机电一体化PLC车辆出入库管理系统设计.docx

南京信息职业技术学院

毕业设计论文

毕业设计(论文)中文摘要
车辆出入库管理系统设计
摘要：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。能够准确无误的进行计数，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。为了节省单片机I／O口数以及数码管驱动，采用了HD7279键盘显示芯片。PLC采用了循环扫描的工作方式。最后采用两个LED做显示，能够显示车库内车辆的实际数量。为了防止意外计数错误，本系统采用反复程序校验，来提高系统的可靠性。
首先，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。

关键词：PLC；读卡器；光传感器；智能控制；车辆出入库管理

毕业设计(论文)外文摘要
The vehicle out of storage management system design
Abstract：This design uses the light sensor signal acquisition, use PLC control, complete vehicle storage and display of statistical work. To be able to accurately count, whether a single vehicle to move back and forth, there are no error count and counting loss, but also in people through the optical sensor without error count. In order to save chip I / O port number and the digital tube driver, using HD7279keyboard display chip. PLC uses a circular scanning mode. Finally, using two LED display, can display the actual number of the vehicles in the garage. In order to prevent accidents counting error, the system used repeatedly checking procedures, to enhance the reliability of the system. First of all, pay attention to control the distance between the two sensor, program verification of whether a vehicle into the garage, when through the sensor does not count; secondly, the logical interlock manner, starting with counting is to lock the minus count, and count pulse when the lock by counting pulses, so as to ensure the reliability of the final;, timely reset treatment, so as to avoid the vehicle in the vicinity of the sensor makes reciprocating motion error count.

Key word：PLC; card reader; optical sensor; intelligent control; vehicle out of storage management

目 录
1 引言……...................................................................................................................1
1.1PLC的特点……..............................................................................................1
1.2 PLC的基本结构…….....................................................................................2
1.3 PLC的工作原理…….....................................................................................3
2 车辆出入库管理系统的构成……..........................................................................4
2.1整体框架……...............................................................................................4
2.2传感器的布置…….......................................................................................4
2.3显示电路……...............................................................................................5
3 PLC的I/O端口接线…….......................................................................................6
4 I/O口地址分配……...............................................................................................7
5 程序设计……..........................................................................................................8
5.1 课题内容……..............................................................................................8
5.2 计数逻辑……..............................................................................................9
5.3 程序流程图……..........................................................................................9
5.4 梯形图…….................................................................................................10
6元器件清单……......................................................................................................14
7 总结…….................................................................................................................14
8 致谢…….................................................................................................................15
9 参考文献…….........................................................................................................15

1 引言
随着生产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（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，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(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control System)，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，引进先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。

1.1 PLC的特点
PLC之所以能够发展，除了它顺应了工业自动化的客观要求之外，更重要的一方面是由于它具备许多适合工业控制的优点，较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。它具有以下几个显著特点：
1.1.1可靠性高，抗干扰性强
1.1.2功能强大，性价比高
一台小型PLC内有成百上千种可供用户使用的编程软件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能，与相同的继电控制系统相比，具有很高的性能价格比。
1.1.3编程简易，现场可维修
梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其图形符号和表达方式与继电控制电路图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电控制电路图的电气人员，只需要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制程序，而且可以根据现场的情况，在生产现场一边调试边修改程序，以适应生产需要。
1.1.4寿命长，体积小，能耗低
PLC平均无故障时间可达到数万小时以上，使用寿命可达几十年。对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，因此，控制柜的体积可以缩小到原来的一半到10分之1。特别是小型PLC的体积仅相当于两个继电器的大小，且能耗仅为数瓦，所以它是机电一体化设备的理想控制装置。
1.1.5

1.2 PLC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。
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。
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。

1.3 PLC的工作原理
PLC是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为3个阶段。
1.3.1 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寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，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。
1.3.2 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，即转入输入刷新阶段。
1.3.3 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，响应速度越慢。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。

2 车辆出入库管理系统的构成
2.1 整体框架

图2.1 整体框架

2.2 传感器的布置

图2.2 传感器的布置

2.3 显示电路

图2.3 显示电路

3 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I／O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。显示部分采用1组4位一体共阴数码管，共设置l6个功能键。

PLC的I/O端口接线

图3.1 I/O端口接线

4 I/O 口地址分配
设计中采用内存为3．2K，最大I／0点数640点的微处理器(c200HE—CPU11-E，欧姆龙公司产品)，电源使用带有24V DC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
传感器1#
I0.1
发光二极管
Q0.2
传感器2#
I0.2
接LED脚b
Q1.0
悬空
I0.3
接LED脚a
Q1.1

接LED脚c
Q1.2

接LED脚d
Q1.3

接LED脚e
Q1.4

接LED脚f
Q1.5

接LED脚g
Q1.6

接LED脚b
Q2.0

接LED脚a
Q2.1

接LED脚c
Q2.2

接LED脚d
Q2.3

接LED脚e
Q2.4

接LED脚f
Q2.5

接LED脚g
Q2.6

图4.1 I/O 口地址分配

5.2 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#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。
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”；

5.3 程序流程图
车辆入库操作流程

图5.1 车辆入库操作流程

5.4 梯形图

图5.2 梯形图

6 元器件清单

表7.1中列出了各元器件。
表7.1元器件清单

元器件(型号)
数量
备注
SIMATIC S7-300
1套
（配专用电源）
XUZ-A50
2套
（光电开关）
共阴极LED
2个

2K电阻
14个

导线1.5mm2

（根据现场情况决定）

总结
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；加入非接触式读卡器，使系统实现了智能化控制等属于具创新性的技术。
优点：本系统采用反复逻辑判定，计数动作准确可靠；设备简单安装方便；自动化程度高便于实现无人值守；抗干扰能力强，环保无污染；便于需要时进行扩展。
缺点：PLC的输出口资源有点过于浪费。

致谢
时间过的真快,刚进大学那一幕感觉还在眼前清晰可见，可转眼又进入了大三，从当初那个懵懂稚嫩中学生经历了大学2年多的磨练也已经逐渐的老练，在大学这个象牙塔里收获的不仅是知识，更是生活，学习，待人处世的方法。成长是在大学生活的点点滴滴中获得。
本论文是在我导师老师的指导下顺利完成的，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
最后,请各位老师在百忙之中审阅我的论文，提出宝贵意见，给予指导，谢谢。

参考文献
[1] 李建兴.可编程序控制器应用技术.北京：机械工业出版社，2004.
[2] 陈宇，段鑫.可编程序控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，2002.
[3] 王永华.现代电器控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[4] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004.
[5] 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2005
[6] 郁汉琪.《电气控制与可编程序控制器》, 东南大学出版社,2003.
[7] 易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》 , 上海科普出版社,2004.
[8] 张进秋．可编程控制器原理及应用实例[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[9] 汤以范主编《电气与可编程序控制器技术》 . 机械工业出版社,2005.