毕业论文-基于PLC的智能校园监控系统设计-plc设计类.doc
原稿！！基于PLC的智能校园监控系统设计【开题报告+任务书+机械毕业论文+CAD】
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江苏大学本科生毕业论文（设计）开题报告学院： 控制技术学院 专业： 电气工程及其自动化 学号： 20101342114 年级： 大四 学 生 姓 名 孟庆舒 指 导 教 师 叶茜论文（设计）题目 基于 PLC 的智能校园监控系统 与本课题有关的国内外研究情况 ：智能校园是以物联网为基础的智慧化的校园工作、学习和生活一体化环境，其中，进出校园的车辆管理，以及校园内停车场的全自动化管理，可以大大提高智慧校园车辆管理的安全性、经济性和效率，而面向校园车辆自动化管理的智能监控系统是解决这一问题的有效手段。校园监控是利用监控设备对学校场所进行全方位、全高清视频立体化管理和监控。另外可以对摄像机、云台进行 ，设置各种报警与联动，并对监控内容进行数字录像和储存，对数字录像文件进行编辑、检索和回放功能。而智能化的校园监控能够具有便捷性、节能性 、高效性，对提升校园的安全性有很大的帮助，特别是对于进出校园的车辆，以及停车场的监控管理。国外的研究情况：智能校园监控具有广泛的应用前景和潜在的经济价值，从而激发了世界上广大科研工作者及相关人士的浓厚兴趣，尤其在美国、澳大利亚等国家已经开展了大量有关项目的研究。例如澳大利亚的校园 SCAT 系统采取分层梯阶式控制结构，通过通过固定的监控计算机和管理串行线路相连模式实现了连续监视所有路口的信号运行、检测器的工作状态。在实时监测和自动控制的应用中，单片机往往作为一个核心部件来使用，然而仅仅依靠一个单片机是不够的，还应根据具体硬件结构软硬结合，加以完善。而 PLC 而 PLC 控制系统具有通用性强，丰富的 I/O 接口模块方便组合，安装简单维修方便，驱动性强，并且使用方便，编程简单，现场调试容易，能适应各种恶劣的运行环境，特别是针对学校这一块，通过 PLC 系统的应用可以降低成本，因此国外用 PLC 来进行校园监控的也很多。国内智能校园监控这一块发展的比较晚，目前还处于起步阶段。通常提到的智能视频监控还停留在网络视频监控的概念上，中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室已经成立智能视觉监控研究组，开展这方面的研究工作 。本课题研究的主要内容及方法： 本课题主要研究的基于 PLC 的停车场监控系统等。主要内容 1.实现 PLC 控制系统2.实时监控 PLC 系统3.后台数据库，存储停车场每个车位的当前状态4.界面程序，显示停车场当前状态和指定路线研究方法 1.用梯形图程序实现 PLC 控制系统2。通过组态软件配置组态命令语言来实时监控 PLC 控制系统 本课题所需要解决的问题：1.由于涉及到外围电路的设计和布线，所以了解控制系统硬件框架的组成是问题关键，怎样通过合理的设计，对于缩短工作周期，后期维护很重要。2.正确的理解 PLC 的硬件结构，对整个系统的设计尤为关键。3.了解梯形图程序设计语言，PLC 和相关外围控制器传感器的连接方式也很重要。预期结果及其意义：预期结果：实现智能校园车辆和停车场自动化管理，设计好基于 PLC 的监控系统，包括 PLC 控制系统设计、基于 PLC 的停车场监控系统。意义：智能校园监控的实施不仅仅是提高了校园的安全性以及通畅性，更重要的是它对于建设智能校园提供了一个模板，我们未来的校园应该是充满智能化 和 智慧化的。基于 PLC 的智能校园监控的实施可以给学生和老师们提供一个舒适、安全、绿色的环境，可以使得学生更好的投入到学习中来，使得老师更好的投入到工作中去，对学生的身心也有很大的帮助。完成课题的各阶段工作具体安排起止日期 本阶段的工作安排2017.2.26-2017.3.5 开题报告2017.3.6-2017.3.25 方案设计，硬件设计，元件选型2017.3.8-2017.3.29 查阅资料，外文翻译2017.4.15-2017.5.15 论文撰写2017.4.2-2017.4.22 中期报告 2017.4.9-2017.5.7 软件设计，调试指导教师意见：签名： 年 月 日系审批意见：签名： 年 月 日基于 PLC 的智能校园监控系统 1本科毕业设计（论文）题 目 基于 PLC 的智能校园监控系统姓 名 孟庆舒 专 业 电气工程及其自动化 学 号 20101342114 指导教师 叶茜 2017 年 05 月 05 日基于 PLC 的智能校园监控系统 2基于 PLC 的智能校园监控系统摘 要随着科技的发展和社会的进步,商业的自动化设备已经越来越广泛的应用。智能校园是以物联网为基础的智慧化的校园工作、学习和生活一体化环境，其中，进出校园的车辆管理，以及校园内停车场的全自动化管理，可以大大提高智慧校园车辆管理的安全性、经济性和效率，而面向校园车辆自动化管理的智能监控系统是解决这一问题的有效手段。校园监控是利用监控设备对学校场所进行全方位、全高清视频立体化管理和监控。另外可以对摄像机、云台进行 ，设置各种报警与联动，并对监控内容进行数字录像和储存，对数字录像文件进行编辑、检索和回放功能。而智能化的校园监控能够具有便捷性、节能性 、高效性，对提升校园的安全性有很大的帮助，特别是对于进出校园的车辆，以及停车场的监控管理。本设计针对于校园停车场进行全自动化管理，假设校园有 16 个车位，为总车位数，进行车位管理，上位机用北京亚控公司开发的组态王监控软件进行画面组态监控，下位机用德国西门子公司开发的小型 PLC S7-200，下位机实现对入闸口和出闸口的栏杆实现控制，栅栏干的上升和下降用台达变频器控制其转速，提高了升降稳定性。上位机和下位机通过 PPI 编程电缆实现通讯。关键词：停车场，西门子，PLC，组态王Abstract基于 PLC 的智能校园监控系统 3With the development of science and technology and the progress of the society, commercial automation equipment has been more and more widely used. Intelligent campus is the Internet based intelligent campus work, learning and life integration environment, the vehicle management and out of the campus, and the campus parking lot full automation management, can greatly improve the safety, economy and efficiency of smart campus traffic management, intelligent monitoring system for campus vehicle automation management is an effective means to solve this problem. Campus monitoring is the use of monitoring equipment on the school premises for a full range of Full HD video stereo management and monitoring. In addition to the camera, PTZ, set up a variety of alarm and linkage, and the monitoring of digital video recording and storage, digital video file editing, retrieval and playback function. The intelligent campus monitoring can be convenient, energy saving, high efficiency, to enhance the safety of the campus is of great help, especially for the entry and exit of vehicles, as well as the monitoring and management of the parking lot.The design of needle automatic management for the campus parking lot, assuming the campus has 16 parking spaces, car parking for the total number, management, with Kingview software development company Beijing Yakong configuration screen PC monitor, small PLC S7-200 developed by German SIEMENS company with PC, PC to realize the gate and the gate of the fence railing to achieve control, stem the rise and fall with the delta inverter to control its speed, improve the lifting stability. The upper computer and the lower computer communicate through the PPI programming cable.Keywords: Parking, Siemens, PLC and kingview基于 PLC 的智能校园监控系统 4目录第一章 绪论 .41.1 研究背景 .41.2 发展现状 .51.3 研究意义 .5第二章控制系统设计方案 .72.1 设计方案选择 .72.2 本课题研究的主要内容及方法 .82.3 PLC 的基本概念 .82.4 PLC 的基本结构 .82.5 PLC 的工作原理 .102.6 PLC 的特点 .11第三章 系统硬件设计 .133.1 PLC 的选型 .133.2 变频器的选型 .163.3 变频器的参数设置 .183.4 PLC 输入输出口分配 .203.5 主电路和控制回路 .213.6 PLC 本体的输入输出接线图 .223.7 PLC 扩展模块的输入输出接线图 .233.8 数码管显示图 .25第四章系统软件设计 .264.1 Step 7 简介 .264.2 PLC 运行系统程序主流程 .264.3 梯形图 .27第五章 仿真调试 .315.1 仿真与调试 .315.2 仿真软件 .31基于 PLC 的智能校园监控系统 55.3 仿真过程 .32第六章 上位机组态设计 .346.1 定义变量 .346.2 组态画面的设计 .34总结 .36致 谢 .37参考文献 .39附录 1 电气原理图 .40基于 PLC 的智能校园监控系统 6第一章 绪论1.1 研究背景自 1969 年美国数字设备公司（DEC）根据通用汽车公司（GM）提出的十项功能指标研制出世界上第一台可编程序控制器 PDP-14 后，PLC 工控机不断发展，在 20 世纪 70 年代初期、中期，PLC 可以完成顺序控制，有逻辑运算、定时、计数等控制功能。20 世纪 70 年代末至 80 年代初，PLC 的处理速度大大提高，不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。20 世纪 80 年代以来，以 16 位和 32 位微处理器为核心的 PLC 得到 迅速发展。这时的 PLC 具有了高速计数、中断技术、PID 调节和数据通信等功能。伴随各种类型的 PLC的不断涌现，诸如西门子、三菱、欧姆龙等的诞生，传统的继电器控制逐步被取代，工业控制开始进入全新的时代。工业自动化的发展，基于 PLC、单片机和 PC 的自动化系统与自动化设备越来越普及，1.2 发展现状国外的研究情况：智能校园监控具有广泛的应用前景和潜在的经济价值，从而激发了世界上广大科研工作者及相关人士的浓厚兴趣，尤其在美国、澳大利亚等国家已经开展了大量有关项目的研究。例如澳大利亚的校园 SCAT 系统采取分层梯阶式控制结构，通过通过固定的监控计算机和管理串行线路相连模式实现了连续监视所有路口的信号运行、检测器的工作状态。在实时监测和自动控制的应用中，单片机往往作为一个核心部件来使用，然而仅仅依靠一个单片机是不够的，还应根据具体硬件结构软硬结合，加以完善。而 PLC 而 PLC 控制系统具有通用性强，丰富的 I/O 接口模块方便组合，安装简单维修方便，驱动性强，并且使用方便，编程简单，现场调试容易，能适应各种恶劣的运行环境，特别是针对学校这一块，通过 PLC 系统的应用可以降低成本，因此国外用PLC 来进行校园监控的也很多。国内智能校园监控这一块发展的比较晚，目前还处于起步阶段。通常提到的智能视频监控还停留在网络视频监控的概念上，中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室已经成立智能视觉监控研究组，开展这方面的研究工基于 PLC 的智能校园监控系统 7作 。1.3 研究意义随着我们祖国的不断壮大，国民经济的飞速发展，我国已经到达了自动化和工业化的深入阶段，自动控制技术与计算机技术也取得了很大的创新和进步。随着城市化的速度加快，可利用的能量资源也开始慢慢减少，随着我国家自动化行业的不断发展，已经开始与国际接轨，国内停车场监控系统也实现了重大突破。虽然这些进步跟国际上领先的停车场监控系统技术还有一定差距，但是这种差距也不算很大，甚至在慢慢缩小，因此在自停车场监控系统技术方面还有很多问题值得探讨和研究。我们应该吸收国际上领先的信息控制技术，并将其消化成为自己的技术，同时要符合我们的国情，还要结合我国的自动化现状，然后在消化的基础上进行创新，提高我们国家的自动化水平，让我们自己设计的停车场监控系统更加适合各种环境，由于可编程控制器结构相对简单、使用容易、稳定性高、功能多、扩展性强、成本低，所以 PLC 技术已经应用到了各行各业当中，成为最基本的控制器之一。因此，本文通过西门子可编程控制器对停车场监控系统进行设计，希望通过本次设计，对停车场监控系统控制技术有更加深入的研究和探索。基于 PLC 的智能校园监控系统 8第二章控制系统设计方案2.1 设计方案选择方案一：传统的继电器控制系统，选择对应的低压电器，比如：空开，接触器，热继电器，按钮，时间继电器等。采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑。方案二：采用 PLC 控制系统。综合考虑：选择方案二。理由如下：1.继电器控制接线多而且复杂，体积大，功率大，故障率高，一旦系统构成后，想改变或者增加功能都很困难的。采用存储器逻辑控制，其控制逻辑以程序的方式存在内存内，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可。2.继电器控制逻辑使用大量的机械触点，连线多。触点的开闭时，会受到电弧的损害，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小，寿命长，可靠性高。3.系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。基于 PLC 的智能校园监控系统 92.2 本课题研究的主要内容及方法 本课题主要研究的基于 PLC 的停车场监控系统等。主要内容 1.实现 PLC 控制系统2.实时监控 PLC 系统3.后台数据库，存储停车场每个车位的当前状态4.界面程序，显示停车场当前状态和指定路线研究方法 1.用梯形图程序实现 PLC 控制系统2。通过组态软件配置组态命令语言来实时监控 PLC 控制系统2.3 PLC 的基本概念现代社会飞速发展，市场需求不断扩大产品的种类逐渐增多，在控制低成本的同时还得确保高质量，对于这些变化制造业要做出变革，那么控制生产线和生产设备的系统就得有非常高的灵活性，延展性和可靠性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）就是为了满足这些需求而诞生的，它是工业上通用的用微处理器作为核心的控制装置。PLC 是一种电子系统，通过数字运算来进行操作，几乎覆盖到了工业生产当中的每一个环节。它内部拥有存储器，用这个存储器来实现各种复杂的控制和逻辑运算，输入和输出的方式有两种分别是模拟量式和数字量式，从而对生产过程或者多种类型的机械进行控制。除了实现控制功能外，还能实现联机通信功能。本文研究的是三菱公司的 FX 系列 PLC。2.4 PLC 的基本结构PLC 组成部分包括内部芯片 CPU，可编程装置和输入输出信号部分，除此之外还有一个执行特殊任务的部分。如图 2-1 所示。基于 PLC 的智能校园监控系统 10输入模块输出模块可 编 程 序 控 制器CPU模 块编 程 装 置接 触 器电 磁 阀指 示 灯电 源按 钮选 择 开 关限 位 开 关电 源图 2-1 PLC 控制系统示意图（1)CPU 模块CPU 可以说是可编程控制器的大脑，控制中枢，主要是由存储器和微处理器（芯片）组成。它的作用就是不断采集信号，储存输入的程序和数据。除了采集和存储，还能智能识别语法错误，使用户能及时察觉改正，简单方便，刷新系统，执行用户程序，并且存放整个系统监控和管理的程序。（2）I/O 模块I/O 模块又可以称为输出模块和输入模块，是联系外界与系统内部的桥梁。输入模块又可以分为两大类，模拟量输入部分和开关量输入部分；模拟量输入可以获取送变装置得到的各种变化量、测速装置和电位控制器的电压与电流信号。开关量输入部分可以接受限位开关、选择开关、光电开关、压力继电器、按钮等开关量输入的信号。变频器、调节阀的控制需要模拟量输出模块来执行；电磁阀、数字显示器、接触器、报警装置等需要开关量输出模块来控制。（3)编程器编程器属于 PLC 的外围设备，也是非常重要的外围设备之一。如果用户想修改、编辑和检查程序，都需要编程器来完成，同时也可以对程序的执行进行监视。当然也可以通 PLC 与电脑的相连，可直接在电脑上的 STEP 7-Micro/WIN 软件操作编写。基于 PLC 的智能校园监控系统 112.5 PLC 的工作原理PLC 的工作方式属于串行工作方式，每一项任务需要通过执行程序来完成，就是说只能一步一步的来，每个时间段，只做一件事儿。所以可编程控制器分两种工作状态，分别是 RUN 模式和 STOP 模式，也称运行和停止模式。在 RUN 模式下执行程序，在 STOP 模式下对程序进行修改和编写，这种不停循环的工作方式叫做扫描工作方式，如图 2-2 所示。图 2-2 扫描过程示意图PLC 的基本工作流程主要包括（1）读取输入：在这一阶段可编程控制器将顺次扫描所有外部数字量的输入 I/O 状态，这一阶段在系统的控制下进行。(2)执行用户程序：用户程序由指令所组成，这些指令按顺序排列在存储器当中，这一过程是一次扫描程序当中的指令，按顺序执行用户程序，并按要求进行逻辑运算，将算出的结果写入对应的映像寄存器中，所以程序的执行使得映像寄存器的内容也随之变化。(3)输出控制信号：当 CPU 完成用户程序的执行后，得到相应的运算结果，此时各输出点将接收到输出状态寄存器发出的控制信号，并按要求实现逻辑控制。可编程控制器的 CPU 操作模式，由 RUN 模式变成 STOP 模式的时候，数字量的输出将会置为输出表定义的状态，或者保持现状，默认设置为数字输出量清基于 PLC 的智能校园监控系统 12零。这些过程会不断的重复执行，执行所需的时间为扫描周期，一般为几十毫秒。为了提高可靠性，让控制信号及时接收，除了上述过程外，还会进行 CPU自诊断测试，通信处理等过程。完成诊断后没有故障，就会继续扫描，查看是否有通信请求，没有就继续相应的工作。通信处理后也会继续扫描，输入信息，执行程序，输出相应的控制信号，完成一个周期的扫描，在进行第二轮。PLC就是这样不断的重复循环，实现对设备的控制。2.6 PLC 的特点1.编程简单易学可编程控制器使用最多的语言就是梯形图，梯形图的各种符号，表达方式等跟电路图有着很大相似之处，梯形图简单直观的表达方式让初学者更加容易接受和学习，如果是熟悉电路图的技术人员则能更加快速掌握使用方法，实现程序编制。2.功能性强，性价比高PLC 产品的功能非常完善，一台小型可编程控制器就有上千种编程元件，可以实现复杂控制，功能相当强大，PLC 控制系统和继电器控制系统，在能实现同样的功能下，PLC 控制系统性价比很高。同时还能通过联网通信，实现集中管理，分散控制。3.硬件配套齐全，已操作，适应性强为了用户的选择，PLC 产品有品种齐全的硬件装置，已经模块化、系列化、便准化，用户想实现什么样的功能都很容易操作。可编程控制器带负载的能力很强大，小型交流接触器，电磁阀都能直接驱动。编程器是 PLC 更改程序和输入程序的核心，中大型 PLC 的编程器有可以显示信息的屏幕，可以更加值观的显示程序的输入，更改程序的信息也能显示，操作方便。在确定了硬件配置之后，就可以修改程序跟快的适应工作需求。4.抗干扰能力强，可靠性高，维修方便传统继电器控制系统当中的时间继电器和中间继电器，在 PLC 当中可以直接用软件代替，只有外部的输入输出相关的硬件元件，所以 PLC 的接线就会大基于 PLC 的智能校园监控系统 13量减小，后期维修就会很方便，也更加节省时间，同时可靠性也会提高。由于编程语言的简单易懂，所以编程出现错误的概率也非常低，可编程控制器在软件和硬件部分都采取了抗干扰措施，抗干扰能力提升，在恶略的工作环境下也能正常工作，可靠性得到了保证，也是它主要特点。5.体积小，能耗低由于减少了大量的时间继电器和中间继电器，可编程控制器的体积也大为缩小，有的甚至只有几个继电器大小，安装起来也非常方便，使得开关柜的体积也缩小。由于 PLC 接线的减少，安装的工时也短，同时也费用也减少。基于 PLC 的智能校园监控系统 14第三章 系统硬件设计 PLC 控制系统的硬件平台的设计首先考虑到 PLC 的选型。首先选择整个系统的大核心CPU 模块，然后根据设计之前的估算，确输入输出点的数量，然后再去确定用什么类型的 Digital Input数字量输入模块、Digital Output数字量输出模块、Analog Input模拟量输入模块、Analog Output模拟量输出模块以及他们的点数、通道数量和模块数量。在分配完输入输出点之后，要确定外围传感器的选型。最后根据这些模块和传感器的型号参数选择容量足够大的电源模块，给这些模块和传感器进行基本的供电，保证他们安全稳定的工作。最后再绘制电气原理图，安装图、端子排布图、电器柜内部布局图、气动元器件接线图等等，给现场的电气安装人员提供指导，方便电器柜的安装。最后自动或者人工手动生成元器件的清单，有的高级绘图软件能自动生成清单，这样出错率低，有些软件则需要人工去统计，费事且不准确，清单提供给相应的采购人员，进行元器件的前期采购工作。基本的元器件有按钮开关、对硬件系统要保护功能的保护电路的元器件、错误和运行状态指示灯、电机类的接触器、驱动气缸的电磁阀等等。绘制原理图一定要做到详细和完整，让接线人员一目了然，知道怎么接线，不存在模糊不清、模棱两可的地方。3.1 PLC 的选型PLC 机型选择的基本原则是：在功能满足的前提下，选择最可靠、最方便的维护性能和价格优化模型的使用。S7 - 200 系列西门子 PLC 家族成员，在西门子工业控制领域占有重要地位。S7 - 200 系列 PLC 小尺寸，低成本，强大的硬件和软件，系统配置，已广泛应用于各行各业。S7 - 200 系列产品可满足设计要求，因此系统采用西门子 S7 200 PLC。S7 - 200 主机已开发，已经历了两代产品。CPU21X 的第一代产品，包括 CPU212、 CPU214、CPU215 和CPU216，每个主机单元都可以扩展。该产品已广泛应用于 CPU22X 的第二代产品，包括 CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU224XP 和 CPU226XM。基于 PLC 的智能校园监控系统 15(1)CPU221 主机单元有 6 个输入/ 4 输出的 10 个数字 I / O 点，没有 I / O 扩展能力。(2)CPU222 主机单元有 8 个输入/ 6 输出，总共 14 个数字 I / O 点，可以连接到 2 的 I / O 扩展单元，最大值扩展到 78 数字 I / O 或模拟的 I / O。(3)CPU224 主机单元有 14 个输入/ 10 输出，总共 24 个数字 I / O 点，可以连接到 7 的 I / O 扩展单元，最大值扩展到 168 数字 I / O 或模拟的 I / O。(4)。CPU224XP 主机单元总共有 3 个模拟输入，总输出为 CPU224，总共有 2 个输入(I / O)。(5)CPU226 主机单位有 24 个输入/ 16 输出，总共 40 个数字 I / O 点，可以连接到 I / O 扩展单元，最多可扩展到 248 个数字 I / O 或模拟 I / O。PLC 模型选择的基本原则是:满足功能要求，选择最可靠、最方便的维护性能和价格优化模型。根据控制要求和输入/输出点，控制系统可以满足控制要求。因此，该系统使用西门子 s7200 PLC。S7 - 200 是一种模块化的小型可编程逻辑控制器，结构紧凑，简单方便，成本高。主要组件是 SM(框架)、中央处理器CPU 模块、信号模块(c)等。1 CPU 模块由于本系统需要的点数不多，且工艺简单，因此选择性比价比较高的 S7224XP CPU 模块，而其强大的通讯功能使应用十分方便要，更能适应以后的网络升级需要。兼容可插 50KB 存储卡能实现项目的移植功能。需要说明的是，有时根据需要可以设置 CPU 自带的 I/O 点为低电平有效，在此运用的是一般常用的高电平有效。本系统采用的 CPU 模块为 CPU-224XP，详细参数如表 3-1 所示：基于 PLC 的智能校园监控系统 16表 3-1本论文采用的是 CUP224XP。它总共有 14 个数字输出，总共有 24 个数字输入/ 10 I / O。可以连接到 7 个扩展模块，最大扩展到 248 个数字 I / O 或模拟 I / O。26K 字节程序和数据存储空间。独立 30kHz 高速计数器，2 独立20kHz 高速脉冲输出，使用 PID 控制器。RS485 通信/编程端口，与 PPI 通信协议，MPI 通信协议和自由模式通信能力。I / O 终端行可以很容易地分解为集成。对于控制系统的更高要求，有更多的输入/输出点，扩展模块的能力更强大，更快的运行速度，更强大的内部集成的特殊功能。可以完全适应多种复杂的控制系统。基于 PLC 的智能校园监控系统 173.2 变频器的选型电机我们选择 0.75KW 的三相异步电机，因为电机涉及到调试，所以这这次毕业设计，我选择用变频器控制电机的速度调节，主要考虑到当关到位之前，和门开到位之前，门电机的速度不能太快，速度过快会对机械结构会有冲击，长时间这样运行下去，势必会影响闸口的正常使用。控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧、美、日及国产的共约 5O 多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，其实只要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。下表中参数供选用时参考。控制方式 U/f=C 控制电压空间矢量控制 矢量控制 直接转矩控制反馈装置 不带 PG带 PG 或PID 调节器 不要不带PG带 PG 或编码器速比 I 150%200%静态速度精度/%（0.20.3）（0.20.3） 0.2 0.2 0.02 0.2适用场合一般风机、泵类等较高精度调速，控制一般工业上的调速或控制所有调速或控制伺服拖动、高精传动、转矩控制负荷起动、起重负载转矩控制系统，恒转矩波动大负载故选择 U/f=C 控制，对于连续运转的变频器必须同时满足以下 3 个计算公式：(1)满足负载输出：PcnPm (3.1)(2)满足电动机容量：Pcn3KUeIe cos 10-3 (3.2)基于 PLC 的智能校园监控系统 18(3)满足电动机电流：IcnKIe (3.3)式中 Pcn 为变频器容量（单位 kW），PM-负载要求的电动机轴输出功率（单位 kW）， Ue 为电动机额定电压（单位 V）， Ie 为电动机额定电流（单位A）， 为电动机效率（通常约为 085），cos 为电动机功率因数（通常约为075），k 是电流波形补偿系数（由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加，通常 K 约为 10511）。将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为 0.75KW 故取 0.75KW.这里我选择了，台达公司生产的 VFD-M 系列的 0.75KW 的变频器。具体实物如 4-1 所示。图 4-1 台达变频器实物照片根据台达变频器选型说明我选择 VFD007M21A ，变频器的输入电压为 220V，考虑到民用的便捷性，毕竟民用的三相电还是较少的，用常见的 220V 电压单相输入。基于 PLC 的智能校园监控系统 193.3 变频器的参数设置参数 P00 此参数可设定交流电机驱动器主频率的來源。 出厂默认是 00，这里我们更改为 04，由外部输入控制。参数 P01，出厂默认是 00，这里我们更改为 01，键盘 STOP 有效。参数 P03，出厂默认是 60HZ，这里我们更改为 50HZ。这里的加减速时间设定，我们设定加速时间为 1S，减速时间也为 1S。在本次设计中，我们设置 2 段速，只要对 P17 和 P18 的参数进行设置即可。基于 PLC 的智能校园监控系统 20我们选择出厂默认值 00这这里，我们把 P40 设置为 06，即 M3 对应着多段速指令一； 当 Mx1-GND 为 1 的时候，当前运行频率为 STEP1; 基于 PLC 的智能校园监控系统 213.4 PLC 输入输出口分配I/O 分配表根据系统设计控制要求，对 I/O 口进行分配，输入地址分配表如表 3-2 所示：表 3-2 输入地址分配表输入地址 对应外部设备I0.0 入口对射光电I0.1 出口对射光电I0.2 入口闸栏开限位I0.3 入口闸栏关限位I0.4 出口闸栏开限位I0.5 出口闸栏关限位I0.6 复位输出地址分配表如表 3-3 所示：表 2-3 输出地址分配表输出地址 对应外部设备Q0.0 尚有车位指示灯Q0.1 车位已满指示灯Q0.2 入口闸栏开Q0.3 入口闸栏关Q0.4 入闸频率给定Q0.5 出口闸栏开Q0.6 出口闸栏关Q0.7 出闸频率给定Q1.0 十位数码管_a基于 PLC 的智能校园监控系统 22Q1.1 十位数码管_bQ2.0 十位数码管_cQ2.1 十位数码管_dQ2.2 十位数码管_eQ2.3 十位数码管_fQ2.4 十位数码管_gQ2.5 个位数码管_aQ0.6 个位数码管_bQ2.7 个位数码管_cQ3.0 个位数码管_dQ3.1 个位数码管_eQ3.2 个位数码管_fQ3.3 个位数码管_gQ3.4 备用Q3.5 备用Q3.6 备用Q3.7 备用3.5 主电路和控制回路在主电路中 QF1、QF2 为空开，起到短路保护。KM1-KM2 为交流接触器；在控制回路中，FU1-FU2 为熔断器，当负载回路电流过大时，会断开，起到保护控制回路作用；V1 为开关电源，是把交流 220V 的电压转换为直流 24V；KA1-KA2 为中间继电器的常开点；具体电路图如图 2-4 所示：基于 PLC 的智能校园监控系统 23图 2-4 主电路和控制回路图3.6 PLC 本体的输入输出接线图如图 2-5 所示：基于 PLC 的智能校园监控系统 24图 2-5 PLC 本体输入输出接线图3.7 PLC 扩展模块的输入输出接线图如图 2-6 所示：基于 PLC 的智能校园监控系统 25图 2-6 PLC 扩展模块输入输出接线图基于 PLC 的智能校园监控系统 263.8 数码管显示图图 2-7 数码管示意图基于 PLC 的智能校园监控系统 27第四章系统软件设计4.1 Step 7 简介STEP7 编程软件是由德国西门子公司设计的专门用于他们自己公司西门子系列工控产品的一门软件系统，主要包含 5 大块功能，分别是硬件组态、软件编程、模拟仿真、实时监控以及参数设置的功能，STEP7 系列的编程软件是德国工控领域的领导者西门子公司集成工业软件 SIMATIC 中的一个重要组成部分。此套系统的开放性好，在恶劣环境下的可靠性高，集成度很高所以功能异常强大，另外它易于开发，容易学会。它具有下面这些常用的版本：Step7 Basic 主要是针对西门子公司最新研发和推出的 S7-1200 系列的PLC。Step7S7-300/400 的编程软件，编程方式仅局限于 LAD，STL，FBD。Step7 ProFessional内部包含有 Step7，并含有 Graph,HiGraph,SCL 以及模拟器 PLCSIM。Step7 Microwin西门子 S7-200 的编程软件。Step7 Microwin 系列软件已经成为德国西门子当前在工业自动化控制领域应用最广、接受程度最高、性能最完善的开发软件。Step7 Microwin 支持 3 种符合 IEC61131-3 标准的 PLC 编程语言，他们是FBD、STL 和梯形图，用户可以对不同的块选择不同编程语言，根据现场的实际控制要求来选择高效实用的编程语言，灵活性很大。4.2 PLC 运行系统程序主流程PLC 是以不断循环扫描的方式进行工作的，只要 PLC 进入 RUN 模式，PLC 就会不断循环的扫描和执行，PLC 在每一次循环中都是采集所有的数字和模拟量输入信号。它的运行过程共分为三个基本阶段：PLC 输入扫描阶段、PLC 用户程序执行阶段、PLC 的输出刷新阶段。1.PLC 输入采样阶段，在这个阶段 PLC 逐个扫描每个输入端口，就像人的大脑，对身体上的器官采集到的信号进行搜集，输入映像区存储好每一次由传感器采集到的信号信号状态，改变上次输入映像区中的原有的各种状态。当每基于 PLC 的智能校园监控系统 28一次的扫描阶段结束后无论外界输入输出端口的信号如何变化，都要等到下一次循环，CPOU 重新读取外部输入端口的信号后，寄存器中的信号才会被刷新。这是因为输入映像区由于内部电路的设计，它是与外界隔离的，在同一次循环中，不论外面端口如何变化，输入映像区中的信号状态都不会变化，2.PLC 程序执行阶段，PLC 的大脑将所有的输入信号采样完毕后，放在输入映像寄存器中只有，系统进入 PLC 用户程序执行阶段。系统根据对程序进行先上后下，先左后右的原则进行程序的扫描和程序的控制输出。系统对用户编写的程序指令，逐条逐条的进行解析，然后根据软件编好的原则进行输出控制，执行相应的输出动作，这些动作不是直接输出到机械等控制器件，是每一次循环都集中存放在输出映像寄存器中，然后按照动作顺序集体输出。同时，相应的算术运算和逻辑判断也是会得到执行。3.PLC 输出刷新阶段，在这个阶段，CPU 将步骤（2）中的输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，然后再给到输出端子，驱动外围的机械机构等，实现控制的响应。从上面的分析中可以得出来以下结论，PLC 是以循环周期的扫描方式执行以上的步骤，首先完成输入端口信号的采集，然后执行用户编写的控制程序，最后输出到输出控制端口，实现机械动作的控制。这一章的章节只要是对程序执行部分进行加工，编写出合格的软件程序，下载到硬件上面，使得软件在输入刷新阶段能采集到需要的信号，在输出刷新阶段能驱动起重器需要的元器件。4.3 梯形图主程序：基于 PLC 的智能校园监控系统 29子程序：入闸口基于 PLC 的智能校园监控系统 30子程序：出闸口基于 PLC 的智能校园监控系统 31子程序：初始化基于 PLC 的智能校园监控系统 32基于 PLC 的智能校园监控系统 33第五章 仿真调试5.1 仿真与调试程序模拟调试的基本思想是，以方便的方式模拟现场的实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生信号的不同方法，仿真调试有两种形式:硬件仿真和软件仿真:硬件模拟方法是使用一些硬件设备(如 PLC 或其他输入设备)来模拟现场信号，而在硬连线模式下的这些信号连接到 PLC 系统的输入端，它具有很强的时效性。2 软件仿真方法除了为模拟现场信号的提供外，还准备了一套 PLC 仿真程序，这很简单，但不容易保证及时。在仿真调试的过程中，可以采用分段调试的方法，使用程序的监控功能。这里要选择第二种模拟方法，直观清晰，操作方便，你可以监控实时程序的操作是错误的强制 PLC 输入点以实现模拟结果5.2 仿真软件S7-200 有自身对应的仿真软件，如下图图标所示。配置相应的 CPU 型号，如下图所示：基于 PLC 的智能校园监控系统 345.3 仿真过程1.打开 SETP7-MICROWIN，点击文件-导出。2.生成，awl 文件。3.打开 200 仿真软件，配置硬件组态。基于 PLC 的智能校园监控系统 354 点击程序，装载 awl 文件。5 点击运行按钮， 。选择是，开始仿真。基于 PLC 的智能校园监控系统 36第六章 上位机组态设计在本设计中，我们用北京亚控公司开发的上位机软件-组态王。组态画面设计美观，简单，连上 PLC 可以实现模拟的停车场监控状态。6.1 定义变量定义变量在组态王的数据字典里定义：具体的变量定义如 6-1 所示6.2 组态画面的设计基于 PLC 的智能校园监控系统 37基于 PLC 的智能校园监控系统 38总结随着现代工业自动化程度的提高，特别是一些具有高精度，这样一来对控制系统精确、稳定、可靠的控制就显得十分的重要。近年来随着大规模集成电路的发展，使得以微处理器为核心的组成的可编程序控制器得以迅速的发展，并广泛应用与各种领域中，以满足现代化大生产的高效的、大量的自动化要求。今本课题采用 PLC 作为洗衣机控制系统的控制器，是充分考虑到 P
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