组态王 采用PLC的停车场控制 和 四层电梯控制燕山大学课程设计.docx
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组态王采用PLC的停车场控制和四层电梯控制燕山大学课程设计
电气工程学院
课程设计说明书
电气控制与PLC
设计题目：
采用PLC的停车场控制
系别：
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称：
电气控制与PLC
基层教学单位：
仪器科学与工程系指导教师：
张立国
学号
姓名
班级
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
目录
目录
第1章引言4
第2章设计要求5
第3章设计要求分析6
第4章I/O接线及分布8
第5章系统程序流程图9
第6章梯形图10
第7章性能分析11
第8章组态王实现11
第9章公共实践部分15
第10章变频器相关21
第11章心得体会28
参考文献29
第1章引言
近20年来，随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大。
尽管私家车、出租车比重呈现逐年上升的趋势，因此车辆停放依旧是市民最为关注的问题。
也许还有不少人对上世纪九十年代的“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。
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，即采用PLC的停车场控制系统。
关键词：
PLC停车场智能管理
第2章设计要求
一、控制要求
2.在入口处装设一传感器，用来检测车辆进入的数目。
3.在出口处装设一传感器，用来检测车辆出去的数目。
4.有车位时，入口闸栏将门开启让车辆进入，并有指示灯示表示尚有车位。
5.车位满时，则有一指示灯显示车位已满，且入口闸栏不能开启让车进入。
6.可以用七段数码显示管上显示目前停车场共有几部车。
二、设计任务
学生根据控制要求，进行停车场车位运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.进行系统调试，实现停车场车位的控制要求。
第3章设计要求分析
（1）入库车辆前进时，经过传感器1，此时车位尚未满的话，栅栏门1打开，当达到开极限位置时，栅栏门2打开停止，同时车辆进入，经过传感器2，栅栏关闭，达到关极限位置时，栅栏门停止关闭，同时计数器A加1；
（2）出库时，先经过传感器3，栅栏门2打开，当达到极限的时候停止打开，同时车辆出闸门再经过传感器4，栅栏门2关闭，当达到极限时，栅栏门停止动作，计数器B减1；（计数器B的初始值由计数器A送来）只经过一个传感器则计数器不动作。
（3）仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示。
（4）若设仓库容量为16辆车，则仓库满时应显示。
（5）运用PLC控制，用七段数码显示管上显示目前停车场共有几部车。
选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题。
目前国内外生产PLC的厂家很多，如西门子、三菱、松下、欧姆龙、LG、ABB等，不同厂家的PLC产品虽然基本功能相似，但有些特殊的功能、价格、服务,另外编程指令和编程软件都不相同。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。
选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。
根据以上的信息，结合我们的需要，选择情况如下：
此系统公用到4个输入/11个输出，所以选用S7-200CPU226组成程序。
S7-200PLC属于小型PLC，其主机的基本结构是整体式，主机上有一定数量的输入\输出（I/O）点，一个主机单元就是一个系统。
他还可以进行灵活的扩展，如果I/O点不够，则可增加I/O扩展模块；如果需要其他特殊功能，如特殊通信或定位控制等，则可以增加相应的功能模块，一个完整的系统由5部分组成：
主机单元，，扩展单元，特殊功能模块，相关设备，软件。
1.主机单元：
又称基本单元或CPU模块。
它由CPU，存储器，基本输入/输出点和电源等组成，是PLC的主要部分。
实际上它是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。
西门子S7-200系列PLC的基本型号共有十种，本设计采用CPU226，它集成24输入/16输出，有很多的程序存储容量，数据存储容量达到10KB，还具有两个通信口，通信能力大大增强，它可用于点数较多，要求较高的小型或中型控制系统。
下边是CPU模块的主要特点和技术规范：
（1）供电电压：
直流24V和交流220V两种供电电源电压。
（2）输出方式：
输出类型有晶体管（DC）和继电器（DC/AC）两种方式
（3）集成电源：
主机集成有24V直流电源，可以直接用于传感器和执行机构的供电。
（4）高速计数：
它可以用普通输入端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，进行高速计数。
（5）集成模拟电位器：
可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数。
（6）实时时钟：
可用于对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程运行时间控制。
2.扩展单元：
又称扩展模块，当主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种模块，根据I/O点数的数量不同、性质不同、供电不同，I/O扩展模块有多种类型。
每个CPU所能谅解的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。
CPU226可扩展7个模块。
第4章I/O接线及分布
I/O分配如下表所示：
输入信号
输出信号
设备
地址
设备
地址
启动
I0.0
开门
Q2.0
停止
I0.5
关门
Q2.1
传感器1
I0.1
位满指示灯
Q2.2
传感器2
I0.2
有位指示灯
Q2.3
上限位
I0.3
数码管1显示
Q0.0~Q0.6
下限位
I0.4
数码管2显示
Q1.0~Q1.6
PLC及扩展模块外接线如下图所示：
第5章系统程序流程图
流程图如下：
第6章梯形图
梯形图如下：
第7章性能分析
本设计是基于PLC的停车场车位控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中的数据寄存器，数据寄存器中的数据进行加减计数并存储到数据寄存器中，数据寄存器中的数据以BCD码传输给七段译码显示器，显示器能够实时显示停车场的停车数目。
数据寄存器中的数据与设定值16进行比较用以显示有无车位。
PLC具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。
该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC可以使该设计的要求全能满足。
第8章组态王实现
一、组态王实现步骤如下：
工程的建立
变量定义
新建画面
动画连接与调试
控制程序的编写与模拟调试
二、程序命令语言
if（\\本站点\goin==1&&\\本站点\linein<750）
\\本站点\linein=\\本站点\linein+50;
if（\\本站点\linein==750）
{
goin=0;
\\本站点\linein=0;
}
if（\\本站点\goout==1&&\\本站点\outline<750）
\\本站点\outline=\\本站点\outline+50;
if（\\本站点\outline==750）
{
goout=0;
\\本站点\outline=0;
}
if（\\本站点\linein>=100&&\\本站点\linein<=300）
\\本站点\lin1=1;
else\\本站点\lin1=0;
if（\\本站点\linein>=450&&\\本站点\linein<=750）
\\本站点\lin2=1;
else\\本站点\lin2=0;
if（\\本站点\outline>=200&&\\本站点\outline<=400）
\\本站点\lout1=1;
else\\本站点\lout1=0;
if（\\本站点\outline>=500&&\\本站点\outline<=750）
\\本站点\lout2=1;
else\\本站点\lout2=0;
if（\\本站点\lin1==1&&\\本站点\lin2==0&&\\本站点\goin==1）
\\本站点\barin=\\本站点\barin+20;
if（\\本站点\lin2==1&&\\本站点\lin1==0&&\\本站点\goin==1）
\\本站点\barin=\\本站点\barin-20;
if（\\本站点\lout1==1&&\\本站点\lout2==0&&\\本站点\goout==1）
\\本站点\barout=\\本站点\barout+20;
if（\\本站点\lout1==0&&\\本站点\lout2==1&&\\本站点\goout==1）
\\本站点\barout=\\本站点\barout-20;
if（\\本站点\num<16）
{
\\本站点\yes=1;
\\本站点\no=0;
}
else{
\\本站点\yes=0;
\\本站点\no=1;
}
if（\\本站点\msg==1&&\\本站点\inline2<16）
\\本站点\inline2=\\本站点\inline2+1;
else
{
\\本站点\inline2=0;
\\本站点\msg=0;
}
三、实现主画面
经检验，组态王实现了任务要求，并进行了一些创新设计，如用户权限设置，出入库分路进行，检测器指示灯等等。
第9章公共实践部分
一、四层电梯设计要求
[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3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3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3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3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3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3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3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3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3秒，继续下行到2F停3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）
二、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
COM1
24V
X4
LAY4
四楼行程开关
COM0
24V
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
Y14
G
X0
RST
复位
LEDCOM
GND
COM2
24V
X5
IN1
一层内选按钮
X6
IN2
二层内选按钮
24V
24V
X7
IN3
三层内选按钮
GND
GND
X10
IN4
四层内选按钮
COM
COM
GND
三、程序梯形图
总梯形图如下：
第10章变频器相关
变频器（frequencytransformer）一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器的主电路大体上可分为两类：
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。
PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
变频器（Variable-frequency Drive，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。
通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。
PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅度调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
变频器的主电路大体上可分为两类：
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
1、什么是变频器？
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
2、PWM和PAM的不同点是什么？
PWM是英文PulseWidthModulation（脉冲宽度调制）缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。
PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脉冲幅值调制）缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
3、电压型与电流型有什么不同？
变频器的主电路大体上可分为两类：
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
4、为什么变频器的电压与频率成比例的改变？
任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。
因此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。
由公式E=4.44*K*F*N*Φ可以看出，在变频调速时，电动机的磁路随着运行频率fX是在相当大的范围内变化，它极容易使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生峰值很高的尖峰电流。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
5、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？
频率下降（低速）时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。
6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？
采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%~200%）。
用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。
采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。
起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。
7、V/f模式是什么意思？
频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。
V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择
8、按比例地改V和f时，电机的转矩如何变化？
频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。
因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。
可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法
9、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：
1，那么在6Hz以下就没有输出功率吗？
在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。
变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5~3Hz.
10、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？
通常情况下时不可以的。
在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。
11、所谓开环是什么意思？
给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。
通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈.
12、实际转速对于给定速度有偏差时如何办？
开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%~5%）变动。
对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近于给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。
13、如果用带有PG的电机，进行反馈后速度精度能提高吗？
具有PG反馈功能的变频器，精度有提高。
但速度精度的植取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。
14、失速防止功能是什么意思？
如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。
为了防止失速使电机继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。
当加速电流过大时适当放慢加速速率。
减速时也是如此。
两者结合起来就是失速功能。
15、有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加减速时间共同给定的机种，这有什么意义？
加减速可以分别给定的机种，对于短时间加速、缓慢减速场合，或者对于小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对于风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间和减速时间可以共同给定。
16、什么是再生制动？
电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为异步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。
17、是否能得到更大的制动力？
从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。
如采用选用件制动单元，可以达到50%~100%。
18、请说明变频器的保护功能?
保护功能可分为以下两类：
（1）检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。
（2）检知异常后封锁电力半导体器件PWM控制信号，使电机自动停车。
如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。
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