车辆出入库管理PLC设计.doc

目 录第一章 课程设计题目与设计分析- 1 -1.1 课程设计题目- 1 -1.2 课程设计分析- 1 -第二章 车辆出入库管理系统构成- 2 -2.1车辆出入库管理系统工作流程图- 2 -2.2 系统功能构成及相关元器件- 3 -第三章 PLC设计- 3 -3.1 PLC设计分析- 3 -3.2 PLC控制系统- 3 -3.3 PLC的I/O接线图- 3 -3.4 触摸屏的显示与控制功能- 3 -3.5 传感器位置与选择- 3 -3.6 IC卡检测仪- 3 -第四章 电气原理图- 3 -4.1电气原理总图- 3 -4.2 电动机正反转电路图- 3 -第五章 系统程序设计- 3 -5.1道闸控制程序- 3 -5.2车辆计数程序- 3 -5.3故障报警程序- 3 -5.4 A/D转换控制程序- 3 -第六章 设计总结- 3 -6.1方案可行性- 3 -6.2方案优缺点- 3 -6.3方案的改进- 3 -参考文献- 3 -第一章 课程设计题目与设计分析1.1 课程设计题目 车辆出入库管理1.1.1 课题内容：编制一个用PLC控制的车辆出入库管理梯形图控制程序，控制要求如下：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设计触摸屏与PLC的连接，实时显示车库内车辆的实际数量。4车库内车辆数目可以人工通过触摸屏设定，清零。1.1.2 课题要求：1画出PLC I/O端口接线图，并按图接线。（包括触摸屏）2编制控制程序，并画出梯形逻辑图。3完成课程设计说明书。4对传感器进行选型，并说明选型理由。5. 光电传感器选用有光导通型。1.2 课程设计分析随着汽车的普及使用，公共场所和社区流转数量激增，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，实现对大型停车库系统的集中化和智能化的安全性管理已经成为大规模停车服务管理的必然趋势。停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给予司机准确的车位数量，车辆进入后，记录车辆总量，车辆离开时，减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理。对现有的停车系统管理实现以下要求：车辆出入库自动化、数量统计自动化、信息查询自动化。1.2.1 车辆出入库自动化的实现在设计车辆出入库管理系统前，将车道设计为单道，实现车辆出入库管理。在车辆出入库时，设置传感器检测车辆到位，再设置身份识别检测器，通过PLC与触摸屏的联系控制道闸的开关来实现车辆出入的自动化。1.2.2 数量统计自动化的实现 在车辆出入的同时，通过光电传感器的检测，并且光电传感器与PLC的实时通信，以此来统计车库现有车辆的数目，实现车辆计数的自动化。1.2.3 信息查询自动化的实现车辆出入情况与车库统计的数量，通过PLC与触摸屏的通讯连接，在触摸屏上显示，实现信息查询的自动化。第二章 车辆出入库管理系统构成道闸在关闭位置自动手动触动称重传感器1触动称重传感器2按下触摸屏打开控制检测到正确的IC卡信号道闸打开否车辆出库车辆进库经过光电传感器1#，再经过2#,寄存器加1触动称重传感器2经过光电传感器2#，再经过1#,寄存器减1触动称重传感器1车辆出入库经过两个光电传感器，寄存器相应加减1否按下触摸屏关闭控制道闸关闭结束否开始道闸打开否否道闸打开2.1车辆出入库管理系统工作流程图如图2.1所示：图2.1 车辆出入库管理系统工作流程图上图是设计的车辆管理系统工作流程图，其中包括很多功能，有车辆的检测识别功能，车辆计数功能，道闸自动开关功能，还有一个是报警系统功能，在下文独立说明。下图是车辆管理系统示意图：图2.2 车辆出入库单道管理示意图2.2 系统功能构成及相关元器件2.2.1 汽车检测功能汽车检测的功能主要表现在对车辆身份的识别与车辆到位的检测,当检测功能完成时，所启动了道闸开关系统，使用的设备仪器主要有刷卡仪器和称重传感器。身份识别：当车辆准备进车库时，停在刷卡区旁，车主使用IC信息卡，通过刷卡仪器，检测正确后将车主信号传到PLC控制器中，完成身份识别。车辆到位检测：在车辆停在刷卡区的同时，汽车触动1#称重传感器，管理系统检测到压力传感信号，有车辆准备进入车库。2.2.2 道闸开关功能 道闸开关主要是通过PLC控制电动机正反转与到位开关实现的，所使用的设备主要有电动机和到位开关。当车辆准备进车库，在完成汽车检测时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开进并触动2#称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭；当车辆准备出车库，在车辆触动2#光电传感器时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆出道闸并触动1#称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭。2.2.3 车辆计数功能车辆计数主要是通过PLC处理两个光电传感器信号，完成车辆计数功能。 当车辆触动1#光电传感器，再触动2#光电传感器，PLC寄存器加1，当车辆触动2#光电传感器，再触动1#光电传感器时，PLC寄存器减1，两个光电传感器的位置如图2.2所示。2.2.4 故障报警功能故障报警功能主要是错误信号通过PLC处理控制显示屏警示灯开关与报警蜂鸣器的开关。错误信号1：在车辆检测中，IC卡信息检测错误，导致报警。错误信号2：在车辆出入库单道管理中，会出现车辆出入的同时，另一辆车准备出入，导致光电传感器几乎同时触发，故障报警启动。开始两光电传感器前后接通时间不超过10S检测到错误的IC卡信号报警排除故障按下报警解除按钮报警解除结束否图2.2.4 车辆报警系统流程图上图是车库管理系统报警流程图，在设计过程中，设置两个报警源，在其它情况下的报警员可以认为控制处理。第三章 PLC设计3.1 PLC设计分析3.1.1 模块选用本次设计选用三菱FX2N系列PLC。FX2N系列PLC的小型化、高速度、高性能都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入输出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接、模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，10KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HEXASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。3.1.2 FX2N系列PLC的特点1、集成型高性能，CPU、电源、输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。2、高速运算基本指令：0.08s/指令应用指令:1.52数100s/指令3、安心、宽裕的存储器规格内置8000步RAM存贮器安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。4、丰富的软元件范围辅助继电器：3072点，定时器：256点计数：235点数据寄存器；8000点5、除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。6、面向海外的产品适合各种安全规3.1.3 FX2N系列PLC编程语言 指令表编程指令表是以LD、AND 、OUT 等顺序控制指令输入方式，这种方式写顺序程序是基本输入方式，但控制内容难于看懂，建议不用。 梯形图编程梯形图程序采用顺序控制信号及软元件号，在图形的画面上作出序控制的电路图的方法，这种方法是用触点符号与线圈符号表示顺序控制回路，因而容易理解程序的内容，但最终还生成指令表。3.1.4 FX2N系列PLC各种软元件 输入(X) 各基本单元中，按X000-X007等按8 进制的方式分配输入继电器下载程序的时候，可以通过选择输入滤波器的滤波值更改输入滤波时间，也时可以用指令更改滤波值，同时也可以通过刷新指令即时更新输入端口的物理状态达到高速输入。输出(Y) 各基本单元中，输出Y0-Y7等按8 进制的方式分配输出继电器可以通过快速指令，立即刷新输出。辅助继电器(M) 可编程控制器内部具有的继电器，这种继电器有别于输入输出继电器，它不能获取外部的输入，也不能直接驱动外部负载，只能在程序中无限使用。 定时器(T) 对于可编程控制器内的时钟脉冲进行减法计算，当减到0 的的时候，输出触点动作，利用基于时钟脉冲的定时器，可以检测到0-32768 个时基脉冲。 计数器(C) 供可编程控制器的内部信号使用，16 位计数范围1-32767，计数速度与扫描速度有关。如果是外部高速计数，与扫描无关。对于没有使用到的到计数器，相应的寄存器可以做普通数据存器用，但在执行批复位的时候，会把数据清零。 数据寄存器是存储数据用的软元件，在FXPLC 中可编程控制器的数据寄存器都 16位的，FXPLC 中D0-D64分配给定时器、计数器用，如果没有使用到，可以当做普通的数据寄存器用。 3.2 PLC控制系统输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装控制柜。 分配输出点地址时，要注意负载类型的问题。在车辆出入库管理系统，PLC控制系统如下图所示：图3.1 PLC控制系统图如上图所示，PLC的外围设备包括光电传感器、称重传感器、电机。它的信息流主要表现在光电传感器信号、触摸屏控制信号、称重传感器通过A/D转换后的信号，通过PLC计算控制电机，在将信息显示在触摸屏上。 PLC的输入/输出端口与对应的外围设备和文字符号如下表：表3.1 PLC输入输出端口、外围设备及文字符号PLC输入/输出端口对应外围设备X000光电传感器1（车库入口）X001光电传感器2（车库出口）X002IC卡启动信号X003触摸屏上的手动打开道闸按钮X004触摸屏上的手动关闭道闸按钮X005称重传感器1（车库入口）X006称重传感器2（车库出口）X010到位行程开关1（打开位）X011到位行程开关2（关闭位）X012IC卡报错信号X013触摸屏上的报警复位按钮X014触摸屏上的寄存器复位按钮Y000触摸屏上的系统报警显示灯Y001电机正转继电器Y002电机反转继电器Y003触摸屏上的系统正常运行指示灯Y004蜂鸣器3.3 PLC的I/O接线图根据PLC的I/O地址分配，选择PLC的型号为FX2N-32MR-001(AC100240V,输入16点，输出16点)，A/D转换器的型号为FX2N-2AD,接线图如下： 图3.2 PLC的I/O接线图3.4 触摸屏的显示与控制功能应用GOTDsigner2软件设计出图3.4.1和图3.4.2所示的触摸屏界面，将PLC中的软元件连接到对应的触摸屏的上虚拟的器件上，通过个人PC与触摸屏的连接，将其界面直接下载到所选择的触摸屏中去。图3.4.1 车辆出入库管理触摸屏主界面图3.4.2 车辆出入库管理触摸屏报警状态位显示界面显示：当前车辆数目、系统工作状态、报警项目控制：道闸的手动开关、报警解除、清零、车辆数目设定各显示与控制符号说明如表3.1所示3.5 传感器位置与选择3.5.1 传感器的位置在单道车辆出入库管理系统中，使用了两个光电传感器，两个称重传感器，一个IC卡检测箱，在施工建设中，要知道它们相应的位置，如下图所示：图3.5.1 车辆出入库传感器位置示意图3.5.2 传感器选择1.光电传感器的选择光电开关有光导通，当车辆通过时，光电开关信号通过导线床送给PLC，如下图所示：图3.5.2（1） 光电开关无光导通示意图 2.称重传感器的选择 对称重传感器设定车辆检测范围，当称重传感器检测车辆到位，信号传到PLC，进行相应的程序运行，桥式测力称重传感器CYB-605S受力方式和外形尺寸如下图所示：图3.5.2（2） 称重传感器受力方式与外形参照图3.传感器型号参数所选用的各种传感器型号及其参数如下表所示：表3.5.2 所选传感器型号、参数一览表传感器名称传感器参数光电传感器：Q23系列偏振反射板式Q23系列对射板式发射器（E） 型号：Q236E Q23系列对射板式接受器（R） 型号：Q23SN6R检测距离：8 m 供电电压：24V dc 输出形式：互补型固态 NPN特点：聚焦式焦距为50mm 短距离和长距离直接反射式以及光纤式 可见红色光源易于安装及对准 带自诊断功能，有LED状态指示灯 1030V dc 供电电压 互补型输出 树脂密封电路及坚固的ABS外壳 防护等级IP67和NEMA6 可选电缆式或接插件式接线方式 产品附带安装支架触摸屏制品型号：A985GOT-TAB 显示色：256色屏幕类别：广阔视角TFT液晶视角/亮度：左右上下各80/200cd/m2画面尺寸：12.1解像度：800600触摸键数：5038电源输入：AC 240V记忆体容量：内置1M（最多可增至9M）触摸屏与PLC连接： RS232C个人PC机与触摸屏的连接线：FX-232CAB-1, FX-232CAB-2 or F2-232CAB-1桥式测力称重传感器型号：CYB-605S 供桥电压：1024V输出灵敏度：2.0mV/V、420mA、15V非线性：0.02%FS 重复性：0.015%FS迟滞：0.02%FS 蠕变：0.02%FS/30min灵敏度温漂：0.0016%FS/ 零点温漂：0.0026%FS/零点平衡：1.0%FS输入阻抗：3655输出阻抗：3653绝缘电阻：5000M温度补偿范围：-1055工作温度范围：-3585安全过载能力：150%FS极限过载能力：200%FS传感器材料：不锈钢/合金钢引线方式：直接引线3.6 IC卡检测仪IC卡仪器是用于识别身份的装置，当车主无接触刷卡时，信号传到PLC，通过程序的运行使道闸打开，车辆驶入。第四章 电气原理图4.1电气原理总图图4.1 车库管理电气原理总图电动机、PLC、触摸屏共用220V电源，传感器通过开关电源接到公用的220V电源，如上图所示。低压电气元件选用如下表所示：表4.1 电气元件一览表符号名称型号规格数量M主电机J02-21-41.1Kw 380V 1410r/min1FU熔断器RL1-15500V8A1QF1断路器C65N 3PC10A1QF2QF4低压断路器C65N 2PC8A3KM1交流电机正转接触器JZ7-445A线圈电压127V1KM2交流电机反转接触器JZ7-455A线圈电压127V1IPS开关电源HTS-25F-2424V 1.1A14.2 电动机正反转电路图电动机的正反转控制道闸的开关，电气图如下：图4.2 电动机正反转电气原理图电动机的正反转是通过继电器KM1与KM2实现的，KM1线包控制电动机正传，道闸打开，KM2线包控制电动机反转，道闸关闭。第五章 系统程序设计5.1道闸控制程序自动控制：车辆入库时，有正确的IC卡信号从X002输入后使M0、M3为ON，且X005同时接通使Y001置为ON，电机正转使道闸打开，当到达规定的打开位置后触动到位行程开关X010使Y001置为OFF,电机停止转动，车辆通过道闸，行至规定位置后，触动称重传感器2使X006置为ON，使的Y002置为ON，电机反转使道闸关闭，当道闸碰到到位开关2后X011接通后使Y002置为OFF，电机停止转动。汽车出库时，当光电传感器2得到信号后使X001得到信号后Y001置为ON，使电机正转，道闸打开，当碰到到位开关1时使得Y001为OFF，电机停止正转，车辆通过道闸行置称重传感器1后使Y002为ON，电机反转使得道闸关闭，当碰到到位开关2时使Y002为OFF，电机停止转动。M3为ON时Y003接通使正常运行指示灯工作。手动控制：当按下X003时使Y001置为ON道闸打开，当按下X004时使Y002置为ON道闸关闭。5.2车辆计数程序对M1、M2复位后，车辆入库时当光电传感器1得到信号后X000接通后，M1置为“1”，等到光电传感器2的到信号后X001为ON时寄存器D1加1，同时对M1复位；在车辆出库时，光电传感器2得到信号后X001接通后M2置为“1”，等到光电传感器1得到信号后X000为ON时寄存器D1减1，当X014接通后寄存器D1复位。5.3故障报警程序当M1被置1后定时器T0