基于PLC的停车场车位控制系统毕业设计.docx
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基于PLC的停车场车位控制系统毕业设计
基于PLC的停车场车位控制系统
摘要
本文提出一种运用可编程控制器（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位停车位、入口检测器、出口检测器、道闸管理系统、七段数码管用来显示车库内车辆数、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。
采用PLC的自动控制系统，由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，因此，本控制系统与传统停车场相比，大大提高了设计效率，维护周期短、调试方便、成本较低、易操作、可靠性高，有很强的实用价值。
关键词：
PLC；停车场管理；车位控制
BasedonPLCcontrolsystemofparkingSpaces
Abstract
Thispaperproposesakindofusingtheprogrammablecontroller（PLC）andparkingforparkingandmanagestheinstructions.Thisparkingoccupiesby16parkingspace,entrancedetector,exportdetector,themanagementsystem,thedigitalworkstodisplaytheseventhinthegarageparkinglightsandanumberofvehicles,theparkingisfullalreadyindicatorcomponents.AdoptingPLCautomaticcontrolsystem,PLCisduetothereliability,easyoperation,flexibility,therefore,theadvantagesofthecontrolsystemandthetraditionalparking,comparedtoimprovethedesignefficiencygreatly,maintenancecycleisshort,convenient,lowcost,easyoperation,highreliability,hasgreatpracticalvalue.
Keywords:
PLC;Parkingmanagement;Parkingcontrol
第1章停车场的概论……………………………………………………………………
1.1停车场的种类………………………………………………………………………
1.2停车场管理模式的发展……………………………………………………………
第2章可编程控制器（PLC）简介及发展趋势………………………………………
2.1PLC的起源……………………………………………………………………………
2.2PLC的特点……………………………………………………………………………
2.3PLC发展的方向………………………………………………………………………
2.4PLC选型及简介………………………………………………………………………
2.5PLC总结…………………………………………………………………………………………
第3章硬件系统的设计……………………………………………………………………
3.1七段数码管的设计……………………………………………………………………
3.2车位传感器……………………………………………………………………………
3.3道闸管理系统…………………………………………………………………………
3.4车位指示板……………………………………………………………………………
第4章软件系统的设计…………………………………………………………………
4.1PLC外部输入输出点（I/O）…………………………………………………………
4.2车辆进库……………………………………………………………………………
4.3车辆出库……………………………………………………………………………
4.4车辆进出库梯形图……………………………………………………………………
4.5软件程序………………………………………………………………………………
第5章课题总结及展望
5.1课题总结………………………………………………………………………………
5.2展望……………………………………………………………………………………
致谢……………………………………………………………………………………………
参考文献………………………………………………………………………………………
基于PLC的停车场车位控制系统
第1章停车场的概论
1.1停车场的种类
停车场的形式经历了从露天、平面、人工收费到地下、自动计费停车场到塔式、立体、智能取车、自动计费的发展历程。
根据停车场位置的不同，停车场分为地面停车场、地下停车场及专用停车塔（楼）及路边临时占道停车场。
依据建筑物类型的不同，又可分为市区公共建筑群大型停车场（如成都天府广场的地下停车场）、综合建筑楼专用停车场（如各类商场及办公楼专用停车场）、办公区域专用地面停车场（如校园停车场）、住宅小区专用停车场及用于经营的专用停车楼（塔）。
1.2停车场管理模式的发展
停车场的管理模式呈现出从人工管理到智能化管理的发展趋势。
传统的管理方式采用人工管理的方式，车辆的进出、停放都由人工引导，计费也由人工计费收取。
自动化程度低，管理的随意性较大。
人类文明的发展进入信息时代，现代建筑的发展也进入智能建筑时代，计算机技术、现代通信技术、网络互连技术、数据库技术、信息发布技术、智能信息及其处理技术、自动化控制技术等关键技术都日臻成熟。
特别是近年来IC卡技术的广泛应用使得电子化、信息化、自动化、智能化管理停车场的实现技术也不断改进和完善，成本逐渐降低，安全性及可靠性要求不断提升，因此全人工管理停车场已难以适应时代的要求，对停车场实现自动化、智能化的管理与监控势在必行。
包括车辆出入工程的相关提示，停放服务的自动计费、车辆进出的自动化监控联动、自动记录进出车辆的相关信息及历史数据等。
一些专用停车塔（楼）则智能化程度更高。
车辆入库只需取卡后定点等待，自动化传输设备自动完成车辆的传送、托举、入库、计时及出库过程。
整个停车场设备高度智能化，停取车过程高度自动化，停车场空间利用效率更高。
同时该类型停车场要求在建筑专业化规划，停车场设备的专业化要求也相应更高。
第2章可编程控制器（ＰＬＣ）简介及发展趋势
2.1PLC的起源
在工业自动化控制领域主要分为PLC，工控机和嵌入式控制，而PLC自1968年诞生以后以惊人的速度成为了这一领域的主导者，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。
其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。
另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。
PLC技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。
大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。
2.2PLC的特点
就我个人来看，PLC市场份额不但不会减少，反而将会增加。
许多年前开始，就有人预言，PLC将要被PC-BASED控制系统取代。
但是，PLC的销售每年都在以一个十分稳定的增长率在上升，目前的PLC已经与十年前的PLC有着很大的区别，十年后的PLC与当前的PLC也将有着很大的不同。
但是，有两个方面是不变的：
首先，PLC会提供稳定的控制响应，其次，高度的可靠性。
PLC有着其它控制产品，如工控机，DCS，单片机等控制产品，所无法替代的特性。
1．可靠性
可靠性包括产品的有效性和可维修性。
可编程控制器的可靠性高，表现在下列几个方面：
a）可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此可靠性得到提高。
b）可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉电保护，故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复。
c）可编程控制器有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
d）可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺（SMT）制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便于维修的设计等。
2．易操作性
a）操作方便：
对PLC的操作包括程序的输入和程序更改操作，大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改操作。
现在的PLC的编程器大部分可以用电脑直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改。
b）编程方面：
PLC有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；编程语句是功能的缩写，便于记忆；功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通。
功能模块图和结构化文本语言，功能清晰，易于理解等优点。
c）维修方便：
PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和HMI屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。
3．灵活性
a）编程的灵活性：
PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。
使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。
b）扩展的灵活性：
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
它不仅可以通过增加输入输出卡件数来增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。
c）操作的灵活性：
操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。
操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。
在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。
4．机电一体化
为了使工业生产的过程控制更平稳，更可靠，向优质、高产、低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化，即仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC，机器人，CAD/CAM）之一。
可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让PLC成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。
由以上特点不难看出，PLC在工业控制领域，不仅不会逐渐推出，而且会不断扩大他的市场份额。
表面上看工控机的出现给PLC带来了一定程度的冲击，但如果我们仔细分析一下可以看到，工控机在某种程度上其实帮助了PLC的发展，因为PLC的可靠性高，易操作，但对与操作员站的一些功能，如曲线处理，数据记录等功能，远不及工控机，而工控机的致命缺陷是可靠性差。
所以目前来看工控机与PLC结合的控制系统更为完美。
工控机的出现推动了PLC的发展。
2.3PLC发展的方向
其实PLC自诞生以来也是在不断发展改进创新的。
采用新的、先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间。
小型的、低成本的PLC，可以替代4到10个继电器，获得更大的发展动力。
高密度的I/O系统，以低成本提供了节省空间的接口。
基于微处理器的智能I/O接口，扩展了分布式控制能力。
典型的接口如：
PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和支持高级语言编程的模块（如BASIC，PASCAL）。
包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成。
特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上，如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等。
由于工控机，DCS等控制系统的出现，将迫使PLC向着功能更多，开放性兼容性更强的方向不断发展。
2.4PLC选型及简介
1．选择的原则
选择PLC是首待解决的事情。
一方面要选择多大容量的PLC,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。
对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。
控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。
因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。
所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。
则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。
这样有可能造成输出点浪费，增加成本。
所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。
一般情况下继电器输出的PLC使用最多，对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：
（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。
如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。
（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。
在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。
因为本次课程设计是在学校完成。
考虑到实验室中应用的是三菱FX2N型PLC，对此种型号PLC的指令以及使用方法都比较熟悉。
所以本次设计采用就近取材原则选三菱FX2N型PLC。
2．FX2N型PLC的简介
20世纪90年代，三菱公司在FX系列PLC的基础上又推出了FX2N系列产品。
该机型在运算速度，指令数量及通讯能力方面有了较大的进步，是一种小型化、高速、高性能、各方面都相当于FX系列中最高档次的超小型的PLC。
FX2NPLC的基本单元可以根据控制规模大小外加扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成叠装式PLC控制系统。
下图是FX2N可编程控制器基本单元实物图。
FX2N可编程控制器实物图
2.5总结
PLC的未来发展除了产品本身的发展，更大程度上取决于用户和市场的发展，任何产品存在的根本在于用户和市场的需求。
PLC以它的高可靠性和易操作性，主导了工控行业数十年，我相信它将继续存在且壮大下去。
PLC是一种可编程的数字逻辑控制设备，早期用于开关量的逻辑控制，多用做控制电动机正反转和电磁阀的开关动作，从而控制机械设备的运转。
只要合理分派输入、输出点，根据控制要求设计梯形图，采用基本指令和步进指令就可达到控制目标。
随着控制要求的不断提高，许多PLC生产厂家进一步优化和完善PLC的功能，增加了功能指令，大大拓宽了PLC的应用范围，使PLC在某种程度上可以代替控制器和计算机的协同工作系统，为工业生产和民用控制设计提供方便。
PLC的具有可靠性高、功能性强和编程简单等优点，所以深受设计人员的喜爱。
PLC就如同一部计算机与继电器控制设备相结合的新型高性能控制装置。
PLC的基本单元包括中央控制器（PLC）、存储器、输入单元和输出单元。
采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
下面是PLC的基本单元结构图：
PLC基本单元物理结构图
PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端，而从PLC的逻辑结构来说，内部有许多软元件，如输入输出继电器、状态器、计数器。
计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭触电，方便对车辆进出、停车、计数、计时的信号输入和车辆停放数量、位置的显示。
大多数PLC的编程方式都有梯形图编程、指令表编程和顺序功能图（PLC）编程，特别是梯形图编程方式，直观易懂。
除了运用基本指令可以完成大量工作，功能指令的扩展更为系统开发、调试和维护带来很多便利，本文以梯形图编程方式设计停车场管理系统，无论从设计到功能分析都是极为方便的。
第3章硬件系统的设计
系统构成简图
3.1七段数码管的设计
要进行数字显示最常用的器件就是七段数码管，它是由a、b、c、d、e、f、g七个LED组成。
通过使不同的LED组合发光，达到数字的显示效果。
七段数码管各数码段分布及排序如图二所示,并联式七段数码管译码原理如图所示。
每个数码段通过限流电阻和译码开关（译码开关泛指能起到开关作用的器件,如:
三级管、集成电路、普通开关、接插件）相互并联,然后与电源联接,由译码开关译码,译码开关导通,表示与该译码开关相联的数码段显示;译码开关关断,表示与该译码开关相联的数码段不显示,数码段不同的显示组合,就可显示“0-9”10个阿拉伯数字。
例如:
在图3中,译码开关SA,SB,SC,SD,SE,SF导通,显示数码“0”;译码开关SB,SC导通,显示数码“1”,以此类推。
七段数码管各数码管分布七段数码管译码原理
3.2车位传感器
1．车位传感器工作原理及选型
车位传感器负责采集车位的状态信号，本节依据其工作原理进行选型[8]。
2．各类车位传感器
车位检测是大型室内专业停车场实现车位自动化定点管理的基础，车位传感器则是其中的关键部件。
目前对车位占、空状态的检测常采用地感线圈检测器、超声波车位传感器等常用方式。
近来亦有采用视频车位检测器实现对车位的检测。
电感线圈检测方式常被用于停车场的出入控制系统。
视频车位检测器则采用视频图像处理技术，采用摄像头同时监控多个车位，并将车位的占用信息传递到上位控制计算机。
除了传送简单的车位占用情况信息之外，还可以传送现场监测图片。
视频车位检测系统通常由图像采集、图像处理、网络通信、显示控制及电源五大模块组成。
系统对车位状态的监测需要强大的信息处理能力。
超声波车位传感器则采用超声波测距的工作原理，利用超声波发射、被测物体反射、回波接收后的时差来测量被测距离的一种非接触式测量仪器。
能够检测车辆是否停在车位上，具有防误检功能，如防相邻车位误检、人员在停车位误检、障碍物误检等。
由于使用超声波侦测，不会象使用红外线、微波等侦测方式容易受外在环境变化或干扰而造成误报问题。
由于每个传感器都有独立的防干扰功能，也不受周围传感器的干扰。
检测车位占、空状态可以采用光电、电磁、红外检测等多种方法设计车位传感器，但从检测原理及工程实施来看，超声波检测器具有造价低、非埋设、无附加反射装置、免维护和抗静电干扰等优点，有利于网络群测系统的构成。
基于超声波传感器的上述优点，本文系统中对停车场车位的检测选用超声波车位传感器。
3．超声波车位检测原理
超声波车位传感器利用超声波发射、被测物体反射、回波接收后的时间差来测量被测距离，根据不同距离时回波时间差的不同来判断车辆是否停在车位上。
超声回波示意图所示：
超声回波示意图
在没有车时，从发出超声波到接收到回波的时间：
（常数）其中s为传感器到地板的距离，v为0℃时超声波在空气中的传播速度，其值为331.5m/s。
当有车泊位时，由于超声波被车反射回，因此，从发出到接收回波的时间相对于没车时会减小，其大小为
，其中H为车头的高度。
这里讨论的停车场是以能容纳16辆车的车库为例设计一个管理系统。
自动控制系统的设计流程
PLC系统框图
3.3道闸开关系统
在车库入口处，道闸前的地下埋设车辆检测器，当车辆停在道闸前，检测器会向PLC发出信号告知将有车辆进入，道闸处于准备打开状态，只要身份识别正确，道闸立即打开。
道闸后的地面也要埋设检测器，车辆通过后，告知PLC要增加一辆汽车的数量，并在车库门前指示板上的数码管显示，最后控制道闸关闭。
下面是道闸开关功能示意图：
道闸开关示意图
3.4停车场车位指示板
在车库入口处应该安装指示板，告知车辆司机整个车库的停放情况，包括数量和停放的位置。
车库和指示板的示意图如图所示：
停车场车位指示板
当某一位置没有停放车辆时，相应编号的指示灯亮，司机看见使就可以按照指示进入车库按位停车。
这个部分同样可以用梯形编程图来实现。
车位线使程序，相对比较简单，所用到得软元件X10－X17，X20-X27，输出端原件Y20-Y27，Y30-Y37，输出输入原件共计16对。
只要在车尾顶部安装红外检测装置，就可以对车位有无车辆进行检测。
当车位无车辆时相应输入继电器不通电，常闭节点合上，输出端所连接的指示灯亮，如图中8号和9号灯亮，证明这两个车位为空。
而其余位置有车，所以相应的指示灯熄灭。
第4章软件系统设计
4.1PLC外部输入/输出点（I/O）
PLC外部输入/输出点（I/O）
输入点
输出点
系统动作X1——00000
闸栏开门Y1——01000
系统解除X2——00001
闸栏关门Y2——01001
入口检测器X3——00002
尚有车位指示灯Y3——01002
出口检测器X4——00003
车位已满指示灯Y4——01003
正传停止传感器X5——00004
显示车辆数七段灯Y10-Y17——01004-01010
反转停止传感器X6——00005
PLC硬件接线图
4.2车辆进库
编程图上，在支路2中，X0表示车辆检测装置开关，只要车辆驶到道闸前，车辆检测器发出信号使X0关闭，辅助继电器M1进入准备通电状态；只要X1闭合，支路1通电，驱动辅助继电器M0，其节点M0闭合，M1马上通电，M1节点动作，使输出线圈Y0置位，其相应的输出端Y0发出信号控制道闸升降的电动机正转，同时复位Y1线圈，确保道闸没有反转信号。
这时道闸就打开，车辆通过。
车辆通过以后，经过道闸后车辆检测器，这时有几道控制目标，所以运用主控制器指令MC对所有工作一并控制。
检测器发出信号使开关X2闭合，PLC就执行MC和MCR之间的程序，首先把Y0输出线圈复位，即道闸电动机正转信号复位，同时置位Y1输出线圈，是电动机反转，道闸关闭。
同时设定一个数据寄存器D0中的二进制数转换成十进制数输出到
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