基于PLC控制的停车场车位控制系统.doc

机电工程学院
课程设计说明书

设计题目: 基于PLC控制的停车场车位控制系统

学生姓名：
专业班级： 机制F09
学 号：20094805
指导教师：

年 月 日

内容摘要

设计针对目前停车场车位控制系统存在的集成自动化程度低、可靠性差和运行效率低下的不足，结合目前工业领域的应用技术，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化的程度较高的停车场车位控制系统。本文针对停车场车位控制系统中存在的问题，把PLC可编程序控制器和变频器应用于停车场车位控制系统上，同时对问题进行了较深入的研究。
本文阐述了停车场车位控制系统的PLC控制、自动计数、数码显示的一些基本思路和方法，介绍了关于PLC工作特点及运行原理，以及介绍了西门子S7-200可编程控制器系列 PLC控制器主要功能模块及应用。然后设计了停车场车位控制系统的基本模块及功能，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。最后程序分析测试论证停车场车位控制的设计。
关键词：PLC停车场;车位控制;西门子S7-200。

目 录

第1章 引 言 1
1.1课 题 内 容 1
1.2课题要求 2
1.3系统工作过程 2
第2章 PLC简介 3
2.1可编程控器概述 3
2.2 可编程控制器的定义 3
2.3 PLC的特点 3
第3章 基于PLC控制的停车场车位控制系统的设计 5
3.1控制程序流程图 5
3.2 系统硬件电路设计 6
3.2.1 CPU的选择 6
3.2.2输入输出编址 6
3.2.3 I/O接线图 7
3.3梯形图程序 7
3.4 停车场车位控制系统语句表 12
结 论 15
设计总结 16
谢 辞 17
参考文献 18

第1章 引 言
1.1课 题 内 容
基于PLC的停车场车位控制系统设计要求
图1：设计任务示意图

1.2课题要求
1．列出输入输出点分配表；
2．画出PLC的输入输出设备的接线图；
3.利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图，指令表的程序设计与调试；
4．完成课程设计说明书。
1.3系统工作过程
1.入库车辆前进时，经过1#传感器，此时车位尚未满的话，栅栏向上打开，当达到上限位置时，栅栏打开停止，同时车辆进入，经过2#传感器，栅栏门向下关闭，达到下限位置时，栅栏门停止关闭，同时计数器A加1；
2.出库时，先经过2#传感器，栅栏门向上打开，当达到上限的时候停止打开，同时车辆出闸门再经过1#传感器，栅栏门向下关闭，当达到下限位时，栅栏门停止动作，计数器B减1；（计数器B的初始值由计数器A送来）只经过一个传感器则计数器不动作。
3.仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示。
4. 若设仓库容量为16辆车，则仓库满时应报警并显示。
5.若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过1#传感器，出库车辆经过2#传感 器），应避免误计数。

第2章 PLC简介
2.1可编程控器概述
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
2.2 可编程控制器的定义
可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，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的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
2.3 PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

第3章 基于PLC控制的停车场车位控制系统的设计
3.1控制程序流程图
启动
由上述具体控制要求，可作出停车场车位控制系统在启动运行时的程序框图，如下图所示。

七段显示屏重置
七段显示屏重置

是否有车出
是否有车进入停车
N N

触发传感器1
传感器1无反应
触发传感器2
Y Y

大门不开
有位指示灯是否亮
开门
传感器2无反应
N

不开门
触发传感器1
Y
开门
不开门

触发传感器2
关门

关门

计数器减1

计数器加1

七段显示屏显示当前停车场已停车数

结束

图 2.1 控制程序流程图

3.2 系统硬件电路设计
3.2.1 CPU的选择
本次设计要求开始、停止、2个行程开关和2个传感器共6个输入接口，控制车满和有位2个指示灯、电机正反转及2个七段显示屏共18输出接口，所以选用CPU222并扩展2个EM222模块满足控制要求。
3.2.2输入输出编址
停车场车位系统输入开关及控制该系统的输出端在PLC中的I/O地址分配表如表2-1所示。

表 2-1 I/O地址分配表
控制信号
信号名称
元件名称
元件符号
地址编码

输
入
信
号
启动信号
常用开关
SB1
I0.0
停止信号
常用开关
SB2
I0.5
传感器1输入信号
接近开关
SQ1
I0.1
传感器2输入信号
接近开关
SQ2
I0.2
闸栏上限位信号
行程开关
SQ3
I0.3
闸栏下限位信号
行程开关
SQ4
I0.4

输
出
信
号
车位满信号
指示灯
HL1
Q0.2
有车位信号
指示灯
HL2
Q0.3
电机正转信号
电动机
KM1
Q0.0
电机反转信号
电动机
KM2
Q0.1
七段显示屏1信号
七段显示屏
SEG1
Q2.0-Q2.6
七段显示屏2信号
七段显示屏
SEG2
Q3.0-Q3.6

3.2.3 I/O接线图

图2.2 I/O接线图
3.3梯形图程序
根据程序模块及停车场车位控制的逻辑关系，可绘出梯形图控制程序。程序如下：

3.4 停车场车位控制系统语句表

TITLE=程序注释
Network 1 // 网络标题
// 程序启动
LD I0.0
O M10.0
AN M10.1
= M10.0
Network 2
// 程序停止
LD I0.5
= M10.1
Network 3
// 输出七段显示屏
LD M10.0
MOVW AC0, AC1
DIV 10, AC1
SEG AC1, QB0
SEG AC2, QB1
Network 4
// 重置2个七段显示屏
LDN M10.0
R Q0.0, 7
R Q2.0, 7
Network 5
// 控制大门的关闭停止
LD M0.4
O M0.7
O M1.2
A I0.4
LD SM0.1
O M0.0
OLD
AN M0.1
= M0.0
Network 6
// 控制车满灯和有位灯的亮灭
LD M0.0
A M10.0
O M0.1
AN M0.2
AN M0.5
AN M1.0
LPS
AB<= AC0, 15
S Q0.2, 1
R Q0.3, 1
LRD
AB= AC0, 16
S Q0.3, 1
R Q0.2, 1
LPP
= M0.1
Network 7
// 控制车进入开门
LD M0.1
A I0.1
AN I0.2
A Q0.2
O M0.2
AN M0.3
= M0.2
Network 8
// 开门动作停止
LD M0.2
A I0.3
O M0.3
AN M0.4
= M0.3
Network 9
// 关门并计数器加1
LD M0.3
A I0.2
O M0.4
AN M0.0
= M0.4
EU
AB<= AC0, 15
INCB AC0
Network 10
// 同时有车进入和离开时开门
LD M0.1
A I0.1
A I0.2
O M0.5
AN M0.6
= M0.5
Network 11
// 开门动作停止
LD M0.5
A I0.3
O M0.6
AN M0.7
= M0.6
Network 12
// 进入和离开完成时关门
LD M0.6
A I0.1
A I0.2
O M0.7
AN M0.0
= M0.7
Network 13
// 离开时的开门
LD M0.1
A I0.2
AN I0.1
O M1.0
AN M1.1
= M1.0
Network 14
// 开门动作停止
LD M1.0
A I0.3
O M1.1
AN M1.2
= M1.1
Network 15
// 离开时的关门并计数器减1
LD M1.1
A I0.1
O M1.2
AN M0.0
= M1.2
EU
AB>= AC0, 1
DECB AC0
Network 16
// 电机正转及开门控制
LD M0.2
O M1.0
O M0.5
= Q0.0
Network 17
// 电机反转及关门控制
LD M0.4
O M1.2
O M0.7
= Q0.1
Network 18
// 重置车满和有位指示灯
LD I0.5
R Q0.2, 1
R Q0.3, 1

结 论
纵观两周的设计过程，可以说在这一过程中我的收获很大，充分认识到自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复论证，许多问题都有了较好的解决方案。
软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它机械手控制方式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。收进的方式是将各部分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是程序编写比较简单，不需要再编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精确度要求并不高，适宜采用。若是在对定时精度要求比较高的情况下，应采用单片机的中断功能进行硬件定时。
通过此次设计，了解了停车场车位控制系统的工作原理，其中电路及软件实现是此次设计的主要部分。作为一个好的控制系统必须把各种控制都考虑在内之外，还要考虑安全控制。

设计总结
通过这次课程设计，我发现了我的理论知识掌握的不是特别好，而且很多方面掌握的都不到位，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网路成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学整个设计通过软件和硬件上的调试。我想对自己以后的学习和工作都有很大的帮助。在课程设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，只有理论与实际相结合，才能更加深入的了解问题。
只有了解了实际与理论知识并把它们相结合，才能解决问题。一切问题必须靠自己一点一滴的解决，而且要不断的更正以前的错误。设计是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此大部分时间是用在程序设计上面的。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心
通过这次对停车场车位控制的PLC控制，让我了解了PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

谢 辞
感谢学校给了我们这次宝贵的课程设计的机会，对我们的能力提高非常有帮助。感谢王宗才老师不辞劳苦的辛勤指导。感谢同组的刘彪组长对我的问题不厌其烦的回答。感谢班长给予的帮助。
从这次课程设计中，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次课程设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。
再次感谢母校4年的培养与王老师和小组成员的帮助与支持，使自己的综合分析力有了很大的提高。
参考文献
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[2] 吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用。机械工业出版社，2003.
[3] 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程控制器。华南理工大学出版社.2001.
[4] 陈立定.电器控制与可编程控制器.广东：华南理工大学出版社，2001.
[5] 吴中俊、黄永红.可编程程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2003.
[6] 于庆广.可编程控制原理与系统设计.北京：清华大学出版社.2004
[7] 史国生.电器控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003.
[8] 李媛.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009.
[9] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2008.