车辆出入库管理PLC系统设计

目录

第1章概述....................................................................1

1.1国内外情况及发展趋势....................................................1

1.2PLC发展历史.............................................................2

1.3PLC发展新动向...........................................................3

1.4PLC基本结构............................................................3

1.5PLC特点..................................................................4

1.6PLC工作原理.............................................................5

1.7PLC选型..................................................................6

第2章技术参数及方案设计.....................................................7

2.1技术参数和条件..........................................................7

2.2整体方案设计............................................................7

第3章系统硬件设计及端口分布.................................................8

3.1整体框架.................................................................8

3.2传感器型号参数.........................................................8

3.3PLC电路设计............................................................10

3.4PLC选型机I/O点分配...................................................11

第4章程序设计...............................................................13

4.1控制要求................................................................13

4.2计数逻辑...............................................................13

4.3程序流程图............................................................14

4.4梯形图.................................................................15

4.5指令语句表.............................................................19

结束语......................................................................22

致谢...............................................................................23

参考文件...........................................................................24

第1章概述

1.1国内外情况及发展趋势

最近，伴随我国城市建设速度加紧，城市交通需求量也日益增大。因为私家车、

出租车比重展现逐年上升趋势，所以车辆停放依旧是市民最为关注问题。

据关于方面统计，截止统计，我国生产汽车934.5万辆，同比增加5.2%,我国国内汽

车销量为938.05万辆，同比增加6.7%。因为汽车数增加远远高于停车位增加，我国

每年停车位缺口高达300多万个，城市停车位远远不能满足需要。当前我国汽车与车

位数量之比约为5:1,而正常平衡百分比应该是1:1.2,差距很大，需要大量增加停

车位，在城市土地资源紧缺情况下经过地面增加车位已难以满足要求。

在寸土寸金城市中心不可能浪费大面积土地来用于停泊车辆广场型停车场或者

路边停车区；地下停车场存在着施工周期长及造价较高不足。此情况下机械式立体车

库优点十分显著。

早期自动控制系统是依靠继电-接触器来实现，其特点是：结构简单、价格低廉、

抗干扰能力强，能够实现集中控制和远距离控制，不过其采取固定接线，通用性和灵

活性差；又采取触点开关动作，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(ProgrammbleLogicController),其特点

是：具备逻辑控制、定时、计数等功效，编程语言采取直观梯形图语言，软件更改方

便，通用性和灵活性好。

现在，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DCSCDistributedControlSystem)、现场总线控制系统FCS(FieldbusControl

System),这将使PLC得功效更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。

近几年，伴随停车需求不停增加，车辆出入库规模也越来越趋于大型化。所以车

辆出入库管理系统也向大型化、复杂化和高科技化方向发展。自动化车辆出入库已经

成为智能交通和智能建筑主要组成部分。伴随经济发展和停车需求增加，车辆出入库

管理系统下一个技术发展方向将是智能化、网络化、集成化、人性化。提升车辆出入

库运行效率、加强安全性以及与智能交通系统信息互动，把相关科学技术发展领域最

新结果合理有效应用到智能车辆出入库完善和发展中是当前车辆出入库研究领域首

要任务°

1.2PLC发展历史

起源：1968年美国通用汽车企业提出取代继电能控制装置要求。1969年，美国数字

设备企业研制出了第一台可编程疗控制器PDP-14,在美国通用汽车企业生产线上试用

成功，首次采取程序化伎俩应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称

Programmable,是世界上公认第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程序控制即使PLC

增加了运算、数据传送及处理等功效，完成了真正具备计算机特征工业控制装置。此

时PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合产物。个人计算机发展起来后，为了

结构发展，增加了配置灵活性，降低了成本。

2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

3：不停加强通讯功效

4：新器件和模块不停推出高档PLC除了主要采取CPU提升处理速度外，还有带

处理器EPROM或RAM智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：编程工具丰富多样，功效不停提升，编程语言趋向标准化，有各种简单或复

杂编程器及编程软件，采取梯形图、功效图、语句表等编程语言，亦有高档PLC指令

系统

6：发展容错技术，采取热备用或并行工作、多数表决工作方式。

7：追求软硬件标准化。

1.4PLC基本结构

1.4.1中央处理器(CPU)

中央处理器(CPU)是PLC控制关键。它按照PLC系统程序赋予功效：a.接收并

存放从用户程序和数据；b.检测电源，存放器，I/O以及警戒定时器状态，并能诊疗

用户程序中语法错误C

1.4.2I/O模块

输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们是系统眼、耳、手、脚，是联络外部

现场设备和CPU模块桥梁

输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、

数字拨码开关、限位开关、靠近开关、光电开关、压力继电潜等来开光量输入信号；

模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供连续改变模拟量电流

电压信号。卡关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装

置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调整阀、变频器等执行装置。

1.4.3编程装置

在对S7-200编程时，应具备一台安装有STEP7-MicroWIN编程软件计算机、一根

连接计算机和PLCRS-232/PPI通信电缆或USB/PPI电缆。用它来编辑、检验、修改用

户程序，并监视用户程序执行情况。

使用编程软件，能够在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，而且能够

实现不一样编程语言之间相互转换。程序被编译后下载到PLC,也能够将PLC中程序

上载到计算基金，程序能够存盘或打印。

1.4.4电源

PLC电源在整个系统中起着十分主要得作用。假如没有一个良好、可靠得电源系

统是无法正常工作，所以PLC制造商对电源设计和制造也十分重视。通常交流电压波

动在+10%(+15%)范围内，能够不采取其它方法而将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。

PLC电源在整个系统中起着十分主要作用。通常小型PLC电源输出为两部分：一

部分供内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等工作电源。

1.5PLC特点

PLC之所以能够发展，除了它顺应了工业自动化客观要求之外，更主要首先是因

为它具备许多适合工业控制优点，很好地处理了工业控制领域中普遍关心可靠、安全、

灵活、方便、经济等问题。它具备以下几个显著特点：

1.5.1编程方法简单易学

梯形图是使用最多PLC编程语言,其图形符号和表示方式与继电控制电路图相同。

梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电控机电路图电气人员，只需要花儿天时间

就能够熟悉梯形图语言，并用来编制程序，而且能够依照现场情况，在生产现场一边

调试边修改程序，以适应生产需要。

1.5.2功效强，性价格比高

一台小型PLC内有成百上千种可供用户使用编程软件，有很强功效，能够实现非

常复杂控制功效与相同继电控制系统相比，具备很高性能价格比。

1.5.3硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配置有品种齐全各种硬件装置供用户选

取，用户能灵活方便进行系统配置，组成不一样功效和不一样规模系统。PLC安装接

线也很方便，通惯用接线端子连接外部接线。

1.5.4可靠性高，抗干扰能力强

传统继电器控制系统中使用了大量中间继电器、时间继电器。因为触点接触不良,

轻易出现故障，PLC用软件代替大量中间继电器盒时间继电器，仅剩下与输入和输出

关于少许硬件，接线可降低互继电器控制系统1/10-1/10,因触点接触布朗造成故障

大为降低。

1.5.5系统设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功效取代了继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器

等器件等，使控制柜设计、安装、接线工作量大大降低。

PLC梯形图程序通惯用次序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很轻易掌握。

对于复杂控制系统，设计梯形图时间比设计相同功效继电器系统系统电路图时间要少

多。

1.5.6维修工作量小，维修方便

PLC故障率很低，且有完善自诊疗和显示功效。PLC或外部输入装置和执行机构

发生故障时，能够依照PLC上发光二极管或编程器提供信息快速查明故障原因，用更

换模块方法能够快速排除故障。

1.5.7体积小，能耗低

PLC平均无故障时间可达成数万小时以上，使用寿命可达几十年。对于复杂控制

系统，使用PLC后，能够降低大量中间继电器和时间继电器，所以，控制柜体积能够

缩小到原来二分之一到10分之1。尤其是小型PLC体积仅相当于两个继电器大小，且

能耗仅为数瓦，所以它是机电一体设备理想控制装置。

1.6PLC工作原理

PLC则是采取循环扫描工作方式。；一个扫描周期主要可分为3个阶段。

1.6.1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存放器。

完成输入端刷新阶段后，将关闭出入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使

输入端状态发生改变，输入状态存放器内容也不会改变，而这些改变必须等到下一步

周期输入刷新阶段才能被读入。

1.6.2程序执行阶段

在程序执行阶段，依照用户输入端控制程序，从第一条开始逐步执行，并将对应

逻辑运算结果存入对应内部辅助存放器和输出状态存放器。当最终一条控制程序执行

完成后，即转入刷新阶段。

1.6.3输出刷新阶段

当全部指令执行完成后，将输出状态存放器中内容，依次送到输出锁存电路（输出影

像存放器），并经过一定输出方式输出，驱动外部对应执行元件工作，这才形成PLC

实际输出。由此可见，输入刷新、程存执行和输出刷新三个阶段组成PLC一个工作周

期，所以称为循环扫描方式。显示扫描周期长短主要取决于程序长短。扫描周期越长,

响应速度越慢。因为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、输出状态存放器更新，所以系统存在输入输出之后现象，这在一定程度上降低

了系统响应速度。不过因为其对I/O改变每个周期只输出刷新一次，而且只对有改变

进行刷新，这对通常开关量控制系统来说是完全允许，不但不会造成影响，还会提升

抗干扰能力。总之，PLC采取扫描工作方式，是区分于其余设备。

1.7PLC选型

现在应用最广泛PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。三菱PLC结构灵活、

传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、实用面广不过数据处理比西门子

弱。

德国西门子（SIEMENS）企业生产可编程序控制器在我国应用也相当广泛，在冶

金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）企业PLC产品包含LOGO,

S7-200,S7-300,S7-400,工业网络，11MI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，具备网络通信能力，功效更强，可靠性更高。最大特

点之一。

第2章技术参数及方案设计

2.1技术参数和条件

利用PLC控制停车场空位显示，实现全自动运行。停车场空位假设为99个，停

车场全控是开启按钮SB1后，依照出口，入口车辆检测传感器1#、2#检测，计竟是否

有空位？若有空位，点亮入口绿色指示灯L1,不然点亮入口红色指示灯L2。

SB1SB2道闸

图2T传感器布置图

停车场空位有99个。

开启按钮SB1在停车场全空时按下，另设停顿按钮SB2。

出口、入口车辆检测传感器各1个，用来检测车辆进出。

入口指示灯两个，用来指示有没有空位。

2.2整体方案设计

整个系统有一个开启按钮和一个停顿按钮，按下开启按钮，整个控制系统运行，

按卜停顿按钮则系统停。入口有两个灯，分别是红灯和绿灯作为输出，电路中还有个

加减计数器，它设定值是99。加减计数器伴随车辆进出而加减，一旦计数器达成99,

入口处红灯就亮，提醒司机朋友此停车场车位已满。而其余时候都为绿灯，表示此停

车场还有停车位。

第3章系统硬件设计及端口分布

3.1整体框架

1.入库车辆前进时，经过1#-2#传感器计数器C6加1,后退时经过2#-1#传感器

计数器C6减1,单经过一个传感器则计数器C6不动作。

2.出库车辆前进时，经过传感器计数器C6减1,后退时经过1#-2#传感器

计数器C6加1,单经过一个传感器则计数器C6不动作。

3.设计一个由两位数码管及对应辅助元件组成显示电路，显示车库内立辆实际数

量。

本系统设计经过光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，在数码管显示对应车辆数，以此来实现车辆输入库管理。

其系统整体框图以下：

可

光

编

传

程

感显

控

器7F

制

器

图3-1系统整体框图

3.2传感器型号参数

3.2.1光电传感器：

Q23系列偏振反射板式

Q23系列反射板式发射器（E）型号：2236

Q23系列反射板式接收器（R）型号：Q23SN6

检测距离：8根供电电压：24VDC24VDC输出形式：互补型固态NPN

特点：•聚焦式焦距为5（历〃〃•1()〜30Voe供电电压

・短距离和长距离直接反射式以及光钎式•互补型输出

•可见红色光源易于安装及对准•防护等级IP67和NEMA6

•带自诊疗功效，有LED状态指示灯•产品附带安装支架

・树脂封电路及坚固ABS外壳•可选电缆式或接插件式接线方式

局部较强漫反

射的光度分布

图3-2Q23系列偏振反射板式实物图图3-3偏振反射板光度分布图

原理分析：偏振镜头与可见光反射板式传感器配合使用，能很好处理光亮物体检测问

题。两个偏振镜头分别安装在发射器和接收器镜头前面，偏振方向相互垂直。

发射光经发射器垂直偏振镜头偏振后，变成垂直振动光波，此光波经反射板反射

（去偏振）后，变为水平方向振动光波，这种光波可经过接收器水平偏振镜头被接收器接

收。

偏振镜头即使处理了传感器检测光亮物体时误动作问题，但同时也大大减弱了有

效光束能量，这一点对于检测环境灰尘较大或需要较长检测距离应用场所尤为主要。偏振

反射板式传感器仅能与带几何棱镜反射板配合使用。

光电传感器布置方案：光传感器布置安装需要考虑误入口

计数和漏计数问题，注意控制两个传感器之间距离，用程

序验证进出车库是否是车辆，当人经过传感器时不能够计i

数；其次，采取逻辑互锁方式，开启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。如此以确保

车库

可靠性；最终，及时进行复位处理，以免车辆在传感器附近作往返运动时错误计数。

图3-4光电传感器布置图

3.2.2桥式测力称重传感器:

型号CYB-605S供电桥电压：10~24V

输出灵敏度«2.0mV/V、4〜、1-5V

非线性：0.02%bS重复性：0.015%尸S蠕变：0.02%FS730min输出

阻抗：365±5。绝缘电阻：500M1

温度赔偿范围：-1。~55工作温度范闱：-35~85

安全过载能力：150%77s极限过载能刀：200%反

传感器材料•：不锈钢/合金钢引线方式：直线引线

受力方式

■::$产i........

JL1OTJITILJZ3

图3-5桥式测力称重传感器实物图图3-6桥式测力称重传感器受力方式图

原理分析：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,进行对应程序运行。结构合理，使用简单，安装方便。主要适适用于车载专用

秤、天车秤及车辆轮、轴力测量。

3.3PLC电路设计

3.3.1PLC输入电路设计

PLC依据接收到车辆检测信号判断是否允许车辆经过道口，所以车辆检测器选取与输

入通道接口电路设计是非常主要。

3.3.2输入接口电路

为了确保能在恶劣环境中使用，PLC输入接口需采取隔离方法。采取光电耦合器

为电流输入型,能有效地防I上输入端引线可能引入电磁场干扰和辐射干扰，

3.3.3PLC输出电路设计

经过控制指示灯指示车辆通行情况，控制显示牌显示车库存放车辆情况。故PLC

接线图以下:

图3-7PLC外部接线图图

3.4PLC选型机I/O点分配

设计中采取内存为3.2K,最大I/O点数640点微处理器，电源使用带有24VDC和AC1

10T20/220-240V使用电源依照系统控制要求，本系统需计数器3个，16个输入点和

16个输出点，所选PLC类型满足系统要求。

表3-1I/O接口地址分配表

输入信号输出信号

传感器1#TO.1发光二极管Q0.2

传感器2#10.2接LED脚bQ1.0

报警10.3接LED脚aQ1.1

接LED脚cQ1.2

接LED脚dQ1.3

接LED脚eQ1.4

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

第4章程序设计

4.1控制要求

(1)入库车辆前进时，经过1#一2#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,单位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#一2#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对应辅助元件组成显示电路，显示车库内车辆实际数

量。

4.2计数逻辑

1.光传感器接收光被遮断时定义为“有信号”；

2.传感器1#有信号时开启增计数逻辑；

3.传感器2#有信号时开启减计数逻辑；

4.传感器1#完成脉冲同时2#有信号，则开启增计数逻辑；

5.传感器2#完成脉冲同时1#有信号，则开启减计数逻辑；

6.传感器1#和传感器2#都完成脓冲后进行对应计数动作；

7.传感器1#和传感器2#都没有信号时进行小复位动作；

8.增计数与减计数开启逻辑互锁；

9.增计数和减计数进行逻辑互锁。

10.计数值超出+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”；

4.3程序流程图

图4-1程序流程图

4.4梯形图

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