?shù),就可以自動生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序,大大方便了用戶的使用。5、編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí),日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏,使PLC的基本部件12-13,包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。 第三章 基于PLC控制的停車場車位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制程序流程圖 停車場車位控制系統(tǒng)在啟動運(yùn)行時(shí)的程序框圖,如下圖所示。 七段顯示屏重置七段顯示屏重置是否有車出是否有車進(jìn)入停車N N 觸發(fā)傳感器1傳感器1無反應(yīng)觸發(fā)傳感器2 Y Y大門不開有位指示燈是否亮開門傳感器2無反應(yīng) N 不開門觸發(fā)傳感器1 Y開門不開門觸發(fā)傳感器2關(guān)門關(guān)門計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)器加1七段顯示屏顯示當(dāng)前停車場已停車數(shù)結(jié)束圖 3.1 控制程序流程圖3.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1 CPU的選擇本次設(shè)計(jì)要求開始、停止、2個(gè)行程開關(guān)和2個(gè)傳感器14共6個(gè)輸入接口,控制車滿和有位2個(gè)指示燈、電機(jī)正反轉(zhuǎn)及2個(gè)七段顯示屏15共18輸出接口,所以選用CPU222并擴(kuò)展2個(gè)EM222模塊滿足控制要求。3.2.2輸入輸出編址停車場車位系統(tǒng)輸入開關(guān)及控制該系統(tǒng)16-18的輸出端在PLC中的I/O地址分配表如表2-1所示。表 2-1 I/O地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟動信號常用開關(guān)SB1I0.0停止信號常用開關(guān)SB2I0.5傳感器1輸入信號接近開關(guān)SQ1I0.1傳感器2輸入信號接近開關(guān)SQ2I0.2閘欄上限位信號行程開關(guān)SQ3I0.3閘欄下限位信號行程開關(guān)SQ4I0.4 輸 出 信 號車位滿信號指示燈HL1Q0.2有車位信號指示燈HL2Q0.3電機(jī)正轉(zhuǎn)信號電動機(jī)KM1Q0.0電機(jī)反轉(zhuǎn)信號電動機(jī)KM2Q0.1七段顯示屏1信號七段顯示屏SEG1Q2.0-Q2.6七段顯示屏2信號七段顯示屏SEG2Q3.0-Q3.63.2.3 I/O接線圖圖3.2 I/O接線圖3.3梯形圖程序根據(jù)程序模塊及停車場車位控制的邏輯關(guān)系,可繪出梯形圖6控制程序。程序如下:3.4 停車場車位控制系統(tǒng)語句表TITLE=程序注釋Network 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 程序啟動LD I0.0O M10.0AN M10.1= M10.0Network 2/ 程序停止LD I0.5= M10.1Network 3/ 輸出七段顯示屏LD M10.0MOVW AC0, AC1DIV 10, AC1SEG AC1, QB0SEG AC2, QB1Network 4/ 重置2個(gè)七段顯示屏LDN M10.0R Q0.0, 7R Q2.0, 7Network 5/ 控制大門的關(guān)閉停止LD M0.4O M0.7O M1.2A I0.4LD SM0.1O M0.0OLDAN M0.1= M0.0Network 6/ 控制車滿燈和有位燈的亮滅LD M0.0A M10.0O M0.1AN M0.2AN M0.5AN M1.0LPSAB= AC0, 15S Q0.2, 1R Q0.3, 1LRDAB= AC0, 16S Q0.3, 1R Q0.2, 1LPP= M0.1Network 7/ 控制車進(jìn)入開門LD M0.1A I0.1AN I0.2A Q0.2O M0.2AN M0.3= M0.2Network 8/ 開門動作停止LD M0.2A I0.3O M0.3AN M0.4= M0.3Network 9/ 關(guān)門并計(jì)數(shù)器加1LD M0.3A I0.2O M0.4AN M0.0= M0.4EUAB= AC0, 1DECB AC0Network 16/ 電機(jī)正轉(zhuǎn)及開門控制LD M0.2O M1.0O M0.5= Q0.0Network 17/ 電機(jī)反轉(zhuǎn)及關(guān)門控制LD M0.4O M1.2O M0.7= Q0.1Network 18/ 重置車滿和有位指示燈LD I0.5R Q0.2, 1R Q0.3, 1第四章 總結(jié) 4.1 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是理論到實(shí)踐的過度環(huán)節(jié),通過畢業(yè)設(shè)計(jì),可以說在這一過程中我的收獲很大,充分認(rèn)識到自己的薄弱環(huán)節(jié),通過理論分析與實(shí)踐的反復(fù)論證,許多問題都有了較好的解決方案。軟件部分采用各部分程序直接轉(zhuǎn)的方式,依次實(shí)現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機(jī)械手控制方式。用此種方法編寫程序條理清晰,連貫性強(qiáng),但若要增加其它機(jī)械手控制方式或進(jìn)行擴(kuò)展,程序會變得相當(dāng)復(fù)雜而且容易出錯,出錯后調(diào)試修改也很困難。收進(jìn)的方式是將各部分程序?qū)懗沙绦颍奖阏{(diào)用和調(diào)試。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序編寫比較簡單,不需要再編寫分支、匯合狀態(tài)移圖的程序,且由于本課對定時(shí)精確度要求并不高,適宜采用。若是在對定時(shí)精度要求比較高的情況下,應(yīng)采用單片機(jī)的中斷功能進(jìn)行硬件定時(shí)。通過此次設(shè)計(jì),了解了停車場車位控制系統(tǒng)的工作原理,其中電路及軟件實(shí)現(xiàn)是此次設(shè)計(jì)的主要部分。作為一個(gè)好的控制系統(tǒng)必須把各種控制都考慮在內(nèi)之外,還要考慮安全控制。 致謝五年的大專生活就快走入尾聲,我們的校園生活也要劃上一個(gè)圓滿的句號,此刻的心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出,對我的人生來說,將是踏上一個(gè)新的征程,要把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際工作中去。在我的十幾年求學(xué)歷程里,離不開父母的鼓勵和支持,是他們辛勤的勞作,無私的付出,為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件,我才能順利完成學(xué)業(yè),感激他們一直以來對我的撫養(yǎng)與培育。衷心感謝指導(dǎo)老師單艷芬老師,感謝她給予的幫助。是她在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我巨大的幫助與鼓勵,使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì),在此表示衷心的感激.老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。她無論在理論上還是在實(shí)踐中,都給予我很大的幫助,使我得到不少的提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的許多思想和方法得益于指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和啟發(fā),從設(shè)計(jì)選題到論文寫作都傾注了指導(dǎo)老師的巨大心血。本設(shè)計(jì)能順利的完成也歸功于各位老師的認(rèn)真負(fù)責(zé),使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識,并在設(shè)計(jì)中得于體現(xiàn)。再次向常州劉國均高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校全體老師表示由衷的謝意,感謝他們四年多來的辛勤培育。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大專五年所學(xué)知識的綜合運(yùn)用,是理論與實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物。在同學(xué)的幫助、指導(dǎo)老師的用心輔導(dǎo)和學(xué)校的精心安排下,這個(gè)課題能夠順利進(jìn)行。但是,由于時(shí)間倉促以及本人水平有限,這本設(shè)計(jì)說明書還有很多不完善之處,也難免存在錯漏,懇請各位老師指正。參考文獻(xiàn)1 彭利標(biāo)、王芯等.可編程控制器原理及應(yīng)用M.西安:西安電子科技大學(xué) 出,1999. 2 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- 基于 plc 停車場 車位 控制系統(tǒng)
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