立体停车场自动控制系统的设计修订.doc

武夷学院成人高等教育 毕业论文（设计）题 目 立体停车场自动控制系统的设计 姓 名 徐楠 学 号 1120814011 系（教学点） 电子工程系 年级、专业 11机电一体化 层次、形式 高起专、脱产 指导教师、职称 武夷学院成人高等教育毕业论文（设计）任务书电子工程系（教学点）：学生姓名徐楠学号1120814011年级专业11机电一体化指导教师职称联系电话（E-mail）论文（设计）题目立体停车场自动控制系统的设计任务、目的与要求升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为2 维矩阵形式，可设计为多层和多列。由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为24 层(国家规定最高为4 层) , 2 层、3 层者居多。立体停车库结构特点是:底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原则是：升降复位，平移不复位。升降横移立体停车库以停放轿车为主，其代价较昂贵，而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的安全，所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。PLC采用了以计算机为核心的通用自动控制装置，集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，适用于频繁启动和恶劣的环境，因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为电控系统的核心。并运用了传感器控制停车场闸门开合，并将数据同步到七段数码管进行同步显示。可真正实现无人现场值守与引导工作。同时，本系统以上位机作为监控机，利用上位机的数据通信手段，数据处理能力和图形显示、多媒体技术，通过现场总结，实时接收和处理下位机PLC 从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信号驱动PC 控制界面中的各种图形，实时显示现场的各种状况，在设备监控室构造出形象、明显的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。本系统中还应用了AT89C55WD单片机作为收费子系统控制器，一方面提高了整体系统的安全性和可靠性；另一方面进一步提高了整体设备的人性化、自动化、无人值守等方面的优点。参考资料：（见第26页）进度安排2011年 9 月 5 日起到 11 月 25 日止，共计 12 周。具体安排如下：1、搜集资料及论文提纲或设计方案确定 9月5至9月19日2、完成论文初稿或初步设计 9月20至10月20日3、撰写论文正稿或设计报告及全部设计 10月20至11月10日4、预答辩并提交论文（设计）资料 11月15至11月25日5、其他：答辩时间：11月28日、11月29日、11月30日立体停车场自动控制系统的设计徐楠（武夷学院 电子工程系，福建 武夷山 354300）摘要：随着城市建设的高速发展，停车用地紧张显得尤为突出。停车难是一个亟待解决的问题。立体停车场空间利用率高，大大节省了土地资源和土建开发成本，是停车场未来发展的主流趋势。本设计采用垂直循环式立体停车场，其结构简单、成本低、建筑方式灵活、应用范围广泛。根据停车场机械结构的特点，选用PLC作为车位存取子系统的主控器，控制电机完成存取车的机械操作。同时，本文以单片机为控制器，设计了计时收费子系统，完成停车费用收取工作。两部分组成了停车场的自动控制系统。在软件方面，本文设计了控制系统的程序流程图。自动控制的立体停车场可以实现无人值守、自助操作、自动运行，同时计时收费又可有效地限制车主存车时间，提高停车场的循环利用率，具有一定的社会意义。关键词：自动控制 立体停车场 垂直循环式 PLC 单片机 MCGS组态立体停车场自动控制系统的设计1 方案论证与对比1.1 方案一本设计是基于PLC的停车场控制系统，在停车场进口处装一传感器1，出口处装一传感器2，传感器接受到高电平信号而控制电机的正反转，停车场处的闸门开合。传感器1、2所输出的脉冲分别输入给计数器1、2，计数器1、2将计的数据存储在存储器1、2中，进的车辆数与出的车辆数想减得到的数据再传输给存储器3，存储器3所存储的数据将会传输给数码显示管显示，如显示的数为16时，则门口处的闸门停止工作，如显示的数还没到16时，则闸门继续工作。其原理框图如下图1所示：图1方案一原理框图1.2 方案二 本设计在停车场闸门口处装两个光电传感器BEN5M-MDT，传感器所接受到的信号控制电机的正反转，停车场的闸门开合闸，另外，传感器所接受到的信号传输给plc控制系统的双向计数器C250，C250具有计数存储功能，并将计数结果实时传输给带译码器的七段数码显示器显示，如显示的数为16时，则门口处的闸门停止工作，如显示的数还没到16时，则闸门继续工作。其原理框图如下图2所示：图2 方案二原理框图1.3 方案对比与选择上述两个方案均是基于PLC来设计的，设计所需要的硬件部分PLC系统都可以提供，均可以达到设计的要求。方案一所用的程序指令简单易懂，可步骤繁，接线图较复杂；方案二所用的程序指令简单，步骤较少，利用了C250的双向计数原理，通过两个输出端口向显示器输送数据，简单且易于实现。通过以上权衡比较，显然方案二是实现本次设计任务较合理的方案。2 系统整体设计立体停车场由机械系统和自动控制系统两大系统组成2。机械系统负责完成机械操作， 而自动控制系统负责对机械系统进行控制。立体停车场结构组成如图3 所示。图3 立体停车场组成结构图立体停车场自动控制系统主要由自动存取车子系统和自动计时收费子系统两部分组成。自动存取车子系统负责指挥、控制机械系统装置，使其准确完成存取车动作。自动计时收费子系统负责完成记录车主存车时间、收取存车费用的功能。动控制系统的组成结构如图4 所示。图4 自动控制系统组成结构图车位存取子系统由车位显示、车位选择、车位存取三部分组成。系统设置控制面板，在面板上有对应于每个车位的运行指示灯，显示车位有无车辆停放的信息；与车位指示灯对应 的还有车位选择按钮，车主可以通过按钮来选择车位进行存车或取车。车位选择与车位显示作为车位存取控制器的输入与输出。车位存取控制器控制电机正转或反转，从而使轿厢顺时 针或逆时针转动。计时收费子系统由自动计时和刷卡收费两个模块组成。计时模块记录车主存车时刻和取车时刻，并计算存车总共时长。收费模块采用非接触式IC卡式设计3，车主通过刷卡完成缴费。3 控制系统设计3.1 控制程序流程图设计停车场控制系统的车进模块流程图设计如下图5所示。图5 车进模块流程图停车场控制系统的车出模块流程图设计如下图6所示。图6 车出模块流程图3.2 硬件配置 1、PLC（三菱FX2N-64MR-DS；FX2N-232-BD）：根据控制要求统计系统所需的输入点数与输出点数，并考虑要有一定的余量，在本系统中我们采用了三菱FX2N-64MR-DS型PLC，该型号PLC是FX系列PLC家族中比较先进的系列。它具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为系统提供最大的灵活性和控制能力。 2、传感器（BEN5M-MDT）：它是一种测距的光电传感器，具有测距远（最远可达到5米），采用反射镜反射的检测方式，DC1224V供电，NPN/PNP同时输出，遮光ON/入光ON选择。 3、七段数字译码显示器：由于在PLC系统中工作的是二进制的数字信号，而人们习惯十进制的数字或运算结果，因此需要数字显示器，显示出便于人们观测、查看的十进制数字，因此本设计选择了七段数字译码显示器，译码显示器主要由译码器和驱动器两部分组成，通常二者都集成在一块芯片中。该硬件的原理如下图7：图7 七段数字译码显示器原理框图3.3 控制程序设计分析根据设计要求，启动按钮开关X1，辅助继电器M1得电，M1常开触点闭合，自锁；M1闭合时，C250开始工作，当计数为16时，C250常开触点闭合，辅助继电器M0得电，M0常开触点闭合，输出继电器Y0得电，车满指示灯亮。M0常闭触点断开，输出继电器Y1失电，车未满指示灯熄灭；M1常开触点闭合时，上升沿微分输出，M2继电器得电，M2常开触点闭合，将0赋值给计数器D0，将1赋值给计数器D1，完成了初始化阶段；当车辆通过停车场入口或出口时，传感器1向计数器输入高电平，X3常开触点闭合，停车场门口处的闸门控制系统总开关Y2闭合，闸门控制系统开始工作，输出继电器Y3得电，常开触点Y3闭合，自锁，闸门打开，车辆通过，当碰到行程开关X6时，X6常闭触点断开，X6常开触点闭合，T0继电器得电， 常开触点T0闭合，自锁，延时1分钟后，输出继电器Y4得电，电机反转关门；当进入一辆车时，X3闭合，D0中存储的数和D1中存储的数相加并赋值给计数器D0中；当出去一辆车时，X4闭合，D0中存储的数减去D1中的数赋值给D0，计数能够实时更新；M1闭合时，计数器D0中存储的数输入七段数字译码显示器实时显示。程序指令表见附录一。3.4 接线图下图为停车场控制系统的接线图，在该接线图中，X1是该系统的总开关，BEN5M-DT传感器1接X3输入端，BEN5M-DT传感器2接X4输入端，X6、X7是行程开关，分别接X6、X7输入端。L1是停车场车满指示灯，L2是车未满指示灯，QS是电机正转的总开关，KM1是电机正转的继电器线圈，KM2是电机反转的继电器线圈，Y5至Y12输出的是BCD码，直接接入七段数字译码显示器。停车场控制系统接线图如图8所示。见下页图8 停车场控制系统接线图下图为主电路控制图，当QS闭合时，KM1闭合KM2断开电机正转，闸门开启，车辆可通过，当KM2闭合KM1断开时电机反转，闸门闭合，车辆不可通过。控制线路主电路图如图9所示。 图9 控制线路主电路图3.5 部分功能语句解释PLS M2：当检测到输入信号是的上升沿时，M2产生一个脉宽为一个扫描周期的脉冲输出信号。MOV K0 D0：将常数0传送到数据寄存器D0中，并自动转换成二进制数。MOV K1 D1：将常数1传送到数据寄存器D1中，并自动转换成二进制数。ADD D0 D1 D0：将源元件D0中的数与源元件D1中的数相加，结果送到目标文件D0中。SUB D0 D1 D0:：将源元件D0中的数与源元件D1中的数相减，结果送到目标文件D0中。BCD D0 K2Y5： 将源元件D0中的二进制数转换为BCD码并传送到指定元件中，即七段译码显示器中。4 车位存取子系统硬件设计4.1 车位显示车位显示为该子系统的输出，采用指示灯，分别为系统运行指示灯、停车场满载指示灯及110号车位载车指示灯。系统运行时，运行指示灯亮；若停车场的10个车位都有存车，则满载指示灯亮；110号车位有存车的相应指示灯亮。4.2 车位选择对应于每个车位，在控制面板上都设有对应的选择按钮。车位选择按钮为该子系同控制器的输入。按动某一号按钮，可使相应车位轿厢转至停车场最低位。此外，还分别设置系统的启动、停止、复位、正点动、反点动等五个按钮。4.3 车位限位为了能使停车场在将指定轿厢转至最低位后停止转动，需要设置位置检测设备。本设计采用限位开关来进行轿厢运动限位。对每一个轿厢都设置有一个限位开关，共十个。在停车场整体框架边轨的最低位处两侧附近分别设置两个碰撞触发凸起，这样当指定轿厢顺时针或逆时针转动至接近最低位时，可触发限位开关动作，控制器使电机断电，同时机械制动器进行制动，使轿厢停止在最低位。控制器对于非指定轿厢触发限位开关进行屏蔽。4.4 PLC 控制器本设计选用三菱PLC作为车位存取子系统的控制器。其输入点数需要用到25个，输出点数需要14个，考虑到扩展需要，故选择32输入32输出的三菱FX2N-64MR-DS PLC作为主控制器。为与计时收费子系统的单片机进行RS232通信，需要在内部安装一块FX2N-232-BD通信用功能扩展版。PLC控制接线原理部分如图10所示。图10 控制电路原理图车位存取子系统的控制面板如图11 所示。见下页图11 车位存取子系统的控制面板图5 控制系统程序设计的分析与实现5.1 I/O分配表表1 I/O分配表输入信号输出信号启动按钮X1车满信号灯L1Y0上升沿加计数输入X3车未满信号灯L2Y2上升沿减计数输入X4正转接触器KM1Y3行程开关X6X6反转接触器KM2Y4行程开关X7X7BCD码输出Y5-Y145.2 编程元件的解析 X： X为输入继电器，它的作用是接受并存储外部输入的开关量信号，和对应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭软触点用于编程。Y： Y为输出继电器，它的作用是具有一常开硬触点用于向外部负载发送信号，每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和长闭软触点用于编程。M： M为辅助继电器，它是由软件来实现的，用于状态暂存，移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电器，绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。T： T为定时器，作用相当于继电接触控制中的通电延时型时间继电器。C： C为计数器，主要用来记录脉冲的个数。本设计采用的C250为一相双向的高数计数器，这种计数器固定可编程控制器的一个输入端X3用于上升沿加计数，固定可编程控制器的另一个输入端X4用于上升沿减计数。D： D为数据寄存器，可编程控制器在模拟量检测与控制以及位置控制等许多场合都需要数据寄存器来存储数据和参数。5.3 实现的效果入口处的传感器能检测所进车辆的数目，出口处的传感器能检测所出车辆的数目；当车辆在要进出门5米处，闸门会自动开启让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满指示灯会亮，当停车场车位没停满时，车未满指示灯会亮，能够提醒人们是否还可以停车；显示器能都实时显示停车场所停车辆数，并且车辆已经停满时，闸门自动关闭，不会让车辆进入。该控制系统达到了设计要求。6 计时收费子系统硬件设计计时收费子系统主要完成存车时间的计算和用户刷卡缴费的功能。主要有主控器、显示模块、操作模块、信息存储模块、时钟模块、射频读写模块及通信模块等组成4。主控器负责程序处理和管理各模块；显示模块显示各种信息，如按键信息、时间和停车费用等；通过操作模块可以使管理员管理密码、查询或设置时间、查询总金额、查询记录；信息存储模块存储有停车场使用日志；时钟模块为主控器提供精准时间；射频读写模块完成IC卡中内容的读写操作5；通信模块负责与车位存取子系统的主控器PLC进行通信。计时收费子系统的组成框图如图12所示。图12 计时收费子系统结构框图本设计选用 AT8955WD单片机作为计时收费子系统控制器；ZLG7289B芯片外接44的键盘；DS1302为停车计时提供精确时钟；SMG12864液晶显示各种信息；AT24C256用户结算信息；通过RS232与车位存取子系统控制器PLC通讯6；通过ZLG500对IC卡进行读写操作。计时收费子系统的硬件示意图如图13 所示。图13 计时收费子系统硬件示意图PLC 在进行顺时针还是逆时针即控制电机正转还是反转的判断时，可根据如下算法进行计算：停车场10个轿厢的编号为110，且对轿厢进行顺时针由小到大编号。设某时刻位于停车场最底处进出通道的轿厢号为P，目标轿厢号为X。当P5时，若X满足PX5时，若X满足P-5XP，则进行顺时针旋转，否则逆时针旋转。在子系统间通信设计时，程序编制须遵循PLC的编程口通信协议，以保证PLC收到指令和数据。传输格式为RS232C，150波特率为9600bps，累加校验方式（和校验），字符为ASCII码。PLC与单片机的通信流程如图14 所示。图14 通信流程图7 系统调试及结果分析7.1 硬件调试PLC内部为输入电路所提供的电压是24V,BEN5M-DT光电传感器的驱动电压为24V，其输出电路能配置250V的交流电源，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，七段数码显示器能实时显示数据，证明PLC选型正确，光电传感器的选择符合要求。7.2 软件调试按接线图接好线后，将程序的指令用FX-GP编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。7.3 性能分析 本设计是基于PLC的停车场车位控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中的C250双向计数器，C250进行加减计数存储，并以BCD码传输给七段译码显示器，显示器能够实时显示停车场的停车数目。PLC具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC可以使该设计的要求全能满足。8 结论与思考针对目前我国城市用地紧张造成停车难这一问题，本文以技术可行稳定、建设施工简单、制造维护成本低廉为出发点，设计开发了一套垂直循环式立体停车场的自动控制系统。停车场一方面用来停车，另一方面对停车进行收费。本文利用PLC作为控制器设计车位存取子系统，通过控制电机运转来实现村取车操作；利用单片机作为控制器设计计时收费子系统来实现停车费用收取功能。将两个子系统进行通信组合连接，组成完整的立体停车场自动控制系统。这是本设计优于以往设计的地方，虽算不上创新，但在技术组合与实现上做出了努力。由于本人水平和时间的限制，在文中虽然对系统的软件程序进行了设计，但仅限于整体流程，至于具体代码实现还需要再做完善。此外，对于系统在实际应用中还会遇到哪些问题，需要靠实践来判断与解决。鉴于现在立体停车场的解决方案较为成熟，需要努力的方向在于功能的扩充与完善。本设计中采用非接触式IC卡来实现刷卡缴纳停车费，在后续扩展中，可将目前趋于主流的手机钱包加入进来，利用每人身上都有的手机来完成缴费会更方便快捷。也可将IC卡选择为城市一卡通，如此实现在多种不同领域的无现金缴费，以此作为市政建设的一部分，真正做到以人为本、方便市民。通过本次课程设计使我比较系统地掌握有关PLC控制系统的设计思想和设计方法，主要对PLC（三菱FX2N系列）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。经过多次的反复实验与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.我所做的设计题目是基于PLC的停车场车位控制系统。由于是第一次做PLC的设计，设计起来有一定难度，但后来通过去图书馆找相关书籍，上网找资料，请教老师和同学等方法来获取相关知识，通过一步步解决疑惑来完成我的设计，同时也大大提升了自己知识水平和能力。通过这次课程设计让我们意识到书本上学到的知识一定要通过实践去巩固，而且这也是一种学习方法，只有这样才能真正轻松的掌握一门学问。同时此次课程设计也让我们对学习PLC更加热情，我们认识到PLC的强大的功能和广阔的应用领域。真正体会到了科技给我带来的振憾。让我对学习更有兴趣，同时也给我们在探索知识的路上的无限动力。在自己以后的学习中，我们一定要有刻苦努力及钻研精神，结合有创新，充分实现自己的价值，为国家的发展做出自己的贡献。参考文献:1 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