基于PLC车辆出入库管理.docx
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基于PLC车辆出入库管理
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：
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学号：
指导教师：
评语：
成绩：
指导老师签名：
日期：
一系统背景描述及设计要求
1.1系统背景描述
可编程逻辑控制器是一种以微处理器为核心的计算机系统，它是在继电器控制和计算机控制的基础上发展而来的一种新型工业自动控制装置。
早期的PLC在功能上只能实现逻辑控制，因而被称为可编程逻辑控制器，其主要特点是用简单的程序完成复杂的逻辑控制，同继电器控制系统相比具有可靠性高、控制逻辑容易改变、外接线简单等特点。
随着微电子技术和微计算机技术的发展,PLC不仅可以实现逻辑控制,还能实现模拟量、运动和过程控制以及数据处理及通信。
因此,美国电气制造商协会于1980年将它正式命名为可编程控制器,为避免与个人计算机的简称混淆,习惯上仍称为PLC。
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（Programmble Logic Controller），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DCS（Distributed Control System）、现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），这将使PLC得功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。
近几年，随着停车需求的不断增长，车辆出入库的规模也越来越趋于大型化。
因此车辆出入库管理系统也向大型化、复杂化和高科技化方向发展。
自动化的车辆出入库已经成为智能交通和智能建筑的重要组成部分。
随着经济的发展和停车需求的增长，车辆出入库管理系统的下一个技术发展方向将是智能化、网络化、集成化、人性化。
提高车辆出入库的运行效率、加强安全性以及与智能交通系统的信息互动，把相关科学技术发展领域的最新成果合理有效的应用到智能车辆出入库的完善和发展中是当前车辆出入库研究领域的首要任务
停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，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
1.2设计要求
车辆出入库控制系统由入出库读卡器，入库车辆存在检测器，入库栏杆机（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。
栏杆机有单相异步电机拖动250W，AC220V。
1、车辆入库时，车辆检测器检测到车辆，并且司机取出入库卡刷卡后，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，并且司机取取出入库卡刷后，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。
二方案论证
2.1硬件结构
由系统的设计要求首先设计出系统的基本硬件组成：
（1）控制器
（2）出入库栏杆机
（3）出入库车辆存在检测器
（4）出入库刷卡器
（5）显示器
图2-1硬件结构图
2.2设计方案
1.方案1
系统总体设计为单车道，既入库车道与出库车道为同一车道
（1）车辆入库
入库车辆前进时，经过1#→2#称重传感器后计数器加1，后退时经过2#→1#称重传感器后计数器减1，单经过一个称重传感器则计数器不动作。
（2）车辆出库
出库车辆前进时经过2*→1*称重传感器后计数器减1，后退时经过1#→2#称重传感器后计数器加1，单经过一个称重传感器则计数器不动作。
2.方案2
系统总体设计为双车道，即入库车道与出库车道分开。
（1）车辆入库
车辆经入库车道入库时，当车辆压线时，采用地感线圈1检测到车辆，司机取出入库卡刷卡后，使控制器PLC发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。
当栏杆机抬起时，PLC得到计数信号，数码管显示器显示数减1。
当车辆将离开检测区域，地感线圈2检测到车辆后触发PLC，PLC向自动栏杆机发出关信号，关闭电动机得到信号，栏杆机自动下落。
（2）车辆出库
车辆经出库车道出库时，当车辆压线时，采用地感线圈3检测到车辆后，司机收回卡后，使控制器PLC发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。
当栏杆抬起时，PLC得到计数信号，数码管显示器显示数加1。
当车辆将离开检测区域，地感线圈4检测到车辆后触发PLC，PLC向自动栏杆机发出关信号，栏杆机关闭电机动作，栏杆机自动下落。
2.3方案比较及方案具体确定
当车流量比较大的时候，使用单车道因为出库车辆和入库车辆要经过同一个车道，而且出入库通道是斜坡，更易造成事故发生。
造成车辆的出入拥挤，使用不便。
但如果是双车道，可又有效解决这个问题，出库车辆在一边，入库车辆在另一边，使停车也更加方便。
采用两个称重传感器发出的信号同时控制栏杆的开闭，还要负责计数功能。
容易产生失误。
而且采用称重计传感器计数没有使用地感线圈准确。
比如当时差比较小时两边各有十个人站在线上，则也会造成计数，产生错误。
而地感线圈则不会产生这样的失误
经过上述方案比较，选择方案2。
三．车辆出去库管理的构成
3.1车辆出去库管理系统的构想
车辆入库时，地感线圈1检测到车辆，司机刷入库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数减1。
当入库车辆驶离入库自动栏杆机后，进入入库的地感线圈2，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。
车辆出库时，地感线圈3检测到车辆，司机刷库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数加1。
当入库车辆驶离出库自动栏杆机后，进入地感线圈4，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。
传感器布置图和总体框架见图。
图3.1传感器布置图
图3.2总体框架图
3.3系统的主电路原理图
图3.3系统的主电路原理图
3.3显示电路
显示电路为了节省I/O口资源，采用两个四脚七段LED显示器，其电路图如图3.4所示。
图3.4显示电路
3.4I/O口分配表
输入
注释
输出
注释
X0
总启动
Y0
LED个位输入
X1
总停止
Y1
LED个位输入
X2
入口地感线圈1
Y2
LED个位输入
X3
入库开启上限位
Y3
LED个位输入
X4
入口地感线圈2
Y4
LED十位输入
X5
入库关闭下限位
Y5
LED十位输入
X6
出口地感线圈3
Y6
LED十位输入
X7
出口开启上限位
Y7
LED十位输入
X10
出口地感线圈4
Y10
入口门开启
X11
出口关闭下限位
Y11
入口门关闭
X12
刷卡器1
Y12
出口门开启
X13
刷卡器2
Y13
出口门关闭
图3.5I/O分配表
3.5I/O接线图
图3.6I/O接线图
3.5元器件的选型
PLC的选择：
因为本次设计输入口共用了11个，输出口用了12个。
根据PLC的选取规则要保留15%左右的备用I/O口,所以至少要选择32个I/O口的PLC。
根据经济与适用的原则，PLC的生产厂家主要是三菱，台达，西门子等。
在经济与适用之间平衡，选择相对便宜，性能稳定可靠的三菱FX2N-32MR。
地感线圈的选择：
选择PD132。
产品优点四种频率4档灵敏度可调灵敏度提升功能。
当检查器检查到车辆时会自动将灵敏度提升到最高,当车辆离开线圈后恢复到之前设置的灵敏度。
面板上的DIP5置为OFF时停用此功能。
增强滤波功能当环境电磁扰动大,导致检测器频繁误动作时,可将DIP6拨至ON,增大滤波系数,滤除扰动。
但应注意：
当环境正常时将DIP6拔至ON端,可能会降低检测器的灵敏度。
脉冲输出设置检测器的继电器2（Relay2）输出500毫秒的脉冲信号,由前面板拨码开关DIP7选择输出时刻是在车辆进入线圈时还是车辆离开线圈时。
存在输出时间设置检测器的继电器1（Relay1）输出存在信号。
当DIP8被拔至OFF时,为有限存在输出,有限时间为10分钟（即当车压在线圈上超过10分钟后,检测器会自动复位,重新初始化为无车状态）。
当DIP8拔至ON时为永久存在（即车压在线圈上时,一直有存在输出直到车辆离开线圈）。
刷卡系统的选择：
选择JX-TCC-001。
1. 读卡距离远，可加装“远距离读头”实现不停车刷卡功能。
2．系统可对卡的有效性进行自动识别。
3．地感检测到有车方可取卡，取卡后方可开闸、有效避免了临时车辆不取卡进场的混乱。
4. 出卡机出卡的同时即可完成读卡。
5. 对讲帮助功能，方便车主与管理中心联系，形成远程呼叫与帮助，方便用户使用。
6. 中、英、繁三种字体显示屏多种方式滚动显示自定义的公共信息。
7. 自动计费和扣费（储值卡）、期卡显示有效期。
8. 地感检测到有车，车主按取卡按钮方可取卡，出卡过程中自动写卡与读卡，取卡后立即开闸，有效避免了无车人员按键取卡的混乱；超时未取卡后，出卡机自动回收卡片，避免了卡片的丢失。
四．软件设计
4.1主流程图
如图4.1所示
图4.1主流程图
4.2梯形图
图4.2系统梯形图
五．系统调试
本次调试利用GXworks2的自带仿真进行调试。
首先，打开总启动按钮，并复位总启动按钮。
M0得电并自锁，启动主控程序，并把立即数50和10分别写入到寄存器D0和D1。
模拟入库：
调试X2,X12，可以看到Y10得电，并锁住Y11,此时手动置位X3，Y10断电，此时要再次复位X2,X12。
当Y10得电的同时，M2取一个上升沿，使D0里面的数据减1，并进行除法运算，商作为LED的十位，余数作为LED的个位，通过Y0—Y7输出给数码显示管。
当车辆经过地感线圈2时，Y11得电，X3复位。
如图5.1车辆入库调试所示：
图5.1车辆入库调试
模拟出库：
调试X6,X13，可以看到Y12得电，并锁住Y13，此时手动置位X7，Y12断电，此时要再次复位X6,X13当Y12得电的同时，M1取一个上升沿，使得D0里面的数据加1，并进行除法运算，商作为LED的十位，余数作为LED的个位，通过Y0—Y7输出给数码显示管。
当车辆经过地感线圈4时，Y13得电，X7复位。
如图5.2车辆出库调试所示：
5.2车辆出库调试
设计心得
在选择这个课程设计后的这段时间里，通过老师的指导和自己翻看大量的相关书籍及在网上浏览大量的相关作品，终于完成了这次课程设计。
刚开始之所以选择这个课题，一忙面是感觉这个课题挺实用的，另一方面出于个人观点感觉比较简单。
但通过后来的设计，我发现这个课题确实比较实用，但是并不像我想的那样简单。
刚开始我并不知道怎样去做，甚至说从何处下手，后来通过看书上讲的步骤和一些网上的成品，我脑海中逐步有了思路。
首先，我先画好电机控制的主电路，然后去实现对它的控制，然后，我根据要求开始画梯形图，在这过程中我不知道计数器怎么使用，不仅如此连数码管的显示也成了我前进的障碍，通过请教老师和同学，再加上自己的学习，后来我决定使用一个带解码器数的码管，这样不仅决了数码管的显示问题，同时还是得PLC输出端口的资源节省了下来。
再后来，元器件的选取是我真明白了，任何一个设计都不是那么简单的，各个问题各方各面都需要考虑。
通过对这个课程设计的了解，我发现随着汽车特别是私有汽车的普及使用，对大型停车厂系统的集中化和智能化的安全性管理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车辆出入库管理系统，实现车辆出入库，数量统计、信息查询过程的自动化，安全性等就显得十分必要。
建立提高停车场利用率和方便驾车者的信息系统，通过信息显示牌向寻找停车场的驾车者提供空闲停车场的位置和停车位的满空状况，以及诱导路线指南等信息，最大限度地提高了停车场的使用率也很重要。
一个好的PLC设计并不像我设计的那样粗糙，但通过这个设计确实是我明白了很多东西，我对PLC有了冲洗的认识，对我以前学到的相关知识能够得到应用很是高兴。
参考文献
[1]任胜杰主编.电气控制与PLC系统.机械工业出版社，2013
[2]常晓玲主编.控制系统与可编程控制器.机械工业出版社，2004.
[3]张进秋．可编程控制器原理及应用实例[M]．北京：
机械工业出版社，2006．
[4]PLC入门学习基础教程[M]．北京：
机械工业出版社，2007．
附录一：
元件清单
名称
代号
型号
品牌
数量
熔断器支持件
FU1,FU2
RT14-20
正泰
2
熔断体
FU1,FU2
RT14-20（6A）
正泰
2
交流接触器
KM1—KM4
NC8-06M
正泰
4
热继电器
FR1,FR2
NRE8-25
正泰
2
按钮
SB1
LA19-11DJ/红
正泰
1
按钮
SB2
LA19-11DJ/绿
正泰
1
限位开关
SB3-SB6
NKX101多功能行程限位器
正泰
4
断路器
QF1
NXB-125
正泰
1
地感线圈
HB-PD132
浩博智能系统
2
刷卡器
JX-TCC-001
金星只能科技
2
单相异步电动机
YC7122
大兰电机
4
LED数码管
XSMS3611BR10
芯斯美电子
2
PLC
FX2N-32MR
三菱
1
表1元件清单
附录二:
主电路原理图
图1主电路原理图
附录三：
PLC控制原理图
图2PLC控制原理图
附录四：
PLC控制接线图
图3PLC控制接线图
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