车库车辆出入库管理PLC车库出入管理.docx
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车库车辆出入库管理PLC车库出入管理
汽车车库控制系统的设计
【摘要】随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。
对车库门自动控制是今后车库向智能化发展的必然趋势。
本文主阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,对该系统进行了各方面的分析，对各方面要求的系统加以详细叙述，控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。
此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。
引言
随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用了自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力的快速发展，并不断的丰富着人们的生活。
早期的自动化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；有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（ProgrammableLogicController），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，形成工业控制及系统、分布式控制系统DCS（DistributedControSystem）、现场总线控制系统FCS（FieldbusControlSystem），这将是PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。
在超级市场、公共建筑、银行、别墅车库门，经常使用自动门控制系统。
早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已经逐渐被淘汰。
PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。
由于直流电动机的调速范围宽广，调速性能平滑，直流电动机超载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行时使用直流电动机。
本设计主要是针对别墅型车库自动门的自动开关控制而论，自动门控制装置系统有检测元件、可编程控制器（PLC）、电动机、声控开关、光控开关、灯、电子锁组成。
可编程控制器（PLC）的简介
可编程控制器的定义
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，多用作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。
只要合理分配输入、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在某种程序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的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块。
f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
PLC程序设计方法
1、分析控制系统的控制要求
熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。
2、选择适当类型的PLC
根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。
进行内存容量的估计，适当留有余量。
根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。
确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。
3、硬件设计
根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。
按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。
4、软件设计
（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。
（2）模拟调试。
将设计好的程序下载到PLC主单元中。
由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
5、现场调试
在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。
现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。
在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。
将PLC的工作方式置为“RUN”。
反复调试，消除可能出现的问题。
当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
可编程控制器与其他工业比较
基于PLC的别墅型车库自动门管理系统，PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端，而从PLC的逻辑结构来看，内部有许多软元件，如输入输出继电器、辅助继电器、状态器、计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭接点，方便对车辆进出、停放的信号输入。
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（SFC）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、调试和维护带来许多便利，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。
可编程控制器的原理是在确立了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描的工作方式，系统工作管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。
一次循环可分五个阶段，分别为内部处理阶段、通信服务阶段、输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段。
第一章车库车辆出入库PLC控制任务书
1.1课程设计分析
在车辆出入库时，设置传感器检测车辆到位，再设置身份识别检测器，通过PLC控制道闸的开关来实现车辆出入的自动化，在车辆出入的同时，通过光电传感器的检测，并且光电传感器与PLC的实时通信，以此来统计车库现有车辆的数目，并显示在数码管上，实现车辆计数的自动化。
1.2车库车辆出入库简单示意图
图1.1车库车辆出入库示意图
第二章车库车辆进出库PLC控制
2.1车库车辆进出库PLC硬件控制电路设计
本次设计选用三菱FX2N-32MR-001（AC100～240V,输入16点，输出
16点）。
表2.1车库车辆进出库PLC控制I/O分配表
电气元件
PPLC元件
功能
电气元件
PLC元件
功能
输
入
光电传感器1
X0
检测车是否进入
输
出
电机正转继电器
Y8
门上升
光电传感器2
X1
检测车是否进入
电机反转继电器
Y9
门下降
IC卡启动信号
X2
身份验证
蜂鸣器
Y6
车辆出入库报警
称重传感器1
X3
检测入库开门
报警灯
Y7
车库满了报警
称重传感器2
X4
检测出库开门
YY0—Y3
低位控制显示
到位行程开关1
X5
门上限
YY4Y5
高位控制显示
到位行程开关2
X6
门下限
车库启用按钮
X7
复位寄存器
数码管启用开关
X8
启用数码管
2.2传感器选择
2.2.1光电传感器的选择
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送给PLC，如图2.2所示：
图2.2光电开关无光导通示意图
2.2.2称重传感器的选择
对称重传感器设定车辆检测范围，当称重传感器检测车辆到位，信号传到PLC，进行相应的程序运行，桥式测力称重传感器CYB-605S受力方式和外形尺寸如图2.3所示：
图2.3称重传感器受力方式与外形参照图
2.2.3传感器型号参数
所选用的各种传感器型号及其参数如表2.2所示：
表2.2所选传感器型号、参数一览表
传感器名称
传感器参数
光电传感器
Q23系列对射板式发射器（E）型号：
Q236E
Q23系列对射板式接受器（R）型号：
Q23SN6R
检测距离：
8m
供电电压：
24Vdc
输出形式：
互补型固态NPN
特点：
聚焦式焦距为50mm
•短距离和长距离直接反射式以及光纤式
•可见红色光源易于安装及对准
•带自诊断功能，有LED状态指示灯
•10～30Vdc供电电压
•互补型输出
•树脂密封电路及坚固的ABS外壳
•防护等级IP67和NEMA6
•可选电缆式或接插件式接线方式
•产品附带安装支架
桥式测力称重传感器
型号：
CYB-605S供桥电压：
10~24V
输出灵敏度：
≈2.0mV/V、4~20mA、1~5V
非线性：
0.02%FS重复性：
0.015%FS
迟滞：
0.02%FS蠕变：
0.02%FS/30min
灵敏度温漂：
0.0016%FS/℃零点温漂：
0.0026%FS/℃
零点平衡：
±1.0%FS
输入阻抗：
365±5
输出阻抗：
365±3
绝缘电阻：
5000M
温度补偿范围：
-10~55℃
工作温度范围：
-35~85℃
安全过载能力：
150%FS
极限过载能力：
200%FS
传感器材料：
不锈钢/合金钢
引线方式：
直接引线
2.3IC卡检测仪
IC卡仪器是用于识别身份的装置，当车主无接触刷卡时，信号传到PLC，通过程序的运行使道闸打开，车辆驶入。
2.4车库车辆出入库PLC控制程序流程图
根据控制要求绘制出车库车辆出入库的程序流程图
图2.4车库车辆出入库系统流程图
第三章电动机正反转电路图
图3.1电动机正反转电气原理图
电动机的正反转是通过继电器KM1与KM2实现的，KM1线圈控制电动机正传，门打开，KM2线圈控制电动机反转，门关闭。
第四章车库车辆出入库PLC控制程序设计
4.1控制门程序
图4.1控制门程序规定的
LDX2
OUTM0
LDX3
ORM1
ANDNOTX5
OUTM1
LDX4
ORM2
ANDNOTX6
OUTM2
LDM0
ANDM1
LDONTM2
ANDX1
ANDLD
ORY8
ORNOTX5
OUTY8
车辆入库时，IC卡确认后从X2输入后使M0为ON，且X3同时接通使Y8置为ON，电机正转使门打开，当到达打开位置后触动到位行程开关X5使Y8置为OFF,电机停止转动，车辆通过门，行至规定位置后，触动称重传感器2使X4置为ON，使的Y9置为ON，电机反转使门关闭，当道闸碰到到位开关2后X6接通后使Y9置为OFF，电机停止转动。
汽车出库时，当光电传感器2得到信号后使X1得到信号后Y8置为ON，使电机正转，道闸打开，当碰到到位开关1时使得Y8为OFF，电机停止正转，车辆通过道闸行置称重传感器1后使Y9为ON，电机反转使得道闸关闭，当碰到到位开关2时使Y9为OFF，电机停止转动。
4.2车辆计数程序
LDX7
RSTD0
LDD0
ANDNOTX7
SETM3
LDM3
OUTTO
K30
ANDX1
INCD0
RSTM3
LDX1
ANDNOTX0
SETM4
LDM4
OUTT1
K30
ANDX0
DECD0
RSTM4
LDT0
ORT1
OUTY6
图4.2车辆计数程序
当X7接通后，车库启用寄存器D0复位，车辆入库时当光电传感器1得到信号后X0接通后，M3置为“1”，等到光电传感器2的到信号后X1为ON时寄存器D1加1，同时对M3复位；在车辆出库时，光电传感器2得到信号后X1接通后M4置为“1”，等到光电传感器1得到信号后X0为ON时寄存器D0减1。
当车库进出库时，计时30秒后，T0和T1接通Y6置“1”，蜂鸣器报警拉响。
4.3数码管显示程序
图4.3数码管显示程序
LDX8
CMPD0
K50
M5
BCDD0
K1Y0
LDM6
OUTY7
接通X8开关，数码管启用，将寄存器D0内的数转换为成BCD码，数码管十六进制显示，Y3~Y0，代表低四位，即个位，Y4,Y5代表高两位，即十位，显示若当D0为50时即车库已满，M6置“1”，报警灯进行报警。
数码管的显示采用BCD-七段显示译码器7448，其真值表如下所示：
接线图：
结束语
在老师上学期正确指导，以及自己积极查阅资料和不懈努力下，经过多天的学习与研究，终于完成这一份课程设计，本来以为自己对可编程控制器原理的知识掌握的还比较好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实。
但是毕竟我们还是将这个课程设计做出来了。
设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关PLC方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力，对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。
通过对车库车辆出入库管理设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本知识进一步的消化和巩固。
这次课程设计终于顺利完成了，这个设计让我受益良多，只要用心去学习，不怕困难。
不管多么艰难，我们都能取得成功。
参考文献
【1】张鹤鸣，刘耀元《可编程控制器原理及应用教程》[M]北京大学出版社，2007
【2】王万丽，郝庆文，臧永福.《三菱系列PLC原理及应用》[M]人民邮电出版社，2009
【3】王永华.《现代电气控制及PLC》2010
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