车辆出入库电气控制系统设计.doc

电气控制与PLC课程设计说明书题 目： 车辆出入库电气控制系统设计 成绩：指导老师签名： 日期： 16目录1前言 32 PLC简介 4 2.1 PLC的基本结构 4 2.2 PLC的工作原理 53车辆出入库管理系统的构成 6 3.1车辆出入库管理系统构想 6 3.2显示电路 7 3.3 I/O 口地址分配 84硬件电路 9 4.1 PLC电路图 9 4.2电机正反转电路 105软件设计 10 5.1程序流程 105.2梯形图程序 116元器件清单 15设计心得 131 前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。 如今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，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。 目前，我国主要城市停车设施的建设远远落后于道路建设和汽车工业的发展，由此所带来的一系列问题令人担忧。在停车设施上，我们国家是起步比较晚的国家，我国的机械式车库的早期开发工作是从80年代中期开始的，90年代开始引进和生产停车设备，最先在北京、上海、广州、深圳等地开始使用。现在大多数车库还只是半自动化的机械车库，很少部分的自动化车库，各种立体车库更是少之又少。而一水之隔的日本，无疑要比我们先进的多，撇开个人的感情因素，日本无疑是很值得我们国家学习的，日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上个世纪60年代初期就开发并使用最大限度的利用空间的机械式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国以及中国台湾地区出口产品及技术。也就是说那时日本的技术已经开始成熟，而我国才刚刚开始。 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DCSDistributed Control System、现场总线控制系统FCSFieldbus 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，用PLC实现的车库管理体系是由半自动化的朝智能立体式转变的一个过程，也是我国需要努力实现的。本设计是一个简单的基于PLC的车辆出入库管理系统设计，可以在原有的车库管理体系加以优化改善，节约劳动力，方便更好的监控以及停车。2 PLC简介 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟地的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC作为工业自动化普遍应用的控制器具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、直观，易于掌握；控制系统结构简单，适用性好；功能完善，丰富的I/O模块；体积小，操作维护方便；设计，施工，调试周期短等特点。2.1 PLC的基本结构常见的PLC有整体式和模块式两类。不论哪种结构，其内部组成是相似的，硬件结构框如图 2.1 所示： 图2.1PLC硬件结构框图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。2.2 PLC的工作原理PLC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。2.2.1 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。2.2.2 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。2.2.3 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。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。3车辆出入库管理系统的构成3.1车辆出入库管理系统构想车辆入库时，车辆检测器检测到车辆，司机刷入库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数减1。当入库车辆驶离入库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。车辆出库时，车辆检测器检测到车辆，司机刷库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数加1。当入库车辆驶离出库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。为满足以上要求设计传感器布置图（图3.1）及总体框架（图3.2）如下所示。 图3.1传感器布置图 图3.2 总体框架3.2显示电路为节省PLCI/O口资源及显示方便，显示采用由PLC输出并经解码器解码后输出到数码管的方式，具体电路如下图3.3和3.4所示。 图3.3 图3.43.3 I/O 口地址分配设计中采用FX2N32MRPLC，电源使用带有24V DC和AC1 10120220240V的使用电源(PA204S)。根据系统控制要求，本系统需计数器1个，16个输入点和16个输出点，所选PLC类型满足系统要求。具体I/O口地址分配如下表3.1所示。输入注释输出注释XO启动Y0个位数码管输入X1停止Y1个位数码管输入X2入库检测传感器1Y2个位数码管输入X3入库电机正转上限位Y3个位数码管输入X4入库检测传感器2Y4十位数码管输入X5入库电机反转下限位Y5十位数码管输入X6出库检测传感器1Y6十位数码管输入X7出库电机正转上限位Y7十位数码管输入X10出库检测传感器2Y10中间继电器KA1X11出库电机反转下限位Y11中间继电器KA2Y12中间继电器KA3Y13中间继电器KA4 表3.14硬件电路4.1 PLC电路图 PLC电路图如下图4.1所示。 图4.1PLC电路图4.2电机正反转电路系统中车辆入库的电机正反转是由KM1、KM2、控制，出库的电机正反转是由KM3、KM4控制的，具体电路如下图4.2所示。 图4.2 电机正反转电路5软件设计5.1程序流程 入库过程;当车子来到入库传感器1的位置，有人刷卡后，PLC控制电机正转，栏杆向上抬起，当栏杆到达电机上限位置后，电动机停止，车辆进入入库传感器2的位置后，PLC控制电机反转，栏杆下降，当栏杆到达电机下限位置后，电动机停止，同时计数器减一。 出库过程;当车子来到出库传感器1的位置，有人刷卡后，PLC控制电机反转，栏杆向上抬起，当栏杆到达电机上限位置后，电动机停止，车辆进入出库传感器2的位置后，PLC控制电机反转栏杆下降，当栏杆到达电机上限位置后，电动机停止，同时计数器加一。具体流程图如下图5.1所示。 图5.1 程序流程图5.2梯形图程序梯形图编程如下图5.2所示。图5.2 梯形图程序6元器件清单FX2N32MR型PLC一台三相异步电动机两台中间继电器四个交流接触器四个低压熔断器六个传感器八个栏杆两个设计心得在选择这个课程设计后的这段时间里，通过老师的指导和自己翻看大量的相关书籍及在网上浏览大量的相关作品，终于完成了这次课程设计。刚开始之所以选择这个课题，一忙面是感觉这个课题挺实用的，另一方面出于个人观点感觉比较简单。但通过后来的设计，我发现这个课题确实比较实用，但是并不像我想的那样简单。刚开始我并不知道怎样去做，甚至说从何处下手，后来通过看书上讲的步骤和一些网上的成品，我脑海中逐步有了思路。首先，我先画好电机正反转的主电路，然后去实现对它的控制，然后，我根据要求开始画梯形图，在这过程中我不知道计数器怎么使用，不仅如此连数码管的显示也成了我前进的障碍，通过请教老师和同学，再加上自己的学习，后来我决定使用一个解码器去显示数码管，这样不仅决了数码管的显示问题，同时还是得PLC输出端口的资源节省了下来。再后来，元器件的选取是我真明白了，然和一个设计都不是那么简单的，各个问题各方各面都需要考虑。通过对这个课程设计的了解，我发现随着汽车特别是私有汽车的普及使用，对大型停车厂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。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车辆出入库管理系统，实现 车辆出入库，数量统计、信息查询过程的自动化，安全性等就显得十分必要。建立提高停车场利用率和方便驾车者的信息系