课程设计（论文）-基于PLC的停车场车位控制系统.doc

停车场车位控制系统摘 要本文主要运用可编程控制器（plc）对停车场进出及停放指示进行管理的方案。本停车场由20位停车位、入口检测器、出口检测器、道闸管理系统、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。在设计硬件的基础上，对软件进行设计，采用组态软件建立人机监控界面，包括组态界面的制作方案，功能语言的实现，最后对系统进行调试，并给出相关的参考程序，使自动按序停放过程得以实现，并能实时的监控停放过程。关键词：停车场车位；plc；组态软件；实时监控目 录1、绪论12、系统工作原理13、皮带输送机的硬件配置23.1 plc简介23.2 cpu处理模块33.3 停车场车位的i/o分配43.4 停车场车位的外部接线44、停车场车位控制系统软件设计54.1编程软件介绍54.2停车场车位控制系统程序设计及分析54.2.1停车场车位控制系统模块的设计54.2.2车库满检测模块的设计95、停车场车位控制系统监控界面的设计105.1 组态软件的概述105.2 定义数据词典105.3 用户界面的制作115.4命令语言的编写136、程序调试187、实验体会19参考文献20201、绪论近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。近年来各地政府部门投入了大量的人力、物力用以改善城市停车设施，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的车辆对停车服务的需求。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车位，有的城市每31辆才有一个停车位，已经越来越不适合日益增长的车辆管理问题。停车场管理系统重点要做到标准指示车辆进出，车辆进入时给予司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后，记录车辆总量；车辆离开时，减少车辆的数量。车辆进出指示可完全由plc作为中央控制处理，大大减轻了现代社会人“停车难”的问题。2、系统工作原理停车场车位控制系统是一项集传感技术、自动控制、数据传输、局部网络连接等多种技术为一体的综合系统。其工作原理是停车场车位显示屏模拟实际布局状况，放置于相应区域位置，用led显示车位状态。当车位有空位置时，对应led灯亮；当有车辆停泊时，对应车数led灯发亮，对行驶车位进行相应的引导。用户进入后，观察车位显示屏，根据分区指示的路标，寻找最小号空置车位，并指导车辆驶往该处停泊。系统构成简图如图1所示：图1 系统结构简图3、皮带输送机的硬件配置3.1 plc简介 plc是一种可编程的数字逻辑控制设备，早期用于开关量的逻辑控制，多用于控制电动机正反转和电磁阀的开关动作，从而控制机械设备的运转。只要合理分配输入、输出点，根据控制要求设计梯形图，采用基本指令和步进指令就可达到控制目的。随着控制要求的不断提高，许多plc生产厂家进一步优化和改善plc的功能，增加了功能指令，大大拓宽了plc的应用范围，使plc在某种程序上可以代替控制器和计算机的协同工作系统，为工业生产和民用控制设计提供方便。plc具有可靠性高、功能性强和编程简单等有点，所以深受设计人员的喜爱。plc就如同一部计算机与蓄电器控制设备相结合的新型高性能控制装置。plc的基本单元包括中央控制器（cpu）、存储器、输入单元和输出单元。除了基本单元，plc还可以追加许多扩展模块，从而增强其功能和性能。下面是plc的基本单元结构图如图2所示：图2 plc基本结构图3.2 cpu处理模块现代cpu中央处理的功能：接受并存储从编程器输出的用户程序和数据；诊断电源，plc内部电路的工作状态和编程的语法错误；用扫描的方式接受输入信号，送人plc的数据寄存器保存起来；plc进入状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。现代plc使用的cpu主要有一下几种：1.通用微处理器，如8080，6800，z80a，8086等，通用微处理器的价格便宜，通用性强。2.单片机，如8051等。单片机由于集成度高，体积小，价格低和可扩充性好，很适合在小型plc上使用，也广泛的用于plc的智能i/o模块。位片式微处理器，如amd2900系列等。3.位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它为4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。本文所用的是cpu224，其集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量i/o。它可连续7个扩展模块，最大扩张至168点数字量i/o点或35路模拟量i/o点。cpu224有13k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。cpu224配有一个rs-485通讯/编程口，具有ppi通讯、mpi通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。cpu224模块输入、输出单元的接线图如图3所示：图3 cpu224模块输入、输出单元的接线图3.3 停车场车位的i/o分配本系统需要24个输入点和2输出点。根据plc的特点和系统设计的需要，输入信号包括启动、停止、进车按钮、出车按钮等。输出信号包括有空车位检测、满车位检测可进车辆指示、车位已满指示等等。其i/o分配如表1所示：表1 元件地址i/o分配 3.4 停车场车位的外部接线plc输入点与系统分为二部分相连接，系统的传感器进车信号、传感器出车信号检测分别与plc输入点i0.1、i0.2相连。plc输出点与车位检测器、空车位检测器、满车位检测器、可进车指示、车位已满指示等相连接。外部接线如图4所示： 图4 plc外部接线图4、停车场车位控制系统软件设计4.1编程软件介绍本次课设我们所使用的编程软件是v4.0 step 7 microwin sp3。v4.0 step 7 microwin sp3提供软件工具帮助调试和测试程序。软件编程特征包括：监视s7-200正在执行的用户程序状态，为s7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。其他功能有：（1）运动控制 （2）创建调制解调模块程序 （3）uss协议库 （4）modbus从站协议指令 （5）使用配方 （6）使用数据记录 （7）pid自整定和pid整定控制面板等。4.2停车场车位控制系统程序设计及分析4.2.1停车场车位控制系统模块的设计 系统由入口闸栏检测、出口闸栏检测、空车位指示灯和满车位指示灯以及数码显示灯系统组成。在设计中应用了常开触点、常闭触点、比较指令、定时器、置位和复位指令、计数器等指令来实现功能。停车场车位控制系统能自动识别车辆进入，车辆出去，车库满或未满和引导车辆停放到当前最小车位处。当车库未满的时候车库闸栏打开。其梯形图如下：网络1：分析：实现自锁功能网络2： 分析：数码管初始化网络3：分析：入口设置，实行自加。i0.1进车信号检测。网络4：分析：出口设置，实行自减。i0.2出车信号检测。网络5： 分析：车库显示部分。其中显示小于9辆车情况，显示10-19辆车情况，显示20辆车情况.网络6： . . .分析：显示车辆最小号。网络7：分析：红灯亮，车满。车辆不能进入。 网络8： 分析：绿灯亮，车未满。车辆可以进入。程序分析： 打开“启动”开关，红灯q2.0灭，绿灯q2.1亮，表明停车场中还有空车位以及允许车辆进入停车场。这时停车场车位的门是打开的， 车辆根据现有车辆停放情况通过数码管告诉司机将车停放在最小的车位号上。若红灯q2.0亮，绿灯q2.1灭，此时显示车位已满，且入口栅栏不能开启让车辆进入停放。关闭“启动”开关，停车场车位控制系统的整个系统停止运行。4.2.2车库满检测模块的设计当数码管显示20盏灯全亮，灯q2.0亮，绿灯q2.1灭时表示车库中车辆已满。同时入口栅栏关闭。车辆不能进入。网络7：分析：红灯亮，车满。车辆不能进入。5、停车场车位控制系统监控界面的设计5.1 组态软件的概述组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。5.2 定义数据词典在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表2所示：数据对象类型plc地址解释说明q1.0i/o离散q1.0车库未满检测q1.1i/o离散q1.1车库已满检测q2.0i/o离散q2.0车库未满门打开（红灯）q2.1i/o离散q2.1车库已满门打开（绿灯）i0.0i/o离散i0.0启动i0.1i/o离散i0.1入口（进车）i0.2i/o离散i0.2出口（出车）i0.3i/o离散i0.3停止i1.1内存整数i1.1车位1i1.2内存整数i1.2车位2i1.3内存整数i1.3车位3i1.4内存整数i1.4车位4i1.5内存整数i1.5车位5i1.6内存整数i1.6车位6i1.7内存整数i1.7车位7i1.8内存整数i1.8车位8i1.9内存整数i1.9车位9i1.10内存整数i1.10车位10i1.11内存整数i1.11车位11i1.12内存整数i1.12车位12i1.13内存整数i1.13车位13i1.14内存整数i1.14车位14i1.15内存整数i1.15车位15i1.16内存整数i1.16车位16i1.17内存整数i1.17车位17i1.18内存整数i1.18车位18i1.19内存整数i1.19车位19i1.20内存整数i1.20车位20seg-1内存整数seg-1车辆数（个位）seg-2内存整数seg-2车辆数（十位）seg-3内存整数seg-3车位号（个位）seg-4内存整数seg-4车位号（十位）表2 数据词典的定义5.3 用户界面的制作 停车场车位控制系统的欢迎界面如图5所示，监控系统界面如图6、7、8所示：图5 停车场车位控制系统的欢迎界面图6 停车场车位控制监控系统界面1图7 停车场车位控制监控系统界面2图8 停车场车位控制监控系统界面35.4命令语言的编写 用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。一方面程序使得用户界面与下位机plc实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。本系统编写的命令语言如下： if(本站点车库中几辆车=20)本站点车库满=1;else本站点车库满=0;if(本站点车库中几辆车=20)本站点车库为未满=0;else本站点车库为未满=1;if(本站点车库满=1) 本站点门关上=1;else本站点门关上=0;if(本站点车库为未满=1)本站点门打开=1;else本站点门打开=0;if(本站点车库为未满=1)本站点前门=本站点前门+10;else本站点前门=本站点前门;if(本站点车库满=1)本站点前门=本站点前门-10;else本站点前门=本站点前门;if(本站点车库满=1|本站点车库为未满=1)本站点后门=本站点后门+10;else本站点后门=本站点后门;if(本站点车库中几辆车=1)本站点车位1=1;else本站点车位1=0;if(本站点a=1&本站点b=0&本站点c=0&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位1=1;else本站点车位1=本站点车位1;if(本站点车库中几辆车=2)本站点车位2=1;else本站点车位2=0;if(本站点a=0&本站点b=1&本站点c=0&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位2=1;else本站点车位2=本站点车位2;if(本站点车库中几辆车=3)本站点车位3=1;else本站点车位3=0;if(本站点a=1&本站点b=1&本站点c=0&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位3=1;else本站点车位3=本站点车位3;if(本站点车库中几辆车=4)本站点车位4=1;else本站点车位4=0;if(本站点a=0&本站点b=0&本站点c=1&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位4=1;else本站点车位4=本站点车位4;if(本站点车库中几辆车=5)本站点车位5=1;else本站点车位5=0;if(本站点a=1&本站点b=0&本站点c=1&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位5=1;else本站点车位5=本站点车位5;if(本站点车库中几辆车=6)本站点车位6=1;else本站点车位6=0;if(本站点a=0&本站点b=1&本站点c=1&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位6=1;else本站点车位6=本站点车位6;if(本站点车库中几辆车=7)本站点车位7=1;else本站点车位7=0;if(本站点a=1&本站点b=1&本站点c=1&本站点d=0&本站点e=0)本站点车位7=1;else本站点车位7=本站点车位7;if(本站点车库中几辆车=8)本站点车位8=1;else本站点车位8=0;if(本站点d=1&本站点a=0&本站点b=0&本站点c=0&本站点e=0)本站点车位8=1;else本站点车位8=本站点车位8;if(本站点车库中几辆车=9)本站点车位9=1;else本站点车位9=0;if(本站点d=1&本站点a=1&本站点b=0&本站点c=0&本站点e=0)本站点车位9=1;else本站点车位9=本站点车位9;if(本站点车库中几辆车=10)本站点车位10=1;else本站点车位10=0;if(本站点d=1&本站点a=0&本站点b=1&本站点c=0&本站点e=0)本站点车位10=1;else本站点车位10=本站点车位10;if(本站点车库中几辆车=11)本站点车位11=1;else本站点车位11=0;if(本站点d=1&本站点a=1&本站点b=1&本站点c=0&本站点e=0)本站点车位11=1;else本站点车位11=本站点车位11;if(本站点车库中几辆车=12)本站点车位12=1;else本站点车位12=0;if(本站点d=1&本站点a=0&本站点b=0&本站点c=1&本站点e=0)本站点车位12=1;else本站点车位12=本站点车位12;if(本站点车库中几辆车=13)本站点车位13=1;else本站点车位13=0;if(本站点d=1&本站点a=1&本站点b=0&本站点c=1&本站点e=0)本站点车位13=1;else本站点车位13=本站点车位13;if(本站点车库中几辆车=14)本站点车位14=1;else本站点车位14=0;if(本站点d=1&本站点a=0&本站点b=1&本站点c=1&本站点e=0)本站点车位14=1;else本站点车位14=本站点车位14;if(本站点车库中几辆车=15)本站点车位15=1;else本站点车位15=0;if(本站点d=1&本站点a=1&本站点b=1&本站点c=1&本站点e=0)本站点车位15=1;else本站点车位15=本站点车位15;if(本站点车库中几辆车=16)本站点车位16=1;else本站点车位16=0;if(本站点d=0&本站点a=0&本站点b=0&本站点c=0&本站点e=1)本站点车位16=1;else本站点车位16=本站点车位16;if(本站点车库中几辆车=17)本站点车位17=1;else本站点车位17=0;if(本站点d=0&本站点a=1&本站点b=0&本站点c=0&本站点e=1)本站点车位17=1;else本站点车位17=本站点车位17;if(本站点车库中几辆车=18)本站点车位18=1;else本站点车位18=0;if(本站点d=0&本站点a=0&本站点b=1&本站点c=0&本站点e=1)本站点车位18=1;else本站点车位18=本站点车位18;if(本站点车库中几辆车=19)本站点车位19=1;else本站点车位19=0;if(本站点d=0&本站点a=1&本站点b=1&本站点c=0&本站点e=1)本站点车位19=1;else本站点车位19=本站点车位19;if(本站点车库中几辆车=20)本站点车位20=1;else本站点车位20=0;if(本站点d=0&本站点a=0&本站点b=0&本站点c=1&本站点e=1)本站点车位20=1;else本站点车位20=本站点车位20;if(本站点进车=1)本站点车库中几辆车=本站点车库中几辆车+1;else本站点车库中几辆车=本站点车库中几辆车;if(本站点出车=1)本站点车库中几辆车=本站点车库中几辆车-1;else本站点车库中几辆车=本站点车库中几辆车;6、程序调试若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。（1）硬件调试：接通电源，检查西门子s7-200可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。 （2）软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器rom中，在打开组态王画图以及同步编程进行下一步的调试。（3）运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开西门子s7-200可编程控制器的“run”开关进行调试；在打开组态王观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行，或者等待100个脉冲后，系统是否停止运行。7、实验体会过两周的努力，终于完成了本次课程设计。本来以为自己对可编程控制器原理的知识掌握还比较不好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多的不足，其中就有很多基础知识不是很完善、扎实。值得鼓励的是我不懈努力，一直的突破，一直的