基于plc的停车场管理系统设计

摘要随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量日益增大，随之出现了私家车、出租车停放的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下等一系列难题。本设计针对这些难题与不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于停车场智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，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，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示，以达到停车场智能化、高效化。关键词PLC技术；人工智能；信息技术；管理系统ABSTRACTWITHCHINASURBANCONSTRUCTIONTOSPEEDUP,ANDURBANTRANSPORTATIONDEMANDISINCREASING,EMERGEINTHECAR,ATAXIPARKEDBEHIND,INTEGRATEDMANAGEMENTSYSTEMMEDIUMLOWAUTOMATIZATION,POORSAFETY,HUMANIZATIONANDRUNNINGASERIESOFPROBLEMSSUCHASLOWEFFICIENCYTHISDESIGNAIMINGATTHESEPROBLEMSANDINSUFFICIENCY,COMBININGTHELATESTSCIENCEANDTECHNOLOGYRESEARCH,DESIGNAKINDOFTECHNOLOGYISADVANCED,RELIABLEPERFORMANCE,HIGHDEGREEOFAUTOMATIONPARKINGLOTOFINTELLIGENTMANAGEMENTSYSTEMTHESYSTEMWILLBEADVANCEDCOMPUTERPROCESSINGTECHNOLOGY,INFORMATIONTECHNOLOGY,DATATRANSMISSIONTECHNOLOGY,AUTOMATICCONTROLTECHNOLOGY,ARTIFICIALINTELLIGENCEANDELECTRONICTECHNOLOGY,EFFECTIVELYINTEGRATEDINTHEPARKINGLOTOFINTELLIGENTMANAGEMENTSYSTEM,ESTABLISHAKINDINTHEROLEOFREGIONALONCOMPREHENSIVE,RAPIDANDEFFICIENTPARKINGINTELLIGENTMANAGEMENTSYSTEM,THROUGHADOPTSPLCTECHNOLOGYFORTHEDESIGNOFPARKINGMANAGEMENT,CARENTERING,RECORDTHEAMOUNTWHENTHEYLEAVE,VEHICLETRAFFIC,REDUCETHENUMBEROFVEHICLESVEHICLEPASSINANDOUTINSTRUCTIONSCANCOMPLETELYBYPLCASACENTRALCONTROLPROCESSING,PARKINGSPACEINSTRUCTIONSAVAILABLEPRICEISNOTHIGH,THEDIGITALPIPEDISPLAYTOACHIEVEPARKINGINTELLIGENT,MOREEFFICIENTWAYKEYWORDSPLCTECHNOLOGYARTIFICIALINTELLIGENCEINFORMATIONTECHNOLOGYMANAGEMENTSYSTEM目录第一章绪论111课题的提出及现实意义112国内外智能停车场管理系统发展现状213智能停车场管理系统的发展趋势214本课题的主要研究内容315本章小结4第二章PLC的发展521PLC的定义522PLC的发展阶段623PLC发展趋势724PLC的基本结构825PLC的工作原理926本章小结10第三章停车场管理系统的总体设计方案1131车辆出入库管理系统设计11311车辆出入库管理系统工作流程图11312系统功能构成及相关元器件12313出入库系统传感器的选择1432车位PLC监控系统设计16321PLC与上位监控软件通讯16322上位监控系统设计1733停车场收费系统设计17331功能实现简介17332收费系统整体结构18333系统模块划分1834PLC的选择19341模块选用19342FX2N系列PLC的特点19343FX2N系列PLC编程语言20344FX2N系列PLC各种软元件20第四章系统的硬件设计及端口分布2241系统整体框图2242光传感器的布置方案2243显示电路2344PLC的I/O口端口接线2345I/O口地址分配2446硬件电路设计25461PLC硬件组成框图25462外部接线图26463操作面板设计26464顺序功能图27465梯形图28第五章系统的软件与程序设计2951梯形图设计29511梯形图29512控制程序梯形图设计3152控制程序指令32521道闸控制程序32522车辆计数程序33523故障报警程序34524A/D转换控制程序3553程序调试35第六章结论与展望37参考文献38致谢39第一章绪论11课题的提出及现实意义近20年来，随着我国城市建设速度的加快，改革的不断深入，经济蓬勃发展，物质日益丰富，机动车辆的数量也是飞速上升。城市交通需求量也日益增大。由于私家车、出租车比重呈现逐年上升的趋势，车辆停放成为了市民最为关注的问题。也许还有不少人对上世纪八、九十年代的“挤车难”记忆犹新，但现在“停车难”的问题更让不少人头疼。车辆停放设施的落后确实是长期困绕市民日常生活的一个老大难问题。近年来各地政府部门投入了大量人力、物力用以改善城市停车设施，随着基础设施和重大工程的建设，以及车辆的淘汰更新和扩容，一定程度上提高了许多停车场的智能管理和安全化，一定程度上缓解了交通问题。但是，简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增长车辆的对停车服务的需求。据国家“十五”汽车工业发展规划，2005年，我国汽车保有量将达到24652545万辆。而据有关部门的不完全统计，全国城市每484辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市每31辆才有一个停车位，已经越来越不适应日夜激增的车辆管理问题。因此大型智能停车场随之而生并且发展势头迅猛，而作为现代大型智能停车场的灵魂停车场智能管理系统也是日新月异，尤其是近几年随着电子产品及系统软件越来越快的更新周期。为了使交通更加便捷畅通，智能交通系统（ITS）的理念越来越受到人们的关注，该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于停车场智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系。由于城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了PLC停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以PLC技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。为此，本文在停车场智能控制管理上引入了PLC技术，对停车场进行了一个关于PLC为主的系统设计。该系统主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理进行设计，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，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示，以达到停车场智能化、高效化。同时，进行停车场智能化管理具有很重要的现实意义规范停车秩序，与动态交通和谐发展；避免乱收费现象，提高停车收费的可信度；提高停车管理人员的工作效率，减轻工作人员的劳动强度；扩充停车信息的可利用形式以及范围，提高停车泊位利用率；提高找寻停车位的便利性，减轻交通污染；保障车辆安全出入停车场以及停车期间的安全，减少损失；停车泊位引导系统的采用，减少了车主进入停车场后寻找停车位的时间。12国内外智能停车场管理系统发展现状目前我国的智能停车场管理系统根据停车场类型的不同，设备配置也不相同。有些简单停车场管理系统仅设置栏杆机，出入口设在一起，多靠人工管理，这类型的停车场多见于一些小型小区、大厦、机关等场所。还有一些路内停车场采用咪表停车收费系统，以人工收取现金或刷卡的形式管理停车场，这种在路内停车管理中采用停车眯表作为技术设备的停车管理方式，在世界发达国家城市中已普遍推行。比较完整的智能化停车场系统多应用于城区较发达的商业区、大厦、大型社区及大型公共停车场等场所。国外一些发达国家的智能停车场建设及管理系统的应用相对要成熟一些，比如柏林、东京、纽约等国外的一些大城市很少看到因停车而造成的交通拥堵。其原因一个是规划比较合理，路内停车与路外停车相互结合，合理控制与收费，比如在日本，一车一位，再加20的周转车位，车和车位之比在112，远低于我国车与车位51的比例；另外一个原因是国外智能建筑智能化的投资占整个建筑投资的58的比例，而国内稍低，这就决定了国外作为物业管理组成部分之一的停车场系统，其智能化程度要相对高一些，停车管理相对方便快捷，比如新加坡的樟宜机场是亚洲最繁忙的空港之一，设有三个停车场，共3300个车位，停车场收费完全自动化，停车场内看不到一个管理人员。值班人员只在办公室远程监测停车场的运行情况，以备处理应急事件。13智能停车场管理系统的发展趋势目前智能停车场管理系统主要应用领域是智能小区与大厦，而这所占比例明显高于其它领域，可见智能小区与大厦的快速发展，极大带动了智能停车场管理系统的发展，尤其是智能小区方面的应用，在工程商智能停车场工程类型调查中名列榜首。但有也业内人士也提出，智能小区对智能停车场管理系统的应用智能化程度相较智能大厦等高档写字楼来说要低一些，并且一旦停车场建成，产品更新换代比较慢。智能大厦等高档写字楼停车场的应用潜力更大一些。目前中国已经成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车消费国，据权威部门数据表明，截至2006年底，中国汽车保有量突破3500万辆，私人汽车拥有量已达2925万辆，其中4年以内的新车占到百分之六十。预计国内每年汽车增长率都以5080的速度增长，这就导致了50的汽车无序停放现象。智能停车已经成为推动城市发展不可或缺的一部分。但随之而来的，车多位少、停车难的问题也日渐突出，成为当前社会普遍的关注点，以广州来说，现有机动车数量达50万以上，车却只有约28万个，停车位短缺可见一斑。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。面对这一系列难题，智能化停车管理系统必为大势所趋。而随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透，当今的停车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。先进可靠的停车场控制系统在停车场管理系统中的作用越来越大。利用PLC控制停车的停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。从用户的角度看，其服务高效、准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护、动化程度高、大大减轻管理者的劳动强度；从投资者角度看，彻底杜绝失误及任何形式的作弊，防止停车费用流失，使投资者的回报有了可靠的保证。而从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。比如在智能化方面要更便于整个停车场的维护管理，以及在性能上更稳定可靠。在合理化方面，价格上要合理，避免一方面车辆乱停，另一方面停车场内车位空闲；在人性化方面，能够让车主更便捷的找到车位。比如在未来一定范围内的停车场可以相互联系在一起，建立总的车位查询情况，比如象有些大厦里的电梯可以提示客人搭乘哪一趟电梯上下一样，提示车主最近的空停车位在什么地方。14本课题的主要研究内容本设计针对私家车、出租车停放的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下等一系列难题与不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。该系统主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，达到停车场智能化、高效化。主要研究内容如下（1针对现有传统停车场管理系统的不足之处，对停车场智能管理系统进行了总体设计，并按照用户性质的不同，对工作流程进行了优化设计，提高了停车场的运行效率。2系统需对停车场中的收费系统、车位显示系统、上位监控系统进行设计，并且绘制出相应的梯形图。3利用智能停车管理系统的PLC设计，完成了车辆入场时收费系统与主电脑系统的控制，允许车辆入场时监摄系统、定位感测器与门栏之间控制。15本章小结从社会与经济发展所带来的停车难题出发，引出了设计基于PLC的停车场管理系统的必要，简单介绍了国内外智能停车场管理系统的发展现状及发展趋势，突出了智能停车场的一种大势必然。最后对本设计的主要工作进行了总结归纳。第二章PLC的发展21PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。PLC的特点一、可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。二、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。三、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。四、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。五、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100MM，重量小于150G，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。22PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段1、早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2、中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元CPU。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。3、近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化23PLC发展趋势1向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达01MS/K步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。2向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。3PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。4增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明在PLC控制系统的故障中，CPU占5，I/O接口占15，输入设备占45，输出设备占30，线路占5。前二项共20故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。24PLC的基本结构PLC的基本结构如图21所示。CPU模块I/O模块编程器电源接口图21PLC的基本结构PLC的基本结构1、中央处理单元CPU是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；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。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型（1）RAM（RANDOMASSESSMEMORY）这是一种读/写存储器随机存储器，其存取速度最快，由锂电池支持。（2）EPROM（ERASABLEPROGRAMMABLEREADONLYMEMORY）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。在紫外线连续照射下可擦除存储器内容（3）EEPROMELECTRICALERASABLEPROGRAMMABLEREADONLYMEMORY这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。PLC存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域（1）系统程序存储区；（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）；（3）用户程序存储区。系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。（1）I/O映象区由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元RAM以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（BIT），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个BIT）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。（2）系统软设备存储区除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。1逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字16BITS。另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3计时器4计数器用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。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1015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。25PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。26本章小结本章结合系统设计所需要的核心PLC，讲述了PLC的基本定义、发展阶段与趋势，并对PLC的基本结构与工作原理进行了介绍。对于他们的其他产品与功能在后面的章节中会详细的介绍。第三章停车场管理系统的总体设计方案31车辆出入库管理系统设计311车辆出入库管理系统工作流程图图31车辆出入库管理系统工作流程图道闸在关闭位置自动手动触动称重传感器1触动称重传感器2按下触摸屏打开控制检测到正确的IC卡信号道闸打开否车辆出库车辆进库经过光电传感器1，再经过2,寄存器加1触动称重传感器2经过光电传感器2，再经过1,寄存器减1触动称重传感器1车辆出入库经过两个光电传感器，寄存器相应加减1否按下触摸屏关闭控制道闸关闭结束否道闸打开否否道闸打开开始上图是设计的车辆管理系统工作流程图，其中包括很多功能，有车辆的检测识别功能，车辆计数功能，道闸自动开关功能，还有一个是报警系统功能，在下文独立说明。下图是车辆管理系统示意图图32车辆出入库单道管理示意图312系统功能构成及相关元器件汽车检测功能汽车检测的功能主要表现在对车辆身份的识别与车辆到位的检测,当检测功能完成时，所启动了道闸开关系统，使用的设备仪器主要有刷卡仪器和称重传感器。身份识别当车辆准备进车库时，停在刷卡区旁，车主使用IC信息卡，通过刷卡仪器，检测正确后将车主信号传到PLC控制器中，完成身份识别。车辆到位检测在车辆停在刷卡区的同时，汽车触动1称重传感器，管理系统检测到压力传感信号，有车辆准备进入车库。道闸开关功能道闸开关主要是通过PLC控制电动机正反转与到位开关实现的，所使用的设备主要有电动机和到位开关。当车辆准备进车库，在完成汽车检测时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开进并触动2称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭；当车辆准备出车库，在车辆触动2光电传感器时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆出道闸并触动1称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭。车辆计数功能车辆计数主要是通过PLC处理两个光电传感器信号，完成车辆计数功能。当车辆触动1光电传感器，再触动2光电传感器，PLC寄存器加1，当车辆触动2光电传感器，再触动1光电传感器时，PLC寄存器减1，两个光电传感器的位置如图32所示。车位显示功能图33控制面板图最上边是车位显示指示灯，用来显示停车场是否有空位，当绿灯一直亮着时就表示这个时候停车场还有空位，当红灯亮的时候就说明这个停车场没有空位了。中间的是用来停止和启动控制系统的，开始时按下启动按钮然后对应的指示灯就会亮，说明该系统正在运行当中，按下停止按钮系统就停止运行。最下边的两个指示灯分别用来显示当有车进出停车场的时候，传感器接收到信号后，对应的灯就会亮一下，是用来监视进出情况用的，即某一段时间停车场的进出频繁程度用的。当车辆计数功能中计数达到停车场车位数时，则实现红灯亮，否则绿灯。故障报警功能故障报警功能主要是错误信号通过PLC处理控制显示屏警示灯开关与报警蜂鸣器的开关。错误信号1在车辆检测中，IC卡信息检测错误，导致报警。错误信号2在车辆出入库单道管理中，会出现车辆出入的同时，另一辆车准备出入，导致光电传感器几乎同时触发，故障报警启动。开始两光电传感器前后接通时间不超过10S检测到错误的IC卡信号报警排除故障按下报警解除按钮报警解除结束否图34车辆报警系统流程图上图是车库管理系统报警流程图，在设计过程中，设置两个报警源，在其它情况下的报警员可以认为控制处理。313出入库系统传感器的选择在车辆出入库管理系统中，PLC控制系统如下图所示图35PLC控制系统图如上图所示，PLC的外围设备包括光电传感器、称重传感器、电机。它的信息流主要表现在光电传感器信号、触摸屏控制信号、称重传感器通过A/D转换后的信号，通过PLC计算控制电机，在将信息显示在触摸屏上。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36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CYB605S受力方式和外形尺寸如下图所示图37称重传感器受力方式与外形参照图32车位PLC监控系统设计321PLC与上位监控软件通讯设计系统软件首先要求灵活多样的人机交互，其次要依据停车场的规模。对于中小型停车场，选择基于WINDOWS系统的直观可视化人机界面，应用MSCCOMM控件提供上位计算机串行通信的数据接收和发送，主机的RS232COM串行接口实现总线转换，为停车场控制器、彩色摄像机和收费终端提供系统和网络接口。后台采用自带数据库ACCESS进行储存、检索、调用、处理，用ODBC将操作应用程序与数据库文件联结，建立相关联数据表，如记录发卡情况表CARD、车辆进出资料表USER和记录停车收费情况表COST，设置车牌号码这一列将3张表关联起来，方便对数据表进行读写操作，快速访问数据库。前台利用VB语言设计出管理软件，具有车辆信息查询、数据统计、收费报表和收费人员考勤等功能。监控中心管理系统是智能停车场管理系统的核心部分，它由主控机和打印机等外围设备组成。通过CAN总线与入口、出口及车场联接，交换数据，并作自动统计，档案保存。CAN总线技术成熟抗干扰性好，非常适合智能停车场通讯。管理中心对整个停车场的车位进行管理，统计已经分配的车位、空闲的车位、无法使用的车位。并对每个车位进行编号，当有车辆入库时，将最近的空闲车位号分配给该车辆当有车辆出库时，将其占用的车位归到空闲车位中，便于分配给其它车辆；监控中心管理系统同时把停车库空余车位、已占用车位、出人口状态等情况在屏幕上显示出来，便于停车场的管理与调度。322上位监控系统设计图38上位监控系统（仅为理想单独化的系统图，综合后如32）33停车场收费系统设计331功能实现简介本系统主要为上位机电脑系统与底层PLC的联合运用。实现的主要功能如下1、当工作人员正常登陆系统并在上位机软件界面上点击开始收费时，受到上位机指示信号灯由红灯变绿灯并且可以响应入口杆红外信号，若有车辆进入则入口挡杆升起，车入车道，当车经过挡杆后红外扫描，入口挡杆延时S放下，入口信号灯由绿灯变为红灯。且在此过程中，使用互锁使出口挡杆始终不能升起。2、车辆经过正常收费后，工作人员在上位机软件界面上点击确认收费，受到上位机指示可以响应出口杆红外信号，若有车辆进入则出车道出口挡杆自动升起，当车辆过出口挡杆后红外扫描延时S放下，同时入口信号灯由红灯变绿灯。且在此过程中，使用互锁使入口挡杆始终不能升起。3、登陆系统后摄像机自动开始进行摄像，当工作人员在上位机软件界面上点击确认收费按钮时，摄像机进行车牌号码的拍摄，并进行存储。4、若有车辆闯卡（挡杆状态异常）则地上挡板自动弹起防止闯卡。5、当收费人员休息时，按下暂停收费或者退出系统，出入口挡杆全部不能响应打开，入口红灯亮起。6、入口挡杆与出口挡杆不可同时开启，防止车辆未交费混出。332收费系统整体结构整个收费系统主要由收费中心管理系统、入出口收费处管理系统、车道收费系统三部分构成。以上我们虽然分了三部分来对整个收费系统作介绍，但实际上三者是一个有机的整体。收费中心对整个收费系统进行控制；收费站汇总收费道数据并在收费中心和收费车道之间实现数据传递；收费车道按照收费中心的要求对过往车辆实施正确的收费，并上传收费数据和交通量数据。收费标准按照车辆的重量并将信息传送至可编程控制器，最终换算成收费金额显示在收费系统中。333系统模块划分根据PLC上位机监控系统的功能要求，整个设计可以分为下面三个模块系统的人机界面和系统仿真。数据块模块。PLC与上位机通讯模块。图39三个系统模块PLC上位机监控系统最基本的功能，就是作为人机界面提供操作者以监视系统，允许操作者对下层PLC进行控制和调整。考虑到软件的灵活性、扩展性与通用性，在设计中把网络信息以数据库的形式存储。当系统网络有所变动时，就不必修改程序，只要更改网络的逻辑结构并存入数据库就可以了。上位机控制整个系统网络，一方面上位机要向PLC发出指令，读出PLC的工作状态，了解PLC所控制的信号的状态，或者对PLC进行操作，改变某个信号的状态；另一方面PLC要向上位机反馈信息，报告实时状态或者执行操作的结果。34PLC的选择341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1625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16256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/DC12V24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIICODE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。342FX2N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008S/指令应用指令152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343FX2N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。344FX2N系列PLC各种软元件输入X各基本单元中，按X000X007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Y0Y7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032768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132767，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D0D64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。第四章系统的硬件设计及端口分布41系统整体框图本系统设计通过光传感器和压力传感器进行信息采集之后，传到可编程控制器进行处理，然后经过一系列相关处理之后，在数码管显示相应的车辆数，以此来实现车辆输入库管理。可编程控制器显示光传感器1光传感器2压力传感器1压力传感器2A/D转换A/D转换图41系统整体框图42光传感器的布置方案光传感器的布置安装需要考虑误计数和漏计数问题，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可以计数；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。43显示电路图42显示电路各个管脚接引如下表所示表41管脚接引表Y10接LED脚BY11接LED脚AY12接LED脚CY13接LED脚DY14接LED脚EY15接LED脚FY16接LED脚GY20接LED脚BY21接LED脚AY22接LED脚CY23接LED脚DY24接LED脚EY25接LED脚FY26接LED脚G44PLC的I/O口端口接线传感器1接I01，传感器2接I02，以此来输入信号至主控制器PLC，当PLC采集到信号，并经过相关分析处理后，通过输出端口将信号送至LED显示出来，管脚接线图如上所示。45I/O口地址分配表42I/O口的地址分配输入信号输出信号压力传感器1X00发光二极管Y02压力传感器2X01接LED脚BY10光电传感器1X02接LED脚AY11光电传感器2X03接LED脚CY12接LED脚DY13接LED脚EY14接LED脚FY15接LED脚GY16接LED脚BY20接LED脚AY21接LED脚CY22接LED脚DY23接LED脚EY24接LED脚FY25接LED脚GY2646硬件电路设计461PLC硬件组成框图图43PLC硬件组成框图CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。编程设备用来生成、检查和修改用户程序，还可以用来监视用户程序的执行情况。它的体积小，携带方便，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。停车场空位显示PLC控制系统设计采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。车辆进出停车场是由PLC为中心控制系统工作的。PLC是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高了控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。462外部接线图图44PLC的外部接线图说明S1和S2分别是出口和进口的传感器开关，用来给输入信号，在这里加了两个LED用来显示车辆的进出情况，当有车出停车场和进入停车场的时候指示灯1和2分别亮着提示一下。463操作面板设计图45控制面板图说明最上边是车位显示指示灯，用来显示停车场是否有空位，当绿灯一直亮着时就表示这个时候停车场还有空位，当红灯亮的时候就说明这个停车场没有空位了。中间的是用来停止和启动控制系统的，开始时按下启动按钮然后对应的指示灯就会亮，说明该系统正在运行当中，按下停止按钮系统就停止运行。最下边的两个指示灯分别用来显示当有车进出停车场的时候，传感器接收到信号后，对应的等就会亮一下，是用来监视进出情况用的，即某一段时间停车场的进出频繁程度用的。464顺序功能图图46顺序功能图说明S4是启动按钮，S3是停止按钮，S1是出口传感器，S2是入口传感器按下S4启动系统，按下S3停止系统运行。S1有信号说明有车辆出去，计数器C200减一，S2有信号说明有车辆进入停车场，计数器C200加一，当C200计数没有达到30时Y1绿灯亮，说明该停车场有空位，当C200计数达到30时Y2红灯亮，显示该停车场没空位。465梯形图图47梯形图说明S4是启动按钮，S3为停止按钮，S1是出口传感器，S2是入口的传感器。M8200是特殊辅助继电器，C200是32加减法计数器。Y1是绿灯，Y2是红灯。第五章系统的软件与程序设计51梯形图设计511梯形图图51程序图整个系统有一个启动按钮和一个停止按钮，按下启动按钮，整个控制系统运行，按下停止按钮则系统停止。通过在停车场进出口的传感器感应车辆的出入，从而输入信号。入口出有两个灯，分别是红灯和绿灯作为输出，电路中还有个加减计数器，它的设定值是30。加减计数器随着车辆的进出而加减，一旦计数器达到30，入口处的红灯就亮，提醒司机朋友此停车场的停车位已满。而其他时候进口处都是绿灯，表示此停车场还有可停车位。512控制程序梯形图设计图52控制程序梯形图52控制程序指令521道闸控制程序图53道闸控制程序自动控制车辆入库时，有正确的IC卡信号从X002输入后使M0、M3为ON，且X005同时接通使Y001置为ON，电机正转使道闸打开，当到达规定的打开位置后触动到位行程开关X010使Y001置为OFF,电机停止转动，车辆通过道闸，行至规定位置后，触动称重传感器2使X006置为ON，使的Y002置为ON，电机反转使道闸关闭，当道闸碰到到位开关2后X011接通后使Y002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X001得到信号后Y001置为ON，使电机正转，道闸打开，当碰到到位开关1时使得Y001为OFF，电机停止正转，车辆通过道闸行置称重传感器1后使Y002为ON，电机反转使得道闸关闭，当碰到到位开关2时使Y002为OFF，电机停止转动。M3为ON时Y003接通使正常运行指示灯工作。手动控制当按下X003时使Y001置为ON道闸打开，当按下X004时使Y002置为ON道闸关闭。522车辆计数程序图54车辆计数程序对M1、M2复位后，车辆入库时当光电传感器1得到信号后X000接通后，M1置为“1”，等到光电传感器2的到信号后X001为ON时寄存器D1加1，同时对M1复位；在车辆出库时，光电传感器2得到信号后X001接通后M2置为“1”，等到光电传感器1得到信号后X000为ON时寄存器D1减1，当X014接通后寄存器D1