基于PLC控制的立体停车场控制系统设计说明.doc

目录
一、绪论 2
1.1概述 2
1.2　智能立体停车场管理系统的作用和地位 2
1.3立体停车场的类型 3
1.4设计方向 3
二、三菱PLC简介 3
2.1三菱FX2N 系列PLC的性能指标和分类 4
2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言 5
三、非接触式IC卡简介 6
3.1非接触式IC卡读写器 6
四、立体停车场分类 7
4.1 简易停车设备。 7
4.2 半自动停车设备 7
4.3全自动停车设备 7
五、立体停车库选用和管理系统构架 8
5.1 双层5车位立体停车库 8
5.2立体车库系统组成 9
5.3 管理系统构架 9
六、立体车库系统设计 10
6.1 PLC选择 10
6.2 I/O口分配 10
6.3 PLC外部接线端口图 12
基于PLC控制的立体停车场控制系统设计

一、绪论

1.1概述
车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已将近二十年的历程。由于很多新建小区住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。
立体停车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。
在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。但现今立体停车场的管理相对落后存取车慢，人工失误造成的拥堵，损失。本文就双层立体停车场的管理系统进行讨论。
1.2　智能立体停车场管理系统的作用和地位
近年来汽车的动态平衡与静态管理已成为许多专家学者重点研究的新课题。为了保证车辆安全和交通方便,迫切需要采用自动化程度高、方便快捷的停车场自动管理系统,提高停车场管理水平。现阶段的目标就是要提供满足人们工作、生活、娱乐环境更科学、规、有效快捷、安全、方便的智能停车场自动管理系统。停车场系统正在向大型化、复杂化、集成化和高科技化方向发展,已经被纳入智能建筑的一个重要子系统,并且正与智能建筑的其它子系统进一步高度集成。　　　　
智能停车场管理系统采用先进技术和高度自动化的机电设备,将机械、电子计算机和自控设备以及智能IC卡技术有机地结合起来,通过电脑管理可实现车辆出入管理、自动存储数据等功能,实现脱机运行并提供—种高效管理服务的系统。　　　　
新型的智能停车场将生活理念和建筑艺术、信息技术、计算机电子技术等现代高科技完美结合,提供的是一种操作简单、使用方便、功能先进的人性化系统。它依靠高科技,以人为本,采用图形人机界面操作方式,提供一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化生活空间,促进了人文环境的健康发展。
1.3立体停车场的类型
1.3.1户外立体停车场
户外立体停车场大多是由平面式户外停车场改建而来，大多采用简易式双层停车位，基本不存在管理系统，基本是由人工管理。受到环境和天气影响大都属于小型停车场。
1.3.2地下立体停车场
地下立体停车场很多是由普通地下停车场改建，采用的是半自动立体停车位，有相互独立的控制系统，但大多还是采用人工管理。不收天气影响，基本属于中型停车场。
1.3.3全封闭式立体停车场
全封闭式立体停车场是新出现的封闭式的大型智能化停车场，在建立时就必须从基础开始建造无法改建成本高，有相对成熟的管理系统和控制系统。

1.4设计方向
本文的管理系统是针对改建后的立体停车场而设计的，为了改善其管理机制和提高存取效率为目标。采用PLC和非接触式IC卡系统，PLC用以自动管理和安排车位，记录停放时间，并让车主自助选择停放时间安排停放车位以短时停车在下层长时停车在上层。非接触式IC卡系统用以实现 “一车一卡一位”管理和车辆防盗，相对应的每个IC卡只能对应一个车位。

二、三菱PLC简介

2.1三菱FX2N 系列PLC的性能指标和分类
2.1.1 PLC主要性能指标：
输入／输出点数（I／O点数）。I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。
存储容量。存储容量是指可编程序控制器部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。
扫描速度。一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。
功能扩展能力。可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。
指令系统。指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。
2.1.2 PLC的分类
通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。
2.1.3PLC系统的组成
PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。
(1)PLC的硬件结构
一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入／输出接口、部电源）、I／O扩展单元及外部设备组成。图2-1为PLC的硬件结构图。

本课题选用三菱FX2N－64MR型PLC。其中M为基本单元，输入点数为32，输出点数为32出，R表示该单元为继电器输出型。

2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言
2.2.1PLC的工作方式
(1)PLC的扫描工作方式
可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-3所示，包括五个阶段：部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。
(2)PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-4所示。

(3)PLC的扫描周期
在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。
(4)PLC的I／O响应时间
PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。

三、非接触式IC卡简介

3.1非接触式IC卡读写器
非接触式IC卡又称射频卡,由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡读写器技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破.卡片在一定距离围（通常为5—10mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

3.1.1非接触性与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。
二者之间的通讯频为13.56MHZ。非接触性本身是无源卡，当读写器对卡进行读写操作是，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与本身的L/C产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器,完成一次读写操作。读写器则一般由单片机，专用智能模块和天线组成，并配有与PC的通讯接口，打印口，I/O口等，以便应用于不同的领域。
3.1.2非接触性智能卡部分区
非接触性智能卡部分为两部分：系统区（CDF）用户区（ADF）
系统区：由卡片制造商和系统开发商及发卡机构使用。
用户区：用于存放持卡人的有关数据信息。

四、立体停车场分类

4.1 简易停车设备。
又叫valet parking，是指有人代为泊车取车的一种停车设备，它所增加的车位并不多，一般是普通停车场车位的2倍。
且，如果要上面的车下来，必须把下面车开走，这种停车设备主要用于家庭和小型停车场或者4S店等。
4.2 半自动停车设备
又叫self parking，指可以可以自助泊车。只需摁下你所停车的车位号，或者刷停车卡系统会自动做出反应，通过上下、左右移动来将车主所需车辆降至地面可以开出的位置。由于这种停车系统主要是左右和上下移动来完成的，通常又被叫做升降横移类停车系统。
4.3全自动停车设备
是一种类似于电梯的停车设备，只需车主将车辆开到停车设备，就会自动送至空位，取车时也只需刷卡即可。当然此类设备较为昂贵，在国并不常见。

五、立体停车库选用和管理系统构架

5.1 双层5车位立体停车库
该车场属于升降横移式上层3车位下层2车位，空出1车位用以上层车位升降。升降横移式立体停车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式立体停车设备。升降横移式立体停车库除底层有一个车位没有载车板外其它每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地面层，驾驶员进入车库、存放车辆、完成存取车过程。停泊在这类停车库地面的车只做横移不做升降，上层的载车板当其下而为空车位（没有载车板）时降到地面层，驾驶员才可进入车库将汽车开进或开出车库。底层载车板应添加挡板防止车辆被盗和车辆滑动出现意外。
如5-1所示其车位有5个下层有一个空位用以上层车位升降用。例如2-2车位车辆要下降取车1-2车位先向右平移到空位后2-2车位开始下降到地面才可以取车。停车则相反。这个停车场下层车辆取车无需进行操作控制，可以直接取走对短时停车取车有很快响应速度。

5.2立体车库系统组成
系统主要由：PLC、组态监控部分、电气传动部分、检测部分、手动控制部分、支架模型
5.3 管理系统构架
管理系统的作用是加快车主停车取车的动作，减少人工管理的失误，减少人工成本提高停车场效率。
为了提高停取车效率已经安排车主在停车时选择停车大概时间将停放时间短的车辆安排在下层，停放时间短的安排在上层。但出现下层已经停满也可以安排在上层，上层停满也同样。同时可使用数码管显示当前停车场所剩余的车位数量，同时在车主选择停放时间时可用传感器检查车辆长度和重量是否符合停车库的停放标准，超过后应提示车主无法停放。但符合停放标准是发放IC卡并告知停放车位。
当取车时车主到停车车库刷IC卡后，车库识别IC卡并降下挡板或载车板车主驶离载车板后交还IC卡后挡板或载车板归位，完成取车过程。
非接触式IC卡的刷卡端在感应到有IC卡刷卡时判断此IC卡是那个车位的，在确定是某车位的IC后向PLC发送一个类似开关信号启动相应的车位动作。IC卡只能用于取车无法用于存车。
同时应用传感器检测车辆长度和重量是否符合停车库标准，和车位剩余量。长度检测用3个传感器当车辆到达位置现在停放时间时位置感应传感器开始工作1号传感器检测车头位置是否超过检测线，2号传感器感应车辆，3号在车尾位置，如果1号和3号传感器都检测到说明车辆长度过长无法停放。重量检测只要在车辆下方放置一个重量传感器如果超重就发送一个信号。
在采用7段数码管进行车库剩余车位计数，2-3位数总车位计数应采用计算机软件或单片机配合数码管实现。
管理系统可以用于单个5车位停车库也可以用于整体停车场。用于单个5车位停车库时在停车场前加一个操作台就可，用于整体停车场时在停车场出入库增加控制台就可。

六、立体车库系统设计

6.1 PLC选择
本系统因为输入总数为32个应采用FX2N-64MR 的三菱PLC。是一种具有结构紧凑、抗干扰能力强、使用方便、同类产品价格便宜等优点。随着电子科技发展及产业应用之需要，PLC的功能也日益强大，例如位置控制及网络功能等。
6.2 I/O口分配
针对本课题要求，我们规定了PLC输入点分配。其中，X0到X1为停放时间选择；X2到X6为IC卡识别通过开关；X7到X17为传感器（除X8、X9）；X20到X35为限位开关（除X18、X19、X28、X29）；X36为停取完成开关；X37为紧急停止开关。
输入分配表
停车6小时以下
X0
1-1车位左限位开关
X20
停车6小时以上
X1
1-1车位右限位开关
X21
1-1车位IC卡
X2
1-2车位左限位开关
X22
1-2车位IC卡
X3
1-2车位右限位开关
X23
2-1车位IC卡
X4
2-1车位上限位开关
X24
2-2车位IC卡
X5
2-1车位下限位开关
X25
2-3车位IC卡
X6
2-2车位上限位开关
X26
1-1车位停放传感器
X7
2-2车位下限位开关
X27
1-2车位停放传感器
X10
2-3车位上限位开关
X30
2-1车位停放传感器
X11
2-3车位下限位开关
X31
2-2车位停放传感器
X12
1-1车位挡板上限位开关
X32
2-3车位停放传感器
X13
1-1车位挡板下限位开关
X33
车辆长度检查传感器1
X14
1-2车位挡板上限位开关
X34
车辆长度检查传感器2
X15
1-2车位挡板下限位开关
X35
车辆长度检查传感器3
X16
停取完成
X36
车辆重量检查传感器
X17
紧急停止开关
X37

关于输出点的定义，它们两两成对，构成控制交流接触器吸合条件。7段数码管要有A-G7个输出。
同时IC卡可由人工给以或出卡机给以这里分配5卡的出卡输出，本文是由人工给以将对应指示灯亮起。

输出分配表
2-1车位平台上升
Y0
2-1车位平台下降
Y1
2-2车位平台上升
Y2
2-2车位平台下降
Y3
2-3车位平台上升
Y4
2-3车位平台下降
Y5
1-1车位平台左移
Y6
1-1车位平台右移
Y7
1-2车位平台左移
Y10
1-2车位平台右移
Y11
1-1车位挡板上升
Y12
1-1车位挡板下降
Y13
1-2车位挡板上升
Y14
1-2车位挡板下降
Y15
数码管A
Y16
1数码管B
Y17
1数码管C
Y20
数码管D
Y21
数码管E
Y22
1数码管F
Y23
1数码管G
Y24
1-1车位IC卡
Y25
1-2车位IC卡
Y26
2-1车位IC卡
Y27
2-2车位IC卡
Y30
2-3车位IC卡
Y31

6.3 PLC外部接线端口图
根据I/O分配,本系统外部接线如图。
如上图KM0-KM13是交流接触器接通220V电压使用COM0至COM3，。A-G的七段数码管接通1.7V使用COM4
注：IC卡读取器和PLC在附录图1-1
6.4主电路图
注：在附录
6.5 PLC梯形图及运行方式及指令语句
注：在附录
宁可累死在路上，也不能闲死在家里！宁可去碰壁，也不能面壁。是狼就要练好牙，是羊就要练好腿。什么是奋斗？奋斗就是每天很难，可一年一年却越来越容易。不奋斗就是每天都很容易，可一年一年越来越难。能干的人，不在情绪上计较，只在做事上认真；无能的人！不在做事上认真，只在情绪上计较。拼一个春夏秋冬！赢一个无悔人生！早安！—————献给所有努力的人.