车辆出入库电气控制系统设计

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1、过Q家上整电气控制与PLC课程设计说明书题 目： 车辆出入库电气控制系统设计专业班级：姓 名：学 号：指导教师：评语：成绩：指导老师签名： 日期:电气控制与PLC课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目车辆出入库电气控制系统设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师主要内容（参数）利用PLC设一种车辆出入库电气控制器，实现以下功能：1 .利用2位LED显示车库剩余停车位个数；2 .入庠车到达刷卡后能自动控制栏杆机允许进入；3 .出库不到达刷卡后能自动控制栏杆机允许驶出。任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第3-4天：按照确定的设计方案绘制原理图。第5-6

2、天：根据原理图和设计方案绘制接线图。第7-8天：根据设计方案、原理图和接线图选择器件，列写元件清单。第9-10天：撰写课程设计说明书。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、 格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。主要参考资料1任月t杰.电气控制与PLC系统.北京：机械工业出版社，20132二菱FX2N系列PLC使用说明书3陈宇.可编程序控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，2002.4孙岩.Visio2007图形设计从新手到高手.北京：清华大学出版社，2008审查意见系（教研室）主任签字：年 月 日1 概述 21.1 自动控制的应用背景和意义 21.2 设计思想及基本功能 22 方案设

3、计 32.1 系统框图 32.2 方案选取 42.3 总体方案设计 73 硬件电路设计 83.1 系统的原理方框图 83.2 主电路 93.3 I/O分配 123.4 I/O接线图 143.5 元器件选型 154 .软件设计 164.1 程序流程图 164.2 程序梯形图 174.3 程序指令表 185 .系统调试 21设计心得 22参考文献 231 概述1.1 自动控制的应用背景和意义随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，汽车已越来越多的进入家庭，汽车消费时代已悄然来临，停车场的建设也是方兴未艾。停车场作为交通设施的组成部分，随着交通运输的繁忙和不断发展，人们对其管理的要求也不断提高，都希

4、望管理能够达到方便、快捷以及安全的效果。早期的自动控制系统是依靠继电- 接触器来实现的， 其特点是结构简单、 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， 又采用触点的开关动作， 工作频率低， 触点易损坏， 可靠性差。 1969年出现了可编程逻辑控制器PLC,其特点是具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便通用性和灵活性好。目前可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，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、现场总线控制系统，这将使PLC的功能更

5、强、可靠性更高、使用更方便、适用范围更广 .先进的控制技术和管理方式实现对大型停车场系统的集中化和智能化的安全性管理控制已经成为大规模停车服务管理的必然趋势。针对现有的停车系统管理中存在的缺陷及PLC技术和传感器技术的迅猛发展所带来的新控制方式和管理方式的变革，采用先进的、科学的、合理的设计方法建立一套基于PLC的车辆出入库管理系统，最大限度地提高了停车场的使用率。此外，由于设计尽量减少人工的参与，从而最大限度的减少人员费用和人为失误造成的损失，大大提高整个停车场的安全性与使用效率。自动化停车场的这些优点使得对其设计就是十分必要的了。1.2 设计思想及基本功能停车场管理系统重点要做到准确指示车

6、辆进出，车辆进入时给予司机准确的车位数量，车辆进入后记录车辆总量，车辆离开时减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理。对现有的停车系统管理实现以下要求：车辆出入库自动化、数量统计自动化、信息查询自动化。车辆出入库控制系统由入库出卡器，车辆存在车辆检测器，入库栏杆机，入库车辆检测器（当有车辆压住检测线圈时，控制器可以输出一个开关信号，当车辆离开时，控制器的输出开关信号打开） 、出库车辆存在车辆检测器、出库栏杆机、库里车辆数显示器（ 2 位 7 段数码管，车库共有50 个车位）组成。栏杆机由单向异步电机拖动250W， AC220V。具体要求如下：1、车辆入库时，车辆检测器检测到车辆

7、，司机并取出入库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数减1。2、当入库车辆驶离入库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。3、车辆出库时，车辆检测器检测到车辆，司机并取投入库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数加1。4、当入库车辆驶离出库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。5、控制器采用PLC控制。2 方案设计2.1 系统框图根据设计要求实现的数码管显示车库剩余停车位； 入库时， 车辆驶入自动检测，刷卡后栏杆机打开允许驶入；出库时，车辆检测，刷卡后自动打开栏杆机；我们可以得出系统结构框图如图 2-1 所示。图2-1系统框图2.2 方案选取本设计主要

8、部分是一种停车场车辆检测系统， 通过分布在进出口的车辆检测器， 实现对闸杆机的控制和车位提示等功能。根据设计要求和系统框图可我们可以知道 设计由以下基本硬件组成：出入库车辆存在检测器、控制器、出入库栏杆机、出入 库刷卡器、显示器2.2.1 出入库车辆检测器选择在设计选定阶段，我查阅了大量出入库车辆检测相关的资料，并从海量的检测方案中选出比较常见的几种，加以比较。方案一：选用光电传感器对车辆的进出进行检测。光电开关有光导通，当车辆通过时，光电开关信号通过导线传给 PLG具有非接触，无触点无机械结构的特点， 但是露天环境由于风雨影响，不在密封环境下用就很容易被污染失效。方案二：选用称重传感器对车辆

9、的进出进行检测。对称重传感器设定车辆检测范围，当检测到车辆到位，将信号传到PLG运行相应的程序。利用称重传感器能够对车辆是否到位进行很好的检测，但是称重传感 器价格昂贵，安装维护十分不便。方案三：选用地感线圈传感器对车辆的进出进行检测。地感线圈车辆检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器。 地感线圈Ll埋在路面下，通有一定工作电流 的环形线圈，由多匝导线绕制而成，埋设在道路中地感线圈作为检测器谐振电路中 的一个电感元件，与车辆检测器的振荡回路一起形成 LC谐振。当有车辆通过时，将 会使线圈中单位电流产生的磁通量增加，从而导致线圈电感值发生变化。把这个信 号传送给PLG执行相关程序，判断是否有车

10、经过。地感线圈具有安装维护方便， 受外界因素影响小，价格便宜的特点。通过对以上方案的综合考虑，本设计最终选取采用地感线圈，作为检测车辆存 在的检测器。2.2.2 控制器的选择由于PLC具有功能强、可靠性高、使用方便、适用范围广的特点，设计要求中 明确规定，需要使用PLC作为车辆出入库电气控制系统的控制核心。结合个人实际 情况，对三菱公司PLC熟悉程度相对较高。所以本次设计选用三菱系列PLG又综合考虑设计要求和可能存在的功能扩展，保留了一定的I/O功能余量，本次设计选用三菱FX2N-32M即PLC作为控制核心。FX2N-32MI PLC实物如图2-2所示。图2-2 FX2N-32MR 型PLC实

11、物图2.2.3 车库车位余量显示方案选择系统明确要求采用两个七段数码管显示器用来显示所剩的停车位个数。而数码管 显示由于占用I/O 也太多，也是阻碍我们本次设计的难点所在。查阅了大量PLC控制数码管显示的资料后，我们基本归纳出，以下几种显示方案。方案一：直接使用PLC输出端口分别控制数码管各段显示。缺点是占用输出端口 太多，而I/O点数又是影响PLC价格的一个重要因素，所以这种方案成本过高。方案二：借鉴单片机的LE四码管动态扫描显示原理，循环点亮数码管。采用PLC 直接输出数字量驱动数码管，将PLC开关量输出分为两部分，一部分用作数据输出， 另一部分用作控制数码管公共端信号的输出，利用人眼的余

12、辉效应，循环点亮每个 数码管。但是考虑到PLC的周期性扫描的特点，在编程时要做到每个周期只能点亮 一个数码管，如果程序较短，扫描周期很短的情况下，人眼感觉每个数码管都是均 匀通电亮着的，没有拖尾现象，但是如果扫描周期加长，会出现拖尾现象。方案三：选用译码器控制数码管显示。为节省 PLCI/O 口资源及显示方便，选用 CD4511七段译码器2个，输入数据为 一位BCDK,输出为对应输入数的数码管七 段输出。共阴极数码管二个，选用大尺寸数码管放在明显地方。综合考虑各种要素，最终显示采用由 PLC输出并经解码器解码后输出到数码管的 方式。这种方法操作简单、成本低廉，显示电路如图2-3所示。图2-3数

13、码管显示电路2.2.4 出入库栏杆机选择栏杆机的示意图如图2-4所示，设计要求通过单相直流电动机的正反转控制来实现栏杆机的自动升降。Q) 2珏传感器图2-4栏杆机示意图2.2.5 刷卡器选择IC卡刷卡器是用于识别身份的装置，当车主刷卡识别后，信号传到PLG通过程序的运行栏杆机打开，允许车辆驶入。市面上常用的IC卡刷卡器如图2-5所示。图2-5 常用的IC卡刷卡器2.3 总体方案设计通过上述讨论我们可以看出，本设计车辆出入库电气控制系统是基于满足设计 要求的前提下，并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，综合考虑各种 因素的情况下，而得来的系统方案。方案具体工作过程如下。系统总体方案示意图

14、 如图2-6所示。图2-6车辆出入库电气控制系统总体方案示意图3硬件电路设计3.1 系统的原理方框图1)车辆入库车辆经入库车道入库，当车辆压线时，采用 1#地感传感器检测到车辆后，司机 取出入库卡刷卡后，控制器PLC发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。随着车辆的进入，2#地感传感器检测到车辆后触发 PLG PLC#到计数信号，数 码管显示器显示数减1,同时PLC向自动栏杆机发出关信号，栏杆机电机反转，栏 杆机自动下落。(2)车辆出库车辆经出库车道出库，当车辆压线时，采用 3砚感传感器检测到车辆后，司机 取出入库卡刷卡后，控制器PLC发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。随着车辆的驶出，4

15、#地感传感器检测到车辆后触发 PLG PLC得到计数信号，数 码管显示器显示数加1,同时PLC向自动栏杆机发出关信号，栏杆机电机反转，栏 杆机自动下落。系统的原理方框图如图3-1所示：图3-1系统的原理方框图3.2 主电路由于设计要求中明确规定栏杆机要由 250WW AC220Vl向异步电机拖动，而单向 异步电机又不像三相电机控制那么简单，所以查阅了大量单相异步电冬季的相关资 料，具体与本设计相关的重要资料有其工作原理和正反转控制。工作原理：单相异步电动机是指用单相交流电源供电的异步电动机，当单相正弦交流电通入定子单相绕组时，就会在绕组轴线方向上产生一个大小和方向交变的 磁场。这种磁场的空间位置不变，其幅值在时间上随交变电流按正弦规律变化，具 有脉动特性，称为脉动磁场，单相异步电动机脉动磁场，不同于三相异步电动机中