车辆出入库plc控制系统课程设计.doc

电气控制与PLC课程设计说明书题 目： 车辆出入库PLC自动控制系统设计 专业班级： 自动化专业 姓 名： 刘 学 号： 指导教师： 成绩：指导老师签名： 日期： 目 录1 系统背景描述及设计要求11.1系统背景描述11.2设计要求22 方案论证22.1硬件结构22.2设计方案32.3方案比较及方案具体确定43 硬件设计103.1系统的原理方框图103.2主电路图113.3 I/O点分配123.4 I/O接线图133.4元器件选择134软件设计144.1 主程序流程图144.2梯形图175 系统调试17设计心得17参考文献181 系统背景描述及设计要求1.1系统背景描述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。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、信息查询自动化图1-1系统概述图1.2设计要求车辆出入库控制系统由入出库读卡器，入库车辆存在检测器，入库栏杆机（当有车辆压住检测线圈时，控制器可以输出一个开关信号，当车辆离开时，控制器的输出开关信号打开）、出库车辆存在检测器、出库栏杆机、库里车辆数显示器（2位7段数码管，车库共有50个车位）组成。栏杆机有单相异步电机拖动250W，AC220V。1、车辆入库时，车辆检测器检测到车辆，并且司机取出入库卡刷卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数减1。2、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。3、车辆出库时，车辆检测器检测到车辆，并且司机取取出入库卡刷后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数加1。4、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。5、控制器采用PLC控制。2 方案论证2.1硬件结构由系统的设计要求首先设计出系统的基本硬件组成：（1）控制器（2）出入库栏杆机（3）出入库车辆存在检测器（4）出入库刷卡器（5）显示器图2-1硬件结构图2.2设计方案1. 方案1系统总体设计为单车道，既入库车道与出库车道为同一车道（1）车辆入库入库车辆前进时，经过1* 2*称重传感器后计数器加1，后退时经过2# 1#称重传感器后计数器减1，单经过一个称重传感器则计数器不动作。（2）车辆出库出库车辆前进时经过2* 1*称重传感器后计数器减1，后退时经过1# 2#称重传感器后计数器加1，单经过一个称重传感器则计数器不动作。2. 方案2系统总体设计为双车道，即入库车道与出库车道分开。（1）车辆入库车辆经入库车道入库时，当车辆压线时，采用称重传感器1#检测到车辆后，司机取出入库卡刷卡后，使控制器PLC发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。当光电传感器1#与光电传感器2#先后被触发后，PLC得到计数信号，数码管显示器显示数减1。当车辆将离开检测区域，称重传感器2#检测到车辆后触发PLC，PLC向自动栏杆机发出关信号，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。（2）车辆出库车辆经出库车道出库时，当车辆压线时，采用称重传感器3#检测到车辆后，司机取出入库卡刷卡后，使控制器PLC发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。当光电传感器3#与光电传感器4#先后被触发后，PLC得到计数信号，数码管显示器显示数加1。当车辆将离开检测区域，称重传感器4#检测到车辆后触发PLC，PLC向自动栏杆机发出关信号，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。2.3方案比较及方案具体确定 当车流量比较大的时候，使用单车道因为出库车辆和入库车辆要经过同一个车道，而且出入库通道是斜坡，更易造成事故发生。造成车辆的出入拥挤，使用不便。但如果是双车道，可又有效解决这个问题，出库车辆在一边，入库车辆在另一边，使停车也更加方便。 采用两个称重传感器发出的信号同时控制栏杆的开闭，还要负责计数功能。容易产生失误。而且采用称重计传感器计数没有使用光电传感器准确。比如当时差比较小时两边各有十个人站在线上，则也会造成计数，产生错误。而光电传感器则不会产生这样的失误经过上述方案比较，选择方案2。2、系统总体具体方案确定：（1）控制器本次设计选用三菱FX2N-48MR-001。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。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。 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。（2）出入库栏杆机图2-2，入库栏杆图（3）出入库车辆存在检测器出入库车辆存在检测器由光电传感器与称重传感器共同总成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2-3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2-4 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2-1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（4）出入库刷卡器IC卡刷卡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。图2-5 IC卡刷卡器示意图（5）显示器两位七段数码管图2-6车辆入库车道传感器位置示意图3 硬件设计3.1系统的原理方框图系统基本原理：车辆入库时，压住检测线，称重传感器1#检测到车辆，并且当司机刷卡后，栏杆上升接触器1#线圈接通，栏杆上升，当上升到一定位置时，碰到行程开关1#，接触器1#线圈断电，电机停止，栏杆依靠惯性继续减速上升，直到最后上升到位。栏杆打开后，车辆开始进入，光电传感器1#与2#先后检测到车辆通过后，向PLC发出信号，LED显示器显示数减1.当车辆开出检测区域时，将经过称重传感器2#，传感器检测到车辆通过后（并且是在已刷卡的前提下），向PLC发出信号，PLC控制栏杆下降接触器2#线圈接通，栏杆下降，当下降到一定位置时，碰到行程开关2#，接触器2#线圈断电。电机停止，栏杆依靠惯性继续减速下降，直到最后下降到位。车辆出库时，压住检测线，称重传感器3#检测到车辆，并且当司机刷卡后，栏杆上升接触器3#线圈接通，栏杆上升，当上升到一定位置时，碰到行程开关3#，接触器3#线圈断电，电机停止，栏杆依靠惯性继续减速上升，直到最后上升到位。栏杆打开后，车辆开始进入，光电传感器3#与4#先后检测到车辆通过后，向PLC发出信号，LED显示器显示数加1.当车辆开出检测区域时，将经过称重传感器4#，传感器检测到车辆通过后（并且是在已刷卡的前提下），向PLC发出信号，PLC控制栏杆下降接触器4#线圈接通，栏杆下降，当下降到一定位置时，碰到行程开关4#，接触器4#线圈断电。电机停止，栏杆依靠惯性继续减速下降，直到最后下降到位。经上述方案原理说明，得出系统的原理方框图MM2图3-1系统的原理框图3.2 主电路图图3-2主电路图3.3 I/O点分配表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称重传感器1#（车库入口）X001称重传感器2#（车库入口）X002称重传感器3#（车库出口）X003称重传感器4#（车库出口）X004光电传感器1#（车库入口）X005光电传感器2#（车库入口）X006光电传感器3#（车库出口）X007光电传感器4#（车库出口）X008IC卡刷卡器1#（入口）X009IC卡刷卡器2#（出口）X010栏杆到位开关1#（入口）X011栏杆到位开关2#（入口）X012栏杆到位开关3#（出口）X013栏杆到位开关4#（出口）Y000电动机正转接触器1#线圈（入口上升到位）Y001电动机反转接触器2#线圈（入口下降到位）Y002电动机正转接触器3#线圈（出口上升到位）Y003电动机反转接触器4#线圈（出口下降到位）Y004单片机89C51控制个位七段数码管Y005单片机89C51控制十位七段数码管3.4 I/O接线图图3-3 I/O接线图3.5 元器件选择表3-2电气元件一览表名称型号品牌数量主电机YZD7134-250W北京金荣峰电机厂2熔断器RL1-15正泰1交流电机1#正转接触器JZ7-44施耐德1交流电机1#反转接触器JZ7-44施耐德1交流电机2#正转接触器JZ7-44施耐德1交流电机2#反转接触器JZ7-44施耐德1称重传感器CYB-605S北京恒奥德4光电传感器Q236E美国邦纳4PLCFX2N-48MR-001三菱1刀开关HD13台达1栏杆ND10-DZ张家港宏力机械有限公司2IC卡刷卡器QS-IC01松下2七段数码管KYS科颖2导线1.5 MM2正泰100M限位开关ISO-M16施耐德4单片机89C51青岛凯得利24 软件设计4.1 主程序流程图（1）车辆入库流程图图4-1 车辆入库程序流程图（1） 车辆出库流程图4-2车辆出库程序流程图4.2 梯形图图4-3 程序梯形图5 系统调试程序调试：将将编写好的程序输入三菱PLC中，通过对三菱PLC的各个输入点X0;X1;X2;X3;X4;X5;X6;X7;X8;X9;X10;X11;X12;X13;点控制命令的输入，进而观察到Y0;Y1;Y2;Y3;Y4;Y5;的动作，从而对程序进行调试。设计心得评价本设计采用光传感器