基于PLC的停车场车位控制新版系统.doc

摘 要
本文关键利用可编程控制器（PLC）对停车场进出及停放指示进行管理方案。本停车场由20位停车位、入口检测器、出口检测器、道闸管理系统、还有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。在设计硬件基础上，对软件进行设计，采取组态软件建立人机监控界面，包含组态界面制作方案，功效语言实现，最终对系统进行调试，并给出相关参考程序，使自动按序停放过程得以实现，并能实时监控停放过程。
关键词：停车场车位；PLC；组态软件；实时监控

目 录

1、绪论 1
2、系统工作原理 1
3、皮带输送机硬件配置 2
3.1 PLC介绍 2
3.2 CPU处理模块 3
3.3 停车场车位I/O分配 4
3.4 停车场车位外部接线 4
4、停车场车位控制系统软件设计 5
4.1编程软件介绍 5
4.2停车场车位控制系统程序设计及分析 5
4.2.1停车场车位控制系统模块设计 5
4.2.2车库满检测模块设计 9
5、停车场车位控制系统监控界面设计 10
5.1 组态软件概述 10
5.2 定义数据词典 10
5.3 用户界面制作 11
5.4命令语言编写 13
6、程序调试 18
7、试验体会 19
参考文件 20

1、绪论
近20年来，伴随中国城市建设速度加紧，改革不停深入，经济蓬勃发展，物质日益丰富，机动车辆数量也是飞速上升。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，车辆停放成了市民最为关注问题。可能还有不少人对上世纪八、九十年代“挤车难”记忆犹新，但现在“停车难”问题更让不少人头疼。多年来各地政府部门投入了大量人力、物力用以改善城市停车设施，提升了很多停车场智能管理和安全化，一定程度上缓解了交通问题。不过，简单基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增加车辆对停车服务需求。据相关部门不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有一个正当车位，有城市每31辆才有一个停车位，已经越来越不适合日益增加车辆管理问题。
停车场管理系统关键要做到标准指示车辆进出，车辆进入时给司机正确车位数量和具体位置，车辆进入后，统计车辆总量；车辆离开时，降低车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，大大减轻了现代社会人“停车难”问题。
2、系统工作原理
停车场车位控制系统是一项集传感技术、自动控制、数据传输、局部网络连接等多个技术为一体综合系统。其工作原理是停车场车位显示器模拟实际布局情况，放置于对应区域位置，用LED显示车位状态。当车位有空位置时，对应LED灯亮；当有车辆停泊时，对应车数LED灯发亮，对行驶车位进行对应引导。用户进入后，观察车位显示器，依据分区指示路标，寻求最小号空置车位，并指导车辆驶往该处停泊。系统组成简图图1所表示：

图1 系统结构简图
3、皮带输送机硬件配置
3.1 PLC介绍
PLC是一个可编程数字逻辑控制设备，早期用于开关量逻辑控制，多用于控制电动机正反转和电磁阀开关动作，从而控制机械设备运转。只要合理分配输入、输出点，依据控制要求设计梯形图，采取基础指令和步进指令就可达成控制目标。伴随控制要求不停提升，很多PLC生产厂家深入优化和改善PLC功效，增加了功效指令，大大拓宽了PLC应用范围，使PLC在某种程序上能够替换控制器和计算机协同工作系统，为工业生产和民用控制设计提供方便。
PLC含有可靠性高、功效性强和编程简单等有点，所以深受设计人员喜爱。PLC就如同一部计算机和蓄电器控制设备相结合新型高性能控制装置。PLC基础单元包含中央控制器（CPU）、存放器、输入单元和输出单元。除了基础单元，PLC还能够追加很多扩展模块，从而增强其功效和性能。下面是PLC基础单元结构图图2所表示：

图2 PLC基础结构图
3.2 CPU处理模块
现代CPU中央处理功效：接收并存放从编程器输出用户程序和数据；诊疗电源，PLC内部电路工作状态和编程语法错误；用扫描方法接收输入信号，送人PLC数据寄存器保留起来；PLC进入状态后，依据存放前后次序逐条读取用户程序，进行解释和实施，完成用户程序中要求多种操作；将用户程序实施结果送至输出端。现代PLC使用CPU关键有一下多个：1.通用微处理器，如8080，6800，Z80A，8086等，通用微处理器价格廉价，通用性强。2.单片机，如8051等。单片机因为集成度高，体积小，价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛用于PLC智能I/O模块。位片式微处理器，如AMD2900系列等。3.位片式微处理器是独立于微型机另一分支。它关键追求运算速度快，它为4位为一片。用多个位片级联，能够组成任意字长微处理器。
本文所用是CPU224，其集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量I/O。它可连续7个扩展模块，最大扩张至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。CPU224有13K字节程序和数据存放空间，6个独立30KHz高速计数器，2路独立20KHz高速脉冲输出，含有PID控制器。CPU224配有一个RS-485通讯/编程口，含有PPI通讯、MPI通讯和自由方法通讯能力，是含有较强控制能力小型控制器。
CPU224模块输入、输出单元接线图图3所表示：

图3 CPU224模块输入、输出单元接线图
3.3 停车场车位I/O分配
本系统需要24个输入点和2输出点。依据PLC特点和系统设计需要，输入信号包含开启、停止、进车按钮、出车按钮等。输出信号包含有空车位检测、满车位检测可进车辆指示、车位已满指示等等。其I/O分配如表1所表示：

表1 元件地址I/O分配

3.4 停车场车位外部接线
PLC输入点和系统分为二部分相连接，系统传感器进车信号、传感器出车信号检测分别和PLC输入点I0.1、I0.2相连。
PLC输出点和车位检测器、空车位检测器、满车位检测器、可进车指示、车位已满指示等相连接。外部接线图4所表示：

图4 PLC外部接线图

4、停车场车位控制系统软件设计
4.1编程软件介绍
此次课设我们所使用编程软件是V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3提供软件工具帮助调试和测试程序。软件编程特征包含：监视S7-200正在实施用户程序状态，为S7-200指定运行程序扫描次数，强制变量值等。其它功效有：（1）运动控制 （2）创建调制解调模块程序 （3）USS协议库 （4）Modbus从站协议指令 （5）使用配方 （6）使用数据统计 （7）PID自整定和PID整定控制面板等。
4.2停车场车位控制系统程序设计及分析
4.2.1停车场车位控制系统模块设计
系统由入口闸栏检测、出口闸栏检测、空车位指示灯和满车位指示灯和数码显示灯系统组成。在设计中应用了常开触点、常闭触点、比较指令、定时器、置位和复位指令、计数器等指令来实现功效。停车场车位控制系统能自动识别车辆进入，车辆出去，车库满或未满和引导车辆停放到目前最小车位处。当车库未满时候车库闸栏打开。其梯形图以下：
网络1：

分析：实现自锁功效
网络2：

分析：数码管初始化
网络3：

分析：入口设置，实施自加。I0.1进车信号检测。
网络4：

分析：出口设置，实施自减。I0.2出车信号检测。

网络5：
①
②
③
分析：车库显示部分。其中①显示小于9辆车情况，②显示10-19辆车情况，③显示20辆车情况.

网络6：

.
.
.
分析：显示车辆最小号。

网络7：

分析：红灯亮，车满。车辆不能进入。
网络8：

分析：绿灯亮，车未满。车辆能够进入。
程序分析：
打开“开启”开关，红灯Q2.0灭，绿灯Q2.1亮，表明停车场中还有空车位和许可车辆进入停车场。这时停车场车位门是打开， 车辆依据现有车辆停放情况经过数码管告诉司机将车停放在最小车位号上。
若红灯Q2.0亮，绿灯Q2.1灭，此时显示车位已满，且入口栅栏不能开启让车辆进入停放。
关闭“开启”开关，停车场车位控制系统整个系统停止运行。
4.2.2车库满检测模块设计
当数码管显示20盏灯全亮，灯Q2.0亮，绿灯Q2.1灭时表示车库中车辆已满。同时入口栅栏关闭。车辆不能进入。
网络7：

分析：红灯亮，车满。车辆不能进入。

5、停车场车位控制系统监控界面设计
5.1 组态软件概述
组态王开发监控系统软件，是新型工业自动控制系统，它以标准工业计算机软、硬件平台组成集成系统替换传统封闭式系统。
它含有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常能够把这么系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不仅实现对现场实时监测和控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发关键作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。经过对监控系统要求及实现功效分析，采取组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充足利用Windows图形编辑功效，方便地组成监控画面，并以动画方法显示控制设备状态，含有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利生成多种报表。它还含有丰富设备驱动程序和灵活组态方法、数据链接功效。
5.2 定义数据词典
在系统中要先对不一样类型数据进行定义才能进行系统设计。本系统实时数据定义如表2所表示：
数据对象
类型
PLC地址
解释说明
Q1.0
I/O离散
Q1.0
车库未满检测
Q1.1
I/O离散
Q1.1
车库已满检测
Q2.0
I/O离散
Q2.0
车库未满门打开（红灯）
Q2.1
I/O离散
Q2.1
车库已满门打开（绿灯）
I0.0
I/O离散
I0.0
开启
I0.1
I/O离散
I0.1
入口（进车）
I0.2
I/O离散
I0.2
出口（出车）
I0.3
I/O离散
I0.3
停止
I1.1
内存整数
I1.1
车位1
I1.2
内存整数
I1.2
车位2
I1.3
内存整数
I1.3
车位3
I1.4
内存整数
I1.4
车位4
I1.5
内存整数
I1.5
车位5
I1.6
内存整数
I1.6
车位6
I1.7
内存整数
I1.7
车位7
I1.8
内存整数
I1.8
车位8
I1.9
内存整数
I1.9
车位9
I1.10
内存整数
I1.10
车位10
I1.11
内存整数
I1.11
车位11
I1.12
内存整数
I1.12
车位12
I1.13
内存整数
I1.13
车位13
I1.14
内存整数
I1.14
车位14
I1.15
内存整数
I1.15
车位15
I1.16
内存整数
I1.16
车位16
I1.17
内存整数
I1.17
车位17
I1.18
内存整数
I1.18
车位18
I1.19
内存整数
I1.19
车位19
I1.20
内存整数
I1.20
车位20
SEG-1
内存整数
SEG-1
车辆数（个位）
SEG-2
内存整数
SEG-2
车辆数（十位）
SEG-3
内存整数
SEG-3
车位号（个位）
SEG-4
内存整数
SEG-4
车位号（十位）
表2　 数据词典定义
5.3 用户界面制作
停车场车位控制系统欢迎界面图5所表示，监控系统界面图6、7、8所表示：

图5 停车场车位控制系统欢迎界面

图6 停车场车位控制监控系统界面1

图7 停车场车位控制监控系统界面2

图8 停车场车位控制监控系统界面3

5.4命令语言编写
用户界面制作完成后要和界面编制程序，程序是用户界面后台支持。首先程序使得用户界面和下位机PLC实现通讯，使用户界面能够控制系统运行。其次程序建立了画面中动画和系统状态联络，使用户画面中能够实时反应系统运行情况。本系统编写命令语言以下：
if(\\本站点\车库中几辆车==20)
\\本站点\车库满=1;
else
\\本站点\车库满=0;
if(\\本站点\车库中几辆车==20)
\\本站点\车库为未满=0;
else
\\本站点\车库为未满=1;
if(\\本站点\车库满==1)
\ \本站点\门关上=1;
else
\\本站点\门关上=0;
if(\\本站点\车库为未满==1)
\\本站点\门打开=1;
else
\\本站点\门打开=0;
if(\\本站点\车库为未满==1)
\\本站点\前门=\\本站点\前门+10;
else
\\本站点\前门=\\本站点\前门;
if(\\本站点\车库满==1)
\\本站点\前门=\\本站点\前门-10;
else
\\本站点\前门=\\本站点\前门;
if(\\本站点\车库满==1||\\本站点\车库为未满==1)
\\本站点\后门=\\本站点\后门+10;
else
\\本站点\后门=\\本站点\后门;

if(\\本站点\车库中几辆车>=1)
\\本站点\车位1=1;
else
\\本站点\车位1=0;
if(\\本站点\a==1&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==0&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位1=1;
else
\\本站点\车位1=\\本站点\车位1;

if(\\本站点\车库中几辆车>=2)
\\本站点\车位2=1;
else
\\本站点\车位2=0;
if(\\本站点\a==0&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==0&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位2=1;
else
\\本站点\车位2=\\本站点\车位2;
if(\\本站点\车库中几辆车>=3)
\\本站点\车位3=1;
else
\\本站点\车位3=0;
if(\\本站点\a==1&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==0&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位3=1;
else
\\本站点\车位3=\\本站点\车位3;
if(\\本站点\车库中几辆车>=4)
\\本站点\车位4=1;
else
\\本站点\车位4=0;
if(\\本站点\a==0&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==1&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位4=1;
else
\\本站点\车位4=\\本站点\车位4;
if(\\本站点\车库中几辆车>=5)
\\本站点\车位5=1;
else
\\本站点\车位5=0;
if(\\本站点\a==1&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==1&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位5=1;
else
\\本站点\车位5=\\本站点\车位5;
if(\\本站点\车库中几辆车>=6)
\\本站点\车位6=1;
else
\\本站点\车位6=0;
if(\\本站点\a==0&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==1&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位6=1;
else
\\本站点\车位6=\\本站点\车位6;
if(\\本站点\车库中几辆车>=7)
\\本站点\车位7=1;
else
\\本站点\车位7=0;
if(\\本站点\a==1&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==1&&\\本站点\d==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位7=1;
else
\\本站点\车位7=\\本站点\车位7;
if(\\本站点\车库中几辆车>=8)
\\本站点\车位8=1;
else
\\本站点\车位8=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位8=1;
else
\\本站点\车位8=\\本站点\车位8;
if(\\本站点\车库中几辆车>=9)
\\本站点\车位9=1;
else
\\本站点\车位9=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==1&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==0)
\\本站点\车位9=1;
else
\\本站点\车位9=\\本站点\车位9;
if(\\本站点\车库中几辆车>=10)
\\本站点\车位10=1;
else
\\本站点\车位10=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==0
)
\\本站点\车位10=1;
else
\\本站点\车位10=\\本站点\车位10;
if(\\本站点\车库中几辆车>=11)
\\本站点\车位11=1;
else
\\本站点\车位11=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==1&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==0
)

\\本站点\车位11=1;
else
\\本站点\车位11=\\本站点\车位11;
if(\\本站点\车库中几辆车>=12)
\\本站点\车位12=1;
else
\\本站点\车位12=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==1&&\\本站点\e==0
)
\\本站点\车位12=1;
else
\\本站点\车位12=\\本站点\车位12;
if(\\本站点\车库中几辆车>=13)
\\本站点\车位13=1;
else
\\本站点\车位13=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==1&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==1&&\\本站点\e==0)

\\本站点\车位13=1;
else
\\本站点\车位13=\\本站点\车位13;
if(\\本站点\车库中几辆车>=14)
\\本站点\车位14=1;
else
\\本站点\车位14=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==1&&\\本站点\e==0)

\\本站点\车位14=1;
else
\\本站点\车位14=\\本站点\车位14;
if(\\本站点\车库中几辆车>=15)
\\本站点\车位15=1;
else
\\本站点\车位15=0;
if(\\本站点\d==1&&\\本站点\a==1&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==1&&\\本站点\e==0)

\\本站点\车位15=1;
else
\\本站点\车位15=\\本站点\车位15;
if(\\本站点\车库中几辆车>=16)
\\本站点\车位16=1;
else
\\本站点\车位16=0;
if(\\本站点\d==0&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==1)
\\本站点\车位16=1;
else
\\本站点\车位16=\\本站点\车位16;
if(\\本站点\车库中几辆车>=17)
\\本站点\车位17=1;
else
\\本站点\车位17=0;
if(\\本站点\d==0&&\\本站点\a==1&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==1)
\\本站点\车位17=1;
else
\\本站点\车位17=\\本站点\车位17;
if(\\本站点\车库中几辆车>=18)
\\本站点\车位18=1;
else
\\本站点\车位18=0;
if(\\本站点\d==0&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==1)
\\本站点\车位18=1;
else
\\本站点\车位18=\\本站点\车位18;
if(\\本站点\车库中几辆车>=19)
\\本站点\车位19=1;
else
\\本站点\车位19=0;
if(\\本站点\d==0&&\\本站点\a==1&&\\本站点\b==1&&\\本站点\c==0&&\\本站点\e==1)

\\本站点\车位19=1;
else
\\本站点\车位19=\\本站点\车位19;
if(\\本站点\车库中几辆车>=20)
\\本站点\车位20=1;
else
\\本站点\车位20=0;
if(\\本站点\d==0&&\\本站点\a==0&&\\本站点\b==0&&\\本站点\c==1&&\\本站点\e==1)
\\本站点\车位20=1;
else
\\本站点\车位20=\\本站点\车位20;
if(\\本站点\进车==1)
\\本站点\车库中几辆车=\\本站点\车库中几辆车+1;
else
\\本站点\车库中几辆车=\\本站点\车库中几辆车;
if(\\本站点\出车==1)
\\本站点\车库中几辆车=\\本站点\车库中几辆车-1;
else
\\本站点\车库中几辆车=\\本站点\车库中几辆车;
6、程序调试
若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这么可少犯错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。为了正确发觉系统存在问题，需要进行系统调试，调试次序根据先硬件后软件，先局部后整体次序来完成。
（1）硬件调试：
接通电源，检验西门子S7-200可编程控制器是否能够正常工作，接头是否接触良好，然后把其和电脑通信口连接。
（2）软件调试：
按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法检验，正确后设置正确通信口，将指令读入到指定可编程控制器ROM中，在打开组态王画图和同时编程进行下一步调试。
（3）运行调试：
在硬件调试和软件调试正确基础上，打开西门子S7-200可编程控制器“RUN”开关进行调试；在打开组态王观察运行情况，看是否是随时按下停止按钮能够停止系统运行，或等候100个脉冲后，系统是否停止运行。
7、试验体会
过两周努力，最终完成了此次课程设计。原来认为自己对可编程控制器原理知识掌握还比较不好，不过到做课程设计时候才发觉自己存在着很多不足，其中就有很多基础知识不是很完善、扎实。值得激励是我不懈努力，一直突破，一直完美，一直主动地寻求多种处理问题方法。我很兴奋，因为整个过程全部是经过自己努力去设计。
经过这次对PLC控制，让我对PLC梯形图、指令表、外部接线图、组态有了愈加好了解，也让我了解了PLC设计原理。有很多设计理念起源于实际，从中找出最适合设计方法。
即使这次课程设计是要求自己独立完成，不过，相互还是脱离不了集体力量，碰到问题和同学相互交流讨论。在讨论过程中使我明白：我们在做课程设计时候要不停讨论问题，这么，我们能够尽可能统一思想。讨论不仅是部分思想题，还能够深刻讨论部分技术上问题，这么能够使自己处理问题愈加快部分，少走部分弯路。多改变部分自己设计方法，在设计过程中最好要不停改善自己处理问题方法，这么能够方便自己处理问题。
设计过程中，经过针对性查找资料，了解相关电子方面资料，即增加了自己知识面，补充最新专业知识，又提升了自己应用能力和实践能力。对学过书本理论知识起到了很好温习作用。停车场车位控制系统采取PLC为控制关键结构，合理测试、方便可靠，它含有较强灵活性，提升了设备运行可靠性。经过对PLC停车场车位控制系统设计，让我很好利用了PLC知识，对书本知识深入消化和巩固。
这次课程设计最终顺利完成了，这个设计让我受益颇多，只要用心去学习，不怕困难，团结一心，不管多么艰苦，我们全部能取得成功，在以后学习过程中，我会愈加重视自己操作能力和应变能力，多和这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生环境，相信在很快未来，能够打造一片自己天地。
最终，要谢谢老师指导和同学们帮助，让我从中学到了很多知识。谢谢你们！

参考文件
[1] 史国生.电气控制和可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，.
[2] 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，.
[3] 阮友德.电气控制和PLC实训教程.北京：人民邮电出版社..
[4] 梁延东.电梯控制技术 .中国建筑工业出版社.
[5] 胡学林.可编程控制器原理及应用.电子工业出版社，