车辆出入库管理系统课程设计报告.docx

车 辆 出 入 库 管 理 系 统课程设计报告姓 名： 学 号： 班 级： 目 录第一章PLC的应用和系统功能概述31.1引言31.2PLC的基本结构31.3PLC的工作原理41.4PLC的应用领域5第二章课题内容与设计方法62.1控制要求62.2设计思路62.3车辆出入库管理系统构成72.3.1整体框架72.3.2传感器布置72.3.3显示电路8第三章设计具体步骤93.1PLC的选型93.2I/O端口分配103.3系统接线图103.4程序流程图113.5指令表123.5.1采用基本指令编程指令表123.5.2采用状态编程指令表14第四章结语164.1收获与体会164.2参考文献16附录一 基本指令梯形图17附录二 状态编程SFC图21第一章 PLC的应用和系统功能概述1.1 引言随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control System)，这将使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广随着汽车特别是私有汽车的普及使用，公共场所和社区汽车流转数量激增，这对车辆的安全停放和管理提出了更高的要求，引进先进的控制技术和管理方式，实现对大型停车场系统的集中化和智能化的安全性管理控制已经成为大规模停车服务管理的必然趋势。针对现有的停车系统管理中存在的缺陷及PLC技术和传感器技术的迅猛发展所带来的新控制方式和管理方式的变革，采用先进的、科学的、合理的设计方法，建立一套基于PLC的车辆出入库管理系统最大限度地提高了停车场的使用率，实现车辆出入库控制、数量统计、信息查询过程的自动化，就显得十分必要。1.2 PLC的基本结构（1） 中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.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。 （2） 存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 （3） 输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。（4） 输出接口电路 可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。（5） 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、可靠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。如FX1S额定电压AC100V240V，而电压允许范围在AC85V264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。1.3 PLC的工作原理PLC则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为3个阶段。（1） 输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。（2） 程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。（3） 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。 显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应注意。1.4 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1） 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2） 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3） 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4） 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5） 数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6） 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC的应用领域仍在扩展，在日本，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关联的机器、与环境关联的机器，而且均有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。第二章 课题内容与设计方法2.1 控制要求（1） 按自动开关开始工作；入库车辆前进时，经过1#2#传感器后计数器加1；出库车辆前进时经过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。由两位数码管显示车库内剩余车位数量，假设最多可停放50辆车，电源接通时照明灯一直亮。（2） 增加时段控制，当天晚上12：00到第二天早上6：00的时间段中，传感器不工作，其余时间正常工作，修改PLC的内部时钟，使开始时间为8：00，调试时时间可适当调短。（3） 分别使用两种编程：基本指令、状态编程。2.2 设计思路本设计是基于 PLC 的车辆出入库管理系统，采用两位 8 段数码管来显示车库内车辆的剩余数量。使用一个开关来代表自动开关，当自动开关闭合时，控制系统自动工作；当自动开关打开时，控制系统不工作。再用一个开关来控制照明灯的亮灭，当开关闭合时，照明灯亮起；当开关打开时，照明灯熄灭。使用开关量输入模块的两个开关来模拟车辆的进出时传感器产生的信号并完成计数工作，车辆进入时经过两个传感器使显示数字减1，车辆外出时经过两个传感器使显示数字加1，但当车辆只经过一个传感器时显示数字不变。编程时，将D0存放车库中已停车辆数，D1存放车库中剩余的车位数，车库最多有50个车位则，通过减法指令SUB可以很容易的得到D1中的数据。显示时采用自动售货机模块中的二位数码管显示（自带译码电路，输入两位数字的BCD码，即可显示对应的数字），所以我们可以使用BCD指令将D1中的数据转为BCD码，送给数码管显示。时段控制使用三菱FX系列PLC的时钟运算指令来实现。具体的使用TWR指令来修改系统时间，使用时钟数据区间比较指令TZCP来判断是否在设定时段内。系统的当前时间存放在数据寄存器D8013D8019（按顺序分别对应秒、分、时、日、月、年、星期）内，使用MOV指令将时、分、秒数据转移到D30D32中，D20D22存放时段下限时间，D40D42存放时段上限时间，然后再用TZCP D20 D40 D30 M10指令比较，则M11=1时表示当前时间在时间段内。2.3 车辆出入库管理系统构成2.3.1 整体框架 整个车辆出入库管理系统由光传感器信号采集电路、PLC系统控制模块、七段数码管显示电路模块三部分组成，其整体框架图如图1所示：图1 车辆出入库管理系统整体框架2.3.2 传感器布置图2 传感器布置示意图如图2所示布置两个传感器，两个传感器相距1m左右的距离（小于车身长）。当车辆经过传感器时，传感器向PLC发出高电平信号（逻辑1）；车辆离开传感器时，传感器向PLC发出低电平信号（逻辑0）。由此将1#、2#传感器分别接于X001、X002则入库（出库）分别有四种可能情况，如下所示：1. 入库时只经过1#传感器，然后退出；出库时只经过2#传感器，然后退出。X001、X002变化过程如下：入库：001000，计数器不变；出库：000100，计数器不变；2. 入库时经过1#、2#传感器，在未离开1#传感器时又退出；出库时经过2#、1#传感器，在未离开2#传感器时又退出。X001、X002变化过程如下：入库：0010111000，计数器不变；出库：0001110100，计数器不变；3. 入库时经过1#、2#传感器，在离开1#传感器但又未离开2#传感器时退出；出库时经过2#、1#传感器，在离开2#传感器但又未离开1#传感器时退出。X001、X002变化过程如下：入库：00101101111000，计数器不变；出库：00011110110100，计数器不变；4. 正常入库；正常出库；X001、X002变化过程如下：入库：0010110100，计数器加一；出库：0001111000，计数器减一；2.3.3 显示电路显示电路使用实训装置自动售货机的PLC控制系统模块上的两个七段数码管来显示剩余车位数量。此显示模块有8个输入端口A0D0、A1D1，使用时只需将两位数的BCD码分别输出到A0D0、A1D1，就能在数码管上显示对应的099数字。由此将PLC的Y000Y007输出端口接于A0D0、A1D1，接线图如图3所示：图3 显示模块接线第三章 设计具体步骤3.1 PLC的选型目前，国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC时应考虑以下几方面：（1） 规模要适当输入、输出点数以及软件对PLC功能及指令的要求是选择PLC机型规模大小的重要依据。首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一定的余地（要有10%的备用量）。还应确定用户程序存储器的容量。一般粗略的估计方法是：（输入+输出）（1012）=指令步数。（2） 功能要相当，结构要合理对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机。对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，可是控制规模及复杂的程度，选用中档机或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制等、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体是机构PLC。其他情况则选用模块式结构PLC。（3） 输入、输出功能及负载能力的选择选择哪一种功能的输入、输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求，需用具有相应功能的模块。为了提高抗干扰能力，输入、输出均应选用具有光电隔离的模块。对于输出形式，分为无触点和有触电两种形式。无触点输出大多使用大功率三极管（直流输出）或双向可控硅（交流输出）电路，其优点是可靠性高、响应速度快、寿命长，缺点是价格高、过载能力差。有触电输出是使用继电器输出，其优点是适用电压范围宽、导通压降损失小、价格便宜，缺点是寿命短、响应速度慢。此外，还应考虑输入、输出的负载能力，要注意承受电压值和电流值。应该指出的是，输出电流值和导通负载电流值是不同的概念。输出电流值是指每一个输出点的驱动能力。导通负载电流值是指整个输出模块驱动负载时所允许的最大电流值，即整个输出模块的满负荷能力。（4） 使用环境条件在选择PLC时，要考虑使用现场的环境条件是否符合它的规定。一般考虑的环境条件有：环境温度、相对湿度、电源允许波动范围和抗干扰等指标。 根据控制要求，此车辆管出入库理控制系统的输入信号有4个，均为开关量；输出信号有9个。再综合以上选择依据，此控制系统选用FX2N-32MR-001，I/O点数各为16个，可以满足控制要求，且留有一定裕量。3.2 I/O端口分配根据控制要求，此车辆管出入库理控制系统的输入信号有4个，均为开关量；输出信号有9个。各输入输出端口分配如下表1所示：表1 车辆出入库管理系统I/O端口分配表输 入输 出X000自动开关Y000A0Y004A1X0011#传感器Y001B0Y005B1X0022#传感器Y002C0Y006C1X003照明灯电源开关Y003D0Y007D1Y010照明灯3.3 系统接线图 由2.2.3节、3.1节和3.2节中的内容，可以画出整个系统的接线图如图4所示：图4 车辆出入库管理系统接线图3.4 程序流程图出库入库NYY自动开关是否打开？N判断是否在时段内？N照明灯开关是否打开？Y开始初始化打开照明灯1#传感器2#传感器2#传感器1#传感器D0加1D0减1传感器不工作显示结束系统程序的流程图如图5所示：图5 程序流程图3.5 指令表3.5.1 采用基本指令编程指令表0LDM80021MOVK13D106MOVK1D1111MOVK14D1216MOVK8D1321MOVK0D1426MOVK0D1531MOVK1D1636MOVK8D2041MOVK1D2146MOVK0D2251MOVK8D4056MOVK2D4161MOVK0D4266TWRD1069MOVK0D074LDM800075MOVD8015D3080MOVD8014D3185MOVD8013D3290TZCPD20D40D30M1099LDX003100OUTY010101LDX000102ANIM11103SUBK50D0D1110BCDD1K2Y000115MPS116ANDX001117ANIM2118SETM1119MRD120ANDM1121ANDX002122SETM3123MRD124ANDM3125ANIX001126ANDX002127INCPD0130SETM4131MRD132ANDM4133ANDX001134ANIX002135DECPD0138MRD139ANDX002140ANIM1141SETM2142MRD143ANDM2144ANDX001145SETM5146MRD147ANDM5148ANDX001149ANIX002150DECPD0153SETM6154MRD155ANDM6156ANIX001157ANDX002158INCPD0161MPP162ANIX001163ANIX002164ZRSTM1M6169END3.5.2 采用状态编程指令表0LDM80021SETS03LDX0034OUTY0105LDM80006MOVD8015D3011MOVD8014D3116MOVD8013D3221TZCPD20D40D30M1030STLS031MOVK13D1036MOVK1D1141MOVK14D1246MOVK8D1351MOVK0D1456MOVK0D1561MOVK1D1666MOVK8D2071MOVK1D2176MOVK0D2281MOVK8D4086MOVK3D4191MOVK0D4296TWRD1099MOVK0D0104LDX000105SETS21107STLS21108SUBK50D0D1115BCDD1K2Y000120LDX001121ANIX002122ANIM11123SETS22125LDX002126ANIX001127ANIM11128SETS32130STLS22131LDX002132SETS23134LDIX001135OUTS21137STLS3