基于PLC控制的立体停车场控制系统设计.doc

1 目录目录 一、绪论一、绪论 .2 2 1.1 概述 .2 1.2 智能立体停车场管理系统的作用和地位.2 1.3 立体停车场的类型 .3 1.4 设计方向 .3 二、三菱二、三菱 PLCPLC 简介简介 .3 3 2.1 三菱 FX2N 系列 PLC 的性能指标和分类.4 2.2 可编程序控制器的工作方式及编程语言 .5 三、非接触式三、非接触式 ICIC 卡简介卡简介 .6 6 3.1 非接触式 IC 卡读写器 .6 四、立体停车场分类四、立体停车场分类 .7 7 4.1 简易停车设备。.7 4.2 半自动停车设备.7 4.3 全自动停车设备 .7 五、立体停车库选用和管理系统构架五、立体停车库选用和管理系统构架 .8 8 5.1 双层 5 车位立体停车库.8 5.2 立体车库系统组成 .9 5.3 管理系统构架.9 六、立体车库系统设计六、立体车库系统设计 .1010 6.1 PLC 选择 .10 6.2 I/O 口分配 .10 6.3 PLC 外部接线端口图 .12 2 基于基于 PLCPLC 控制的立体停车场控制系统设控制的立体停车场控制系统设 计计 一、绪论一、绪论 1.11.1 概述概述 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立 体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近 3040 年的历史，无论在技术上还是在 经验上均已获得了成功。我国也于 90 年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已 将近二十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为 1:1，为了解决停车位占 地面积与住户商用面积的矛盾，立体停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性， 已被广大用户接受。 立体停车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机 械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆 车就要占据 40 平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高 8090，如果采用地上多层（21 层）立体式车库的话，50 平方米的土地面积上便 可存放 40 辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量 比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。 这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下 都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便 条件。但现今立体停车场的管理相对落后存取车慢，人工失误造成的拥堵，损失。本 文就双层立体停车场的管理系统进行讨论。 1.21.2 智能立体停车场管理系统的作用和地位智能立体停车场管理系统的作用和地位 近年来汽车的动态平衡与静态管理已成为许多专家学者重点研究的新课题。为 了保证车辆安全和交通方便,迫切需要采用自动化程度高、方便快捷的停车场自动管 理系统,提高停车场管理水平。现阶段的目标就是要提供满足人们工作、生活、娱乐 环境更科学、规范、有效快捷、安全、方便的智能停车场自动管理系统。停车场系 3 统正在向大型化、复杂化、集成化和高科技化方向发展,已经被纳入智能建筑的一个 重要子系统,并且正与智能建筑的其它子系统进一步高度集成。 智能停车场管理系统采用先进技术和高度自动化的机电设备,将机械、电子计算 机和自控设备以及智能 IC 卡技术有机地结合起来,通过电脑管理可实现车辆出入管 理、自动存储数据等功能,实现脱机运行并提供种高效管理服务的系统。 新型的智能停车场将生活理念和建筑艺术、信息技术、计算机电子技术等现代 高科技完美结合,提供的是一种操作简单、使用方便、功能先进的人性化系统。它依 靠高科技,以人为本,采用图形人机界面操作方式,提供一种更加安全、舒适、方便、 快捷和开放的智能化、信息化生活空间,促进了人文环境的健康发展。 1.31.3 立体停车场的类型立体停车场的类型 1.3.11.3.1 户外立体停车场户外立体停车场 户外立体停车场大多是由平面式户外停车场改建而来，大多采用简易式双层停 车位，基本不存在管理系统，基本是由人工管理。受到环境和天气影响大都属于小 型停车场。 1.3.21.3.2 地下立体停车场地下立体停车场 地下立体停车场很多是由普通地下停车场改建，采用的是半自动立体停车位， 有相互独立的控制系统，但大多还是采用人工管理。不收天气影响，基本属于中型 停车场。 1.3.31.3.3 全封闭式立体停车场全封闭式立体停车场 全封闭式立体停车场是新出现的封闭式的大型智能化停车场，在建立时就必须 从基础开始建造无法改建成本高，有相对成熟的管理系统和控制系统。 1.41.4 设计方向设计方向 本文的管理系统是针对改建后的立体停车场而设计的，为了改善其管理机制和 提高存取效率为目标。采用 PLC 和非接触式 IC 卡系统，PLC 用以自动管理和安排车 位，记录停放时间，并让车主自助选择停放时间安排停放车位以短时停车在下层长 时停车在上层。非接触式 IC 卡系统用以实现 “一车一卡一位”管理和车辆防盗， 相对应的每个 IC 卡只能对应一个车位。 4 二、三菱二、三菱 PLCPLC 简介简介 2.12.1 三菱三菱 FX2NFX2N 系列系列 PLCPLC 的性能指标和分类的性能指标和分类 2.1.12.1.1 PLCPLC 主要性能指标：主要性能指标： 输入输出点数（输入输出点数（I IO O 点数）。点数）。IO 点数是指可编程序控制器外部输入、输出端 子数的总和。 存储容量。存储容量。存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量， 一般以步为单位，二进制 16 位即一个字为一步。 扫描速度。扫描速度。一般以执行 1000 步指令所需时间来衡量，单位为 ms/k 步，也有以执 行一步指令所需时间来计算的，单位用 s/步。 功能扩展能力。功能扩展能力。可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块， 以适应各种特殊应用的需要，如 AD 模块、DA 模块、位置控制模块等。 指令系统。指令系统。指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控 制器功能强弱的主要指标。 2.1.22.1.2 PLCPLC 的分类的分类 通常，PLC 产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为 整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型 PLC 三种类型。 2.1.3PLC2.1.3PLC 系统的组成系统的组成 PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机 控制系统相似。PLC 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 (1)PLC 的硬件结构 一套 PLC 系统在硬 件上由基本单元（包含 中央处理单元、存储器、 输入输出接口、内部 电源）、IO 扩展单元 及外部设备组成。图 2- 5 1 为 PLC 的硬件结构图。 本课题选用三菱 FX2N64MR 型 PLC。其中 M 为基本单元，输入点数为 32，输出点 数为 32 出，R 表示该单元为继电器输出型。 2.22.2 可编程序控制器的工作方式及编程可编程序控制器的工作方式及编程 语言语言 2.2.1PLC2.2.1PLC 的工作方式的工作方式 (1)PLC 的扫描工作方式 可编程序控制器在进入 RUN 状态之后，采用 循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中 断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递 增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序， 直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复 始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过 程如图 2-3 所示，包括五个阶段：内部处理、通 信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC 完 成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描 周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。 (2)PLC 的程序执行过程 PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段， 如图 2-4 所示。 6 (3)PLC 的扫描周期 在 PLC 的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、 输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处 理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。 (4)PLC 的 IO 响应时间 PLC 采用集中 IO 刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发 生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出 信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了 PLC 的输入输出响应滞后现象，最大滞 后时间为 2-3 个扫描周期。 三、非接触式三、非接触式 ICIC 卡简介卡简介 3.13.1 非接触式非接触式 ICIC 卡读写器卡读写器 非接触式 IC 卡又称射频卡,由 IC 芯片、感应天线组成，封装在一个标准的 PVC 卡 片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功 的将射频识别技术和 IC 卡读写器技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这 一难题,是电子器件领域的一大突破.卡片在一定距离范围（通常为 510mm）靠近读写 器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。 3.1.13.1.1 非接触性与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。非接触性与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。 二者之间的通讯频为 13.56MHZ。非接触性本身是无源卡，当读写器对卡进行读写 操作是，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收 7 后，与本身的 L/C 产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号， 指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器,完成一次读写操作。 读写器则一般由单片机，专用智能模块和天线组成，并配有与 PC 的通讯接口，打印口， I/O 口等，以便应用于不同的领域。 3.1.23.1.2 非接触性智能卡内部分区非接触性智能卡内部分区 非接触性智能卡内部分为两部分：系统区（CDF）用户区（ADF） 系统区：由卡片制造商和系统开发商及发卡机构使用。 用户区：用于存放持卡人的有关数据信息。 四、立体停车场分类四、立体停车场分类 4.14.1 简易停车设备。简易停车设备。 又叫 valet parking，是指有人代为泊车取车的一种停车设备，它所增加的车位并 不多，一般是普通停车场车位的 2 倍。 且，如果要上面的车下来，必须把下面车开走，这种 停车设备主要用于家庭和小型停车场或者 4S 店等。 4.24.2 半自动停车设备半自动停车设备 又叫 self parking，指可以可以自助泊车。只需摁下 你所停车的车位号，或者刷停车卡系统会自动做出反应， 通过上下、左右移动来将车主所需车辆降至地面可以开出 的位置。由于这种停车系统主要是左右和上下移动来完成的，通常又被叫做升降横移 类停车系统。 4.34.3 全自动停车设备全自动停车设备 是一种类似于电梯的停车设备，只需车主将 车辆开到停车设备内，就会自动送至空位，取车 时也只需刷卡即可。当然此类设备较为昂贵，在国内并不常见。 8 五、立体停车库选用和管理系统构架五、立体停车库选用和管理系统构架 5.15.1 双层双层 5 5 车位立体停车库车位立体停车库 该车场属于升降横移式上层 3 车位下层 2 车位，空出 1 车位用以上层车位升降。 升降横移式立体停车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式立 体停车设备。升降横移式立体停车库除底层有一个车位没有载车板外其它每个车位 均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地面层，驾驶员进入车 库、存放车辆、完成存取车过程。停泊在这类停车库地面的车只做横移不做升降， 上层的载车板当其下而为空车位（没有载车板）时降到地面层，驾驶员才可进入车 库内将汽车开进或开出车库。底层载车板应添加挡板防止车辆被盗和车辆滑动出现 意外。 如 5-1 所示其车位有 5 个下层有一个空位用以上层车位升降用。例如 2-2 车位 车辆要下降取车 1-2 车位先向右平移到空位后 2-2 车位开始下降到地面才可以取车。 停车则相反。这个停车场下层车辆取车无需进行操作控制，可以直接取走对短时停 车取车有很快响应速度。 9 5.25.2 立体车库系统组成立体车库系统组成 系统主要由：PLC、组态监控部分、电气传动部分、检测部分、手动控制部分、支 架模型 5.35.3 管理系统构架管理系统构架 管理系统的作用是加快车主停车取车的动作，减少人工管理的失误，减少人工 成本提高停车场效率。 为了提高停取车效率已经安排车主在停车时选择停车大概时间将停放时间短的 车辆安排在下层，停放时间短的安排在上层。但出现下层已经停满也可以安排在上 层，上层停满也同样。同时可使用数码管显示当前停车场所剩余的车位数量，同时 在车主选择停放时间时可用传感器检查车辆长度和重量是否符合停车库的停放标准， 超过后应提示车主无法停放。但符合停放标准是发放 IC 卡并告知停放车位。 当取车时车主到停车车库刷 IC 卡后，车库识别 IC 卡并降下挡板或载车板车主 驶离载车板后交还 IC 卡后挡板或载车板归位，完成取车过程。 非接触式 IC 卡的刷卡端在感应到有 IC 卡刷卡时判断此 IC 卡是那个车位的，在 确定是某车位的 IC 后向 PLC 发送一个类似开关信号启动相应的车位动作。IC 卡只能 用于取车无法用于存车。 10 同时应用传感器检测车辆长度和重量是否符合停车库标准，和车位剩余量。长 度检测用 3 个传感器当车辆到达位置现在停放时间时位置感应传感器开始工作 1 号 传感器检测车头位置是否超过检测线，2 号传感器感应车辆，3 号在车尾位置，如果 1 号和 3 号传感器都检测到说明车辆长度过长无法停放。重量检测只要在车辆下方放 置一个重量传感器如果超重就发送一个信号。 在采用 7 段数码管进行车库剩余车位计数，2-3 位数总车位计数应采用计算机软 件或单片机配合数码管实现。 管理系统可以用于单个 5 车位停车库也可以用于整体停车场。用于单个 5 车位 停车库时在停车场前加一个操作台就可，用于整体停车场时在停车场出入库增加控 制台就可。 六、立体车库系统设计六、立体车库系统设计 6.16.1 PLCPLC 选择选择 本系统因为输入总数为 32 个应采用 FX2N-64MR 的三菱 PLC。是一种具有结构紧 凑、抗干扰能力强、使用方便、同类产品价格便宜等优点。随着电子科技发展及产 业应用之需要，PLC 的功能也日益强大，例如位置控制及网络功能等。 6.26.2 I/OI/O 口分配口分配 针对本课题要求，我们规定了 PLC 输入点分配。其中，X0 到 X1 为停放时间选择； X2 到 X6 为 IC 卡识别通过开关；X7 到 X17 为传感器（除 X8、X9）；X20 到 X35 为限位 开关（除 X18、X19、X28、X29）；X36 为停取完成开关；X37 为紧急停止开关。 输入分配表输入分配表 停车 6 小时以下X01-1 车位左限位开关X20 停车 6 小时以上X11-1 车位右限位开关X21 1-1 车位 IC 卡X21-2 车位左限位开关X22 1-2 车位 IC 卡X31-2 车位右限位开关X23 2-1 车位 IC 卡X42-1 车位上限位开关X24 11 2-2 车位 IC 卡X52-1 车位下限位开关X25 2-3 车位 IC 卡X62-2 车位上限位开关X26 1-1 车位停放传感器X72-2 车位下限位开关X27 1-2 车位停放传感器X102-3 车位上限位开关X30 2-1 车位停放传感器X112-3 车位下限位开关X31 2-2 车位停放传感器X121-1 车位挡板上限位开关X32 2-3 车位停放传感器X131-1 车位挡板下限位开关X33 车辆长度检查传感器 1X141-2 车