基于PLC的停车场管理系统设计毕业设计论文.docx

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基于PLC的停车场管理系统设计毕业设计论文

基于PLC的停车场管理系统设计

摘要

随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量日益增大，随之出现了私家车、出租车停放的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下等一系列难题。

本设计针对这些难题与不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。

该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于停车场智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，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，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示，以达到停车场智能化、高效化。

关键词：

PLC技术；人工智能；信息技术；管理系统

ABSTRACT

WithChina'surbanconstructiontospeedup,andurbantransportationdemandisincreasing,emergeinthecar,ataxiparkedbehind,integratedmanagementsystemmediumlowautomatization,poorsafety,humanizationandrunningaseriesofproblemssuchaslowefficiency.Thisdesignaimingattheseproblemsandinsufficiency,combiningthelatestscienceandtechnologyresearch,designakindoftechnologyisadvanced,reliableperformance,highdegreeofautomationparkinglotofintelligentmanagementsystem.Thesystemwillbeadvancedcomputerprocessingtechnology,informationtechnology,datatransmissiontechnology,automaticcontroltechnology,artificialintelligenceandelectronictechnology,effectivelyintegratedintheparkinglotofintelligentmanagementsystem,establishakindintheroleofregionaloncomprehensive,rapidandefficientparkingintelligentmanagementsystem,throughadoptsPLCtechnologyforthedesignofparkingmanagement,carentering,recordtheamountwhentheyleave,vehicletraffic,reducethenumberofvehicles.VehiclepassinandoutinstructionscancompletelybyPLCasacentralcontrolprocessing,parkingspaceinstructionsavailablepriceisnothigh,thedigitalpipedisplaytoachieveparkingintelligent,moreefficientway.

Keywords:

PLCtechnology;Artificialintelligence;Informationtechnology;Managementsystem

第一章绪论

1.1课题的提出及现实意义

近20年来，随着我国城市建设速度的加快，改革的不断深入，经济蓬勃发展，物质日益丰富，机动车辆的数量也是飞速上升。

城市交通需求量也日益增大。

由于私家车、出租车比重呈现逐年上升的趋势，车辆停放成为了市民最为关注的问题。

也许还有不少人对上世纪八、九十年代的“挤车难”记忆犹新，但现在“停车难”的问题更让不少人头疼。

车辆停放设施的落后确实是长期困绕市民日常生活的一个老大难问题。

近年来各地政府部门投入了大量人力、物力用以改善城市停车设施，随着基础设施和重大工程的建设，以及车辆的淘汰更新和扩容，一定程度上提高了许多停车场的智能管理和安全化，一定程度上缓解了交通问题。

但是，简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足社会日益增长车辆的对停车服务的需求。

据国家“十五”汽车工业发展规划，2005年，我国汽车保有量将达到2465-2545万辆。

而据有关部门的不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市每31辆才有一个停车位，已经越来越不适应日夜激增的车辆管理问题。

因此大型智能停车场随之而生并且发展势头迅猛，而作为现代大型智能停车场的灵魂——停车场智能管理系统也是日新月异，尤其是近几年随着电子产品及系统软件越来越快的更新周期。

为了使交通更加便捷畅通，智能交通系统（ITS）的理念越来越受到人们的关注，该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、人工智能及电子技术等有效地综合运用于停车场智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系。

由于城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。

所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了PLC停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以PLC技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。

因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。

为此，本文在停车场智能控制管理上引入了PLC技术，对停车场进行了一个关于PLC为主的系统设计。

该系统主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理进行设计，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，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示，以达到停车场智能化、高效化。

同时，进行停车场智能化管理具有很重要的现实意义：

规范停车秩序，与动态交通和谐发展；避免乱收费现象，提高停车收费的可信度；提高停车管理人员的工作效率，减轻工作人员的劳动强度；扩充停车信息的可利用形式以及范围，提高停车泊位利用率；提高找寻停车位的便利性，减轻交通污染；保障车辆安全出入停车场以及停车期间的安全，减少损失；停车泊位引导系统的采用，减少了车主进入停车场后寻找停车位的时间。

1.2国内外智能停车场管理系统发展现状

目前我国的智能停车场管理系统根据停车场类型的不同，设备配置也不相同。

有些简单停车场管理系统仅设置栏杆机，出入口设在一起，多靠人工管理，这类型的停车场多见于一些小型小区、大厦、机关等场所。

还有一些路内停车场采用咪表停车收费系统，以人工收取现金或刷卡的形式管理停车场，这种在路内停车管理中采用停车眯表作为技术设备的停车管理方式，在世界发达国家城市中已普遍推行。

比较完整的智能化停车场系统多应用于城区较发达的商业区、大厦、大型社区及大型公共停车场等场所。

国外一些发达国家的智能停车场建设及管理系统的应用相对要成熟一些，比如柏林、东京、纽约等国外的一些大城市很少看到因停车而造成的交通拥堵。

其原因一个是规划比较合理，路内停车与路外停车相互结合，合理控制与收费，比如在日本，一车一位，再加20%的周转车位，车和车位之比在1：

1.2，远低于我国车与车位5：

1的比例；另外一个原因是国外智能建筑智能化的投资占整个建筑投资的5%—8%的比例，而国内稍低，这就决定了国外作为物业管理组成部分之一的停车场系统，其智能化程度要相对高一些，停车管理相对方便快捷，比如新加坡的樟宜机场是亚洲最繁忙的空港之一，设有三个停车场，共3300个车位，停车场收费完全自动化，停车场内看不到一个管理人员。

值班人员只在办公室远程监测停车场的运行情况，以备处理应急事件。

1.3智能停车场管理系统的发展趋势

目前智能停车场管理系统主要应用领域是智能小区与大厦，而这所占比例明显高于其它领域，可见智能小区与大厦的快速发展，极大带动了智能停车场管理系统的发展，尤其是智能小区方面的应用，在工程商智能停车场工程类型调查中名列榜首。

但有也业内人士也提出，智能小区对智能停车场管理系统的应用智能化程度相较智能大厦等高档写字楼来说要低一些，并且一旦停车场建成，产品更新换代比较慢。

智能大厦等高档写字楼停车场的应用潜力更大一些。

目前中国已经成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车消费国，据权威部门数据表明，截至2006年底，中国汽车保有量突破3500万辆，私人汽车拥有量已达2925万辆，其中4年以内的新车占到百分之六十。

预计国内每年汽车增长率都以50%-80%的速度增长，这就导致了50%的汽车无序停放现象。

智能停车已经成为推动城市发展不可或缺的一部分。

但随之而来的，车多位少、停车难的问题也日渐突出，成为当前社会普遍的关注点，以广州来说，现有机动车数量达50万以上，车却只有约28万个，停车位短缺可见一斑。

停车所引发的社会问题日趋严重。

停车所涉及的社会问题是多方面的，涉及城市规划、汽车保有量的增长与停车资源配套的失衡、轨道交通停车配套等诸多问题。

面对这一系列难题，智能化停车管理系统必为大势所趋。

而随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透，当今的停车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。

先进可靠的停车场控制系统在停车场管理系统中的作用越来越大。

利用PLC控制停车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，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。

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、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。

而从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展。

比如在智能化方面要更便于整个停车场的维护管理，以及在性能上更稳定可靠。

在合理化方面，价格上要合理，避免一方面车辆乱停，另一方面停车场内车位空闲；在人性化方面，能够让车主更便捷的找到车位。

比如在未来一定范围内的停车场可以相互联系在一起，建立总的车位查询情况，比如象有些大厦里的电梯可以提示客人搭乘哪一趟电梯上下一样，提示车主最近的空停车位在什么地方。

1.4本课题的主要研究内容

本设计针对私家车、出租车停放的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下等一系列难题与不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的停车场智能管理系统。

该系统主要是对停车场进行智能化设计，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，达到停车场智能化、高效化。

主要研究内容如下：

（1）针对现有传统停车场管理系统的不足之处，对停车场智能管理系统进行了总体设计，并按照用户性质的不同，对工作流程进行了优化设计，提高了停车场的运行效率。

（2）系统需对停车场中的收费系统、车位显示系统、上位监控系统进行设计，并且绘制出相应的梯形图。

（3）利用智能停车管理系统的PLC设计，完成了车辆入场时收费系统与主电脑系统的控制，允许车辆入场时监摄系统、定位感测器与门栏之间控制。

1.5本章小结

从社会与经济发展所带来的停车难题出发，引出了设计基于PLC的停车场管理系统的必要，简单介绍了国内外智能停车场管理系统的发展现状及发展趋势，突出了智能停车场的一种大势必然。

最后对本设计的主要工作进行了总结归纳。

第二章PLC的发展

2.1PLC的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

PLC的特点：

一、可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

二、配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

三、易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

四、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

五、体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.2PLC的发展阶段

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

1、早期的PLC（60年代末—70年代中期）

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。

这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。

它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。

装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。

另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式——梯形图。

因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。

其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2、中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）

在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。

美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。

这样，使PLC的功能大大增强。

在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。

在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。

并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。

3、近期的PLC（80年代中、后期至今）

进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。

而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。

这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化.

2.3PLC发展趋势

1．向高速度、大容量方向发展

为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。

目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。

PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。

2．向超大型、超小型两个方向发展

当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。

现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。

3．PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力

为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。

这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。

4．增强外部故障的检测与处理能力

根据统计资料表明：

在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。

前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。

因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。

5．编程语言多样化

在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。

除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。

多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

2.4PLC的基本结构

PLC的基本结构如图2-1所示。

图2-1PLC的基本结构

PLC的基本结构：

1、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。

2、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。

PLC常用的存储器类型：

（1）RAM（RandomAssessMemory）这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。

（2）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种可擦除的只读存储器。

在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。

（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）（3）EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种电可擦除的只读存储器。

使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。

PLC存储空间的分配：

虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：

（1）系统程序存储区；

（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）；（3）用户程序存储区。

系统程序存储区：

在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。

包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。

由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。

它和硬件一起决定了该PLC的性能。

系统RAM存储区：

系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：

逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。

（1）I/O映象区：

由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。

因此，它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。

一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。

因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：

开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。

（2）系统软设备存储区：

除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。

该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。

1.逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。

另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。

2.数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字（16bits）。

另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。

3.计时器4.计数器

用户程序存储区：

用户程序存储区存放用户编制的用户程序。

不同类型的PLC，其存储容量各不相同。

电源：

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

如果没有一个良好的、可得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。

2.5PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执