车辆出入库管理PLC系统设计

1、页眉毕业设计中图分类号：车辆出入库管理PLC 系统设计专业名称 : 机械制造与自动化学生姓名 : 李玉鹏导师姓名 : 侯涛职称：副教授焦作大学机电工程系2012 年 12 月页脚页眉中图分类：密级：UDC ：单位代码：The vehicle out of storagemanagement PLC system design姓名李玉鹏学制3 年专业机械制造与自动化研究方向机械制造业方向导师侯涛职称副教授论文提交日期2012.12.25论文答辩日期2012.12.26焦作大学机电工程系页脚页眉摘要本设计针对目前车辆出入库管理系统存在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

2、低下的不足，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、自动化程度较高的车辆出入库智能管理系统。本文主要是对车辆出入库进行智能化设计，通过采取PLC 技术对车辆出入库管理的设计，达到车辆出入库智能化、高效化。关键词： PLC ； 智能收费系统； 车辆出入库管理； 安全管理This design according to the vehicle management system in theins and outs of the system management medium behind, integrated automation degree is low,

3、the poor safety, human nature and the operating efficiency of the shortage of the low,combining the field of science and technology of the latest research results, the design is a kind of advanced technology,reliable performance, high degree of automation of the ins and outs of vehicle intelligent m

4、anagement system. This paper is mainly to the vehicle on the ins and outs of intelligent design,through the adoption of PLC technology to the design of the ins and outs of vehicle management, to achieve the ins and outs of intelligent vehicles, and more efficient way.Keywords: PLC; Intelligent charg

5、ing system; The ins and outs of vehicle management; Safety management页脚页眉目 录目录 .错误!未定义书签。第 一 章绪论 .51.1 PLC的 特 点 .71.2PLC 的基本结构.81.3PLC 的软件系统.91.4PLC 的工作原理.1014. 1 输 入 采 样 阶 段 .101.4. 2 程 序 执 行 阶 段 . .101.4. 3 输 出 刷 新 阶 段 . .11第 二 章 车 辆 出 入 库 管 理 系 统 的 构 成 .122.1整体框架.122.2传 感 器 的 布 置 .122.3显示电路.12第 三

6、 章PLC 的 I/O端 口 接 线 .15页脚页眉第 四 章I /O口 地 址 分 配18第 五 章硬 件 的 选 择205. 1可 控 编 程 控 制 器 的 选 择 （ PLC ）205. 2压 力 传 感 器 的 选 择225. 3按 钮 开 关 的 选 择235. 4信 号 灯 的 选 取235. 5导 线 选 择235. 6 LED 显 示 屏 的 选 择24第 六 章程 序 设 计256. 1课 题 内 容256. 2计 数 逻 辑266. 3程 序 流 程 图286. 4梯 形 图30第 七 章总结 .35第 八 章元 器 件 清 单37参考文献 39页脚页眉第一章绪论随着生产

7、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 （ Pro gramm ableLo gicCo ntroller ） ， 其 特 点 是 ： 具 备 逻 辑 控 制 、 定 时 、 计 数

8、 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 ( Dis tributedControlSys tem) 、 现 场总 线 控 制 系 统FCS(F ield busContro l Sy st em)，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，页脚页眉引进先

9、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。页脚页眉1. 1PLC 的特点可靠性高、抗干扰能力强。PLC是专门为工业控制面设计的。在设计和制造过程中均采用了屏蔽、滤波、光电隔离等有效措施，并且采用模块式结构，有故障迅速更换，故 PLC平均无故障

10、2万小时以上。此外，PLC还具有很强的自诊断功能，可以迅速方便的检查判断出故障，缩短检修时间。编程简单，使用方便。编程简单是PLC优于微型计算机的一大特点。目前大多数PLC都采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程形象直观，易于掌握。功能强、速度快、精度高。PLC具有逻辑运算、定时、计数等很多功能，还能进行、/转换，数据处理，通信联网；并且运行速度很快，精度高 。页脚页眉通用性好。品种多，档次也多，许多制成模块式，可灵活组 合 。体积小。重量轻，功能强，耗能低，环境适应力强，不需要专门的机房和空调。从上述的功能特点可见，控制系统具有很多优点，在许多方面都可以取代继电接触控制。但是，目

11、前的价格还较高，高、中档使用需要具有相当的计算机知识，且制造厂家和品种类型很多，而指令系统和使用方法不尽相同，这给用户带来不便。1. 2PLC 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

12、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。页脚页眉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 PL

13、C 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 10m s 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. 3PLC 的软件系统软 件 系 统 就 如 人 的 灵 魂 。 软 件 系 统 是 所 使 用 的 各 种 程序集合由系统程序和用户程序组成。系统程序由制造商设计编写并存入的系统程序存储器中，用户不能直接读写与更改，包括监视程序、编译程序及系统诊断程序。监视程序又称管理程序，用于

14、管理全机；编译页脚页眉程序用于将程序语言翻译成机器语言；诊断程序用于诊断机器故障 。用户程序是用户根据现场控制要求，使用 PLC编程语言编制的应用程序。PLC 是专为工业自动控制而开发的装置，使用对象主要是广大电气技术人员及操作维护人员。1. 4PLC 的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，PLC采用循环扫描周期性的工作方式。PLC的工作过程一般可分为 3个主要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。1. 4.1 输入采样阶段在输入采样阶段，CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端采样工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行

15、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. 4.2 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，即转入输页脚页眉入刷新阶段。1. 4.3 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

16、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，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

17、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。页脚页眉第二章车辆出入库管理系统的构成2. 1 整体框架2. 2 传感器的布置入口宝马车1#2#车库页脚页眉2. 3 显示电路页脚页眉页脚页眉第三章PLC 的 I/O端口接线在 本 设 计 中 ， 总 共 需 要 8 位 LED 数 码 管 和 l6 个 按 键 ，为 了 节 省 单片机 IO 口数以及数码管驱动问题，在此采用 HD7279键盘显示芯片。7279键盘显示芯片为 SPI 接口，具有连线简单、无需另加数码管驱动、自身电路简单等优点。显

18、示部分采用1 组4 位一体共 阴 数 码 管 ， 共 设 置 l6 个 功 能 键 。页脚页眉PLC的 I/O 端口接线页脚页眉页脚页眉第四章I/O口地址分配设计中采用内存为32K，最大I0点数640点的微处理器(c 200HE CPU 11 -E ， 欧 姆 龙 公 司 产 品 ) ， 电 源 使 用 带 有24VDC和 AC1 10 120 220 240V的 使 用 电 源 (PA204S)根据系统控制要求，本系统需计数器 1 个，定时器 2 个，16 个输入点和 16 个输出点，所选 PLC类型满足系统要求。输入信号输出信号发光二极传感器 1#I0. 1Q0.2管传感器 2#I0. 2

19、接 LED 脚 bQ1.0悬 空I0. 3接 LED 脚 aQ1.1接 LED 脚 cQ1.2接 LED 脚 dQ1.3接 LED 脚 eQ1.4页脚页眉接 LED 脚 fQ1.5接 LED 脚 gQ1.6接 LED 脚 bQ2.0接 LED 脚 aQ2.1接 LED 脚 cQ2.2接 LED 脚 dQ2.3接 LED 脚 eQ2.4接 LED 脚 fQ2.5接 LED 脚 gQ2.6页脚页眉第五章硬件的选择5. 1 可控编程控制器的选择（PLC）1. 可编程序控制器物理结构的选择根据物理结构，可以讲可编程序控制器分为整体式和结构式，整体式每一 I/O 点的平均价格比模块式的便宜，小型控制系统

20、一般使用整体式的 PLC。模块式的 PLC 的功能扩展比较方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块等的选择，比整体式PLC灵活得多。模块式还备有多种特殊I/O模块供用户选择，可以完成各种特殊的控制任务，在判断故障范围和维修是更换模块等也很方便。因此，比较复杂的、要求较高的系统一般采用模块式的 PLC。系统如有模拟量闭环控制、快速响应、高速计数、通信联网和运动控制特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的PLC，也可以选用内置相应功能的整体式 PLC。2PLC 指令表指令功能的选择现代的PLC的指令功能越来越强，内部编程元件（如辅助继电器、定时器和计时器）是个数越来越多，任

21、何一种 PLC都可以满足开关量控制系统的要求。如果系统要求完成模拟量与数字量的转换、PID 闭环控制、运动控制等工作，PLC应有算数运算、数据传送等功能，有时甚至页脚页眉要求有开平方、对数运算和浮点运算等功能。FX系列的 PLC 提高提供了具有不同档次的几个子系列，可以根据系统的具体情况选用满足的子系列。例如不需要联网通信的小 型 开 关 量 控 制 系 统 ， 可 以 选 用 交 割 更 便 宜 的 FX0s 系 列 ； I/ O 点数多、控制复杂、要求联网通信的系统了以选用 FX2N系列，并且FX2N是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型 PLC，内置用户存储器 8K 步，可扩展到 16

22、K 步，最大可扩展到 256个 I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/ D、D/ A、等）。3PLC 的 I/O点数的确定确定 I/O 点数时，应该准确地计算出被控制设备对PLC 输入或者输出点数的总需求，在此基础上，应留有 10%-20%的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。整体式 PLC的基本单元、扩充单元的输入和输出点数的比例是固定的，如与系统要求的输入或输出点数的比例较大，可选择只有输入点数的扩展单元或扩展模块。因此，在这个设计中需要 6 个输入点，4个输出点，留有10% -20% 裕量则选择最小点数即 FX2N -16MR-001型号的 PLC

23、 。FX2N -16MR-001是日本三菱公司的可编程控制器(PLC),输入 8点,输出8点.页脚页眉5.2压力传感器的选择MS P300系 列（ M SP300 -010-B-5-W-1）压 力 传 感 器 为 大 批 量 、低成本、民用及工业用产品建立了新的性能价格比典范。本产品广泛适用于对物压、气压、液压的检测，甚至较恶劣的介质环境，如污水、蒸汽、轻度腐蚀性液体和气体。MS P300压 力 传 感 器（ MSP300-010-B-5-W-1）的 压 力 腔 采 用17-4PH不锈钢单件一体式结构加工而成。其标准压力接口采用1/ 4NPT 外螺纹接头，因而可以保证较好的密封性能。本产品的特

24、点是无形圈、无焊缝、无硅油或其他有机物，经久耐用。MEAS采用独有的微熔技术，引进航空应用科技，利用高温玻璃将微加工硅压敏电阻应变片熔化在不锈钢隔离膜片上。玻璃粘接工艺避免了温度、湿度、机械疲劳和介质对胶水和材料的影响，从而提高了传感器在工业环境中的长期稳定性能，同时也避免了传感器在传统微机械加工制造工艺过程中出现的 P-N结效应现象。MS P300压 力 传 感 器 是 （ MS P300 -010-B-5-W-1） 不 锈 钢 单 件一 体 化 结 构 ， 压 力 范 围 高 达 10K Ps i 或 700Bar毫 伏 或 放 大 输 出 ，工作温度范围宽能适应一年四级的各种气候。主要应

25、用于普通压力测量、自动检测系统、液压/气动系统等。综上所述可以选用MS P300 -010-B-5-W-1 。页脚页眉5.3按钮开关的选择按钮开关是利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点按通或断开并实现电路换接的开关。按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等。本设计选用钥匙式（Y）的按钮开关。用钥匙插入旋转进行操作，可防止误操作或供专人操作。5.4信号灯的选取XD系列信号灯是塑料外壳，体积小重量轻、安装方便、价格便宜、功率小。且XD 系列信号灯的灯罩与红、黄、蓝、乳白、绿、无 色 六 种 颜 色 。 该 信 号 灯 适 用

26、于 交 流 50Hz ， 电 压380V以 下 的 电气线路中作各种灯光指示信号、预告信号、事故信号及其他指示信号之用。所以可以选用 XD16-22B信号灯。5.5导线选择铜导线面积等于负载功率千瓦数乘以 0.65，得数小于或等于导线实际截面的就选其值大一级的导线，铝线在算出铜线结果的基础 上 粗 一 级 。 导 线 规 则 一 般 是 ： 1. 5 m m 2、 2. 5 m m 2 、 4 mm2 、6 m m 2 、10 mm2 、16m m 2 、25mm2 、35m m 2 、50mm2 、70m m 2 、95m m 2 、 120mm 2 、 150mm2 、 185mm 2 等

27、 等 。因此，本设计中，1个 300W的 LED 显示屏，铜导线的截面面积 = 0. 3X0. 65= 0. 195, 取 最 小 1. 5 mm2。 铝 导 线 取 2. 5 m m 2 的 。页脚页眉5.6LED 显示屏的选择LED是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。本设计选择科泰室内 5 双基色 LED 显示屏，它具有功率小，可视距离适合停车场使用，具有双色调醒目，使用寿命长。能够在常温下工作。能够同步显示，异步脱机显示，所以可以选用科

28、泰室内 5 双基色 LED 显示屏。页脚页眉第六章程序设计6.1 课题内容1. 入库车辆前进时，经过 1# 2# 传感器后计数器加 1，后退时经过 2# 1# 传感器后计数器减 1，单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# 1# 传感器后计数器减 1，后退时经过 1# 2# 传感器后计数器加 1，单经过一个传感器则计数器不动 作 。3设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库内车辆的实际数量。变量约定：10001-启 动10006-1#传 感 器10002-停 止10007-2#传 感 器10003-清 零00001- 仓库空显示10004-=“ 1”入库操

29、作10004-=“ 0”出库操作10005-=“ 1”前进操作10005-=“ 0”后退操作页脚页眉课题要求：1根据题意设计显示电路图，并按图连接。2画出 PLCI/O端口接线图，并按图接线。3编制控制程序，并画出梯形逻辑图。4完成系统调试，实现控制要求。5. 完成课程设计说明书。6.2 计数逻辑1. 光传感器的接收光被遮断时定义为“有信号”；2. 传感器 1# 有信号时启动增计数逻辑；3. 传感器 2# 有信号时启动减计数逻辑；4. 传感器 1# 完成脉冲同时 2# 有信号，则启动增计数逻辑；5. 传感器 2# 完成脉冲同时 1# 有信号，则启动减计数逻辑；6. 传感器 1# 和传感器 2#

30、 都完成脉冲后进行相应计数动作；7. 传感器 1# 和传感器 2# 都没有信号时进行小复位动作；8. 增计数与减计数的启动逻辑互锁；9. 增计数和减计数的进行逻辑互锁。页脚页眉10. 计数值超过+99 后从零开始计数并报警（发光二极管）其 中 ：条件 2 和条件 3 为“方向判定条件 1”；条件 4 和条件 5 为“方向判定条件 2”；页脚页眉6.3程序流程图车辆入库操作流程页脚页眉响 应页脚页眉6.4梯形图页脚页眉页脚页眉页脚页眉页脚页眉页脚页眉第七章总结随着汽车特别是私有汽车的普及使用，对大型停车厂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。针对现有的停车系统管理

31、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车辆出入库管理系统，实现车辆出入库，数量统计、信息查询过程的自动化，就显得十分必要。建立提高停车场利用率和方便驾车者的信息系统，通过信息显示牌向寻找停车场的驾车者提供空闲停车场的位置和停车位的满空状况，以及诱导路线指南等信息，最大限度地提高了停车场的使用率。显示车库内车辆的实际数量外，同时还实现了系统的计算机化的科学管理。本设计中实现的双道闸自动抬、落(出口、人口均安装道闸)控制车辆自动进出；将交通系统中的车辆监测器、信号灯和智能门禁安全系统中的红外对射探测器引人系统；加人非接触式读卡器，使系统实现了智能化控制等属于具创新性的技术。本设计采用光传感器采集信号，使用完全 PLC控制，完成了车辆出入库时的统计和显示工作，能够可靠的准确的无误的进行计数，无论单个车辆怎样的往返运动，都不会出现误计数和漏计数，而且在人通过光传感器时不会误计数。最后采用两个LED 做页