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1、目錄 1 引言 2 2 概述 3 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 4 3.1 主電路的設(shè)計 4 3.2 控制電路的設(shè)計 4 3.2.1 PLC概述 4 3.2.2 PLC選型 6 3.2.3系統(tǒng)變量定義及分配表 8 3.2.4系統(tǒng)接線圖設(shè)計 9 4 控制系統(tǒng)設(shè)計 12 4.1控制程序流程圖設(shè)計 12 4.2控制程序設(shè)計思路 12 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 15 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 15 5.2 結(jié)果分析 15 結(jié)束語 16 參考文獻 17 附錄一: 梯形圖 18 附錄一: 程序指令 19 1 引言 隨著進口

2、汽車大量涌入和國內(nèi)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，大中城市的汽車數(shù)量劇增，從而引發(fā)了停車管理問題。近幾年，我國的停車場管理技術(shù)不斷完善，計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展又使停車場管理的系統(tǒng)功能得以提高。 現(xiàn)在小區(qū)停車場管理系統(tǒng)重點要做到準確指示車輛進出，車輛進入時給與司機準確的車位數(shù)量與具體位置，車輛進入后，記錄車輛數(shù)量，車輛離開時，減少車輛數(shù)量。車輛進出指示可完全由PLC作為中央控制來處理，停車場空位指示可利用價格較不高的數(shù)碼管顯示。 停車場車位管理系統(tǒng)，它由固定在停車場中的管理控制器、埋設(shè)在車位處的電動車位鎖及移動控制器相互連接構(gòu)成；管理控制器包括傳感器接收模塊、邏輯控制電路及驅(qū)動控制電路；電

3、動車位鎖的電源端與驅(qū)動控制電路的電源輸出端連接；移動控制器中設(shè)有數(shù)據(jù)讀寫控制電路、無線遙控發(fā)射模塊及電池，該無線遙控發(fā)射模塊通過移動控制器外部設(shè)置的遙控天線與管理控制器的接收天線進行無線信號連接，具有極大的實用價值。 2 概述 本文提出一種運用可編程控制器（PLC）對停車場進出及停放指示進行管理的方案。本停車場由16位停車位、入口檢測器、出口檢測器、道閘管理系統(tǒng)、七段數(shù)碼管用來顯示車庫內(nèi)車輛數(shù)、尚有車位指示燈、車位已滿指示燈等部分組成。采用PLC的自動控制系統(tǒng)，由于PLC具有可靠性、易操作性、靈活

4、性等優(yōu)點，因此，本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場相比，大大提高了設(shè)計效率，維護周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高，有很強的實用價值。 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 3.1 主電路的設(shè)計 本設(shè)計是基于PLC的停車場控制系統(tǒng)，在停車場進口處裝一傳感器1，出口處裝一傳感器2，傳感器接受到高電平信號而控制電機的正反轉(zhuǎn)，停車場處的閘門開合。傳感器1、2所輸出的脈沖分別輸入給計數(shù)器1、2，計數(shù)器1、2將計的數(shù)據(jù)存儲在存儲器1、2中，進的車輛數(shù)與出的車輛數(shù)想減得到的數(shù)據(jù)再傳輸給存儲

5、器3，存儲器3所存儲的數(shù)據(jù)將會傳輸給數(shù)碼顯示管顯示，如顯示的數(shù)為16時，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時，則閘門繼續(xù)工作。其原理框圖如下圖1所示： 圖1 原理框圖 3.2 控制電路的設(shè)計 3.2.1 PLC概述 許多年前開始，就有人預(yù)言，PLC將要被PC-BASED控制系統(tǒng)取代。但是，PLC的銷售每年都在以一個十分穩(wěn)定的增長率在上升，目前的PLC已經(jīng)與十年前的PLC有著很大的區(qū)別，十年后的PLC與當前的PLC也將有著很大的不同。但是，有兩個方面是不變的：首先，PLC會提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)，其次，高度的可靠性。PLC有著其它控制產(chǎn)品，如工控機，DCS，單片機

6、等控制產(chǎn)品，所無法替代的特性。 1．可靠性 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在下列幾個方面： a)可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間縮短，因此可靠性得到提高。 b)可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計方法進行設(shè)計，例如冗余設(shè)計，掉電保護，故障診斷，報警和運行信息顯示和信息保護及恢復(fù)。 c)可編程控制器有較強的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。 d)可編程控制器的硬件設(shè)計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的

7、工業(yè)級元件，采用先進的電子加工工藝（SMT）制造，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲器內(nèi)容的保護，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計等。 2．易操作性 a)操作方便：對PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進行程序輸入和更改操作。現(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號、繼電器編號或接點號等直接進行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改。 b)編程方面：PLC有多種程序設(shè)計語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進展為主線，十分適合設(shè)計人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計思想

8、的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點。 c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術(shù)要求較低，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時間。 3．靈活性 a)編程的靈活性：PLC采用的標準編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進行編程，編程方法的多樣性使編程方便。 b)擴展的靈活性：PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷

9、擴展，即進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件數(shù)來增加點數(shù)，通過擴展單元擴大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能。 c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。 4．機電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機電一體化，即儀表、電子、計算機綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而

10、設(shè)計的控制設(shè)備，具有體積小、功能強，抗干擾性好等優(yōu)點，它將機械與電氣部件有機地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC，機器人，CAD/CAM）之一。 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻者。 由以上特點不難看出，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域，不僅不會逐漸推出，而且會不斷擴大他的市場份額。表面上看工控機的出現(xiàn)給PLC

11、帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細分析一下可以看到，工控機在某種程度上其實幫助了PLC的發(fā)展，因為PLC的可靠性高，易操作，但對與操作員站的一些功能，如曲線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠不及工控機，而工控機的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)更為完美。工控機的出現(xiàn)推動了PLC的發(fā)展。 3.2.2 PLC選型 1．選擇的原則 選擇PLC是首待解決的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器

12、還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用。則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （1） 功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特

13、殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。 （2） 價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數(shù)。 因為本次課程設(shè)計是在學(xué)校完成。考慮到實驗室中應(yīng)用的是三菱FX2N型PLC，對此種型號PLC的指令以及使用方法都比較熟悉。所以本次設(shè)計采用就近取材原則選三菱FX2N型PLC。 2．FX2

14、N型PLC的簡介 20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎(chǔ)上又推出了FX2N系列產(chǎn)品。該機型在運算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。 FX2NPLC的基本單元可以根據(jù)控制規(guī)模大小外加擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構(gòu)成疊裝式PLC控制系統(tǒng)。下圖是FX2N可編程控制器基本單元實物圖。 圖2 FX2N可編程控制器實物圖 3.2.3系統(tǒng)變量定義及分配表 在車庫入口處應(yīng)該安裝指示板，告知車輛司機整個車庫的停放情況，包括數(shù)量和停放的位置。

15、車庫和指示板的示意圖如圖所示： 9 1 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 停車場車位指示板 當某一位置沒有停放車輛時，相應(yīng)編號的指示燈亮，司機看見使就可以按照指示進入車庫按位停車。這個部分同樣可以用梯形編程圖來實現(xiàn)。 車位線使程序，相對比較簡單，所用到得軟元件X10－X17，X20-X27，輸出端原件Y20-Y27，Y30-Y37，輸出輸入原件共計16

16、對。只要在車尾頂部安裝紅外檢測裝置，就可以對車位有無車輛進行檢測。當車位無車輛時相應(yīng)輸入繼電器不通電，常閉節(jié)點合上，輸出端所連接的指示燈亮，如圖中8號和9號燈亮，證明這兩個車位為空。而其余位置有車，所以相應(yīng)的指示燈熄滅。 表一 PLC外部輸入/輸出點（I/O） 輸入點 輸出點 系統(tǒng)動作 X1——00000 閘欄開門 Y1——01000 系統(tǒng)解除 X2——00001 閘欄關(guān)門 Y2——01001 入口檢測器 X3——00002 尚有車位指示燈

17、 Y3——01002 出口檢測器 X4——00003 車位已滿指示燈 Y4——01003 正傳停止傳感器 X5——00004 顯示車輛數(shù)七段燈 Y10-Y17——01004-01010 反轉(zhuǎn)停止傳感器 X6——00005 編程元件的解析 1． X： X為輸入繼電器，它的作用是接受并存儲外部輸入的開關(guān)量信號，和對應(yīng)的輸入端子相連，同時提供無數(shù)的常開和常閉軟觸點用于編程。 2． Y： Y為輸出繼電器，它的作用是具有一常開硬觸點用于向外部負載發(fā)送信號，每一輸出繼電器的常開硬觸點與可

18、編程控制器的一個輸出點相連直接驅(qū)動負載，它也提供了無數(shù)的常開和長閉軟觸點用于編程。 3. M： M為輔助繼電器，它是由軟件來實現(xiàn)的，用于狀態(tài)暫存，移位輔助運算及賦予特殊功能的一類編程元件，其作用類似于繼電接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器，絕大多數(shù)的繼電器線圈由用戶程序驅(qū)動。 4. T： T為定時器，作用相當于繼電接觸控制中的通電延時型時間繼電器。 5. C： C為計數(shù)器，主要用來記錄脈沖的個數(shù)。本設(shè)計采用的C250為一相雙向的高數(shù)計數(shù)器，這種計數(shù)器固定可編程控制器的一個輸入端X3用于上升沿加計數(shù)，固定可編程控制器的另一個輸入端X4用于上升沿減計數(shù)。 6． D：

19、D為數(shù)據(jù)寄存器，可編程控制器在模擬量檢測與控制以及位置控制等許多場合都需要數(shù)據(jù)寄存器來存儲數(shù)據(jù)和參數(shù)。 3.2.4系統(tǒng)接線圖設(shè)計 下圖為停車場控制系統(tǒng)的接線圖，在該接線圖中，X1是該系統(tǒng)的啟動開關(guān)，X2是該系統(tǒng)停止開關(guān)，入口檢測器接X3輸入端，出口檢測器接X4輸入端，正傳停止傳感器、反轉(zhuǎn)停止傳感器分別接X5、X6輸入端。閘欄開門接Y1輸出端，閘欄關(guān)門接Y2輸出端，尚有車位指示燈接Y3輸出端，車位已滿指示燈接Y4輸COM COM 01000 00000 01001 00001 01002

20、00002 01003 P 00003 01004 00004 01005 00005 01006 L 00006 01007 00007 01008 00008 01009 C 00009 01010 00010 01011 00011 01012 00012 01013 00013 01014 00014 01015

21、 00015 01016 00016 01017 00017 G G N DISPLAY X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 10-Y17 出端，顯示車輛數(shù)數(shù)碼管接Y10-Y17。 圖3 停車場控制系統(tǒng)接線圖 下圖為主電路控制圖，當QS閉合時，KM1閉合KM2斷開電機正轉(zhuǎn)，閘門開啟，車輛可通過，當KM2閉合KM

22、1斷開時電機反轉(zhuǎn)，閘門閉合，車輛不可通過。 圖4 控制線路主電路圖 4 控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1控制程序流程圖設(shè)計 停車場控制系統(tǒng)的車進出模塊流程圖設(shè)計如下圖5： 圖5 車輛進出控制程序流程圖 4.2控制程序設(shè)計思路 1)車輛進庫 編程圖上，在支路2中，X0表示車輛檢測裝置開關(guān)，只要車輛駛到道閘前，車輛檢測器發(fā)出信號使X0關(guān)閉，輔助繼電器M1進入準備通電狀態(tài)；只要X1閉合，支路1通電，驅(qū)動輔助繼電器M0，其節(jié)點M0閉合，M1馬上通電，M1節(jié)點動作，使輸出線圈Y0置位，

23、其相應(yīng)的輸出端Y0發(fā)出信號控制道閘升降的電動機正轉(zhuǎn)，同時復(fù)位Y1線圈，確保道閘沒有反轉(zhuǎn)信號。這時道閘就打開，車輛通過。 車輛通過以后，經(jīng)過道閘后車輛檢測器，這時有幾道控制目標，所以運用主控制器指令MC對所有工作一并控制。檢測器發(fā)出信號使開關(guān)X2閉合，PLC就執(zhí)行MC和MCR之間的程序，首先把Y0輸出線圈復(fù)位，即道閘電動機正轉(zhuǎn)信號復(fù)位，同時置位Y1輸出線圈，是電動機反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉。同時設(shè)定一個數(shù)據(jù)寄存器D0中的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)輸出到以10為首的八個輸出端，驅(qū)動車庫大門指示板上的顯示管，最后，在道閘關(guān)閉的終點安裝一個限位開關(guān)X3，當?shù)篱l恢復(fù)原位時，X3節(jié)點接通，使電動機反轉(zhuǎn)信號復(fù)位。

24、 　 圖6 車輛進庫梯形圖 2)車輛出庫 車輛出庫時，要減少車輛數(shù)量記錄，并且在車庫出口也要安裝出口道閘，下面是車輛出庫的梯形圖。 由圖中可以看出，車輛出庫與入庫的基本原理相同，只是輸入原件與輸出原件不同，出庫與入庫所用到的元件必須分開。并且，要使車輛數(shù)量減少，用DEC功能指令使記錄車輛數(shù)的數(shù)據(jù)寄存器D0減一，最后道閘關(guān)閉。 圖7 車輛出庫梯形圖 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 1) 硬件調(diào)試 按接線圖接好線，七段數(shù)碼顯示器能實時顯示數(shù)據(jù)，證明P

25、LC選型正確，傳感器的選擇符合要求。 2)軟件調(diào)試 按接線圖接好線后，將程序的指令用FX-GP編程軟件輸入到PLC系統(tǒng)中，編程器直接對PLC的用戶程序儲存器進行讀寫操作。采用脫機編程方式將所編制的用戶程序存入編程器的ROM中后，經(jīng)過多次調(diào)試。 3) 解決的問題 本文研究的主要內(nèi)容是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)，在前人的基礎(chǔ)上做了進一步的研究，吸取了前人研究的精華，補充了前人研究的不足。本系統(tǒng)是基于PLC的自動控制系統(tǒng)，由于PLC本身的特點使自動控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。在本課題研究過程中主要進行了以下工作： （1）詳細分析了國內(nèi)外目前的基于PLC的停車場，比較之

26、后，硬件部分，設(shè)計了七段碼顯示器以及車輛進出庫傳感器。軟件部分，選擇了以PLC為核心自動控制系統(tǒng)，因此，經(jīng)過研究最后決定將硬件和軟件部分結(jié)合起來，形成了本控制系統(tǒng)的整個部分 （2）在比較了各種型號的PLC的功能之后，選擇了三菱公司的FX2N系列PLC， （3）建立了車輛進出庫數(shù)學(xué)模型，為其編寫了程序語言。 5.2 結(jié)果分析 七段譯碼顯示器能夠?qū)崟r顯示停車場的停車數(shù)目。PLC具有可靠性高、控制程序可變，具有良好的柔性、功能強，性能價格高等特點。該系統(tǒng)自動化程度高，可靠性高，用PLC可以使該設(shè)計的要求全能滿足。 結(jié)束語 通過本次課程設(shè)計使我比較系統(tǒng)

27、地掌握有關(guān)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法，主要對PLC（三菱FX2N系列）的結(jié)構(gòu)、功能、內(nèi)部資源等了解并對其進行測試和加以應(yīng)用的知識得到學(xué)習(xí)。經(jīng)過多次的反復(fù)實驗與分析,可以對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設(shè)計能力與及對電路的分析能力.同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強.同時對所學(xué)的知識得到很大的提高與鞏固.我所做的設(shè)計題目是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)。由于是第一次做PLC的設(shè)計，設(shè)計起來有一定難度，但后來通過去圖書館找相關(guān)書籍，上網(wǎng)找資料，請教老師和同學(xué)等方法來獲取相關(guān)知識，通過一步步解決疑惑來完成我的設(shè)計，同時也大大提升了自己知識水平和能力。通過這次課程設(shè)計

28、讓我們意識到書本上學(xué)到的知識一定要通過實踐去鞏固，而且這也是一種學(xué)習(xí)方法，只有這樣才能真正輕松的掌握一門學(xué)問。同時此次課程設(shè)計也讓我們對學(xué)習(xí)PLC更加熱情，我們認識到PLC的強大的功能和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。真正體會到了科技給我?guī)淼恼窈?。讓我對學(xué)習(xí)更有興趣，同時也給我們在探索知識的路上的無限動力。在自己以后的學(xué)習(xí)中，我們一定要有刻苦努力及鉆研精神，結(jié)合有創(chuàng)新，充分實現(xiàn)自己的價值，為國家的發(fā)展做出自己的貢獻。 在設(shè)計期間，我要感陳艷老師對我的悉心指導(dǎo)及幫助和同學(xué)對我的無私幫助，使得我能夠順利完成本次課程設(shè)計。 參考文獻 [1]史國生編著，電氣控制與可編程控制器技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2004.2 [2]王永安編著，現(xiàn)代電氣與可編程控制技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社，2002； [3]王仁祥編著，常用低壓電器原理及其控制技術(shù).機械工業(yè)出版社，2001 附錄一: 梯形圖 附錄一: 程序指令