采用PLC的停车场控制.docx
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采用PLC的停车场控制
电气控制与PLC
学号
学生姓名
（专业）班级
检测二班
设计题目
采用PLC的停车场控制
设
计
技
术
参
数
1.设计内容见附页（16）
2.使用组态王实现上位控制
3.公共实践（四层电梯）
4.公共实践（邮件分拣）（选作）
5.查阅资料（变频器）
设
计
要
求
采用PLC进行设计。
画出系统图，采用梯形图编程，并给出相应的组态控制工程（附主画面）。
结合公共实践部分，完成设计说明书。
参
考
资
料
“电气控制”类图书及论文资料
“可编程控制器”类图书及论文资料
周次
20周
应
完
成
内
容
分析设计要求、查资料、确定方案，设计梯形图、设计上位组态
撰写课程设计说明书，答辩
指导教
师签字
基层教学单位主任签字
说明：
1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科
第1章摘要...................................................4
第2章可编程控制器简介及其发展趋势…………………………………..5
第3章停车场车位控制工艺流程分析........................................................9
第4章组态设计……………………………………………………………..10
第5章四层电梯控制………………………………………………………18
第6章变频器相关知识…………………………………………………..29
心得体会............................................................................................................32
参考文献…………………………………………………………………….33
第1章摘要
针对目前停车场车位控制系统存在的集成自动化程度低、可靠性差和运行效率低下的不足，结合目前工业领域的应用技术，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化的程度较高的停车场车位控制系统。
PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计的制造和发展起来的，这就使PLC具有许多其他控制器所不具有的特点。
本文提出一种运用可编程控制器（PLC）对停车场进出及停放指示进行管理的方案。
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、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。
采用PLC的自动控制系统，由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，因此，本控制系统与传统停车场相比，大大提高了设计效率，维护周期短、调试方便、成本较低、易操作、可靠性高，有很强的实用价值。
组态王在本次设计中起到了很大的作用，他以标准的工业计算机软件和硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
利用组态王软件设计采用PLC的停车场控制人机界面，配合编程语言实现了仿真运行。
同时用FX1S系列单片机设计了四层电梯自动控制程序并进行了仿真实验。
关键字：
PLC；停车场；组态王；车位控制。
第2章可编程控制器（ＰＬＣ）简介及发展趋势
2.1PLC的起源
在工业自动化控制领域主要分为PLC，工控机和嵌入式控制，而PLC自1968年诞生以后以惊人的速度成为了这一领域的主导者，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。
其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。
另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。
PLC技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。
大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。
2.2PLC的特点
1．可靠性
可靠性包括产品的有效性和可维修性。
可编程控制器的可靠性高，表现在下列几个方面：
a）可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此可靠性得到提高。
b）可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉电保护，故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复。
c）可编程控制器有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
d）可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺（SMT）制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便于维修的设计等。
2．易操作性
a）操作方便：
对PLC的操作包括程序的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。
现在的PLC的编程器大部分可以用电脑直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、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有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；编程语句是功能的缩写，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的沟通。
功能模块图和结构化文本语言，功能清晰，易于理解等优点。
c）维修方便：
PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和HMI屏幕的设定，直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。
3．灵活性
a）编程的灵活性：
PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。
使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便。
b）扩展的灵活性：
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
它不仅可以通过增加输入输出卡件数来增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。
c）操作的灵活性：
操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。
操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。
在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。
4．机电一体化
为了使工业生产的过程控制更平稳，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、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此，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的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（PLC，机器人，CAD/CAM）之一。
可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让PLC成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。
由以上特点不难看出，PLC在工业控制领域，不仅不会逐渐推出，而且会不断扩大他的市场份额。
表面上看工控机的出现给PLC带来了一定程度的冲击，但如果我们仔细分析一下可以看到，工控机在某种程度上其实帮助了PLC的发展，因为PLC的可靠性高，易操作，但对与操作员站的一些功能，如曲线处理，数据记录等功能，远不及工控机，而工控机的致命缺陷是可靠性差。
所以目前来看工控机与PLC结合的控制系统更为完美。
工控机的出现推动了PLC的发展。
2.3PLC发展的方向
其实PLC自诞生以来也是在不断发展改进创新的。
采用新的、先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间。
小型的、低成本的PLC，可以替代4到10个继电器，获得更大的发展动力。
高密度的I/O系统，以低成本提供了节省空间的接口。
基于微处理器的智能I/O接口，扩展了分布式控制能力。
典型的接口如：
PID，网络，CAN总线，现场总线，ASCII通信，定位，主机通讯模块，和支持高级语言编程的模块（如BASIC，PASCAL）。
包括输入输出模块和端子的结构设计改进，使端子更加集成。
特殊接口允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、快速响应脉冲等。
由于工控机，DCS等控制系统的出现，将迫使PLC向着功能更多，开放性兼容性更强的方向不断发展。
2.4PLC选型及简介
1．选择的原则
选择PLC是首待解决的事情。
一方面要选择多大容量的PLC,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。
对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。
控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。
因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。
所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。
则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。
这样有可能造成输出点浪费，增加成本。
所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。
一般情况下继电器输出的PLC使用最多，对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：
（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。
如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。
（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。
在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。
因为本次课程设计是在学校完成。
考虑到实验室中应用的是三菱FX2N型PLC，对此种型号PLC的指令以及使用方法都比较熟悉。
所以本次设计采用就近取材原则选三菱FX2N型PLC。
2．FX2N型PLC的简介
20世纪90年代，三菱公司在FX系列PLC的基础上又推出了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的进步，是一种小型化、高速、高性能、各方面都相当于FX系列中最高档次的超小型的PLC。
FX2NPLC的基本单元可以根据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
第3章停车场车位控制工艺流程分析
1.1停车场车位控制过程描述
现在小区停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后，记录车辆数量，车辆离开时，减少车辆数量。
车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制来处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示。
基于停车场车位控制系统设计采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。
车辆进出停车场是由PLC为中心控制系统工作的。
PLC是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。
因此在运用中，硬件也相对简单，提高了控制系统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单。
1.2.停车场车位控制工艺分析
图1停车场车位控制
停车场车位控制工艺要求如下：
1.假设停车场共有16个空位。
2.在入口处装设有一传感器，用来检测车辆进入的数目。
3.在出口处装设有一传感器，用来检测车辆出去的数目。
4.尚有车位时，入口闸栏才可以将门开启让车辆进入停放，并有一指示灯表示尚有车位。
5.车位已经满时，有一指示灯显示车位已满，且入口闸栏不能开启让车辆进入停放。
6.可以从7段数码管上显示目前停车场共有几部车。
第4章组态设计
4.1组态王简介
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
尤其考虑三方面问题：
画面、数据、动画。
通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。
而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
4.2组态王设计步骤
4.2.1创建一个新工程
组态王工程管理器的主要作用是为用户集中管理本机上的组态王工程。
工程管理器的主要功能包括：
新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。
1、在工程管理器中选择菜单“文件/新建工程”，或者点击工具栏的“新建”按钮，出现“新建工程向导之一”对话框。
2、单击“下一步”，弹出“新建工程向导之二”对话框，选择所要新建的工程存储的路径。
一般是d:
\个人名字
3、单击按钮，弹出“新建工程向导之三”对话框，在对话框中输入工程名称：
“我的工程2”，在工程描述中输入：
“换气系统的PLC控制”
4、单击“完成”。
5、弹出对话框，选择“是”按钮，将新建工程设为组态王当前工程。
4.2.2构造数据库变量
在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量。
双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框。
组态王的变量属性由基本属性、报警配置、记录配置三个属性页组成。
需要定义的变量有：
Deng1内存离散21
Deng2内存离散22
Deng3内存离散23
Deng4内存离散24
库内车数量内存实型25
TEXT1内存离散26
TEXT2内存离散27
TEXT3内存离散28
TEXT4内存离散29
车7内存实型30
车8内存实型31
车9内存实型32
车10内存实型33
显示1内存整型34
显示2内存整型35
4.2.3变量的设置
1、在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击“新建”，弹出“变量属性”对话框。
2、对话框设置为：
变量名：
“Deng1”
变量类型：
内存离散
同理，Deng2、Deng3、Deng4以及其他变量均这样设置。
用类似的方法建立车内存实型变量。
4.2.4动画连接
小车的连接
1.在画面上双击对象“车7”，弹出动画连接对话框。
2.单击“填充属性”，弹出水平移动连接对话框。
3.选择属性表达式后点击确定，就完成了对小车的动画连接。
同时可以对移动距离进行设定，以控制车的运动。
4.用同样的方法设置其他小车的动画连接。
4.2.5画面命令语言
if（\\本站点\TEXT1==0||\\本站点\TEXT3==0）
{\\本站点\Deng4=0;
\\本站点\Deng3=0;
\\本站点\Deng1=0;
\\本站点\Deng2=1;
\\本站点\库内车数量=16;}
if（\\本站点\TEXT1==1）
{\\本站点\Deng4=1;
\\本站点\Deng1=1;
\\本站点\Deng3=0;
\\本站点\Deng2=0;
\\本站点\车7=\\本站点\车7+50;
\\本站点\库内车数量=\\本站点\库内车数量-2;
\\本站点\车8=\\本站点\车8+30;}
if（\\本站点\车7==800）
{\\本站点\显示1=1;
\\本站点\显示2=0;}
if（\\本站点\车8==810）
{\\本站点\显示1=2;
\\本站点\显示2=0;}
if（\\本站点\TEXT2==1）
{\\本站点\Deng3=1;
\\本站点\库内车数量=\\本站点\库内车数量+1;
\\本站点\Deng2=0;
\\本站点\Deng4=0;
\\本站点\Deng1=1;
\\本站点\车10=\\本站点\车10+50;
\\本站点\显示2=1;
\\本站点\显示1=2;}
if（\\本站点\TEXT3==1&&\\本站点\TEXT1==1）
{\\本站点\车7=0;
\\本站点\车8=0;
\\本站点\车10=0;
\\本站点\显示1=0;
\\本站点\显示2=0;
\\本站点\库内车数量=16;}
4.2.6组态王设计系统运行
1.主画面
2.动作画面
动作一：
初始状态时，车库已满灯亮，表示车库已满显示16，不允许车进入。
动作二：
有车出来时，按下TEXT1，车7、车8相继从车库出来，库内车数量显示14，“有车驶出”和“车库未满”显示亮；当车7出来时“显示1”显示01，表示有一辆车出来。
动作三：
当之后车8出来时,“显示”显示为02，表示此时已经有两辆车从停车场出来。
动作四：
按下TEXT2，“有车进入”灯亮，表示有车进入，并且“显示2”亮，表示有一辆车进入。
动作5：
复位。
第5章四层电梯控制
5.1任务要求
如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下：
[1]电梯上行：
①当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫．则上行到4楼碰行程开关后停止。
②电梯停于1F或2F，3F呼叫、则上行，到3F行程开关控制停止。
②电梯停于1F，2F呼叫，则上行，到2F行程开关控制停止。
④电梯停于lF，2F、3F同时呼叫，则电梯上行到2F后，停5秒种，继续上行到3F停止。
⑤电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到．3F，停5秒，继续上行到4F停止。
⑥电梯停于1F，2F、4P同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到4F停止
⑦电梯停于1F，2F、3F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止。
⑧电梯停于2F、3F，4F同时呼叫，电梯上行到3F停5秒，继续上行到4F停止。
[2]电梯下行：
①电梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，电梯下行到1F停止。
②电梯停于4F或3F，2F呼叫，电梯下行到2F停止。
③电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止。
④电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停止
⑤电锑停于4F，3F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到1F停止
⑥电梯停于4F，2F、1F同时呼叫，电梯下行到2F，停5秒，继续下行到1F停止。
⑦电梯停于4F，3F、2F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停5秒，继续下行到lF停止。
[3]各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。
[4]电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。
[5]设计电梯停于2F,3F时，电梯运行状态。
（上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）
5.2设计思路
四层电梯的自动控制主体思想是将四层楼分为四个状态，每个楼层分为两个子状态一、二，状态一为该楼层的等待状态，状态二为该楼层的行进状态。
四个楼层状态之间依据限位开关进行切换，即一层状态可以切换到二层状态，二层状态可以切换到一、三层的状态。
切换时首先判断该层是否被呼叫，如果被呼叫则切换到该层的等待状态中，等待3秒后进入该层的行进状态中。
5.3输入输出分配表
输入
输出
主机
实验模块
注释
主机
实验模块
注释
X1
LAY1
一楼行程开关
Y0
DJB
电机下行
X2
LAY2
二楼行程开关
Y1
DJA
电机上行
X3
LAY3
三楼行程开关
24V
24V
X4
LAY4
四楼行程开关
GND
GND
X12
2DN
二层下呼
Y6
A
数码管段码
X13
3DN
三层下呼
Y7
B
X14
4DN
四层下呼
Y10
C
X11
1UP
一层上呼
Y11
D
X12
2UP
二层上呼
Y12
E
X13
3UP
三层上呼
Y13
F
X0
RST
复位
Y14
G
X5
IN1
一层内选按钮
COM0
24V
X6
IN2
二层内选按钮
COM1
24V
X7
IN3
三层内选按钮
COM2
24V
X10
IN4
四层内选按钮
COM3
24V
COM
COM
GND
COM4
24V
LEDCOM
GND
COM5
24V
2.4系统结构框图
2.5程序流程及功能实现
四层电梯的自动控制主体思想是将四层楼分为四个状态，每个楼层分为两个子状态一、二，状态一为该楼层的等待状态，状态二为该楼层的行进状态。
四个楼层状态之间依据限位开关进行切换，即一层状态可以切换到二层状态，二层状态可以切换到一、三层的状态。
切换时首先判断该层是否被呼叫，如果被呼叫则切换到该层的等待状态中，等待3秒后进入该层的行进状态中。
以电梯在一楼为例
一、开机分支转移程序：
二、等待子程序：
三、行进子程序：
四、电梯上下行判断流程
Lay1——Lay4是四个楼层的限位开关，对应输入X1——X4，四个楼层的呼叫信号对应输入X11——X14，对应中间继电器M11——M14，将四个开关量作为一个整体K1X1、K1M11，然后进行比较，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层下面，因此电梯下行；相反的，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层上面，因此电梯上行。
对应的子流程图如下：
五、数码管显示部分：
当电梯行驶或停靠在某一楼层时，数码管显示出对应的楼层号，利用输出端口Y6——Y14输出数码管显示信号到数码管，即可显示出电梯当前所在的楼层，对应梯形图如下：
六、楼层呼叫指示灯：
L1——L4对应四个楼层的呼叫指示灯，哪一层有呼叫，哪一层的指示灯就亮，电梯行进到这一层后，指示灯即熄灭。
七、报警部分：
电梯上行、下行电机运行时间超过15s后，发出报警知识。
报警部分程序：
2.5总梯形图
第6章变频器相关知识
6.1变频器
变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需
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