车辆出入库管理PLC专业系统设计.doc

目 录
第1章 概述 1
1.1 国内外状况及发展趋势 1
1.2 PLC发展历史 2
1.3 PLC发展新动向 3
1.4 PLC基本构造 3
1.5 PLC特点 4
1.6 PLC工作原理 5
1.7 PLC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
3.3 PLC电路设计 10
3.4 PLC选型机I/O点分派 11
第4章 程序设计 13
4.1 控制规定 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
参照文献 24

第1章 概述
1.1 国内外状况及发展趋势
近来，随着国内都市建设速度加快，都市交通需求量也日益增大。由于私家车、出租车比重呈现逐年上升趋势，因而车辆停放仍旧是市民最为关注问题。
据关于方面记录，截止记录，国内生产汽车934.5万辆，同比增长5.2%，国内国内汽车销量为938.05万辆，同比增长6.7%。由于汽车数增长远远高于停车位增长，国内每年停车位缺口高达300多万个，都市停车位远远不能满足需要。当前国内汽车与车位数量之比约为5:1，而正常平衡比例应当是1:1.2，差距很大，需要大量增长停车位，在都市土地资源紧缺状况下通过地面增长车位已难以满足规定。
在寸土寸金都市中心不也许挥霍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局限性。此状况下机械式立体车库长处十分明显。
初期自动控制系统是依托继电-接触器来实现，其特点是：构造简朴、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；又采用触点开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。
1969年，浮现了可编程逻辑控制器PLC（Programmble Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定期、计数等功能，编程语言采用直观梯形图语言，软件更改以便，通用性和灵活性好。
当前，可编程控制器PLC重要是朝着小型化、便宜化、原则化、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DCS（Distributed Control System）、现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），这将使PLC得功能更强，可靠性更高，使用更以便，合用范畴更广。
近几年，随着停车需求不断增长，车辆出入库规模也越来越趋于大型化。因而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重要构成某些。随着经济发展和停车需求增长，车辆出入库管理系统下一种技术发展方向将是智能化、网络化、集成化、人性化。提高车辆出入库运营效率、加强安全性以及与智能交通系统信息互动，把有关科学技术发展领域最新成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。

1.2 PLC发展历史
来源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置规定。1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程序控制器PDP-14，在美国通用汽车公司生产线上试用成功，初次采用程序化手段应用于电气控制，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，中华人民共和国研制出第一台PLC
发展：20世纪70年代初浮现了微解决器。人们不久将其引入可编程序控制器，使PLC增长了运算、数据传送及解决等功能，完毕了真正具备计算机特性工业控制装置。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，为了以便和反映可编程序控制器功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller （PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程序控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了奔腾。更高运算速度、超小型体积、更可靠地工业抗干扰设计、模仿量运算、PID功能及极高性价比奠定了它在当代工业中地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器国家日益增多，产量日益上升。这标志可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快时期，年增长率始终保持为30~40%。在这时期，PLC在解决模仿量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处在统治地位DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器发展特点是更加适应于当代工业需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器工业控制设备配套更加容易。
1.3 PLC发展新动向
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采用可以编制程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模仿式输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运送、环保及文化娱乐等各个行业，它具备高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜特点。
1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微解决器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体构造向小型模块化构造发展，增长了配备灵活性，减少了成本。
2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3：不断加强通讯功能
4：新器件和模块不断推出 高档PLC除了重要采用CPU提高解决速度外，尚有带解决器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，功能不断提高，编程语言趋向原则化，有各种简朴或复杂编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档PLC指令系统
6：发展容错技术，采用热备用或并行工作、多数表决工作方式。
7：追求软硬件原则化。

1.4 PLC基本构造
1.4.1中央解决器（CPU）
中央解决器（CPU）是PLC控制核心。它按照PLC系统程序赋予功能：a.接受并存储从顾客程序和数据；b.检测电源，存储器，I/O以及警戒定期器状态，并能诊断顾客程序中语法错误。
1.4.2 I/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，是联系外部现场设备和CPU模块桥梁
输入模块用来接受和采集输入信号，开关量输入模块用来接受从按钮、选取开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来开光量输入信号；模仿量输入模块用来接受电位器、测速发电机和各种变送器提供持续变化模仿量电流电压信号。卡关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、批示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模仿量输出模块用来控制调节阀、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、检查、修改顾客程序，并监视顾客程序执行状况。
使用编程软件，可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间互相转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中程序上载到计算基金，程序可以存盘或打印。
1.4.4 电源
PLC电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一种良好、可靠得电源系统是无法正常工作，因而PLC制造商对电源设计和制造也十分注重。普通交流电压波动在+10%(+15%)范畴内，可以不采用其他办法而将PLC直接连接到交流电网上去。如FX1S额定电压AC100V—240V，而电压容许范畴在AC85V—264V之间。容许瞬时停电在10ms如下，能继续工作。
PLC电源在整个系统中起着十分重要作用。普通小型PLC电源输出为两某些：一某些供内部电路工作；一某些向外提供应现场传感器等工作电源。

1.5 PLC特点
PLC之因此可以发展，除了它顺应了工业自动化客观规定之外，更重要一方面是由于它具备许多适合工业控制长处，较好地解决了工业控制领域中普遍关怀可靠、安全、灵活、以便、经济等问题。它具备如下几种明显特点：
1.5.1 编程办法简朴易学
梯形图是使用最多PLC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，并且可以依照现场状况，在生产现场一边调试边修改程序，以适应生产需要。
1.5.2 功能强，性价格比高
一台小型PLC内有成百上千种可供顾客使用编程软件，有很强功能，可以实现非常复杂控制功能与相似继电控制系统相比，具备很高性能价格比。
1.5.3 硬件配套齐全，顾客使用以便，适应性强
PLC产品已经原则化、系列化、模块化，配备有品种齐全各种硬件装置供顾客选用，顾客能灵活以便进行系统配备，构成不同功能和不同规模系统。PLC安装接线也很以便，普通用接线端子连接外部接线。
1.5.4 可靠性高，抗干扰能力强
老式继电器控制系统中使用了大量中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易浮现故障，PLC用软件代替大量中间继电器盒时间继电器，仅剩余与输入和输出关于少量硬件，接线可减少互继电器控制系统1/10—1/10，因触点接触布朗导致故障大为减少。
1.5.5 系统设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能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、接线工作量大大减少。
PLC梯形图程序普通用顺序控制设计法来设计。这种编程办法很有规律，很容易掌握。对于复杂控制系统，设计梯形图时间比设计相似功能继电器系统系统电路图时间要少多。
1.5.6 维修工作量小，维修以便
PLC故障率很低，且有完善自诊断和显示功能。PLC或外部输入装置和执行机构发生故障时，可以依照PLC上发光二极管或编程器提供信息迅速查明故障因素，用更换模块办法可以迅速排除故障。
1.5.7 体积小，能耗低
PLC平均无端障时间可达到数万小时以上，使用寿命可达几十年。对于复杂控制系统，使用PLC后，可以减少大量中间继电器和时间继电器，因而，控制柜体积可以缩小到本来一半到10分之1。特别是小型PLC体积仅相称于两个继电器大小，且能耗仅为数瓦，因此它是机电一体设备抱负控制装置。

1.6 PLC工作原理
PLC则是采用循环扫描工作方式。；一种扫描周期重要可分为3个阶段。
1.6.1 输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU扫描所有输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完毕输入端刷新阶段后，将关闭出入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间虽然输入端状态发生变化，输入状态寄存器内容也不会变化，而这些变化必要等到下一步周期输入刷新阶段才干被读入。
1.6.2 程序执行阶段
在程序执行阶段，依照顾客输入端控制程序，从第一条开始逐渐执行，并将相应逻辑运算成果存入相应内部辅助存储器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入刷新阶段。
1.6.3 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内容，依次送到输出锁存电路（输出影像寄存器），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一种工作周期，因而称为循环扫描方式。显示扫描周期长短重要取决于程序长短。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，即每一种扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新，因此系统存在输入输出之后现象，这在一定限度上减少了系统响应速度。但是由于其对I/O变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化进行刷新，这对普通开关量控制系统来说是完全容许，不但不会导致影响，还会提高抗干扰能力。总之，PLC采用扫描工作方式，是区别于其她设备。

1.7 PLC选型
当前应用最广泛PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。三菱PLC构造灵活、传播质量高、速度快、带宽稳定、范畴广、成本低、实用面广但是数据解决比西门子弱。
德国西门子（SIEMENS）公司生产可编程序控制器在国内应用也相称广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域均有应用。西门子（SIEMENS）公司PLC产品涉及LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、原则化，具备网络通信能力，功能更强，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
运用PLC控制停车场空位显示，实现全自动运营。停车场空位假设为99个，停车场全控是启动按钮SB1后，依照出口，入口车辆检测传感器1#、2#检测，计算与否有空位？若有空位，点亮入口绿色批示灯L1，否则点亮入口红色批示灯L2。

图 2-1 传感器布置图
停车场空位有99个。
启动按钮SB1在停车场全空时按下，另设停止按钮SB2。
出口、入口车辆检测传感器各1个，用来检测车辆进出。
入口批示灯两个，用来批示有无空位。
2.2整体方案设计
整个系统有一种启动按钮和一种停止按钮，按下启动按钮，整个控制系统运营，按下停止按钮则系统停。入口有两个灯，分别是红灯和绿灯作为输出，电路中尚有个加减计数器，它设定值是99。加减计数器随着车辆进出而加减，一旦计数器达到99，入口处红灯就亮，提示司机朋友此停车场车位已满。而其她时候都为绿灯，表达此停车场尚有停车位。

第3章 系统硬件设计及端口分布
3.1整体框架
1. 入库车辆迈进时，通过1#2#传感器计数器C6加1，后退时通过2#1#传感器计数器C6减1，单通过一种传感器则计数器C6不动作。
2．出库车辆迈进时，通过2#1#传感器计数器C6减1，后退时通过1#2#传感器计数器C6加1，单通过一种传感器则计数器C6不动作。
3. 设计一种由两位数码管及相应辅助元件构成显示电路，显示车库内车辆实际数量。
本系统设计通过光传感器进行信息采集之后，传到可编程控制器进行解决，然后通过一系列有关解决之后，在数码管显示相应车辆数，以此来实现车辆输入库管理。其系统整体框图如下：

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：
Q23系列反射板式接受器 (R) 型号：
检测距离： 供电电压：24V DC 输出形式：互补型固态
特点： 聚焦式焦距为 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 防护级别IP67和NEMA6
带自诊断功能，有LED状态批示灯 产品附带安装支架
树脂封电路及结实ABS外壳 可选电缆式或接插件式接线方式

图 3-2 Q23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，能较好解决光亮物体检测问题。两个偏振镜头分别安装在发射器和接受器镜头前面，偏振方向互相垂直。
　　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，这种光波可通过接受器水平偏振镜头被接受器接受。
　　偏振镜头虽然解决了传感器检测光亮物体时误动作问题，但同步也大大削弱了有效光束能量，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合尤为重要。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与否是车辆，当人通过传感器时不可以计数；另一方面，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，及时进行复位解决，以免车辆在传感器附近作来回运动时错误计数。

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：
输出敏捷度 、 、
非线性： 重复性： 蠕变：输出阻抗： 绝缘电阻：
温度补偿范畴： 工作温度范畴：
安全过载能力： 极限过载能力：
传感器材料：不锈钢/合金钢 引线方式：直线引线

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畴，当称重传感器检测车辆到位，信号传到PLC，进行相应程序运营。构造合理，使用简朴，安装以便。重要合用于车载专用秤、天车秤及车辆轮、轴力测量。

3.3 PLC电路设计
3.3.1 PLC输入电路设计
PLC根据接受到车辆检测信号判断与否容许车辆通过道口，因而车辆检测器选用与输入通道接口电路设计是非常重要。
3.3.2 输入接口电路
为了保证能在恶劣环境中使用，PLC输入接口需采用隔离办法。采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线也许引入电磁场干扰和辐射干扰。
3.3.3 PLC输出电路设计
通过控制批示灯批示车辆通行状况，控制显示牌显示车库存储车辆状况。故PLC接线图如下：

图 3-7 PLC外部接线图图

3.4 PLC选型机I/O点分派
设计中采用内存为3.2K，最大I/O点数640点微解决器，电源使用带有24VDC和AC1 10-120/220-240V使用电源依照系统控制规定，本系统需计数器3个，16个输入点和16个输出点，所选PLC类型满足系统规定。

表3-1 I/O接口地址分派表
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
报警
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

第4章 程序设计
4.1 控制规定
（1）入库车辆迈进时，通过1#→2#传感器后计数器加1，后退时通过2#→1#传感器后计数器减1，单位过一种传感器则计数器不动作。
（2）出库车辆迈进时通过2#→1#传感器后计数器减1，后退时通过1#→2#传感器后计数器加1，单通过一种传感器则计数器不动作。
（3）设计一种由两位数码管及相应辅助元件构成显示电路，显示车库内车辆实际数量。

4.2 计数逻辑
1.光传感器接受光被遮断时定义为“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#完毕脉冲同步2#有信号，则启动增计数逻辑；
5.传感器2#完毕脉冲同步1#有信号，则启动减计数逻辑；
6.传感器1#和传感器2#都完毕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.增计数与减计数启动逻辑互锁；
9.增计数和减计数进行逻辑互锁。
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“方向鉴定条件1”；
条件4和条件5为“方向鉴定条件2”；

4.3 程序流程图

图4-1 程序流程图

4.4 梯形图

4.5指令语句表

结 束 语
本设计采用光传感器采集信号，使用PLC控制，用数码管显示，本设计可以可靠精确完毕了车辆出入库时记录和显示工作，无论车辆来回状况如何，都不会浮现误计和漏计数，在外界干扰状况较大状况下，都不会浮现有关误计数。两个LED数码管显示，既经济实用又以便。
本设计具备如下长处:计数动作精确可靠，设备安装简朴，性价比高，自动化限度高，抗干扰能力强，剩余端口便于其她功能扩展。
设计过程中，通过针对性地查找资料，理解关于PLC方面资料，既增长了自己知识面，补充最新专业知识，又提高了自己应用能力和实践能力，对学过课本理论知识起到了较好温习作用。通过对车库车辆出入库管理设计，让我较好运用了PLC知识，对课本知识进一步消化和巩固。随着汽车特别是私有汽车普及使用，对大型停车厂系统集中化和智能化安全性管理已经成为大规模停车服务管理必然趋势。针对既有停车系统挂历中存在缺陷及PLC技术和传感器技术迅猛发展所带来新控制方式和管理方式变革，采用先进、科学、合理设计办法，建立一套基于PLC车辆出入库管理系统，实现车辆出入库，数量记录、信息查询过程自动化，就显得十分必要。
建立提高停车场运用率和以便驾车者信息系统，通过信息显示牌向寻找停车场驾车者提供空闲停车场位置和停车位满空状况，以及诱导路线指南等信息，最大限度地提高了停车场使用率。
显示车库内车辆实际数量外，同步还实现了系记录算机化科学管理。本设计中实现双道闸自动抬、落（出口、人口均安装道闸）控制车辆自动进出：将交通系统中车辆检测器、信号灯和智能门禁安全系统中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技术。
本设计采用光传感器采集信号，使用完全PLC控制，完毕了车辆出入库时记录和显示工作，可以可靠地精确无误进行计数，无论单个车辆如何来回运动，都不会浮现误计数和漏计数，并且在人通过光传感器时不会误计数。最后采用两个LED做显示，可以显示车库内车辆实际数量。
长处：本系统采用重复逻辑判断，计数动作精确可靠；设备简朴安装以便；自动化限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。
缺陷：PLC输出口资源有点过于挥霍。

致 谢
在这次PLC课程设计制作中，指引教师以及同窗们都给了我诸多协助。在这里向她们表达感谢。通过本次课设，我学到了诸多知识，跨越了老式方式下教与学体制束缚，通过查资料和收集关于文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先被动接受知识转换为积极谋求知识，这可以说是学习办法上一种很大突破。在以往老式学习模式下，咱们也许会记住诸多课本知识，但是通过课程咱们学会了如何将学到知识转化为自己东西，学会了怎么更好解决知识和实践相结合问题。
为期七周毕业设计结束了，在此由衷感谢尹教师悉心指引，教师严谨科研和治学态度，我受益匪浅。在设计过程中，从对知识理论层次理解，到实际理解和应用，我学习了诸多东西。从忙着查询有关资料，到有关模块理解和应用，一下子使自己感到知识需要从理论到实际有很长路要走，在这段路程中，受益于教师谆谆辅导和同窗热心协助，在此，衷心感谢！

参照文献
[1] 廖常初.S7-200PLC基本教程[M].2版. 北京：机械工业出版社.
[2] 蔡杏山.西门子S7-200PLC技术[M]. 北京：人民邮电出版社.
[3] 郑凤翼.图解PLC控制系统梯形图和语句表[M]. 北京：人民邮电出版社.
[4] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用（西门子系列）. 北京：电子工业出版社.
[5] 亢俊健，贾丽萍，等.光电子技术及应用[M]. 天津：天津大学出版社.
[6] 张福学等.传感器敏感元器件大全. 北京：电子工业出版社.1990