基于PLC的车辆出入库管理系统

毕业设计 I 摘 要 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 本设计是基于 PLC 的车辆出入库管理系统 采用两位 LED 来显示车库内车 辆的实际数量 使用两个光传感器来监控车辆的进出并完成计数工作 车辆进 入时经过两个传感器使显示数字加一 车辆外出时经过两个传感器使显示数字 减一 但当车辆只经过一个传感器时不计数 为了防止意外计数错误 本系统采用反复程序校验 来提高系统的可靠性 首先 注意控制两个传感器之间的距离 用程序验证进出车库的是否是车 辆 当人通过传感器时不计数 其次 采用逻辑互锁方式 启动加计数则要锁 定减计数 产生加计数脉冲时则要锁定减计数脉冲 如此以保证可靠性 最后 及时的进行复位处理 以免车辆在传感器附近作往返运动时错误计数 关键词 PLC 传感器 车辆 可靠性 基于 PLC 的车辆出入库管理系统 II Abstract With productivity and the continuous development of science and technology people s daily lives and production activities of a large number of the use of automated control not only saving human resources but a large degree of improved production efficiency further promote the rapid development of productive forces and constant enrich people s lives Early automatic control system relies on the relay Contactor to achieve and its features are simple structure low cost anti interference capability can achieve centralized control and remote control but the introduction of fixed wiring versatile and flexible of the poor and by the switch contacts the low frequency contacts easily damaged poor reliability 1969 a programmable logic controller PLC Programmable Logic Controller its features are a logic control timing counting and other functions intuitive programming language used ladder diagram language software changes convenience versatility and flexibility good At present the major PLC programmable controller is a small low cost standardized high speed intelligent high capacity in the direction of the network and computer technology formation of industrial control systems distributed Control Systems DCS Distributed Control System fieldbus control system FCS Field bus Control System the PLC will enable more powerful more reliable more convenient to use a wider scope The design is based on the storage of vehicles PLC management systems LED used two vehicles in the garage to show that the actual number The use of two light sensor to monitor vehicle access and complete count the two vehicles entered the house through the sensor and a digital display two vehicles going through the sensor by a digital display but only after a sensor vehicles will not count In order to prevent accidents counting error the system used repeatedly checking procedures to enhance the reliability of the system First of all pay attention to control the distance between the two sensors access to the garage with the certification procedures for the vehicles through the sensor when people do not count Secondly the introduction of the logical interlocked and counting would start by counting lock a Canadian Counting will have to lock pulse by pulse count so in order to ensure reliability Finally a reduction of the processing time to avoid vehicles in the vicinity of sensors for counting from the wrong campaign Key words PLC Sensor Vehicles Reliability 毕业设计 III 目目 录录 摘 要 I Abstract II 目 录 III 1 引 言 1 1 1 PLC 的基本结构 1 1 2 PLC 的工作原理 2 2 主要器件及编程软件的选择 3 2 1 PLC 的选择 3 2 2 光电传感器的选择 4 2 3 选用 SIMATIC S7 工业软件作为此设计编程软件 4 3 车辆出入库管理系统的构成 5 3 1 整体框架 5 3 3 显示电路 6 4 PLC 的 I O 端口接线 7 5 I O 口地址分配 8 6 程序设计 9 6 1 控制要求 9 6 2 计数逻辑 9 6 3 程序流程图 10 6 4 梯形图 11 7 结 论 13 8 致 谢 14 9 器件清单 15 毕业设计 1 1 引 言 随着国民生活水平的不断提高 私人用车的数量剧增 小区的车库管理系 统已成为研究的一项重要课题 系统要实现自动化控制主要经过几个阶段 随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 1 1 PLC 的基本结构的基本结构 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 基于 PLC 的车辆出入库管理系统 2 PLC 直接连接到交流电网上去 如 FX1S 额定电压 AC100V 240V 而电压允许范 围在 AC85V 264V 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 1 2 PLC 的工作原理的工作原理 PLC 则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 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 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 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 总之 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 毕业设计 3 2 主要器件及编程软件的选择 2 1 PLC 的选择 的选择 德国西门子 SIEMENS 公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广 泛 在冶金 化工 印刷生产线等领域都有应用 西门子 SIEMENS 公司的 PLC 产品包括 LOGO S7 200 S7 300 S7 400 工业网络 HMI 人机界面 工 业软件等 西门子 S7 系列 PLC 体积小 速度快 标准化 具有网络通信能力 功能更 强 可靠性更高 S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC 如 S7 200 小规模性能 要求的 PLC 如 S7 300 和中 高性能要求的 PLC 如 S7 400 等 1 SIMATIC S7 200 PLC S7 200 PLC 是超小型化的 PLC 它适用于各行各业 各种场合中的自动检 测 监测及控制等 S7 200 PLC 的强大功能使其无论单机运行 或连成网络都 能实现复杂的控制功能 S7 200PLC 可提供 4 个不同的基本型号与 8 种 CPU 可 供选择使用 2 SIMATIC S7 300 PLC S7 300 是模块化小型 PLC 系统 能满足中等性能要求的应用 各种单独的 模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统 与 S7 200 PLC 比较 S7 300 PLC 采用模块化结构 具备高速 0 6 0 1 s 的指令运算速度 用浮点数运 算比较有效地实现了更为复杂的算术运算 一个带标准用户接口的软件工具方 便用户给所有模块进行参数赋值 方便的人机界面服务已经集成在 S7 300 操作 系统内 人机对话的编程要求大大减少 SIMATIC 人机界面 HMI 从 S7 300 中取得数据 S7 300 按用户指定的刷新速度传送这些数据 S7 300 操作系统自 动地处理数据的传送 CPU 的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常 记录错误和特殊系统事件 例如 超时 模块更换 等等 多级口令保护可 以使用户高度 有效地保护其技术机密 防止未经允许的复制和修改 S7 300 PLC 设有操作方式选择开关 操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出 当钥匙 拔出时 就不能改变操作方式 这样就可防止非法删除或改写用户程序 具备 强大的通信功能 S7 300 PLC 可通过编程软件 Step 7 的用户界面提供通信组 态功能 这使得组态非常容易 简单 S7 300 PLC 具有多种不同的通信接口 并通过多种通信处理器来连接 AS I 总线接口和工业以太网总线系统 串行通信 处理器用来连接点到点的通信系统 多点接口 MPI 集成在 CPU 中 用于同时 连接编程器 PC 机 人机界面系统及其他 SIMATIC S7 M7 C7 等自动化控制系 统 综合考虑设计要求及安全稳定 价格等最终选择了扩展空间大的西门子 ST 300 基于 PLC 的车辆出入库管理系统 4 2 2 光电传感器的选择 光电传感器的选择 本设计选用施奈德电气元件公司的XU2M18MB230WKR 其主要性能指标如下 1 供电电压 AC DC24 240 2 检测方式 对射式 3 检测距离 15000mm 完全胜任车库出入口的宽度 4 接线长度 2M 5 连接方式 成型电缆 6 输出形式 交流 直流二线式 因为开关的种类太多 且替代类型很多 这里就采用性能最稳定的 XU2M18MB230WKR 2 3 选用选用 SIMATIC S7 工业软件作为此设计编程软件 工业软件作为此设计编程软件 西门子的 SIMATIC S7 工业软件有以下特点 编程和工程工具包括所有基于 PLC 或 PC 用于编程 组态 模拟和维护等 控制所需的工具 STEP 7 标准软件包 SIMATIC S7 是用于 S7 300 400 C7 PLC 和 SIMATIC WinAC 基于 PC 控制产品的组态编程和维护的项目管理工具 STEP 7 Micro WIN 是在 Windows 平台上运行的 S7 200 系列 PLC 的编程 在线仿真软 件 毕业设计 5 3 车辆出入库管理系统的构成 3 1 整体框架整体框架 3 2 传感器的布置 基于 PLC 的车辆出入库管理系统 6 3 3 显示电路显示电路 毕业设计 7 4 PLC 的 I O 端口接线 基于 PLC 的车辆出入库管理系统 8 5 I O 口地址分配 输入信号输出信号 传感器 1 I0 1 发光二极管 Q0 2 传感器 2 I0 2 接 LED 脚 b Q1 0 悬空I0 3 接 LED 脚 a Q1 1 接 LED 脚 c Q1 2 接 LED 脚 d Q1 3 接 LED 脚 e Q1 4 接 LED 脚 f Q1 5 接 LED 脚 g Q1 6 接 LED 脚 b Q2 0 接 LED 脚 a Q2 1 接 LED 脚 c Q2 2 接 LED 脚 d Q2 3 接 LED 脚 e Q2 4 接 LED 脚 f Q2 5 接 LED 脚 g Q2 6 毕业设计 9 6 程序设计 6 1 控制要求控制要求 1 入库车辆前进时 分别顺次经过 1 和 2 传感器后计数器加 1 后退时 经过 2 和 1 传感器后计数器减 1 2 出库车辆前进时 分别顺次经过 2 和 1 传感器后计数器减 1 后退时 经过 1 和 2 传感器后计数器加 1 3 为了防止人经过引起误判 可将 1 和 2 的位置调整一定得宽度 单经过 一个传感器则计数器不动作 这样就杜绝了误判 6 2 计数逻辑计数逻辑 1 光传感器的接收光被遮断