LC课程设计---车库管理系统.doc

PLC停车场管理系统前 言近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，物质日益丰富，机动车辆的数量也是飞速上升。城市交通需求量也日益增大。由于私家车、出租车比重呈现逐年上升的趋势，车辆停放成为了市民最为关注的问题。也许还有不少人对上世纪八、九十年代的“挤车难”记忆犹新，但现在“停车难”的问题更让不少人头疼。车辆停放设施的落后确实是长期困绕市民日常生活的一个老大难问题。近年来各地政府部门投入了大量人力、物力用以改善城市停车设施，随着基础设施和重大工程的建设，以及车辆的淘汰更新和扩容，一定程度上提高了许多停车场的智能管理和安全化，一定程度上缓解了交通问题。但是，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。据国家“十五”汽车工业发展规划，2005年，我国汽车保有量将达到2465-2545万辆。而据有关部门的不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市每31辆才有一个停车位，已经越来越不适应日夜激增的车辆管理问题。因此大型智能停车场随之而生并且发展势头迅猛，而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。为了使交通更加便捷畅通，智能交通系统（ITS）的理念越来越受到人们的关注，该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于停车场智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系。由于城市人口相对密集，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。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。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，本文在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。该系统主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理进行设计，车辆进入后，记录车辆总量，车辆离开时，减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示，以达到停车场智能化、高效化。目 录一、引言11.1课题设计目的11.2设计内容11.3实现的目标2二、 总体方案设计32.1系统的硬件配置及组成原理32.2 PLC的基本结构图42.3 CPU 226 技术数据62.4 PLC的工作原理72.5系统变量定义及分配表（I/O地址）82.6 I/O分配表8三、控制系统设计83.1 流程图设计93.2设计思路10四、系统调试及结果分析114.1 硬件调试114.2 软件调试11五、结束语15六、参考资料16七、附录17附录一 程序表17附录二 指令表23附录三 符号表24一、引言1.1课题设计目的本设计针对私家车、出租车停放的系统管理、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下等一系列难题与不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。该系统主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，达到停车场智能化、高效化。主要研究内容如下：（1)针对现有传统停车场管理系统的不足之处，对停车场智能管理系统进行了总体设计，并按照用户性质的不同，对工作流程进行了优化设计，提高了停车场的运行效率。(2) 系统需对停车场中的收费系统、车位显示系统、上位监控系统进行设计，并且绘制出相应的梯形图。(3)利用智能停车管理系统的PLC设计，完成了车辆入场时收费系统与主电脑系统的控制，允许车辆入场时监摄系统、定位感测器与门栏之间控制。1.2设计内容图1-11. 停车场共有16个空位。2. 在入口处装设一传感器，用来检测车辆进入的数目。3. 在出口处装设一传感器，用来检测车辆出去的数目。4. 尚有车位时，入口闸栏才可以将门开启让车辆进入停放，并有一指示灯表示尚 有车位。5. 车位已经满时，有一指示灯显示车位已满，且入口闸栏不能开启让车辆进入停放。6. 可以从7段数码管上显示目前停车场共有几部车。 1.3实现的目标入口处的传感器能检测所进车辆的数目，出口处的传感器能检测所出车辆的数目；当车辆在要进出门时，闸门会自动开启让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满指示灯会亮，当停车场车位没停满时，车未满指示灯会亮，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所停车辆数，并且车辆已经停满时，闸门自闭，不会让车辆进入。让人们方便、快捷、准确的满位显示服务功能； 车辆保管的安全性功能；经济合理的运营成本；可以让停车场智能化管理具有很重要的现实意义：规范停车秩序，与动态交通和谐发展；避免乱收费现象，提高停车收费的可信度；提高停车管理人员的工作效率，减轻工作人员的劳动强度；扩充停车信息的可利用形式以及范围，提高停车泊位利用率；提高找寻停车位的便利性，减轻交通污染；保障车辆安全出入停车场以及停车期间的安全，减少损失；停车泊位引导系统的采用，减少了车主进入停车场后寻找停车位的时间。2、 总体方案设计2.1系统的硬件配置及组成原理本系统采用S7-200PLC,是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 所需本次设计要求开始按钮、停止按钮、2个行程开关和2个传感器共6个输入接口，车满和有位2个指示灯、电机正反转及2个七段显示屏共18输出接口，所以选用CPU226DC/DC/DC（24输入/16输出）并扩展个EM223(8输入、8输出)模块满足控制要求。 2.2 PLC的基本结构图CPU模块I/O模块编程器电源接口 图2-1PLC的基本结构说明：1、中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型：（1）RAM（Random Assess Memory）这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。PLC存储空间的分配：虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（1）系统程序存储区；（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）；（3）用户程序存储区。系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。（1）I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。（2）系统软设备存储区 ：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。用户程序存储区：用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2.3 CPU 226 技术数据硬件配置 （1）主控模块（CPU模块）目前市场上S7-22*系列PLC已基本取代了第一代S7-21*系列PLC，并成为市场中的主流产品。S7-22*系列有CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226、CPU 226XM 6种不同型号。CPU 221无扩展功能，适于用作小点数的微型控制器。CPU 222有扩展功能，CPU 224具有较强控制功能的控制器。CPU 226和CPU 226XM适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有2个RS485通信接口。 CPU226：本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些4复杂的中小型控制系统。（2）功能模块如：快给进和慢给进驱动定位模块FM351、伺服电机位模块FM354等，主要用于实时性要求高，存储量要求大的过程信号处理。（3）信号模块（SM）该模块可以使不同的过程信号电平和S7-3OO内部信号电平相匹配。（4）通信处理器（CP）该模块可用于PLC与PLC或PLC与其他设备进行联网通信。如：CP340(具有RS-32C口)、CP342-5DP(现场总线联网)等组成原理S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一种小型PLC。它以紧揍的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。S7-200PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展的模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点上到几百点。S7-200PLC可以方便的组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。S7-200的编程软件STEP7-Micro/WIN32可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。S7-200有四种CPU，其性能差异很大。这些性能直接影响到PLC的控制规模和PLC的配置。2.4 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.5系统变量定义及分配表（I/O地址） I/O接线图 2-22.6 I/O分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信 号启动信号常用开关SB1I0.0停止信号常用开关SB2I0.5传感器1输入信号接近开关SP1I0.1传感器2输入信号接近开关SP2I0.2闸栏上限位信号行程开关SQ1I0.3闸栏下限位信号行程开关SQ2I0.4 输 出 信 号尚有车位指示灯指示灯HL1Q0.2车位已满指示灯指示灯HL2Q0.3电机正转信号电动机KM1Q0.0电机反转信号电动机KM2Q0.1七段显示屏1信号1-7七段显示屏SEG1Q1.0-Q1.6七段显示屏2信号1-7七段显示屏SEG2Q2.0-Q2.6图2-3三、控制系统设计停止七段显示屏显示当前停车场已停车数计数器减1计数器加1关门触发传感器2关门触发传感器1开门不开门NY不开门开门传感器2无反应触发传感器2有位指示灯是否亮大门不开传感器1无反应触发传感器1NYYN是否有车进是否有车出七段显示屏重置开始始 3.1 流程图设计3.2设计思路本次的设计思想如下： 1入库车辆前进时，经过传感器1，此时车位尚未满的话，栅栏向上打开，当达到上限位置时，栅栏打开停止，同时车辆进入，经过传感器2，栅栏门向下关闭，达到下限位置时，栅栏门停止关闭，同时计数器A加1； 2出库时，先经过传感器2，栅栏门向上打开，当达到上限的时候停止打开，同时车出闸门再经过传感器1，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的初始值由计数器A送来）只经过一个传感器则计数器不动作； 3仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示； 4设仓库容量为16辆车，则仓库满时应显示车位已满指示灯； 5若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过传感器1，出库车辆经过传感器2），应避免误计数。 四、系统调试及结果分析 4.1 硬件调试根据系统要求选择相应的硬件设备，并根据I/O分配，按要求连接电路，并检查电路是否正确，确保电路安全后打开电源开关，等待软件调试和程序下载。之后操作各个输入量进行相应的功能检验。4.2 软件调试按接线图接好线后，用STEP7编程软件编辑程序指令，完成程序编辑后，进行程序编译检查程序是否存在语法错误，无误后导出，然后使用S7-200汉化版软件进行仿真 ，观察运行过程。其中，进入三辆车，然后再使出一辆车的仿真图下图。（1）打开仿真软件后，输入软件钥匙密令，进入到仿真仿真窗口，然后进行各相关配置，将CPU设置为226型号的形式，选择程序，点击粘贴程序出现的界面如图图4-1所示。 图4-1（2） 在确保各个参数设定好后运行程序，点击运行按钮如图中的绿色三角图标，点击之后，表示仿真软件正处于工作状态，等待用户进行调试仿真，在点击启动按钮SB1时，程序的运行状态如图4-2所示，由图分析可知，该车位正处于初始状态，各样设施基本完善，此时车位未满，客车可以进入停放。 图4-2（3）车子出进时要考虑一个问题，当车位为满时，不允许车子进入停放，因停不下会造成事故；当车位未满时，可充许车辆进入停放。要满足这两点要求，就应该在车库进出口安装一个传感器输入信号和车位指示灯，当有客车接近传感器时，就会触发车位指示灯的亮灭情况，通过指示灯的亮灭情况来判断是否开启闸栏实现仿真如图4-3所示，此时车位已满指示灯发亮，表示车位已满，不能向内停放车辆。 图4-3（4）车子进出车库时要将信号传递给闸栏，使系统驱动程序将闸栏打开，进出闸栏的打开又由车位是否满而决定，满与不满将信号传递在指示灯上来判定这样方便课程的停放，运行仿真如图4-4所示。 图4-4问题分析 (1)在梯形图调试时，出现几个错误，错误原因是： 在程序块中拉出的模块未定义符号地址，系统无法识别此模块的用途，因此会出现错误提示，解决的方法是双击状态栏中的某一条错误，程序编辑器中的矩形光标将会移到程序错误处，若出现漏写，将其正确填写此模块的符号地址。 当程序编辑器中的矩形光标移到错误处出现红色字体 ，表示这个地址不存在，应检查符号表是否有这个地址，将其正确的更正，修改成功后红色字体变成黑色。 当程序编辑器中的矩形光标移到错误处出现波浪线，出现波浪线的原因是输入不合法，可能是中英文混输出现错误，还有就是大小写字母出现错误，经改正后波浪线消失。(2)在仿真调试时，出现几点错误，造成仿真结果与预期不一致，错误原因是： 导出的AWL 文件打开，会提示无法打开文件，出现错误的原因是无法打开数据块(.odb)和CPU配置文件(.cfg) 载入程序时不要载入全部，只载入逻辑块则不会出现错误，数据块可以在MicroWIN复制后进入仿真器中用“粘贴数据块”功能加入。 我们所用的S7-200的仿真软件与编程软件STEP7-MicroWIN不太相符 ，有些程序仿真后得不到预期的结果，可能是某些设置未修改导致的结果，在这方面有所欠佳，还需得努力学习相关内容。 五、结束语整个课程设计通过软件和硬件上的调试，我想着对自己以后的学习和工作都有很大的帮助。在这次课程设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，只有理论与实际相结合，才能更加深入的了解问题。只有了解了实际与理论知识并把它们相结合，才能解决问题。一切问题必须靠自己一点一滴的解决，而且要不断的更正以前的错误。设计是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此大部分时间是用在程序设计上面的。通过这次课程设计，我发现了自己的不足，在实践中仍存在困惑。在本次设计中，我还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和百度成了我很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心通过这次对停车场智能管理系统的PLC控制，让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。 虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题六、参考资料1 机电传动与控制.王宗才.北京：电子工业出版社，201