PLC课程设计(停车场车位控制-)解析

1 目录 1 引言 2 2 概述 3 3 系统总体方案设计 4 3 1 主电路的设计 4 3 2 控制电路的设计 4 3 2 1 PLC 概述 4 3 2 2 PLC 选型 6 3 2 3 系统变量定义及分配表 8 3 2 4 系统接线图设计 9 4 控制系统设计 12 4 1 控制程序流程图设计 12 4 2 控制程序设计思路 12 5 系统调试及结果分析 15 5 1 系统调试及解决的问题 15 5 2 结果分析 15 结束语 16 参考文献 17 附录一 梯形图 18 附录一 程序指令 19 2 1 引言 随着进口汽车大量涌入和国内汽车工业的不断发展 大中城市的汽车数量 剧增 从而引发了停车管理问题 近几年 我国的停车场管理技术不断完善 计算机技术 通信技术 网络技术的发展又使停车场管理的系统功能得以提高 现在小区停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出 车辆进入时给与 司机准确的车位数量与具体位置 车辆进入后 记录车辆数量 车辆离开时 减少车辆数量 车辆进出指示可完全由 PLC 作为中央控制来处理 停车场空位 指示可利用价格较不高的数码管显示 停车场车位管理系统 它由固定在停车场中的管理控制器 埋设在车位处 的电动车位锁及移动控制器相互连接构成 管理控制器包括传感器接收模块 逻辑控制电路及驱动控制电路 电动车位锁的电源端与驱动控制电路的电源输 出端连接 移动控制器中设有数据读写控制电路 无线遥控发射模块及电池 该无线遥控发射模块通过移动控制器外部设置的遥控天线与管理控制器的接收 天线进行无线信号连接 具有极大的实用价值 3 2 概述 本文提出一种运用可编程控制器 PLC 对停车场进出及停放指示进行管理 的方案 本停车场由 16 位停车位 入口检测器 出口检测器 道闸管理系统 七段数码管用来显示车库内车辆数 尚有车位指示灯 车位已满指示灯等部分 组成 采用 PLC 的自动控制系统 由于 PLC 具有可靠性 易操作性 灵活性等 优点 因此 本控制系统与传统停车场相比 大大提高了设计效率 维护周期 短 调试方便 成本较低 易操作 可靠性高 有很强的实用价值 4 3 系统总体方案设计 3 1 主电路的设计 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 车进 开 合闸 车出 计数器1存储器1 计数器2存储器2 存储器3数码显示 图 1 原理框图 3 2 控制电路的设计 3 2 1 PLC 概述 许多年前开始 就有人预言 PLC 将要被 PC BASED 控制系统取代 但是 PLC 的销售每年都在以一个十分稳定的增长率在上升 目前的 PLC 已经与十年 前的 PLC 有着很大的区别 十年后的 PLC 与当前的 PLC 也将有着很大的不同 但是 有两个方面是不变的 首先 PLC 会提供稳定的控制响应 其次 高度 的可靠性 PLC 有着其它控制产品 如工控机 DCS 单片机等控制产品 所无 法替代的特性 1 可靠性 5 可靠性包括产品的有效性和可维修性 可编程控制器的可靠性高 表现在 下列几个方面 a 可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件 接线大大减少 与此 同时 系统的维修简单 维修时间缩短 因此可靠性得到提高 b 可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计 例如冗余设计 掉 电保护 故障诊断 报警和运行信息显示和信息保护及恢复 c 可编程控制器有较强的易操作性 它具有编程简单 操作方便 编程的 出错率大大降低 而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高 d 可编程控制器的硬件设计方面 采用了一系列提高可靠性的措施 例如 采用可靠性高的工业级元件 采用先进的电子加工工艺 SMT 制造 对干扰采 用屏蔽 隔离和滤波等 存储器内容的保护 采用看门狗和自诊断措施 便于 维修的设计等 2 易操作性 a 操作方便 对 PLC 的操作包括程序的输入和程序更改操作 大多数 PLC 采用编程器进行程序输入和更改操作 现在的 PLC 的编程器大部分可以用 电脑直接进行 更改程序也可根据所需地址编号 继电器编号或接点号等直接 进行搜索或按顺序寻找 然后可以在线或离线更改 b 编程方面 PLC 有多种程序设计语言可以使用 梯形图与电气原理图相 似 编程语句是功能的缩写 便于记忆 功能图表语言以过程流程进展为主线 十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通 功能模块图和结构化文本 语言 功能清晰 易于理解等优点 c 维修方便 PLC 所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低 当系 统发生故障时 通过硬件和软件的自诊断 维修人员可以根据有关故障代码的 显示和故障信号灯的提示等信息 或通过编程器和 HMI 屏幕的设定 直接找到 故障所在的部位 为迅速排除故障和修复节省了时间 3 灵活性 a 编程的灵活性 PLC 采用的标准编程语言有梯形图 指令表 功能图表 功能模块图和结构化文本编程语言等 使用者只要掌握其中一种编程语言就可 进行编程 编程方法的多样性使编程方便 6 b 扩展的灵活性 PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点 它可以根据应 用的规模不断扩展 即进行容量的扩展 功能的扩展 应用和控制范围的扩展 它不仅可以通过增加输入输出卡件数来增加点数 通过扩展单元扩大容量和功 能 也可以通过多台 PLC 的通信来扩大容量和功能 c 操作的灵活性 操作的灵活性指设计工作量 编程工作量 和安装施工 的工作量的减少 操作变得十分方便和灵活 监视和控制变得很容易 在继电 器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化 不同生产过程可采用相同的控制 台和控制屏等 4 机电一体化 为了使工业生产的过程控制更平稳 更可靠 向优质 高产 低耗要效益 对过程控制设备和装置提出了机电一体化 即仪表 电子 计算机综合的要求 而 PLC 正是这一要求的产物 它是专门为工业过程而设计的控制设备 具有体 积小 功能强 抗干扰性好等优点 它将机械与电气部件有机地结合在一个设 备内 把仪表 电子和计算机的功能综合集成在一起 因此 它已经成为当今 数控技术 工业机器人 离散制造和过程流程等领域的主要控制设备 成为工 业自动化三大支柱 PLC 机器人 CAD CAM 之一 可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统 它们可以与其它 系统通讯 提供产品报表 生产调度 诊断自身和设备的故障 这些技术上的 改进 让 PLC 成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者 由以上特点不难看出 PLC 在工业控制领域 不仅不会逐渐推出 而且会 不断扩大他的市场份额 表面上看工控机的出现给 PLC 带来了一定程度的冲击 但如果我们仔细分析一下可以看到 工控机在某种程度上其实帮助了 PLC 的发 展 因为 PLC 的可靠性高 易操作 但对与操作员站的一些功能 如曲线处理 数据记录等功能 远不及工控机 而工控机的致命缺陷是可靠性差 所以目前 来看工控机与 PLC 结合的控制系统更为完美 工控机的出现推动了 PLC 的发展 3 2 2 PLC 选型 1 选择的原则 7 选择 PLC 是首待解决的事情 一方面要选择多大容量的 PLC 另一方面选 择什么公司的 PLC 及外设 对第一个问题 首先要对控制任务进行详细的分析 把所有的 I O 点找出 来 包括开关量 I O 和模拟量 I O 以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅 型 控制系统输出点的类型非常关键 如果他们之中既有交流 220V 的接触器 电磁阀 又有 24V 的指示灯 则最后选用的 PLC 的输出点数有可能大于实际电 数 因为 PLC 的输出点一般是几个一组共用一个公共端 这一组输出只能有一 种电源的种类和等级 所以一旦它们是交流 220V 的负载负载使用 则直流 24V 的负载只能使用其他的输出端了 这样有可能造成输出点浪费 增加成本 所 以要尽可能选择相同等级和种类的负载 比如使用交流 220V 的指示灯等 一般 情况下继电器输出的 PLC 使用最多 对第二个问题 则有以下几个方面要考虑 1 功能方面 所有 PLC 一般都具有常规的功能 但对某些特殊要求 就要知道所选用的 PLC 是否有能力控制任务 如对 PLC 与 PLC PLC 与智能仪表及上位机之间有灵 活方便的通信要求 或对 PLC 的计算速度 用户程序容量等有特殊要求 或对 PLC 的位置控制有特殊要求等 2 价格方面 不同厂家的 PLC 产品价格相差很大 有些功能类似 质量相当 I O 点数 相当的 PLC 的价格能相差 40 以上 在使用 PLC 较多的情况下 这样的差价当 然是必须考虑的因数 因为本次课程设计是在学校完成 考虑到实验室中应用的是三菱 FX2N 型 PLC 对此种型号 PLC 的指令以及使用方法都比较熟悉 所以本次设计采用就近 取材原则选三菱 FX2N 型 PLC 2 FX2N 型 PLC 的简介 20 世纪 90 年代 三菱公司在 FX 系列 PLC 的基础上又推出了 FX2N 系列产 品 该机型在运算速度 指令数量及通讯能力方面有了较大的进步 是一种小 型化 高速 高性能 各方面都相当于 FX 系列中最高档次的超小型的 PLC FX2NPLC 的基本单元可以根据控制规模大小外加扩展单元 扩展模块及特 8 殊功能单元构成叠装式 PLC 控制系统 下图是 FX2N 可编程控制器基本单元实物 图 图 2 FX2N 可编程控制器实物图 3 2 3 系统变量定义及分配表 在车库入口处应该安装指示板 告知车辆司机整个车库的停放情况 包括 数量和停放的位置 车库和指示板的示意图如图所示 9 1 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 停车场车位指示板 当某一位置没有停放车辆时 相应编号的指示灯亮 司机看见使就可以按 照指示进入车库按位停车 这个部分同样可以用梯形编程图来实现 车位线使程序 相对比较简单 所用到得软元件 X10 X17 X20 X27 输 出端原件 Y20 Y27 Y30 Y37 输出输入原件共计 16 对 只要在车尾顶部安装 9 红外检测装置 就可以对车位有无车辆进行检测 当车位无车辆时相应输入继 电器不通电 常闭节点合上 输出端所连接的指示灯亮 如图中 8 号和 9 号灯 亮 证明这两个车位为空 而其余位置有车 所以相应的指示灯熄灭 表一 PLC 外部输入 输出点 I O 编程元件的解析 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 3 2 4 系统接线图设计 下图为停车场控制系统的接线图 在该接线图中 X1 是该系统的启动开关 输入点输出点 系统动作 X1 00000闸栏开门 Y1 01000 系统解除 X2 00001闸栏关门 Y2 01001 入口检测器 X3 00002尚有车位指示灯 Y3 01002 出口检测器 X4 00003车位已满指示灯 Y4 01003 正传停止传感器 X5 00004显示车辆数七段灯 Y10 Y17 01004 01010 反转停止传感器 X6 00005 10 COM COM 01000 00000 01001 00001 01002 00002 01003 P 00003 01004 00004 01005 00005 01006 L 00006 01007 00007 01008 00008 01009 C 00009 01010 00010 01011 00011 01012 00012 01013 00013 01014 00014 01015 00015 01016 00016 01017 00017 D ISP LA Y X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 10 Y17 X2 是该系统停止开关 入口检测器接 X3 输入端 出口检测器接 X4 输入端 正 传停止传感器 反转停止传感器分别接 X5 X6 输入端 闸栏开门接 Y1 输出端 闸栏关门接 Y2 输出端 尚有车位指示灯接 Y3 输出端 车位已满指示灯接 Y4 输 出端 显示车辆数数码管接 Y10 Y17 图 3 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 11 图 4 控制线路主电路图 12 4 控制系统设计 4 1 控制程序流程图设计 停车场控制系统的车进出模块流程图设计如下图 5 图 5 车辆进出控制程序流程图 4 2 控制程序设计思路 1 车辆进库 编程图上 在支路 2 中 X0 表示车辆检测装置开关 只要车辆驶到道闸前 车辆检测器发出信号使 X0 关闭 辅助继电器 M1 进入准备通电状态 只要 X1 闭 合 支路 1 通电 驱动辅助继电器 M0 其节点 M0 闭合 M1 马上通电 M1 节点 动作 使输出线圈 Y0 置位 其相应的输出端 Y0 发出信号控制道闸升降的电动 机正转 同时复位 Y1 线圈 确保道闸没有反转信号 这时道闸就打开 车辆通 过 车辆通过以后 经过道闸后车辆检测器 这时有几道控制目标 所以运用 主控制器指令 MC 对所有工作一并控制 检测器发出信号使开关 X2 闭合 PLC 就执行 MC 和 MCR 之间的程序 首先把 Y0 输出线圈复位 即道闸电动机正转信 号复位 同时置位 Y1 输出线圈 是电动机反转 道闸关闭 同时设定一个数据 寄存器 D0 中的二进制数转换成十进制数输出到以 10 为首的八个输出端 驱动 13 车库大门指示板上的显示管 最后 在道闸关闭的终点安装一个限位开关 X3 当道闸恢复原位时 X3 节点接通 使电动机反转信号复位 图 6 车辆进库梯形图 2 车辆出库 车辆出库时 要减少车辆数量记录 并且在车库出口也要安装出口道闸 下面是车辆出库的梯形图 由图中可以看出 车辆出库与入库的基本原理相同 只是输入原件与输出 原件不同 出库与入库所用到的元件必须分开 并且 要使车辆数量减少 用 DEC 功能指令使记录车辆数的数据寄存器 D0 减一 最后道闸关闭 14 图 7 车辆出库梯形图 15 5 系统调试及结果分析 5 1 系统调试及解决的问题 1 硬件调试 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 传感器的选择符合要求 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 3 解决的问题 本文研究的主要内容是基于 PLC 的停车场车位控制系统 在前人的基础上 做了进一步的研究 吸取了前人研究的精华 补充了前人研究的不足 本系统 是基于 PLC 的自动控制系统 由于 PLC 本身的特点使自动控制系统更加稳定 提高了系统的可靠性 在本课题研究过程中主要进行了以下工作 1 详细分析了国内外目前的基于 PLC 的停车场 比较之后 硬件部分 设计了七段码显示器以及车辆进出库传感器 软件部分 选择了以 PLC 为核心 自动控制系统 因此 经过研究最后决定将硬件和软件部分结合起来 形成了 本控制系统的整个部分 2 在比较了各种型号的 PLC 的功能之后 选择了三菱公司的 FX2N 系列 PLC 3 建立了车辆进出库数学模型 为其编写了程序语言 5 2 结果分析 七段译码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