基于PLC的停车场车位控制系统样本.docx
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基于PLC的停车场车位控制系统样本
河北化工医药职业技术学院毕业论文
PLC停车场车位控制系统
作者姓名:
申瑾瑶
专业班级机电一体化30902
学号15
指引教师耿惊涛杨慧静陈冬卢永霞
成绩
基于PLC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批示进行管理方案。
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、尚有车位批示灯、车位已满批示灯等某些构成。
采用PLC自动控制系统,由于PLC具备可靠性、易操作性、灵活性等长处,因而,本控制系统与老式停车场相比,大大提高了设计效率,维护周期短、调试以便、成本较低、易操作、可靠性高,有很强实用价值。
核心词:
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章停车场概论……………………………………………………………………
1.1停车场种类………………………………………………………………………
1.2停车场管理模式发展……………………………………………………………
第2章可编程控制器(PLC)简介及发展趋势………………………………………
2.1PLC来源……………………………………………………………………………
2.2PLC特点……………………………………………………………………………
2.3PLC发展方向………………………………………………………………………
2.4PLC选型及简介………………………………………………………………………
2.5PLC总结…………………………………………………………………………………………
第3章硬件系统设计……………………………………………………………………
3.1七段数码管设计……………………………………………………………………
3.2车位传感器……………………………………………………………………………
3.3道闸管理系统…………………………………………………………………………
3.4车位批示板……………………………………………………………………………
第4章软件系统设计…………………………………………………………………
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……………………………………………………………………………………
道谢……………………………………………………………………………………………
参照文献………………………………………………………………………………………
停车场车位控制系统
第1章停车场概论
1.1停车场种类
停车场形式经历了从露天、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、自动计费发展历程。
依照停车场位置不同,停车场分为地面停车场、地下停车场及专用停车塔(楼)及路边暂时占道停车场。
根据建筑物类型不同,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)、住宅社区专用停车场及用于经营专用停车楼(塔)。
1.2停车场管理模式发展
停车场管理模式呈现出从人工管理到智能化管理发展趋势。
老式管理方式采用人工管理方式,车辆进出、停放都由人工引导,计费也由人工计费收取。
自动化限度低,管理随意性较大。
人类文明发展进入信息时代,当代建筑发展也进入智能建筑时代,计算机技术、当代通信技术、网络互连技术、数据库技术、信息发布技术、智能信息及其解决技术、自动化控制技术等核心技术都日臻成熟。
特别是近年来IC卡技术广泛应用使得电子化、信息化、自动化、智能化管理停车场实现技术也不断改进和完善,成本逐渐减少,安全性及可靠性规定不断提高,因而全人工管理停车场已难以适应时代规定,对停车场实现自动化、智能化管理与监控势在必行。
涉及车辆出入工程有关提示,停放服务自动计费、车辆进出自动化监控联动、自动记录进出车辆有关信息及历史数据等。
某些专用停车塔(楼)则智能化限度更高。
车辆入库只需取卡后定点等待,自动化传播设备自动完毕车辆传送、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,停车场空间运用效率更高。
同步该类型停车场规定在建筑专业化规划,停车场设备专业化规定也相应更高。
2.可编程控制器(PLC)简介及发展趋势
2.1PLC来源
在工业自动化控制领域重要分为PLC,工控机和嵌入式控制,而PLC自1968年诞生后来以惊人速度成为了这一领域主导者,为各种各样自动化控制设备提供了非常可靠控制应用。
其重要因素,在于它可觉得自动化控制应用提供安全可靠和比较完善解决方案,适合于当前工业公司对自动化需要。
另一方面,PLC还必要依托其她新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来冲击,特别是工业PC所带来冲击。
PLC需要解决问题依然是新技术采用、系统开放性和价格。
PLC技术发展最后趋势依然是人们所争论焦点之一。
大多数人以为,PLC将会继续失去市场份额;更有甚者以为,在工业PC面前,PLC将会一步一步走向死亡;但也有一某些人相信,某些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定市场份额。
2.2PLC特点
就我个人来看,PLC市场份额不但不会减少,反而将会增长。
许近年前开始,就有人预言,PLC将要被PC-BASED控制系统取代。
但是,PLC销售每年都在以一种十分稳定增长率在上升,当前PLC已经与十年前PLC有着很大区别,十年后PLC与当前PLC也将有着很大不同。
但是,有两个方面是不变:
一方面,PLC会提供稳定控制响应,另一方面,高度可靠性。
PLC有着其他控制产品,如工控机,DCS,单片机等控制产品,所无法代替特性。
1.可靠性
可靠性涉及产品有效性和可维修性。
可编程控制器可靠性高,体当前下列几种方面:
a)可编程控制器不需要大量活动部件和电子元件,接线大大减少,与此同步,系统维修简朴,维修时间缩短,因而可靠性得到提高。
b)可编程控制器采用一系列可靠性设计办法进行设计,例如冗余设计,掉电保护,故障诊断,报警和运营信息显示和信息保护及恢复。
c)可编程控制器有较强易操作性,它具备编程简朴,操作以便,编程出错率大大减少,而为工业恶劣操作环境设计硬件使可靠性大大提高。
d)可编程控制器硬件设计方面,采用了一系列提高可靠性办法。
例如,采用可靠性高工业级元件,采用先进电子加工工艺(SMT)制造,对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等;存储器内容保护,采用看门狗和自诊断办法,便于维修设计等。
2.易操作性
a)操作以便:
对PLC操作涉及程序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。
当前PLC编程器大某些可以用电脑直接进行,更改程序也可依照所需地址编号、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有各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沟通。
功能模块图和构造化文本语言,功能清晰,易于理解等长处。
c)维修以便:
PLC所具备自诊断功能对维修人员技术规定较低,当系统发生故障时,通过硬件和软件自诊断,维修人员可以依照关于故障代码显示和故障信号灯提示等信息,或通过编程器和HMI屏幕设定,直接找到故障所在部位,为迅速排除故障和修复节约了时间。
3.灵活性
a)编程灵活性:
PLC采用原则编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和构造化文本编程语言等。
使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程,编程办法多样性使编程以便。
b)扩展灵活性:
PLC扩展灵活性是它一种重要特点。
它可以依照应用规模不断扩展,即进行容量扩展、功能扩展、应用和控制范畴扩展。
它不但可以通过增长输入输出卡件数来增长点数,通过扩展单元扩大容量和功能,也可以通过多台PLC通信来扩大容量和功能。
c)操作灵活性:
操作灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工工作量减少。
操作变得十分以便和灵活,监视和控制变得很容易。
在继电器顺序控制系统中所需某些操作得到简化,不同生产过程可采用相似控制台和控制屏等。
4.机电一体化
为了使工业生产过程控制更平稳,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、计算机综合规定,而PLC正是这一规定产物,它是专门为工业过程而设计控制设备,具备体积小、功能强,抗干扰性好等长处,它将机械与电气部件有机地结合在一种设备内,把仪表、电子和计算机功能综合集成在一起,因而,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重要控制设备,成为工业自动化三大支柱(PLC,机器人,CAD/CAM)之一。
可编程控制器当前已经成为了一种不可代替控制系统,它们可以与其他系统通讯,提供产品报表,生产调度,诊断自身和设备故障,这些技术上改进,让PLC成为今天各行各业高质量和产量重要贡献者。
由以上特点不难看出,PLC在工业控制领域,不但不会逐渐推出,并且会不断扩大她市场份额。
表面上看工控机浮现给PLC带来了一定限度冲击,但如果咱们仔细分析一下可以看到,工控机在某种限度上其实协助了PLC发展,由于PLC可靠性高,易操作,但对与操作员站某些功能,如曲线解决,数据记录等功能,远不及工控机,而工控机致命缺陷是可靠性差。
因此当前来看工控机与PLC结合控制系统更为完美。
工控机浮现推动了PLC发展。
2.3PLC发展方向
其实PLC自诞生以来也是在不断发展改进创新。
采用新、先进微解决器和电子技术达到迅速扫描时间。
小型、低成本PLC,可以代替4到10个继电器,获得更大发展动力。
高密度I/O系统,以低成本提供了节约空间接口。
基于微解决器智能I/O接口,扩展了分布式控制能力。
典型接口如:
PID,网络,CAN总线,现场总线,ASCII通信,定位,主机通讯模块,和支持高档语言编程模块(如BASIC,PASCAL)。
涉及输入输出模块和端子构造设计改进,使端子更加集成。
特殊接口容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、迅速响应脉冲等。
由于工控机,DCS等控制系统浮现,将迫使PLC向着功能更多,开放性兼容性更强方向不断发展。
2.4PLC选型及简介
1.选取原则
选取PLC是首待解决事情。
一方面要选取多大容量PLC,另一方面是选取什么公司PLC及外设。
对第一种问题,一方面要对控制任务进行详细分析,把所有I/O点找出来,涉及开关量I/O和模仿量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。
控制系统输出点类型非常核心,如果她们之中既有交流220V接触器、电磁阀,又有24V批示灯,则最后选用PLC输出点数有也许不不大于实际电数。
由于PLC输出点普通是几种一组共用一种公共端,这一组输出只能有一种电源种类和级别。
因此一旦它们是交流220V负载负载使用。
则直流24V负载只能使用其她输出端了。
这样有也许导致输出点挥霍,增长成本。
因此要尽量选取相似级别和种类负载,例如使用交流220V批示灯等。
普通状况下继电器输出PLC使用最多,对第二个问题,则有如下几种方面要考虑:
(1)功能方面所有PLC普通都具备常规功能,但对某些特殊规定,就要懂得所选用PLC与否有能力控制任务。
如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活以便通信规定;或对PLC计算速度、顾客程序容量等有特殊规定;或对PLC位置控制有特殊规定等。
(2)价格方面不同厂家PLC产品价格相差很大,有些功能类似、质量相称、I/O点数相称PLC价格能相差40%以上。
在使用PLC较多状况下,这样差价固然是必要考虑因数。
由于本次课程设计是在学校完毕。
考虑到实验室中应用是三菱FX2N型PLC,对此种型号PLC指令以及用法都比较熟悉。
因此本次设计采用就近取材原则选三菱FX2N型PLC。
2.FX2N型PLC简介
20世纪90年代,三菱公司在FX系列PLC基本上又推出了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进步,是一种小型化、高速、高性能、各方面都相称于FX系列中最高档次超小型PLC。
FX2NPLC基本单元可以依照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将来发展除了产品自身发展,更大限度上取决于顾客和市场发展,任何产品存在主线在于顾客和市场需求。
PLC以它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是一种可编程数字逻辑控制设备,初期用于开关量逻辑控制,多用做控制电动机正反转和电磁阀开关动作,从而控制机械设备运转。
只要合理分派输入、输出点,依照控制规定设计梯形图,采用基本指令和步进指令就可达到控制目的。
随着控制规定不断提高,许多PLC生产厂家进一步优化和完善PLC功能,增长了功能指令,大大拓宽了PLC应用范畴,使PLC在某种限度上可以代替控制器和计算机协同工作系统,为工业生产和民用控制设计提供以便。
PLC具备可靠性高、功能性强和编程简朴等长处,因此深受设计人员爱慕。
PLC就犹如一部计算机与继电器控制设备相结合新型高性能控制装置。
PLC基本单元涉及中央控制器(PLC)、存储器、输入单元和输出单元。
采用模块化构造为了适应各种工业控制需要,除了单元式小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化构造。
PLC各个部件涉及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,系统规模和功能可依照顾客需要自行组合。
编程简朴易学PLC编程大多采用类似于继电器控制线路梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机专门知识,因而很容易被普通工程技术人员所理解和掌握。
安装简朴,维修以便PLC不需要专门机房,可以在各种工业环境下直接运营。
使用时只需将现场各种设备与PLC相应I/O端相连接,即可投入运营。
各种模块上均有运营和故障批示装置,便于顾客理解运营状况和查找故障。
由于采用模块化构造,因而一旦某模块发生故障,顾客可以通过更换模块办法,使系统迅速恢复运营。
下面是PLC基本单元构造图:
PLC基本单元物理构造图
PLC就物理构造来说有丰富输入输出端,而从PLC逻辑构造来说,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相应常开常闭触电,以便对车辆进出、停车、计数、计时信号输入和车辆停放数量、位置显示。
大多数PLC编程方式均有梯形图编程、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毕大量工作,功能指令扩展更为系统开发、调试和维护带来诸多便利,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以便。
3.总体方案设计
通过查阅大量有关技术资料,并结合自己实际知识,我重要提出了两种技术方案来实现系统功能。
下面我将对这两种方案构成框图和实现原理分进行阐明。
1.如图1-1所示,假设有一停车场共有16个车位。
2.在入口处装设一传感器,用来检测车辆进入数目。
3.在出口处装设一传感器,用来检测车辆出去数目。
4.有车位时,入口闸栏才将门启动让车辆进入,并有批示灯示表达尚有车位。
5.车位满时,则有一批示灯显示车位已满,且入口闸栏不能启动让车进入。
6.可以用七段数码显示管上显示当前停车场共有几部车。
3.2方案比较
1.方案一
本设计是基于PLC停车场控制系统,在停车场进口处装一传感器1,出口处装一传感器2,传感器接受到高电平信号而控制电机正反转,停车场处闸门开合。
传感器1、2所输出脉冲分别输入给计数器1、2,计数器1、2将计数据存储在存储器1、2中,进车辆数与出车辆数想减得到数据再传播给存储器3。
2方案二
本设计在停车场闸门口处装两个光电传感器BEN5M-MDT,传感器所接受到信号控制电机正反转,停车场闸门开合闸,此外,传感器所接受到信号传播给plc控制系统双向计数器C250,C250具备计数存储功能,并将计数成果实时传播给带译码器七段数码显示屏显示,如显示数为16时,则门口处闸门停止工作,如显示数还没到16时,则闸门继续工作。
如下图
图3-2方案二原理框图
3.3方案论证
方案一
所存储数据将会传播给数码显示管显示,如显示数为16时,则门口处闸门停止工作,如显示数还没到16时,则闸门继续工作。
其原理框图如下图2所示:
车进开/合闸
车出计数器1存储器1
计数器2存储器2
存储器3数码显示
方案二
本设计在停车场闸门口处装两个光电传感器BEN5M-MDT,传感器所接受到信号控制电机正反转,停车场闸门开合闸,此外,传感器所接受到信号传播给plc控制系统双向计数器C250,C250具备计数存储功能,并将计数成果实时传播给带译码器七段数码显示屏显示,如显示数为16时,则门口处闸门停止工作,如显示数还没到16时,则闸门继续工作。
3.4方案选取
上述两个方案均是基于PLC来设计,设计所需要硬件某些PLC系统都可以提供,均可以达到设计规定。
方案一所用程序指令简朴易懂,可环节繁,接线图较复杂;方案二所用程序指令简朴,环节较少,运用了C250双向计数原理,通过两个输出端口向显示屏输送数据,简朴且易于实现。
通过以上权衡比较,显然方案二是实现本次设计任务较合理方案。
4.硬件系统设计
图3-1系统构成简图
4.1七段数码管设计
要进行数字显示最惯用器件就是七段数码管,它是由a、b、c、d、e、f、g七个LED构成。
通过使不同LED组合发光,达到数字显示效果。
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器件,如:
三级管、集成电路、普通开关、接插件)互相并联,然后与电源联接,由译码开关译码,译码开关导通,表达与该译码开关相联数码段显示;译码开关关断,表达与该译码开关相联数码段不显示,数码段不同显示组合,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状态信号,本节根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基本,车位传感器则是其中核心部件。
当前对车位占、空状态检测常采用地感线圈检测器、超声波车位传感器等惯用方式。
近来亦有采用视频车位检测器实现对车位检测。
电感线圈检测方式常被用于停车场出入控制系统。
视频车位检测器则采用视频图像解决技术,采用摄像头同步监控各种车位,并将车位占用信息传递到上位控制计算机。
除了传送简朴车位占用状况信息之外,还可以传送现场监测图片。
视频车位检测系统普通由图像采集、图像解决、网络通信、显示控制及电源五大模块构成。
系统对车位状态监测需要强大信息解决能力。
超声波车位传感器则采用超声波测距工作原理,运用超声波发射、被测物体反射、回波接受后时差来测量被测距离一种非接触式测量仪器。
可以检测车辆与否停在车位上,具备防误检功能,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导致误报问题。
由于每个传感器均有独立防干扰功能,也不受周边传感器干扰。
检测车位占、空状态可以采用光电、电磁、红外检测等各种办法设计车位传感器,但从检测原理及工程实行来看,超声波检测器具备造价低、非埋设、无附加反射装置、免维护和抗静电干扰等长处,有助于网络群测系统构成。
基于超声波传感器上述长处,本文系统中对停车场车位检测选用超声波车位传感器。
3.超声波车位检测原理
超声波车位传感器运用超声波发射、被测物体反射、回波接受后时间差来测量被测距离,依照不同距离时回波时间差不同来判断车辆与否停在车位上。
超声回波示意图所示:
超声回波示意图
在没有车时,从发出超声波到接受到回波时间:
(常数)其中s为传感器到地板距离,v为0℃时超声波在空气中传播速度,其值为331.5m/s。
当有车泊位时,由于超声波被车反射回,因而,从发出到接受回波时间相对于没车时会减小,其大小为
,其中H为车头高度。
这里讨论停车场是以能容纳16辆车车库为例设计一种管理系统。
自动控制系统设计流程
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,道闸处在准备打开状态,只要身份辨认对的,道闸及时打开。
道闸后地面也要埋设检测器,车辆通过后,告知PLC要增长一辆汽车数量,并在车库门前批示板上数码管显示,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停车场车位批示板
在车库入口处应当安装批示板,告知车辆司机整个车库停放状况,涉及数量和停放位置。
车库和批示板示意图如图所示: