毕业设计（论文）-基于PLC的停车场控制系统的设计

1、基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 1 毕业设计说明书毕业设计说明书 课题：课题：基于基于 PLC 的停车场控制系统的设计的停车场控制系统的设计 学生姓名：学生姓名： 专专 业：业： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 学学 院：院： 2017 年年 10 月月 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 2 摘摘要要 本课题是基于 PLC 的停车场的车辆计数与出入库管理控制系统的设计，选 择西门子 S7-226 PLC 为控制核心，对容量为 99 个停车位的停车场进行自动控 制，该停车场共一个入口，一个出口，对进和出停车场的车辆进行统计，2 个 车闸前光

2、电传感器检测车辆进入或者外出，并通过 2 个 7 段数码管，显示车场 内剩余车位数。当车场内车辆数为 99 时，亮红灯，禁止车辆进入，检测到入口 的外部车辆需要进入时，不自动打开车闸。当车场内车辆低于 99 时，亮绿灯， 允许车辆进入。通过分析控制要求，进行了总体设计，设计了电气原理图，编 写了程序流程图，使用编程软件 Step7-MicroWin 4.0 SP9 编制了梯形图程序和 语句表程序，最后使用 S7-200 PLC 仿真软件进行了模拟测试，达到了预期的设 计目的。 关键词：关键词： 停车场，出入库，梯形图 全套设计加扣全套设计加扣 33463894113346389411 或或 3

3、0122505823012250582 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 3 目目 录录 摘要.2 目 录.3 第 1 章 绪论.4 第 2 章 设计要求.5 第 3 章 硬件设计.8 3.1 PLC 选择 .8 3.2 主电路图 .8 3.3 控制电路图.9 3.4 PLC 输入和输出分配表.11 3.5 PLC 输入和输出接线图.12 第 4 章 软件设计.14 4.1 PLC 内部地址.14 4.2 程序流程图设计.14 4.3 PLC 梯形图程序 .15 4.4 语句表程序.23 第 5 章 仿真测试.28 结束语.32 参考文献.33 致 谢.34 附录.35

4、 附录 1 梯形图程序汇总 .35 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 4 第第 1 1 章章 绪论绪论 国内经济的持续发展，汽车进入家庭的进程持续发展使得社会汽车保有量 持续增长，对停车场的需求量剧增。因此停车场的建设已成为绝大多数建筑项 目不可或缺的一部分。 随着自动化技术，特别是 PLC 的广泛使用，PLC 的优点得到了广大用户的认 可，PLC 的价格也越来越低，因此研究 PLC 在停车场的控制系统具有重要的意 义。 为了减少系统的复杂性，假设停车场最多停放 99 辆车，这里只对停车场的 出入口车闸开，关进行控制，检测车辆进出，对停车场剩余车位进行计数，没 有进行车

5、辆出和入身份确认，也没有进行计费管理。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 5 第第 2 2 章章 设计要求设计要求 停车场车辆计数与出入管理系统原理如图 2-1 所示。 图 2-1 控制系统原理图 最多可以存放 99 辆车。有剩余车位数显示，使用 2 段数码管进行显示，用 于显示还可以存放的车辆数。有 2 个指示灯，绿色的有空位指示灯和红色的空 位满指示灯，绿色指示灯亮时，允许车辆进入，红色指示灯亮时，停车场满， 禁止车辆进入。 通过入口车辆检测和出口车辆检测对停车场内的车辆数进行计数，同时计 算剩余车位数。通过入口，车辆进入停车场，停车场内车辆数加 1，剩余车位 数减

6、 1。车辆从出口外出，检测到出口传感器动作，停车场内车辆数减 1，剩余 车位数加 1。 使用 2 台电机分别控制入口车闸和出口车闸。车辆进入或者外出时，自动 打开入口或者出口车闸，车闸打开到位，停止打开，检测到无车辆进出，延迟 一定时间，自动关闭入口或者出口车闸。检测到车闸关闭到位，停止关闭。 具有手动打开或者关闭入口和出口车闸的。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 6 系统具有短路，过载保护。 系统控制框图如图 2-2 所示。 图 2-2 控制系统方框图 使用西门子 S7-200 PLC，为控制核心。通过检测入口和出口传感器，和各 手动操作，行程开关，故障反馈等控制状

7、态指示灯，提示需要入停车场的驾驶 手 动 开 入 口 车 闸 按 钮 绿 色 指 示 灯 有 空 位 指 示 灯 手 动 关 入 口 车 闸 按 钮 手 动 开 出 口 车 闸 按 钮 手 动 关 出 口 车 闸 按 钮 入 口 车 辆 检 测 传 感 器 出 口 车 辆 检 测 传 感 器 入 口 车 闸 开 到 位 行 程 开 关 红 色 指 示 灯 无 空 位 指 示 灯 入 口 车 闸 开 中 间 继 电 器 入 口 车 闸 关 中 间 继 电 器 入 口 车 闸 关 到 位 行 程 开 关 出 口 车 闸 开 到 位 行 程 开 关 出 口 车 闸 关 到 位 行 程 开 关 入 口

8、 车 闸 故 障 反 馈 出 口 车 闸 故 障 反 馈 出 口 车 闸 开 中 间 继 电 器 出 口 车 闸 关 中 间 继 电 器 显 示 数 码 10 位 显 示 数 码 1 位 数 码 输 出 PLC 入口 车闸 接触 器 入口 车闸 电机 出口 车闸 接触 器 出口 车闸 电机 车位显示 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 7 人注意停车场满，不能停车；停车场还有车位，允许停车等。控制车闸自动打 开或者自动关闭，手动打开或者手动关闭。 手动控制入口和出口车闸开或者关的按钮接 PLC 的输入，为数字量输入信 号。 用于入口车辆进入检测，和出口车辆外出检测的传感器

9、为数字量输入信号， 接 PLC 的数字量输入。 控制车闸打开到位，停止打开的入口和出口打开到位行程开关，和控制车 闸关闭到位，停止关闭的入口和出口车闸关闭到位行程开关，接 PLC 的输入， 为数字量输入信号。 用于 入口车闸外和内分别安装车辆检测传感器 a（外）和 b（内），出口车闸内 和外分别安装车辆检测传感器 c（内）和 d（外）。 入口/出口车闸开到位，关到位信号接至 PLC，控制开闸到位，停止开闸， 关闸到位停止关闸。 入口车闸故障检测信号和出口车闸故障检测信号，接 PLC 的输入，为数字 量输入信号。 PLC 输出控制车闸入口/出口车闸开，关信号，接继电器，然后接接触器， 通过接触器

10、控制入口或者出口车闸打开或者关闭。 PLC 输出的绿色指示灯，用于指示有剩余空车位，可以存放车辆。PLC 输出 的红色指示灯，用于指示没有空车位，车辆禁止入内停放。 PLC 输出的 2 段数码管，用于指示停车场内剩余车位数，表示还可以停放 的车辆数。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 8 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计 3.13.1 PLCPLC 选择选择 经分析，系统共使用了 14 路数字量输入，18 路数字量输出。没使用模拟量 输入和输出，没有特别的输入和输出。 故可以选择 S7-200 PLC 中的 CPU224，含14路数字量输入和10路数字量输出， 外加

11、一块 EM223，含16路数字量输入和16路数字量输出，可以满足使用需要。 3.23.2 主电路图主电路图 主电路如图 3-1 所示。 外部 380V 交流，经 L1，L2，L3，N 供系统使用。其中 L1，L2，L3 是火线， N 为零线。QF1 是总的断路器，起到通断整台设备电源作用。FU1 是总的熔断器， 起到短路过流保护作用。 M1 是入口车闸电机，用于驱动入口车闸执行开闸和关闸操作。QF2 是入口 车闸电机主回路断路器，FU2 是入口车闸电机主回路熔断器。KM1 是入口车闸开 闸启动接触器，用于接触器线圈得电，常开主触点闭合，启动入口车闸电机正 转，执行开入口车闸。KM2 是入口车闸

12、关闸启动接触器，用于驱动入口电机反 转，执行关入口车闸。FR1 是入口车闸电机过载热保护继电器，用于保护入口 车闸电机，避免入口车闸电机长时间过载运行，烧毁入口车闸电机。 同样的，M2 是出口车闸电机，用于驱动出口车闸执行开出口闸和关出口闸 操作。QF3 是出口车闸电机主回路断路器，FU3 是出口车闸电机主回路熔断器。 KM3 是出口车闸开闸启动接触器。KM4 是出口车闸关闸启动接触器。FR2 是出口 车闸电机过载热保护继电器，用于保护出口车闸电机。 。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 9 KM1 KM2 FR1 QF2 U1V1W1 KM3 KM4 FR2 QF3

13、U2V2W2 QF1 L1L2L3 N AC380V M1 电源输入 入口车闸 M2 出口车闸 FU1 FU2FU3 图3-1 主电路图 3.33.3 控制电路图控制电路图 控制电路如图3-2所示。 外部220V 50Hz 交接电源，经 L1，N 供控制电路使用。HL1是电源指示灯， 灯亮表示有电，灯灭表示无电。QF4控制电路断路器，FU4是控制电路熔断器。 KM1是入口开闸启动接触器，KA1是入口开闸启动中间继电器，PLC 通过控 制 KA1线圈得电，KA1常开触点闭合，接触器 KM1线圈得电，KM1常开主触点闭合， 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 10 启动开闸电

14、机正转，执行开入口车闸。为了防止入口车闸打开和关闭同时进行， 导致电路短路，入口车闸开闸线圈 KM1回路串联入口车闸关闸辅助常闭触点 KM2 进行互锁，同时入口车闸关闸线圈 KM2回路串联开闸接触器辅助常闭触点 KM1进 行互锁，防止同时启动，导致短路事故发生。 24V电源 KM1 关闸接触器 入口车闸电机 HL1 KM3 关闸接触器开闸接触器 QF4 QF5 +24V0V A1 KM4KM2 L1 N 电源指示灯 开关电源 开闸接触器 出口车闸电机 FU4 to PLC NL to PLC AC220V KA1KA2KA3KA4 KM2KM1KM4KM3 图2-2 控制电路图 同样的，KM2

15、是入口关闸启动接触器，KA2是入口关闸启动中间继电器，PLC 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 11 通过控制 KA2线圈得电，KA2常开触点闭合，接触器 KM2线圈得电，KM2常开主触 点闭合，启动开闸电机反转，执行关入口车闸。KM1辅助常闭触点串联在 KM2线 圈回路，防止短路事故。 同样的，KM3是出口开闸启动接触器，KA3是出口开闸启动中间继电器，用 于控制出口车闸正转，执行开出口车闸。KM4辅助常闭触点串联在 KM3线圈回路， 防止短路事故。 同样的，KM4是出口关闸启动接触器，KA4是出口关闸启动中间继电器，用 于控制出口车闸反转，执行关出口车闸。KM3辅助

16、常闭触点串联在 KM4线圈回路， 防止短路事故。 A1是直流开关电源，将220V 交流电变成24V 直流电，供 PLC 的输入和输出 使用。QF5是直流电源输出回路断路器，可以通断24V 直流电源。 通过控制回路断路器 QF4，控制回路熔断器 FU4输出220V 交流接 PLC 的电源 输入端，为 PLC 提供交流220V 电源。 3.43.4 PLCPLC 输入和输出分配表输入和输出分配表 PLC 系统的输入和输出分配见表 3-1，表 3-2 所示。 表3-1 数字量输入分配表 名称PLC 地址外部编号 手动开入口车闸按钮 I0.0SB1 手动关入口车闸按钮 I0.1SB2 手动开出口车闸按

17、钮 I0.2SB3 手动关出口车闸按钮 I0.3SB4 入口车辆检测传感器 I0.4S1 出口车辆检测传感器 I0.5S2 入口车闸开到位行程开关 I0.6SQ1 入口车闸关到位行程开关 I0.7SQ2 出口车闸开到位行程开关 I1.0SQ3 出口车闸关到位行程开关 I1.1SQ4 入口车闸故障反馈 I1.2FR1 出口车闸故障反馈 I1.3FR2 表3-2 数字量输出分配表 名称PLC 地址外部编号 绿色指示灯有空位指示灯 Q0.0HL2 红色指示灯无空位指示灯 Q0.1HL3 入口车闸开中间继电器 Q0.2KA1 入口车闸关中间继电器 Q0.3KA2 出口车闸开中间继电器 Q0.4KA3

18、出口车闸关中间继电器 Q0.5KA4 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 12 显示数码 10 位 Q0.6 显示数码 1 位 Q0.7 数码输出 QB1 3.53.5 PLCPLC 输入和输出接线图输入和输出接线图 PLC 数字量输入输出如图 3-3 所示。 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4Q0.5 M 1L M NL HL2 HL3 KA1 SB1 KA2 KA3 KA4 AC220V N L a b c d e f g SB2 SB3

19、 SB4 S1 S2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 FR1 FR2 DC24VDC24V Q0.6Q0.7 2L DC24V Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4Q1.5 Q1.6 图 3-3 PLC 数字输入输出图 外部 220V 交流电解 PLC 的 L，N，为 PLC 提供电源。 按钮 SB1，SB2，SB3，SB4 用于手动开启或者关闭入口或者出口车闸。 传感器 S1 用于检测入口车辆进入，当车场有剩余车位，则执行自动开入口 车闸，车场内车辆计数加 1，剩余车位数减 1。 传感器 S2 用于检测出口车辆外出，执行自动开出口车闸，车场内车辆计数 减 1，剩余车位数加 1。

20、行程开关 SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，用于检测入口或者出口车闸打开或者关闭 到位，用于自动停止打开入口或者出口车闸，自动停止关闭入口或者出口车闸。 FR1，FR2 分别是入口和出口车闸电机过载反馈，用于信息反馈，电机故障， 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 13 不执行开或者关相应的车闸。 HL2 为绿灯，灯亮表示有空位，允许车辆进入。 HL3 为红灯，灯亮表示无空位，禁止车辆进入。 KA1，KA2，KA3，KA4 是入口或者出口车闸打开或者关闭中间继电器，用于 控制接触器，执行开或者关入口或者出口车闸。 Q0.6 和 Q0.7 输出用于驱动 2 个数码管轮询显示，

21、用于节省输出点，2 个数 码管使用同一个熟人，通过轮询 Q0.6 或者 Q0.7 导通，显示相应的数码（利用 人眼的延迟效应，很短的时间进行轮询显示，人眼感觉不到）。为了跟数码管 的电流匹配，串联限流电阻。 Q1.0 到 Q1.6 的输出接数码管的 a，b,c,d,e,f,g，用于驱动 7 段数码管， 显示相应的数字。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 14 第第 4 4 章章 软件设计软件设计 4.14.1 PLCPLC 内部地址内部地址 为了阅读和编程方便，定义了部分 PLC 内部使用地址，如表 3-1 所示 表3-1 内部使用地址 名称PLC 内部地址 轮流显示数

22、码 10 位标志 M2.0 轮流显示数码 1 位标志 M2.1 轮流显示数码定时器 T32 延时自动关闭入口车闸 T37 延时自动关闭出口车闸 T38 车辆数量 VW0 剩余车位数 VW2 BCD 格式剩余车位数 VW10 剩余车位数个位 VW12 剩余车位数 10 位 VW14 数码显示 VW20 4.24.2 程序流程图设计程序流程图设计 程序流程图见图4-1所示。 其中的手动控制是通过人工按入口车闸开按钮执行入口车闸打开，打开到 位，停止打开入口车闸。人工按入口车闸关闸按钮执行入口车闸关闭，关闭到 位，入口车闸关闭到位行程开关动作，入口车闸电机停止反转，停止关闭入口 车闸。 同样的通过按

23、出口车闸打开按钮，打开出口车闸，检测到出口车闸打开到 位行程开关动作，出口车闸电机停止正转，停止打开出口车闸。按出口车闸关 闭按钮，关闭出口车闸，检测到出口车闸关闭到位，出口车闸关闭到位行程开 关动作，出口车闸电机停止反转，停止关闭出口车闸。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 15 图4-1 程序控制流程图 4.34.3 PLCPLC 梯形图程序梯形图程序 Network 1 / 有空位指示灯 开始 否 入口检测 是 开闸到位 否 停止开入口车闸 执行开入口车闸 停止关入口车闸 是 离开？ 否 是 关闸到位 否 是 车位数占用加 1 剩余车位数减 1 否 车辆数 VW0

24、, 99 MOVW 99, VW0 LPP AW= T32, 20 R T32, 1 Network 14 / 轮流点亮数码管 LD SM0.0 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 27 LPS A M2.0 = Q0.6 MOVW VW14, VW20 LPP A M2.1 = Q0.7 MOVW 7, VW20 Network 15 / 数码输出 LD SM0.0 SEG VB601, QB1 END_ORGANIZATION_BLOCK 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 28 第第 5 5 章章 仿真测试仿真测试 编程完成，进行编译，编译无错

25、误，导出 AWL 文本格式程序。使用 S7-200 仿真软件导入 AWL 文本程序，选择 CPU226，完成后如下图。 图 5-1 初始状态 点顶部的启动按钮，启动 PLC，观察到 Q0.0 点亮，Q0.0 是绿色指示灯有空 位指示灯，表明有空位，允许车辆进入停车场。 图 5-2 启动 PLC 打开状态监控表，输入 VW0（车位占用数），VW2（剩余车位数），观察到 开始剩余 99 个车位。 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 29 图 5-3 车位剩余数显示 模拟检测到入口车辆进入，S1 动作，I0.4 变为 ON，观察到 Q0.2 点亮， Q0.2 是入口车闸开中间继

26、电器，启动入口电机正转，开启入口车闸。 图 5-4 入口车闸打开 模拟检测到入口车闸打开到位，SQ1 动作，I0.6 变为 ON，观察到 Q0.2 熄灭， 停止开启入口车闸。 图 5-5 入口车闸停止打开 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 30 模拟检测到入口车辆离开，S1 停止动作，I0.4 变为 OFF，延迟一定时间， 观察到 Q0.3 点亮，Q0.3 是入口车闸关中间继电器，启动入口车闸关闭。 图 5-6 入口车闸关闭 模拟检测到入口车闸关闭到位，SQ2 动作，I0.7 变为 ON，观察到 Q0.3 熄灭， 停止关闭入口车闸。 图 5-7 停止关闭入口车闸 监控剩余车位数，观察到 VW2 变为 98 基于 PLC 的停车场车辆计数与出入库管理控制系统的设计 31 图 5-8 剩余车位数 其他的测试类似，不再累述。 基于 P