车库车辆出入库管理-PLC课程设计.doc

电气控制与电气控制与 PLC PLC 课程设计课程设计 设计项目 设计项目 车库车辆出入库管理 项目七 车库车辆出入库管理 项目七 前言前言 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 本设计是基于 PLC 的车辆出入库管理系统 采用 LED 来显示车库是否满 使用 两个压力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计数器数字减一 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 目录目录 1 可编程控制器 可编程控制器 PLC 的简介 的简介 5 1 1 PLC 的基本结构 5 1 2 PLC 的工作原理 6 1 2 1输入刷新阶段 6 1 2 2程序执行阶段 6 1 2 3输出刷新阶段 6 1 3 课题设计目的和发展趋势 7 1 3 1 课题研究目的及实际意义 7 1 3 2 车辆出入库智能管理系统发展概况及趋势 7 1 4 课题设计思想 8 2 方案分析与论证方案分析与论证 9 2 1 方案的分析 9 2 1 1 模块选用 9 2 1 2 FX2N系列PLC各种软元件 9 2 2 方案的论证 10 3 程序设计程序设计 11 3 1 课程设计题目 11 3 1 1 控制要求 11 3 2 方案制作 11 3 2 1 车库车辆出入库简单示意图 11 3 2 2 传感器的选择 12 3 2 3 车库车辆出入库PLC控制程序流程图 16 3 3 车库车辆进出库 PLC 控制 I O 分配表 17 3 4 控制门程序 18 3 4 1 程序指令表 18 3 4 2 梯形图 18 3 5 车辆计数程序 19 3 5 1 程序指令表 19 3 5 2 梯形图 20 3 6 数码管显示程序 21 3 6 1 程序指令表 21 3 6 2 梯形图 21 4 总结总结 22 5 参考文献参考文献 23 1 可编程控制器 可编程控制器 PLC 的简介 的简介 1 11 1 PLCPLC 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 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 21 2 PLCPLC 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 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 1 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 1 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 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 1 3 课题设计目的和发展趋势课题设计目的和发展趋势 1 3 1 课题研究目的及实际意义 随着城市建设的加快以及汽车数量的急剧增加 智能车库成为当前停车改 革的必然趋势 尤其是在寸土寸金的大城市 采用智能车库是解决停车难问题 的必然出路 针对现有独立的智能车库存在 PLC 控制的弊端独家研制开发了本 套智能车库管理系统 将智能车库与车库管理两个不同的行业无缝的链接在一 起 推动了行业的新发展 1 3 2 车辆出入库智能管理系统发展概况及趋势 车辆出入库智能管理系统是利用高度自动化的设备对车库进行安全 有效 的管理 最大限度的减少人员费用和人为失误造成的损失 大大提高整个车库 的安全性与使用效率 中国的车库智能管理系统市场兴起在 2001 年 目前还处于初级发展阶段 各种品牌不断涌现 市场比较混乱 归结起来其现状主要表现为以下几点 市场发展空间很大 车库管理由于前期中国车辆增长情况与车库规划间差 距较大 全国车辆与车位之比高达 5 1 为解决停车问题 未来车库智能管理系 统市场发展空间很大 由于中国车库智能管理系统市场还处于初级发展阶段 市场上品牌繁杂 没有形成主流品牌 这也是市场发展不成熟的表现 产品可 靠性较低 技术含量不高 成套设备的系统多由集成商提供 能提供成套设备 的生产厂家不多 系统稳定性 可靠性不易控制 部分商家售后服务不到位 国内系统 组装系统与国外系统的市场占有率之比约为 2 1 1 由于价格因素影 响 国内产品主要用于一般小区与中低档写字楼 国外产品则用于比较知名的 高档智能建筑 系统智能化程度较低 如车位引导系统应用不多 从趋势上看 车库智能管理系统应向更高程度的智能化 合理化 人性化方向发展 我国车库智能管理系统市场需求剧增 2010 年全国共生产 1826 万辆 销 售 1806 万辆汽车 显然我国已经成为一个汽车消费大国 但随之而来各大城市 出现了马路拥堵 乱停乱放等问题 马路拥堵 一线城市已经出台了汽车限购 政策和国家公务用车使用政策 但车辆乱停乱放除了国家完善相关法律之外 车辆的停放配套也必须一并跟上 由于土地容量有限 车位的数量也僧多粥少 停车所引发的社会问题日趋严重 停车所涉及的社会问题是多方面的 涉及城 市规划 汽车保有量的增长与停车资源配套的失衡 轨道交通停车配套等诸多 问题 1 41 4 课题设计思想课题设计思想 随着社会经济的发展 人们生活水平的提高 汽车已越来越多的进入家庭 汽车消费时代已悄然来临 车库的建设也是方兴未艾 车库智能管理系统也已 经在大部分车库发挥着重要作用 在为人们停车带来方便的同时也具有良好的 社会效益和经济效益 为了满足小区车库智能化管理的要求 设计编写了本方案 主要包括车库 出入口智能管理系统和车库智能车位引导系统 侧重点在于车位诱导和车辆检 测 智能车库成为当前停车改革的必然趋势 将智能车库与车库管理两个不同 的行业无缝的链接在一起 由于市场发展空间很大 车库智能管理系统将会向 智能化 合理化 人性化方向发展 同时由于智能车库的增加 将会解决诸多 停车所引发的社会问题 2 方案分析与论证方案分析与论证 2 12 1 方案的分析方案的分析 在车辆出入库时 设置传感器检测车辆到位 在设置身份识别检测器 通 过 PLC 控制道闸的开关来实现车辆出入的自动化 在车辆出入的同时 通过光 电传感器的检测 并且光电传感器与 PLC 的实时通信 以此来统计车库现有的 车辆的数目 并显示在数码管上 实现车辆计数的自动化 2 1 1 模块选用 本次设计选用三菱 FX2N系列 PLC 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 2 1 2 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 2 22 2 方案的论证方案的论证 随着汽车的普及使用 公共场所和社区流转数量激增 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 车库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 停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出 车辆进入时给司机准确 的车位数量 车辆进入后 记录车辆数量 车辆离开后 减少车辆数量 车辆 进出提示课完全由 PLC 作为中央控制处理 本设计是基于 PLC 的车辆出入库管理系统 采用 LED 显示车库内车辆的实 际数量 使用两个激光传感器来监控车辆的进出并完成计数工作 车辆进入时 经过两个传感器是进入传感器加 1 车库内车辆数量加 1 蜂鸣器蜂鸣 3s 车 辆离开后进过两个传感器是离开传感器减 1 车库内车辆数量减 1 蜂鸣器蜂鸣 3s 只经过一个传感器 计数器的值不改变 当车库空时 显示车库为空 当 车库满时 显示车库为满 并且蜂鸣器警报 为防止意外发生 即是当两辆车一进一出经过两个传感器时 采用互锁提 高系统的可靠性 当有一辆车经过一个传感器时则通道被锁住 其他车辆无法 通过 并且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 如果是其他则传感器不计数 3 程序设计程序设计 3 13 1 课程设计题目课程设计题目 车库车辆出入库管理 PLC 梯形图控制程序设计与调试 3 1 1 控制要求 1 入库车辆前进时 经过 1 传感器 2 传感器后 计数器 A 加 1 后退时经 过 2 传感器 1 传感器后 计数器 B 减 1 计数器 B 的初始值由计数器 A 送来 只经过一个传感器则计数器不动作 2 出库车辆前进时 经过 2 传感器 1 传感器后 计数器 B 减 1 后退时经 过 1 传感器 2 传感器后 计数器 A 加 1 只经过一个传感器则计数器不 动作 3 车辆入库或出库时 均应有警铃报警 定时 3s 钟 4 仓库启用时 先对所有用到的存储单元清零 并应有仓库空显示 5 若设仓库容量为 50 辆车 则仓库满时应报警并显示 6 若同时有车辆相对入库和出库 即入库车辆经过 1 传感器 出库车辆经 过 2 传感器 应避免误计数 3 23 2 方案制作方案制作 3 2 1 车库车辆出入库简单示意图 3 2 2 传感器的选择 1 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 10 30V 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 2 桥式测力称重传感器 主 要 技 术 指 标 测量范围 BK 6D 0 3 5 10 15 20 t 输出灵敏度 1 5 2 0 mV V 直线度 L 0 02 0 05 0 1 F S 滞后 H 0 02 0 05 0 1 F S 重复性 R 0 02 0 05 0 1 F S 工作温度 35 80 温度补偿范围 室温 60 零点温度影响 0 05 F S 10 输出温度影响 0 05 F S 10 激励电压 12 VDC 绝缘电阻 2000 M 100VDC 输入电阻 钢质 760 5 铝质 790 5 输出电阻 700 5 零点输出 0 1 F S 安全过负荷率 120 F S 出厂标准线长 1 8 m 3 IC 卡检测仪 IC 卡仪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 1 应用领域 大型社区 事业机关单位 码头 商务大厦 工业厂区 政府大院 宾馆 酒店 中大型商业中心 社会公共场所等 2 产品特点 1 超高亮度的 LED 红色中英文显示屏 在户外的强光下依然能清晰显示 2 全新工艺的 8 厘钢化玻璃面板 防划伤 防雨设计 3 智能灯光控制系统 首创特色背景蓝调灯光 4 国际化的通用图标 实时分辨系统工作状态是否正常 5 图像对比 证件抓拍 非法开闸抓拍功能 6 四画面实时或六画面实时监控界面功能 7 月卡无卡延期功能 8 车牌识别模块 9 兼容纸票功能 3 功能 1 月卡无卡延期功能 2 进出读卡开闸记忆功能 3 特种证件抓拍功能 4 进出逻辑互锁功能 5 预出卡 预读卡及回收卡功能 6 临时卡剩余车位显示功能 7 非法手动开闸记录和抓拍图像功能 8 互联网远程数据访问查询功能 9 人 车图像抓拍对比画中画功能 10 多种组网模式 11 脱机播报固定车辆车牌号功能 12 脱机显示固定车辆车牌号功能 13 超强的 万能 报表功能 14 四画面 六画面界面自由设换功能 15 真人录音模式 音质更优美 软件音量调节功能 16 车牌自动硬 软 识别嵌套模式功能 17 停车场嵌套 大套小 及小车场的自循环管理功能 18 灵活多种收费标准设置及分时段收费模式功能 19 广州交委停车场行业管理系统信息采集传送系统嵌套模式功能 20 支持羊城通 手持 POS 机收费模式收费功能 3 2 3 车库车辆出入库 PLC 控制程序流程图 检测 IC 卡 触动称重传感器 2 关闭门 打开门 车辆出库 车辆进库 经过 1 传感器 2 传感器后 计数器 A 加 1 触动称重传感器 2 经过 2 传感器 1 传感器后 计数器 B 减 1 触动称重传感器 1 门关闭 触动称重传感器 1 开始 门处于关闭 否 否 否 否 结束 3 33 3 车库车辆进出库车库车辆进出库 PLCPLC 控制控制 I OI O 分配表分配表 电气元件 PLC 元件 功能电气元件PLC 元件功能 光电传感 器 1 X0 检测车是否 进入 电机正转 继电器 Y1门上升 光电传感 器 2 X1 检测车是否 进入 电机反转 继电器 Y2门下降 IC 卡启动 信号 X2身份验证蜂鸣器Y3 车辆出入库 报警 称重传感 器 1 X3检测入库开门报警灯Y4 车辆满了报 警 称重传感 器 2 X4检测出库开门 数码管 位选 Y6 Y7数码管显示 到位行程 开关 1 X5门上限 输 出 数码管 段选 Y8 Y9 Y10 Y0 数码管显示 内容 到位行程 开关 2 X6门下限 车库启用 按钮 X7复位寄存器 输 入 数码管启 用按钮 X10启用数码管 3 43 4 控制门程序控制门程序 3 4 1 程序指令表 3 4 2 梯形图 车辆入库时 IC 卡确认后从 X2 输入后使 M0 为 ON 且 X3 同时接通使 Y1 置为 ON 电机正转使门打开 当达到规定的打开位置后触动到位行程开关 X5 使 Y1 置为 OFF 电机停止转动 车辆通过门 行至规定位置后 触动称重传感器 2 使 X4 置为 ON 使得 Y2 置为 ON 电机反转使门关闭 当道闸碰到到位开关 2 后 X6 接通后使 Y2 置为 OFF 电机停止转动 汽车出库时 当光电传感器 2 得 到信号后使 X1 得到信号后 Y1 置为 ON 使电机正传 道闸打开 当碰到到位开 关 1 使得 Y1 置为 OFF 电机停止正转 车辆通过道闸行置称重传感器 1 后使 Y2 为 ON 电机反转使得道闸关闭 当碰到到位开关 2 时使 Y2 为 OFF 电机停止转动 3 53 5 车辆计数程序车辆计数程序 3 5 1 程序指令表 3 5 2 梯形图 当 X7 接通后 车库启用寄存器 D0 复位 车辆入库时当光电传感器 1 得到 信号后 X0 接通后 M3 置为 1 等到光电传感器 2 得到信号后 X1 为 ON 时寄 存器 D1 加 1 同时对 M3 复位 在车辆出库时 光电传感器 2 得到信号后 X1 接通后 M4 置为 1 等到光电传感器 1 得到信号后 X0 为 ON 时寄存器 D0 减 1 当 车库进出库时 计时 30 秒后 T0 和 T1 接通 Y3 置 1 蜂鸣器报警拉响 3 63 6 数码管显示程序数码管显示程序 3 6 1 程序指令表 3 6 2 梯形图 接通 X10 开关 数码管启用 将寄存器 D0 内的数转换为成 BCD 码 即 Y8 Y0 Y6 Y7 为片选信号 显示的数据分别存在 D1 D2 中 D1 表示十位 D2 表示个位 若当 D0 为 50 时 即车库已满 M6 置 1 报警灯进行报警 4 总结总结 经过这周的实训 使我学会了很多 在这周里 我和我的小组完成了这个 实训项目 首先我学会了团队合作 没有我们组一起的努力 也就没有最终的 成果 在这次的实训当中 我对 PLC 的使用也有了近一步的了解 虽然我们组分工明 确 但在程序编写或者调试的时候 大家都参与了进来 也互相学习着自己的 不足 我本来对一些 PLC 梯形图的编写不太熟练 也对项目分析得不太准确 但是有了老师和组员的帮助 我还是有着不少的了解 但还是存在着自己的不 足 通过实训 我进一步得肯定我自己的不足之处 但对自己所学的知识有了 更加明确的认识 并且我相信 在以后的学习当中 我会弥补我自己本身存在 的不足 主动的发挥团队合作精神 争取在其他方面 包括编写程序这块 内容 中得到提高 这次实训在大家的帮助下 得以圆满的成功 无论是团队合作这方面还是 个人动手这方面 我们都得到了很好的锻炼 也通过这次实训 我们对 PLC 这 门课程有了对知识更进一步的渴望 我相信 汗水不会白费的 我们以后的成 功是有目共睹的 通过这次设计 我懂得了学习的重要性 了解到理论知识与 实践相结合的重要意义 学会了坚持 耐心和努