基于PLC的地下智能车库控制系统设计.doc

编号 淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 基于 plc 的地下智能车 库控制系统设计 学生姓名朱 峰 学 号43012113 系 部电气工程系 专 业新能源应用 班 级430121 指导教师居海清 顾问教师符昭球 二一四年十月 摘要 i 摘要摘要 由于我国汽车工业快速发展，机动车已经成为重要的交通工具，随着人民生 活水平的提高，很多人都有了自己的私家车。但是现在城市人口众多，在寸土 寸金的都市里，停车难已经成为大中城市遇到的困难问题。政府和社会各界对 汽车停放问题给予了极大的关注。 自动化技术在地下车库管理控制系统的应用，成了很具有前景的一项技术。 这项技术对于我国城市管理现代化具有重要的意义。对于解决城市停车问题也 具有重要意义。本项目同时具有非常广阔的推广前景，具有广泛的社会效益和 直接的经济效益。 本设计是基于 plc 的车辆出入库管理系统，采用两个 led 来显示车库内车 辆的数量。使用两个光传感器来监控车辆的进库与出库并完成计数工作，车辆 入库时经过两个传感器时会使显示的数字加一，车辆出库时经过两个传感器时 会使显示数字减一，但当车辆只经过一个传感器时，传感器将不计数。 关键词：地下车库 控制系统 s7-200 型 plc abstract ii a abstractbstract due to the rapid development of chinas automobile industry, motor vehicles have become an important means of transport, with the improvement of peoples living standards, a lot of people have their own private cars. but now the city has a large population, in the land-scarce city, parking has become a difficult problem for cities. governments and all sectors of society pay great attention to car parking problems. application of automation technology in the management and control system of underground garage has become very promising technology. this technology is of great significance for the modernization of urban management in china. important to solve the parking problems in cities. this project also has a very broad prospect, has a wide range of social benefits and direct benefits. this design is a vehicle access database management system based on plc and uses two led to display the number of the vehicles in the garage. use two light sensors to monitor the vehicle into the library with the library and complete the counting work, storage of vehicles after two sensors will display when the numbers add vehicles out of the library after two sensors will be displayed when number minus one, but when it passes through only one sensor, the sensor will not be counted. key words: underground garage control system-s7-200 plc 目录 iii 目目 录录 摘要摘要i abstractii 第一章第一章 绪论绪论.2 1.1 交通发展现状2 1.2 本设计的主要内容2 第二章第二章 地下智能车库综述地下智能车库综述.4 2.1 地下智能立体车库.4 2.2 地下车库坡道简介4 2.3 地下车库设计规范4 2.3.1 总体设计.4 2.3.2 平面设计.4 2.3.3 坡道设计.4 第三章第三章 plc 基础知识基础知识6 3.1 plc 概述 .6 3.1.1 plc 发展历史.6 3.1.2 plc 技术发展新的动向.7 3.1.3 s7200plc 概述.7 3.1.4 s7-200plc 的组成.8 3.2 plc 设计基本步骤 .9 3.2.1 了解控制对象，确定控制要求9 3.2.2 确定硬件配置，设计外部接线图.9 3.2.3 设计控制程序.9 3.2.4 程序调试.10 3.2.5 编制技术文件.10 第四章第四章 plc 系统设计系统设计11 4.1 地下智能车库功能介绍11 4.2 控制要求11 4.3 程序流程图12 4.4 i/o 分配表 .13 4.5 plc 外部接线图 .14 第五章第五章 plc 系统编程设计系统编程设计15 5.1 plc 编程工具简介 .15 5.2 plc 程序图 .15 第六章第六章 系统调试系统调试.19 6.1 系统调试的步骤19 6.2 本系统调试20 6.3 结束语20 第七章第七章 致谢致谢.21 第八章第八章 参考文献参考文献.22 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 交通发展现状 近几年来，随着城市经济的腾飞、人民生活水平的不断提高、汽车工业和建 筑业两大支柱产业的快速发展、汽车价格一降再降、汽车数量急剧增加，进口 汽车大量涌入，大中城市的汽车数量剧增，在寸土寸金的城市中，出现了道路 上动态交通严重堵塞，而且占用道路停车和占用居住区绿地停车的现象越来越 严重，从而进一步加剧了交通的拥挤，破坏了城市的居住环境。停车难已经成 为当今社会急需解决的不可忽视的问题。 1.2 本设计的主要内容 本论文旨在设计一个简洁、稳定、实用的停车场管理信息系统，希望在容错 性、实用性、易操作性等方面具有自己的特色，并且保持一定的可扩展性，以 满足不同停车场的信息管理需求。所以我们用成本低效率高的 plc 来做自动停 车场系统。 淮安信息职业技术学院毕业设计 2 第二章第二章 地下智能车库综述地下智能车库综述 2.1 地下智能立体车库 最早的立体车库建于 1918 年，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大街 215 号的一家宾馆(hotel la salle)的停车库，该车库于 2005 年被推倒，在该原址 上，后来兴建了一座 49 层的公寓大楼。 针对专业车场管理公司，立体车库是提高停车场容量、提高收益、增加停车 费收入的有效工具。 本次设计是依据地下平面车库的设计，因为国内仍鲜有立体车库，主流仍是 地下平面车库。 2.2 地下车库坡道简介 地下车库的汽车坡道,是地下车库重要组成部分,是连接地下车库室外和室内, 地上与地下的竖向交通枢纽。合理布置地下汽车库坡道,做好汽车坡道设计,在整 个地下车库设计中非常重要。 2.3 地下车库设计规范 2.3.1 总体设计 地下车库在总平面中的位置,应以方便进出,与人行道严格分离,远离场地主干 道为原则,汽车坡道的位置应尽可能靠近出入口,以减小汽车噪声影响及夜晚汽车 光线干扰。地下车库汽车坡道的数量不少于两个,当停车数量少于 100 辆时可设 计一个。当停车数量大于 500 辆时不应少于三个,如条件允许,小于 100 辆大于 50 辆最好也设进口出口两个汽车坡道。 2.3.2 平面设计 出入口汽车坡道最小净宽度,汽车库建筑设计规范(下简称汽设规)规 定,小型车(如无特殊说明下均以小型车为例),单车行驶 3.5m,双车行驶 6.0m。 汽 车库、修车库、停车场设计防火规范(下简称汽防规)规定,汽车坡道的疏散 宽度单行 4.0m,双行 7.0m。因此,汽车坡道最小宽度,取上限,单车道不小于 4.0m, 双车道约为 9.0m 为宜。曲线坡道还应满足小型车转弯半径不小于 6.0m 的要求 2.3.3 坡道设计 凹线细石混凝土坡道,开凹槽花岗石坡道等防滑效果好。实践中这三种面层做 第二章 地下智能车库综述 3 法的防滑效果越好的,其舒适性越差,使用时做凹槽的坡道噪声很大,行车时的振动 也很利害,不很舒服。前两种做法在雨雪天气,特别是冬天汽车坡道上有积雪时,行 车有打滑现象,地下车库的有安全隐患。目前很多汽车坡道在开口部位加阳光板 罩棚等屋盖措施,可有效避免有雪残留在汽车坡道上,所以设计中如果汽车坡道开 口部位有盖时,应采用前两种做法,最好是第一种做法;当开口无盖时,应采用由凹 槽的第三种做法。如果开口无盖也采用前两种做法,需要车库值班人员及时清理 积雪。 淮安信息职业技术学院毕业设计 4 第三章第三章 plcplc 基础知识基础知识 3.1 plc 概述 plc 即为可编程逻辑控制器（programmable logic controller，plc） ，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。简单理解，它和个人电脑上的 cpu 类似，都属于某一类 系统上进行数据采集处理的核心，但使用范围和作用与一般 cpu 不同，而且 plc 不像个人电脑上的 cpu 一样单单指一个 cpu，准确说它是一种控制系统， 拥有自己的 cpu，同时配置了各种功能面板和 i/o 口，可通过 i/o 采集模拟量、 开关量等进行分析处理，同时拥有强大的可编程能力，一般利用梯形图程序中 提供的各种软继电器即可实现一些复杂的逻辑控制，省去了传统的硬件式继电 器复杂的接线和经济成本。 3.1.1 plc 发展历史 起源：起源： 1968 年，美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。 1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 pdp14 1969 年，美国研制出世界第一台 pdp-14 1971 年，日本研制出第一台 dcs-8 1973 年，德国研制出第一台 plc 1974 年，中国研制出第一台 plc 发展：发展： 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 plc 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业 控制装置。此时的 plc 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人 计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制 器定名为 programmable logic controller（plc） 。 20 世纪 70 年代中期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全 面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、 更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid 功能及极高的性价比奠定了它在现 第三章 plc 基础知识 5 代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界 上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器 已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 plc 发展最快的时期，年增长率一直保 持为 3040%。在这时期，plc 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能 力和网络能力得到大幅度提高，plc 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取 代了在过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个 时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种 人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容 易。 3.1.2 plc 技术发展新的动向 1.产品规模向大、小两个方向发展 大：i/o 点数达 14336 点、32 位为微处理 器、多 cpu 并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小 型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：plc 在闭环过程控制中应用日益广泛。 3：不断加强通讯功能。 4：.新器件和模块不断推出 高档的 plc 除了主要采用 cpu 以提高处理速度 外，还有带处理器的 eprom 或 ram 的智能 i/o 模块、高速计数模块、远程 i/o 模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或 复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高 档的 plc 指令系统。 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。 3.1.3 s7200plc 概述 西门子 s7-200plc 在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力 的特点。一致的模块化设计促进了低性能定制产品的创造和可扩展性的解决方 案。来自西门子的 s7 - 200 微型 plc 可以被当作独立的微型 plc 解决方案或与 淮安信息职业技术学院毕业设计 6 其他控制器相结合使用。simatic s7-200 的应用领域从更换继电器和接触器一 直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。s7-200 也越来 越多地提供了对以前曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。 3.1.4 s7-200plc 的组成 基本单元基本单元 s7-200 系列 plc 中可提供 4 种不同的基本型号的 8 种 cpu 供选择使用. 扩展单元扩展单元 s7-200 系列 plc 主要有 6 种扩展单元，它本身没有 cpu，只能与基本单元 相连接使用，用于扩展 i/o 点数. 编程器编程器 plc 在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、 存储和管理等，并将用户程序送入 plc 中，在调试过程中，进行监控和故障检 测。s7-200 系列 plc 可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。 简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程 及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能 型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接 采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，s7-200 系列 plc 的专用编程软件为 step7-micro/win。 程序存储卡程序存储卡 为了保证程序及重要参数的安全，一般小型 plc 设有外接 eeprom 卡盒接 口，通过该接口可以将卡盒的内容写入 plc，也可将 plc 内的程序及重要参数 传到外接 eeprom 卡盒内作为备份。程序存储卡 eeprom 有 6es7291-8gc00- 0xa0 和 6es 7291-8gd00-0xa0 两种，程序容量分别为 8k 和 16k 程序步。 写入器写入器 写入器的功能是实现 plc 和 eprom 之间的程序传送，是将 plc 中 ram 区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将 plc 中程序存储卡中的程序通 过写入器传送到 ram 区。 文本显示器文本显示器 文本显示器 td200 不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为 控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示 第三章 plc 基础知识 7 用选择/确认的方法，最多可显示 80 条信息，每条信息最多 4 个变量的状态。过 程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。td200 面板上的 8 个可编程序的 功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以 进行参数设置和诊断。 3.2 plc 设计基本步骤 3.2.1 了解控制对象，确定控制要求 这一步是系统设计的基础。首先应详细了解被控对象的全部功能和它对控 制系统的要求，例如机械的动作，机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的 关系，系统是否需要设置多种工作方式（如自动、半自动、手动等） ，plc 与系 统中其他智能装置之间的联系，是否需要通信联网功能，是否需要报警，电源 停电及紧急情况的处理 ，在这一阶段，还要选择用户输入设备（按钮、操作开 关、限位开关、传感器等） 、输出设备（继电器、接触器、信号指示灯等执行元 件） ，以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等） 。此外还应确定哪 些信号需要输入给 plc，哪些负载由 plc 驱动，并分类统计出各输入量和输出 量的性质，是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级， 为 plc 的选型和硬件配置提供依据。 3.2.2 确定硬件配置，设计外部接线图 正确选择 plc 对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的作 用。选择 plc，包括机型的选择。容量的选择。i/o 模块的选择，电源模块的选 择等。 根据被控对象对控制系统的要求，及 plc 的输入量、输出量的类型和点数。 确定出 plc 的型号和硬件配置。对于整体式 plc，应确定基本单元和扩展单元 的型号；对于模块式 plc，应确定框架（或基板）的型号及所需模板的型号和 数量。 plc 硬件配置确定后，应对 i/o 点进行分配，确定外部输入输出单元与 plc 的 i/o 点的连接关系，完成 i/o 点地址定义表。 分配好与各输入量和输出量相对应的元件后，设计出 plc 的外部接线图。 其他部分的电路原理图、接线图和安装所需的图纸，以便进行硬件装配。 淮安信息职业技术学院毕业设计 8 3.2.3 设计控制程序 在硬件设计的基础上，通过控制程序的设计完成系统的各项功能。对于较 简单的控制系统可以使用经验法直接设计出梯形图。 第三章 plc 基础知识 9 3.2.4 程序调试 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠 的关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 3.2.5 编制技术文件 系统交付使用后，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件，并提供 给用户，以利于系统的维修和改进 淮安信息职业技术学院毕业设计 10 第四章第四章 plcplc 系统设计系统设计 4.1 地下智能车库功能介绍 本系统设计是通过光传感器进行信息采集之后，发送到可编程控制器进行 处理，经过信息处理后在数码管显示相应的车辆数，以此来实现车辆输入库管 理的功能。 4.2 控制要求 本次设计主要针对单通道的地下智能车库控制系统, 光传感器的布置安装要考虑误计数和漏计数问题，注意控制两个传感器之 间的距离，用程序验证进出车库的是否是车辆，因此采用单行道的地下车库； 其次，采用逻辑互锁方式，启动加计数器时要锁定减计数器，产生加计数脉冲 时要锁定减计数脉冲。以保证可靠性；最后，进行复位处理，以免车辆在传感 器附近作往返时技术的错误。 （1）入库车辆前进时，经过 1 2 传感器后计数器加 1，后退时经过 2 1 传感器后计数器减 1，单经过一个传感器则计数器不动作。 （2）出库车辆前进时经过 2 1 传感器后计数器减 1，后退时经过 1 2 传感器后计数器加 1，单经过一个传感器则计数器不动作。 （3）设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库 内车辆的实际数量。如图所示 传传传 传传传传1# 传传传传2# 传传 传传 图 4-1 控制示意图 第四章 plc 系统设计 11 4.3 程序流程图 图 4-2 程序流程图 第四章 plc 系统设计 12 4.4 i/o 分配表 表 4.1 i/o 分配表 输入信号输出信号 传感器 1i0.1接 led 脚 bq1.0 传感器 2i0.2接 led 脚 aq1.1 手动清零i0.3接 led 脚 cq1.2 接 led 脚 dq1.3 接 led 脚 eq1.4 接 led 脚 fq1.5 接 led 脚 gq1.6 接 led 脚 bq2.0 接 led 脚 aq2.1 接 led 脚 cq2.2 接 led 脚 dq2.3 接 led 脚 eq2.4 接 led 脚 fq2.5 接 led 脚 gq2.6 发光二极管q0.2 淮安信息职业技术学院毕业设计 13 4.5 plc 外部接线图 在显示电路的选择中，我们选择共阴极七段 led 数码管，首先 com 脚接- vcc,然后将每一只阳极引脚各接一个限流电阻，限流电阻的大小一般选择 200300，电阻值越大，电流越小，亮度也越小，电阻值越小，电流越大，亮 度也越大。综合考虑，选择的限流电阻大小为 220。通过对 q1.0q1.6,q2.0q2.6 的输出控制，来显示数码管的亮暗，以此显示数字 图 4-3 外部接线图 第五章 plc 系统编程设计 14 第五章第五章 plcplc 系统编程设计系统编程设计 5.1 plc 编程工具简介 西门子 plc 编程软件支持新款 cp243-1 (6gk7 243-1-1ex01-0xe0)。通过下列 改进实现新的互联网向导：支持 bootp 和 dhcp，支持用于电子邮件服务器 的登录名和密码。西门子 plc 编程软件可进行远程编程、诊断或数据传输。控 制器功能中已集成了 profibus dp master/slave, profibusfms 和 lonworks。利 用 web server 进行监控。储存 html 网页、图片、pdf 文件等到控制器里供通 用浏览器查看扩展操作系统功能。 本次设计使用的是 step 7- micro/win smart，是专门为 s7-200 smart 开发的编程软件，能在 windows xp sp3/windows 7 上运行，支持 lad、fbd、stl 语言。 5.2 plc 程序图 第四章 plc 系统设计 15 第五章 plc 系统编程设计 16 第四章 plc 系统设计 17 5-1 plc 程序图 淮安信息职业技术学院毕业设计 18 第六章第六章 系统调试系统调试 6.1 系统调试的步骤 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的 关键。因此，控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 程序的调试可以分为两步： 1.模拟调试模拟调试： 用户程序一般先在实验室进行模拟调试，实际的输入信号可以用手动开关和 按钮来模拟，各输入量的通断状态用 plc 上对应的发光二极管来显示，一般不 用接 plc 实际的负载（如接触器、电磁阀等） 。实际的反馈信号（如限位开关的 接通等）可以根据流程图，在适当的时候用开关和按钮来模拟。 在调试时应充分考虑各种可能的情况，系统的各种不同的工作方式，有选择 序列的流程图中的每一条支路，各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗 漏。发现问题后及时修改程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间 的关系完全符合要求。如果程序中的某些定时器或计数器的设定值过大，为了 缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际 设定值。 2.现场调试现场调试： 现场调试要等到系统其他硬件安装和接线工作完成后才能进行。在设计和模 拟调试程序的同时就可以设计、制作控制台或控制柜，plc 之外的其他硬件的 安装、接线工作可以同时进行、以缩短整个工程的周期。 完成以上工作后，将 plc 安装到控制现场，进行联机总调试，并及时解决调 试时发现的软件和硬件方面的问题。 第六章 系统调试 19 6.2 本系统调试 按下 i0.1，m0.1 工作。c3 计数一次，m0.5 工作，松开 i0.1，m0.0 工作， m0.4.工作。 按下 i0.2，c4 工作，m0.6 工作，松开 i0.2，m0.0 工作，m1.1 工作，c6 计数 加一。数据传输： c6ac1，ac1ac2，ac2qb2，ac2ac3，ac3qb1。数码管显示数 字。 按下 i0