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1、学 海 无 涯,江西理工大学应用科学学院,0,西门子 PLC 课程设计,题目: 停车场车位控制系统设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级 ： 电 气 144 姓 名 ： 周 培 福 学 号 ： 27,2017 年 06 月,1,学 海 无 涯,1 引言 课题设计的目的： 近年来，我国的汽车产业飞速发展，汽车保有量持续攀升，又由于人口密度 大，在很多时候会出现停车难等问题。为了满足日益增长的停车需求，大型、超 大型停车场不断涌现，由于停车场规模大，传统的管理模式已经不满足需求。因 此，设计一套行之有效的泊车系统。 随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透， 当今的停
2、车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。先进可靠的停车场控制系 统在停车场管理系统中的作用越来越大。 利用 PLC 控制停车的停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济 的停车场管理手段，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。从用户的角 度看，其服务高效、准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护、动化程度 高、大大减轻管理者的劳动强度；从投资者角度看，彻底杜绝失误及任何形式的 作弊，防止停车费用流失，使投资者的回报有了可靠的保证。系统以 PLC 为信息 载体，通过智能传感器记录车辆进出信息，结合工业自动化控制技术控制机电一 体化外围设备，从而控制进出停车场的各种车辆 本课题设计主要
3、运用可编程控制器（PLC）对停车场进出及停放指示进行管 理的方案。本停车场由 16 个停车位、入口检测器、出口检测器、道闸管理系统、 尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。在设计硬件的基础上，对软件进 行设计，最后对系统进行调试，使控制车辆进出过程得以实现。 课题设计的内容： 如图 1-1 所示，假设停车场一共有停车位 16 个。 在入口处装设一传感器，用来检测车辆进入的数目。 在出口处装设一传感器，用来检测车辆出去的数目。 有车位时，入口闸栏将门开启让车辆进入，并有指示灯示表示尚有车位。 车位满时，则有一指示灯显示车位已满，且入口闸栏不能开启让车进入。 可以用七段数码显示管上显示目前停车
4、场共有几部车。,学 海 无 涯,图 1-1 停车场模型图 课题设计的目标: 停车场由启动开关控制，车库启用时先对所有用到的存储单元清零，并 且停车场车位空显示由数码管显示。 入库车辆前进时，经过传感器 1，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，经过传感器 2，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。 出库时，先经过传感器 2，栅栏门向上打开，当达到上限的时候停止打 开，同时车出闸门再经过传感器 1，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
5、个传 感器则计数器不动作。 仓库容量为 16 辆车，若停车场还有车位则可由车辆未满指示灯进行提醒 ，若车库车位已满则仓库满时有车位已满指示灯进行提醒并且七段数码管显示 此时停车场停车数量。 若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过传感器 1，出库车辆经 过传感器 2），应避免误计数。,2,学 海 无 涯 2 系统总体方案设计 系统硬件配置及组成原理 设计硬件选择及原理 本次设计要求需要有开始按钮、停止按钮、2 个行程开关和2 个传感器共6 个输入 接口，满车位和有车位2 个指示灯、三相异步电动机正反转、2 个七段显示数码管共18 个 输出接口，所以选用 CPU226DC/DC/DC（24 输
6、入/16 输出）并扩展一个EM223(8 输入、8 输出)模块满足控制要求。除CPU226 之外还需要24V/DC 直流电源、两个复位按钮、两个 红外传感器、两个指示灯、三相异步电动机。 由课程设计控制要求和内容，对于前两条要求，可以采用两个计数器来实现， 即一个增计数器和一个减计数器；栅栏的开启与闭合可以有电动机的正反转来实 现，并用指示灯显示停车场是否已经停满；车位满时应设计使栅栏不能开启，禁 止汽车进入停车场；用七段数码管来显示目前停车场中停车的数目。主电路的实 现比较容易，属于电动机的正反转。 系统组成图如图,PLC,输入,输出,指示 灯,电动 机,数码管 显示,行程 开关,传感 器,
7、控制 按钮,24V/D C,图 2-1 系统组成图,3,4,学 海 无 涯 2.2 系统变量定义及分配表 2.2.1 系统变量定义 控制系统变量有输入信号和输出信号两种类别： 输入信号有：1.开启按钮 2.关闭按钮 3.入口传感器输入信号 4.出口传感器输 入信号 5.栅栏上限位置开关（行程开关）6.栅栏下限位置开关（行程开关） 输出信号有：1.栅栏开启信号（电动机正转）2.栅栏关闭信号（电动机反转） 3.车位已满指示灯 4.尚有车位指示灯 5.七段数码管 1（Q0.0-Q0.6）6.七段数码 管 2（Q1.0-Q1.6） 2.2.2 系统变量地址分配表,表 2-1 I/O 地址分配表,学 海
8、 无 涯 系统接线图设计 系统接线图（PLC 外部接线） 停车场控制系统的接线图如图 2-2 所示，在该接线图中，I0.0、 I0.1 是系 统的总开关，入口传感器接 I0.2 输入端，出口传感器接 I0.3 输入端。L1 是停 车场车未满指示灯，L2 是车满指示灯，KM1 是电机正转的继电器线圈，KM2 是电 机反转的继电器线圈，Q0.0-Q0.6 接七段数码管 1,Q1.0-Q1.6 接七段数码管 2。,图 2-2 硬件接线图,5,学 海 无 涯 2.3.2 主电路控制图 停车场控制系统的主电路图 2-3 所示，当 QS 闭合时，KM1 闭合 KM2 断开电 机正转，闸门开启，车辆可通过。
9、当 KM2 闭合 KM1 断开时电机反转，闸门闭合， 车辆不可通过。,图 2-3 主电路控制图 2.3.3 编程元件解析 1.I 为输入继电器，它的作用是接受并存储外部输入的开关量信号， 和对 应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭软触点用于编程。 2.Q 为输出继电器，它的作用是具有一常开硬触点用于向外部负载发送信号， 每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连，直接驱动负载， 它也提供了无数的常开和常闭软触点用于编程。 3.M 为辅助继电器，它是由软件来实现的，用于状态暂存、移位辅助 运算 及赋予特殊功能的一类编程元件,其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电 器，绝大多
10、数的继电器线圈由用户程序驱动。 4.T 为定时器，作用相当于继电接触控制中的通电延时型时间继电器. 5.D 为数据寄存器，可编糖控制器在模拟量检测与控制以及位置控制等许多 场合都需要数据寄存器来存储数据和参数。,6,7,学 海 无 涯 2.4 系统可靠性设计 PLC 在工业过程控制中应用及其广泛，其可靠性高抗干扰能力强，配套齐全、 功能完善、适用性强，易学易用、深受工程技术人员欢迎，系统的设计、建造工 作量小、维护方便、容易改造，体积小、重量轻、能耗低。 在工作原理方面，可编程序控制器采用周期循环扫描方式，在执行用户程序 过程中与外界隔绝，从而大大减小外界干扰；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、
11、 对电源及IO 电路多种形式的滤波、CPU 电源自动调整与保护、CPU 与IO 电 路之间采用光电隔离、输出连锁、采用模块式结构并增加故障显示电路等措施； 在软件方面，设置自诊断与信息保护与恢复程序。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。 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。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
12、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。 PLC 的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制 系统常出现的冒险竞争，其控制结果总是确定的;而且又能应急处理急于处理 的控制，保证了 PLC 对应急情况的及时响应，使 PLC 能可靠地工作。 为监控 PLC 运行程序是否正常，PLC 系统都设置了监控
13、程序。运行用户程序 开始时，先清定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时 器的计时值。若超时(一般不超过 100ms)，则报警。严重超时，还可使 PLC 停止 工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重 复起始的过程，PLC 将正常工作。显然，有了这个监控程序，可保证 PLC 用户程 序的正常运行，可避免出现死循环而影响其工作的可靠性。 PLC 还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提 示信号。可通过编制相应的用户程序，对 PLC 的工作状况，以及 PLC 所控制的系 统进行监控，以确保其可靠工作。 PLC 每次上电后，还都要
14、运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序 配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。 正是 PLC 在软、 硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了 PLC 具有可靠稳定工作的特点。它 的平均无故障时间可达几万小时以上;出了故障平均修复时间也很短，几小时以 至于几分钟即可。 所以此停车系统能够稳定可靠的运行。,学 海 无 涯 3 控制系统设计 3.1 控制程序流程图设计 根据课程设计要求可作出停车场车位控制系统的控制程序流程图，如图 3-1 所示。 开始,七段数码管重置,是否有车进,入口传感器无反应,触发入口传感器,出口传感器无反应,触发出口传感器,是否有车出,大门不开,有位
15、指示灯 是否,开门,不开门,触发出口传感器,关门,计数器加一,七段数码显示器显示当前停车场 已停车数,结束,开门,不开门,触发入口传感器,关门,计数器减一,N,8,Y,Y,N,Y,N,图 3-1 控制程序流程图,学 海 无 涯 3.2 控制程序时序图设计 根据课程设计要求可作出车辆入库时序图，如图 3-2 所示；车辆出库时序图， 如图 3-3 所示；车辆同时出入车库时序图，如图 3-4 所示。,图 3-2 车辆入库时序图,图 3-3 车辆出库时序图,图 3-4 车辆同时出入库时序图,9,10,学 海 无 涯,控制程序设计思路 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高
16、级 语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要 求。程序设计是指用户编写程序的设计过程，以指令为基础，结合被控制 对象工艺过程的控制要求和现场信号，对照继电器编号，画出梯形图程序。 编程语言有以下特点图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的 图形符号组成，易于理解和记忆。明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定 了运算功能，操作数由用户填人，如：西门子 S7 200 系列。简化的程序结构： PLC 的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程 序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。简化应用软件生成 过程：只需要编辑一个过程，其余由系统软件本身生成。强化调试手
