基于PLC控制的自动停车场毕业设计论文.docx
《基于PLC控制的自动停车场毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC控制的自动停车场毕业设计论文.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC控制的自动停车场毕业设计论文
PLC设计与调试
课程名称电气控制与PLC应用技术
设计题目全自动停车场
专业班级自动化0942
起止时间2012.6.11-2012.6.22
电气与信息学院
课程设计考核和成绩评定办法
1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给出各项权重，综合评定。
该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案。
2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。
3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。
4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。
5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。
课程设计报告内容
课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。
注：
1.课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。
2.为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写。
2011/2012学年第二学期
PLC应用技术课程设计任务书
指导教师：
蔡长青王瑾班级：
自动化0941、2班地点：
实训中心512
课程设计题目：
基于PLC控制的自动停车场
一、课程设计目的
本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握运用PLC进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤，为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。
二、课程设计内容（包括技术指标）
启动系统时，按动启动开关，系统运行，车位未满时，绿色指示灯亮；同时系统的各个红外线传感器处于准备就绪状态，可以感受外界的变化，转换成输入信号，作用于全自动停车场系统（最大停车量为9）。
具体控制要求如下：
1、在入口安装两个光电传感器，其一用于检测车辆，打开入口闸门，另一个用于关闭闸门并计数（已存车辆数）加一。
2、在出口安装两个光电传感器，其一用于检测车辆，打开出口闸门，另一个用于并计数（已存车辆数）减一。
3、车位检测。
当车位没有停车时，车位显示灯亮；有车时，指示灯灭；
4、用LED七段数码管显示停车场内部剩余车位数（剩余车位=车位总数-已存车辆数）；
5、当车满时，绿色指示灯灭，红色指示灯亮，且不可再进车；当停车场内车辆数为0时，不允许出车。
三、课程设计原则
1、尽可能地满足被控对象的控制要求；
2、在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；
3、保证控制系统安全可靠；
4、考虑到被控对象的改进，在选择PLC的I/O数量时，应适当留有余量；
四、课程设计步骤
1、对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务：
2、选择和确定用户I/O设备：
根据传统控制线路，确定出PLC改造所需的各种输入/输出设备，即各种按钮、开关、继电器和接触器等。
3、确定系统整体设计方案，选择PLC型号
确定系统整体设计方案十分重要，要在全面了解控制要求的基础上确定电气控制方案。
根据所选用的电器或元件的类型和数量，计算所需PLC的输入/输出点数，选择合适的点数。
由于本设计中只涉及到开关量，因此在选择PLC型号时，只需考虑I/O点数，并有一定的余量（10%～15%）选择小型PLC。
4、控制系统的硬件设计
（1）主电路的设计；
（2）确定出输入、输出信号，画出PLC的I/O接线图；
5、控制系统的软件设计
（1）首先分别设计出全自动停车场各部分的控制软件梯形图；
（2）整体控制软件梯形图设计；
6、联机调试；
7、撰写设计说明书。
五、时间安排
时间
内容
备注
第15周周一
集中讲解课程设计要求，分配设计题目，明确任务和具体安排
XJ3-4018：
00-10：
00
周二
调研、查阅资料、给出设计方案
周三
检查设计方案，
XJ3-4018：
00-10：
00
周四
上机调试
周五
上机调试
第16周周一
上机调试
周二
上机调试
周三
上机调试
周四
写课程设计报告
周五
答辩
六、基本要求
（一）课程设计报告
1．控制流程图一张（A4）
2．控制系统硬件设计图一张；（A4）
3．控制系统软件梯形图一张；（A4）
4．设计说明书一份，包括以下内容
1）写出设计计划和基本步骤。
2）写出控制要求并画出设计流程图。
3）画出I/O分配表和I/O接线图。
4）画出具体设计的梯形图，并加以注释。
5）写出调试过程和结果。
6）写课程设计小结。
（二）成绩评定标准
对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立思考、独立工作能力，综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。
最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0.2、0.4、0.4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。
组长:
组员:
任务分配表:
任务一
编程
任务二
连线
任务三
收集资料
摘要
目前停车场车位控制系统存在着集成自动化程度低、可靠性差、运行效率低等缺点。
本设计将PLC可编程逻辑控制器应用于停车场控制系统上，实现停车场的全自动管理。
主控制器通过出口、入口处的实现该自动停车场闸门的自动开闭、数码显示剩余车位数功能；子控制器通过超声波传感器实现车位检测，并控制车位指示灯指示该车位是否空闲。
关键词：
PLC；停车场；车位检测；；数码显示。
Abstract
Atpresent,theparkingcontrolsystemsoftheparkinglotexistdefects,includinglowdegreeofautomation,poorreliabilityandlowoperationefficiencyandsoon.ThedesignwilladoptPLCprogrammablelogiccontrollertothecontrolsystemofparkinglot,thusrealizetheautomaticmanagementoftheparkinglot.ThemaincontrollercontrolautomaticgateoftheautomaticparkinglotopenandcloseanddisplaytheremainingnumberofparkingspacesbyLED,throughopticalsignalsoftheentranceandexport;Thesub-controllerrealizethroughtheultrasonicsensorsparkingdetection,andcontrolindicatorlightsofparkingspacestoinstructwherethespaceisfree.
Keywords:
PLC;theparkinglot;parkingdetection;LEDdisplay.
1引言
自动停车场是一个近年来崛起的行业，这个行业之所以具有如此大的吸引力，就是因为它不但具有巨大的市场容量、惊人的发展速度，同时也给予了那些有识之士以无限大的施展空间。
中国加入WTO，汽车的极速增长，更是为自动停车场迅速普及中国奠定了坚实基础，强大的生产研发能力则是该系统迅速普及中国市场的保证。
自动停车场不仅提高了现代人类的工作效率，也大大地节约了人力物力，降低了公司的运营成本，并使得整个管理系统更加安全可靠。
因此，自动停车场已成为现代生活中的重要组成部分。
1.1自动停车场的设计背景
国内经济的持续发展，轿车进入家庭的进程持续发展使得社会轿车数量持续增长，对停车位的需求量剧增。
因此停车场的建设已成为绝大多数建筑项目不可或缺的一部分。
自动停车场可以减少大量的人力物力，提高人类的工作效率，可以改善城市的建设，减少城市乱停车的问题，解决交通问题。
随着汽车数量日益剧增，解决停车问题日益严重，尤其是居民小区、人型公共消费场所等，寸上如金，停车场向空间发展，已势在必行。
根据有关市场调查，目前在大中型城市对自动停车场的年需求量至少为10万个车位，但该类产品供应量很少，国内只有30家左右企业的少量产品供应市场。
外国的相关公司吞耗这一巨大的市场，目前开始有产品向中国出口，但是其价格高，使用成本与收费高，使国内市场难以接受，限制其推广使用在我国，除北京、上海等特大城市外，沿海工业发达、人口密集的城市和地区也已经陆续开始安装和使用自动停车场，表现出强劲的市场需求。
所以从技术、市场、政策等诸多因素分析，该项目已经具备了良好的开发条件就有重要的现实意义自动停车场与传统的自然地下车库想比，有许多方面显示出其优越性。
1.2自动停车场的发展现状
随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透，现代停车场越来越向大型化、复杂化及高科技化方向发展。
对日益复杂的停车场，传统的简单验车放行装置越来越不能满足管理者与车辆使用者的要求，一些新的管理技术不断引入，使停车场管理更加灵活、方便与安全。
停车场管理在国内作为一种新兴的技术越来越受到各设计院、建筑部门、交通管理部门的重视。
全自动停车场就是利用高度自动化的机电设备对停车场进行安全、有效的管理。
利用PLC控制的停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段。
从用户的角度看，其服务高效、准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护、自动化程度高、大大减轻管理者的劳动强度；从投资者角度看，彻底杜绝失误及任何形式的作弊，防止停车费用流失，使投资者的回报有了可靠的保证。
系统以PLC为信息载体，通过智能传感器记录车辆进出信息，结合工业自动化控制技术控制机电一体化外围设备，从而控制进出停车场的各种车辆。
1.3自动停车场系统的意义
当前，我国的许多城市正在蓬勃发展，有些大城市正在走向国际化、现代化，现代化的城市需要有现代化的配套装置，而城市停车场就是其中之一。
城市停车场问题在我国许多城市已反映得很迫切，而停车场问题的解决也不是单纯在规则中列出若干块空地，或设法增加车位的问题，而是需要借鉴发达国家现代化的经验，从中找到符合我国国情的发展方式。
鉴于我国目前城市道路网密度低，自动停车场便走入了人们的日常生活，与之匹配的自动停车场系统也成为了学者们热议的话题。
自动停车场的关键与难点是如何解决车辆的自动存取和准确找准车位等问题。
因此，自动停车场设计的意义就显得尤为重要。
2自动停车场总体设计方案
2.1设计内容
假设该自动停车场一共有9个停车位，中间为车道。
系统启动运行后，不断检测各个输入信号端（停车场平面示意图如图2-1所示）。
1、进车过程。
当入口光电传感器1检测到有车辆进入时，判断停车场是否还有车位，若有车位，入口闸门启动，车辆进入；当入口光电传感器2检测到车辆时，闸门关闭，此传感器检测到车辆远离信号时，计数单元1加一，计数单元1存储停车场内车辆数。
2、出车过程。
当出口光电传感器1检测到有车辆出去时，出口闸门启动，车辆出去，当出口光电传感器2检测到车辆时，闸门关闭，此传感器检测到远离信号时，计数单元1减一。
3、当有停车位时，绿灯亮，允许车辆进入；没有停车位时，车位已满警告灯亮，同时入口闸门锁定，不允许车辆进入，此时数码管显示0；当停车场内部存车量为0时，数码管显示9，出口闸门锁定，不允许车辆出去。
4、9车位全自动停车场通过数码管显示停车场内剩余车位的数量（剩余车位=车位总数-已存车辆数）；
5、每一车位有一车位指示灯用来指示此车位是否空闲。
当某车位没有停车时，该指示灯亮；当该车位停有车时，指示灯灭。
图2-1停车场平面图
2.2系统方案分析
自动停车场主要功能是保证车辆能够按照控制要求的指示安全进出，并给与司机准确的车位数量及具体位置，方便停车。
因此，在进口（出口）安装两个光电传感器，栏外（停车场内）传感器控制闸栏的打开，在车辆安全驶进（驶出）闸栏后，通过停车场内（栏外）光电传感器控制闸栏的关闭，并对车辆总数计数加一（减一），并将车位剩余数（剩余车位=车位总数-已存车辆数）送到七段数码显示器显示剩余车位数量。
进入停车场后，通过车位指示灯来快速寻位、停车。
此功能通过子系统来完成。
在此，设计某车位未停车时指示灯亮，停有车时指示灯灭，保障系统或电网出故障时，使指示灯灭，禁止停车，以免车辆碰撞事故发生。
车辆进出指示灯完全由PLC控制实现，停车场剩余车位数用七段数码管显示每个监测端子通过传感器实现。
PLC控制具有控制简单、灵活、功能全面的特点。
此方案不仅满足了司机方便、快捷、准确的停车，而且提高了车辆保管的安全性，避免必要的故障。
3硬件的选用
3.1光电传感器
在车辆到停车场入口车辆光电感应区1时，检测信号，通过PLC控制闸栏的开启，进入停车场内后，入口光电传感器2检测到信号，闸栏关闭，同时已存车辆数加一，并将剩余车位数在数码管上显示。
同样，停车场出口处也有光电感应区1，检测信号，通过PLC控制闸栏的开启，驶出停车场后，出口光电传感器2检测到信号，闸栏关闭，同时已存车辆数减一，并将剩余车位数送数码管显示。
光电传感器（实物如图3-3）是采用光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
图3-1光电传感器实物图
由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻档）三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.
光敏二极管是最常见的光传感器。
光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（<µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电
载流子。
在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。
光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。
光电传感器通过光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
接收器（一般有发光二极管、光电三极管、光电池组成）后面接检测电路，滤出有效信号。
由发光器和接收器组成的对射分离式光电开关，检测距离可达几米乃至几十米。
使用时把发光器和接收器分别安装在检测物通过路径的两侧，检测物通过阻挡光路，接收器就动作输出一个开关控制信号（原理图如图3-4）。
图3-2对射分离式光电开关原理图
3.2超声波车位探测器
车位检测使用超声波车位探测器（实物如图3-5），其工作原理是利用超声波发射，通过被测物体的反射、回波接收后的时差来测量被测距离的，是一种非接触式测量仪器。
主要用在停车引导系统。
它有很多特点如:
测定物位距离时不接触被测物体，无活动部分，安装、调试简单，维修、保养方便，测量精度高。
所测距的距离数据并和巳预置数进行比较，如达到预置值则进行开或关的开关量信号输出。
接收电路接收物体反射超声波回波信号，该芯片内部包括了前置放大，限幅放大、整形，以便微芯片检测、判断回波的数据正确与否及时差，并计算出测距的距离数值。
安装调试时，超声波探头表面严禁用手及其它物体触摸，以免产生信号滞后性及损坏，所有IC器件最好拔下烙铁再焊接，以免损坏。
此探测器供电电源为24V。
在测距中应保证测距器与被测物体距离为定值，要被测物体尽量对中，使测得距离读数的准确性。
图3-3超声波车位探测器实物图
3.3七段数码管
本设计使用数码管为八段式。
数码管有七段式和八段式之分，八段比七段多了一个小数点，其他基本相同。
八段数码管里有八个小的LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示不同数字。
数码管分为共阴极和共阳极两种类型。
共阴极即是八个二极管的阴极连在一起接地，通过高电平点亮。
共阳极是八个二极管的阳极连到一起接VCC，通过低电平点亮。
（数码管如图3-6所示）
图3-4数码管
本设计通过主控制器的11端子口控制数码管的显示，指示剩余车位数。
车位指示灯显示车位状态。
车位空闲时，该车位指示灯亮；该车位停有车时，该指示灯灭。
司机进入停车场内后，根据车位指示灯寻找空闲车位，快速停车。
3.4PLC选择
3.4.1PLC可编程控制器简介
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
PLC基本组成包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
除此之外，PLC还包括通信模块如以太网、RS485等通信模块。
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
1）输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
3）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。
3.4.2PLC选择
以本设计为例，主控制系统有输入11个点，输出16个点，子系统有输入11个点，输出10个点。
主，子控制器均采用欧姆龙CPM2A型PLC。
此类控制器有相匹配的编程软件CX-Programmer进行编程及监视，兼容性强，要求低，操作方便。
3.5闸栏模拟
闸栏的开启与关闭用两个往复工作台来模拟。
闸栏开启时丝杆右走，闸栏关闭时丝杆左走。
4自动停车场硬件设计
4.1控制系统组成
图4-1主PLC控制系统
由图3-1可知，主控制系统主要由以下几部分组成：
PLC、供电电源、七段数码管、中间继电器、入口光电传感器、出口光电传感器、指示灯、三相电机、闸栏。
PLC是控制系统的核心，它根据入口、出口传感器的信号，控制数码管、指示灯输出及中间继电器的动作。
图4-2子PLC控制系统
由图3-2可知，子控制系统主要由运行、停止按钮、超声波车位探测器、供电电源以及指示灯组成。
该系统运行后，通过监测各个探测器信号，控制各个指示灯亮与灭。
4.2控制器硬件设计图
电机控制接线图
主控制器硬件图
子控制器硬件设计图
5系统输入输出端子口分配表
5.1主控制器I/0端子表
输入端子
输出端子
端口号
字符号
实际用途
端口号
字符号
实际用途
0.00
SB0
系统运行开关
10.00
LD0
系统运行绿灯
0.01
SB1
入口开启开关
10.01
LD1
入口闸栏指示灯
0.02
SQ1
入口行程开关1
10.02
KM1
入口闸栏电机开启
0.03
SQ2
入口行程开关2
10.03
KM2
入口闸栏电机关闭
0.04
SB2
入口关闭开关
10.04
LD2
出口闸栏指示灯
0.05
SB3
出口开启开关
10.05
KM3
出口闸栏电机开启
0.06
SQ3
出口行程开关1
10.06
KM4
出口闸栏电机关闭
0.07
SQ4
出口行程开关2
10.07
LD3
满车指示灯
0.08
SB4
出口关闭开关
11
LED
数码管显示剩余车位数量
0.09
SB5
系统停止开关
5.2子控制器I/O端子表
输入端子
输出端子
端口号
符号
实际用途
端口号
符号
实际用途
0.00
S0
子系统运行开关
10.00
L0
子系统运行指示灯
0.01
S1
1号车位检测器
10.01
L1
1号车位指示灯
0.02
S2
2号车位检测器
10.02
L2
2号
升级会员 