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基于PLC的车辆出入库管理系统
摘要
随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。
本设计是基于PLC的车辆出入库管理系统，采用LED来显示车库是否满。
使用两个压力感器来监控车辆的进出并完成计数工作，车辆进入时经过两个传感器使显示数字加一，车辆外出时经过两个传感器使计数器数字减一，但当车辆只经过一个传感器时不计数。
为了防止意外计数错误，本系统采用反复程序校验，来提高系统的可靠性。
首先，注意控制两个传感器之间的距离，用程序验证进出车库的是否是车辆，当人通过传感器时不计数；其次，采用逻辑互锁方式，启动加计数则要锁定减计数，产生加计数脉冲时则要锁定减计数脉冲，如此以保证可靠性；最后，及时的进行复位处理，以免车辆在传感器附近作往返运动时错误计数。
关键词：
PLC传感器车库
第一章引言
1.1PLC的基本结构
1、中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC的控制核心。
它按照PLC系统程序赋予的功能：
a.接收并存储从用户程序和数据；b.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。
2、存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。
存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。
3．输入接口电路输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。
4．输出接口电路：
可编程序控制器的输出有：
继电器输出（M）、晶体管输出（T）、晶闸管输出（SSR）三种输出形式。
5．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、可靠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。
如FX1S额定电压AC100V—240V，而电压允许范围在AC85V—264V之间。
允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。
一般小型PLC的电源输出分为两部分：
一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。
1.2PLC的工作原理
PLC则是采用循环扫描的工作方式。
一个扫描周期主要可分为3个阶段。
1．输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。
完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。
在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。
2．程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。
当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。
3．输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。
由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。
显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。
扫描周期越长，响应速度越慢。
由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。
但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。
这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。
但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。
总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应注意。
第二章车辆出入库管理系统的构成
2.1整体框架
图2—1整体框架
2.2传感器的布置
图2-2传感器的布置
2.3I/O口地址分配
表2-1I/O口地址分配
输入信号
输出信号
压力传感器1#
X0
车辆进入信
号灯
Y0
压力传感器2#
X1
车辆离开信
号灯
Y1
复位开关K
X2
车库满信
号灯
Y2
启动开关
X3
车库是否有空位显示
Y3
2.4PLC的I/O端口接线
图2-3PLC的I/O端口接线
第三章硬件的选择
3.1可控编程控制器的选择（PLC）
1.可编程序控制器物理结构的选择
根据物理结构，可以讲可编程序控制器分为整体式和结构式，整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，小型控制系统一般使用整体式的PLC。
模块式的PLC的功能扩展比较方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块等的选择，比整体式PLC灵活得多。
模块式还备有多种特殊I/O模块供用户选择，可以完成各种特殊的控制任务，在判断故障范围和维修是更换模块等也很方便。
因此，比较复杂的、要求较高的系统一般采用模块式的PLC。
系统如有模拟量闭环控制、快速响应、高速计数、通信联网和运动控制特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的PLC，也可以选用内置相应功能的整体式PLC。
2．PLC指令表指令功能的选择
现代的PLC的指令功能越来越强，内部编程元件（如辅助继电器、定时器和计时器）是个数越来越多，任何一种PLC都可以满足开关量控制系统的要求。
如果系统要求完成模拟量与数字量的转换、PID闭环控制、运动控制等工作，PLC应有算数运算、数据传送等功能，有时甚至要求有开平方、对数运算和浮点运算等功能。
FX系列的PLC提高提供了具有不同档次的几个子系列，可以根据系统的具体情况选用满足的子系列。
例如不需要联网通信的小型开关量控制系统，可以选用交割更便宜的FX0s系列；I/O点数多、控制复杂、要求联网通信的系统了以选用FX2N系列，并且FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。
3．PLC的I/O点数的确定
确定I/O点数时，应该准确地计算出被控制设备对PLC输入或者输出点数的总需求，在此基础上，应留有10%-20%的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。
整体式PLC的基本单元、扩充单元的输入和输出点数的比例是固定的，如与系统要求的输入或输出点数的比例较大，可选择只有输入点数的扩展单元或扩展模块。
因此，在这个设计中需要6个输入点，4个输出点，留有10%-20%裕量则选择最小点数即FX2N-16MR-001型号的PLC。
FX2N-16MR-001是日本三菱公司的可编程控制器（PLC）,输入8点,输出8点.
3.2压力传感器的选择
MSP300系列（MSP300-010-B-5-W-1）压力传感器为大批量、低成本、民用及工业用产品建立了新的性能价格比典范。
本产品广泛适用于对物压、气压、液压的检测，甚至较恶劣的介质环境，如污水、蒸汽、轻度腐蚀性液体和气体。
MSP300压力传感器（MSP300-010-B-5-W-1）的压力腔采用17-4PH不锈钢单件一体式结构加工而成。
其标准压力接口采用1/4NPT外螺纹接头，因而可以保证较好的密封性能。
本产品的特点是无○形圈、无焊缝、无硅油或其他有机物，经久耐用。
MEAS采用独有的微熔技术，引进航空应用科技，利用高温玻璃将微加工硅压敏电阻应变片熔化在不锈钢隔离膜片上。
玻璃粘接工艺避免了温度、湿度、机械疲劳和介质对胶水和材料的影响，从而提高了传感器在工业环境中的长期稳定性能，同时也避免了传感器在传统微机械加工制造工艺过程中出现的P-N结效应现象。
MSP300压力传感器是（MSP300-010-B-5-W-1）不锈钢单件一体化结构，压力范围高达10KPsi或700Bar毫伏或放大输出，工作温度范围宽能适应一年四级的各种气候。
主要应用于普通压力测量、自动检测系统、液压/气动系统等。
综上所述可以选用MSP300-010-B-5-W-1。
3.3按钮开关的选择
按钮开关是利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点按通或断开并实现电路换接的开关。
按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等。
本设计选用钥匙式（Y）的按钮开关。
用钥匙插入旋转进行操作，可防止误操作或供专人操作。
3.4信号灯的选取
XD系列信号灯是塑料外壳，体积小重量轻、安装方便、价格便宜、功率小。
且XD系列信号灯的灯罩与红、黄、蓝、乳白、绿、无色六种颜色。
该信号灯适用于交流50Hz，电压380V以下的电气线路中作各种灯光指示信号、预告信号、事故信号及其他指示信号之用。
所以可以选用XD16-22B信号灯。
3.5导线选择
铜导线面积等于负载功率千瓦数乘以0.65，得数小于或等于导线实际截面的就选其值大一级的导线，铝线在算出铜线结果的基础上粗一级。
导线规则一般是：
1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2等等。
因此，本设计中，1个300W的LED显示屏，铜导线的截面面积=0.3X0.65=0.195,取最小1.5mm2。
铝导线取2.5mm2的。
3.6LED显示屏的选择
LED是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。
用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
本设计选择科泰室内Φ5双基色LED显示屏，它具有功率小，可视距离适合停车场使用，具有双色调醒目，使用寿命长。
能够在常温下工作。
能够同步显示，异步脱机显示，所以可以选用科泰室内Φ5双基色LED显示屏。
3.7元件明细表
表3-1元件明细表
元器件（型号）
数量
备注
科泰室内Φ5双基色
1个
LED显示屏
MSP5100
2套
压力传感器
Y
2个
按钮
FX2N-16MR-001
1个
三菱编程控制器
XD16-22B
2个
黄，蓝各一个
导线1.5mm2
若干
（根据现场情况决定）
第四章程序设计
4.1控制要求
1.入库车辆前进时，经过1#传感器→2#传感器后，计数器加1，后退时经过2#传感器→1#传感器后，计数器减1；只经过一个传感器则计数器不动作。
2.出库车辆前进时，经过2#传感器→1#传感器后，计数器减1，后退时经过1#传感器→2#传感器后，计数器加1；只经过一个传感器则计数器不动作。
3.车辆入库或出库时，均应有提示灯，定时3s钟。
4.仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零。
5.若设仓库容量为50辆车，则仓库满时应提示。
6.使用LED显示车库车辆是否满。
4.2计数逻辑
1.压力感器的受到200公斤以上的压力时定义为“有信号”；
2.传感器1#有信号，在启动传感器2#时启动增计数逻辑；
3.传感器2#有信号，在启动传感器1#时启动减计数逻辑；
4.传感器1#，2#有信号，则启动增计数逻辑；
5.传感器1#，2#完成脉冲同时1#，2#有信号，则启动减计数逻辑；
6.复位开关复K有信号时复位动作；
7.增计数与减计数的启动逻辑互锁；
8.增计数和减计数的进行逻辑互锁；
9.计数值超过到达50提示（LED显示）。
其中：
条件2和条件3为“方向判定条件1”；
条件4和条件5为“方向判定条件2”；
4.3顺序功能图
图4-1顺序功能图
4.4程序流程图
图4-2程序流程图
4.5程序梯形图
4.6程序指令表
0LDX0;32ANDM4;
1ORMO;33ORM5;
2ANIT4;34ANIT1
3ANIM3;35OUTM5;
4OUTM0;36OUTT1；
5LDM0;K30;
6ANDX1;37LDM5;
7ORM1;38OUTY1;
8ANIT4;39OUTT5;
9ANIM4;K30;
10OUTM1;40LDM4;
11LDM0;41OUTM8200;
12ANDM1;42LDX2;
13ORM2;43RSTC220;
14ANITO;44LDX0;
15OUTM2;45ANDX1;
16OUTTO;46ANIT6；
K30;47OUTC220;
17LDM2;K50;
18OUTYO;48LDC220;
19OUTT4;49ORY3;
K30;50END;
20LDX1;
21ORM3;
22ANIM0;
23ANIT5;
24OUTM3;
25LDM3;
26ANDX0;
27ORM4;
28ANIM1;
29ANIT5;
30OUTM4;
31LDM3;
结论
本设计采用光传感器采集信号，使用完全PLC控制，完成了车辆出入库时的统计和显示工作，能够可靠的准确的无误的进行计数，无论单个车辆怎样的往返运动，都不会出现误计数和漏计数，而且在人通过光传感器时不会误计数。
最后采用LED做显示，能够显示车库内车辆是否停满。
优点：
本系统采用反复逻辑判定，计数动作准确可靠；设备简单安装方便；自动化程度高便于实现无人值守；抗干扰能力强，环保无污染；便于需要时进行扩展。
缺点：
PLC的输出口资源有点过于浪费。
致谢
衷心感谢谢大川老师本人的精心指导！
老师的言传身教我将谨记遵循，老师广博的学识和严谨的治学态度使我受益终生！
感谢电气工程系的全体老师和同学对我的关心和支持！
感谢所有关心和帮助过我的人们！
在设计过程中参考了相当数量的网络资料，谢谢所有知名和不知名的作者！
参考文献
1．谢克明，夏路易可编程控制器原理与程序设计[M]．北京：
电子工业出版社，2002;
2．PLC入门学习基础教程[M]．北京：
机械工业出版社，2003;
3．可编程序控制器应用指南 易传禄主编 上海科普出版社;
4．可编程序控制器原理及应用 钟肇新彭侃编 华南理工大学出版社;
5．电气与可编程序控制器技术 汤以范主编 机械工业出版社;
6．可编程序控制器原理及应用赵金荣叶真编上海应用技术学院；
7．可编程序控制器的编程方法与工程应用廖常初主编重庆大学出版社。
8．三菱.《FX可编程控制器编程手册》
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