基于PLC智能停车场车位控制系统.docx

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基于PLC智能停车场车位控制系统

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本科生毕业论文

基于PLC的智能停车场车位控制系统设计

院（系）**********************

专业电子信息工程（自动化）

研究方向基于PLC的工程控制

学生姓名

学号************

指导教师姓名*******

指导教师职称******

20**年**月**日

摘要

一种停车场车位控制系统的新设计。

该系统设计通过红外传感器、光电开关、PLC、触摸屏PT177A同时运用STEP7编程软件和组态软件Winccflexible的有机结合,将停车场的车位通过红外传感器检测，PLC控制，组态软件Winccflexible可自动完成车位信息采集管理和显示功能,从而优化了停车场管理,方便了用户泊车。

更满足了当今时代智能领域的可视化，彰显人机结合的主题。

关键词：

红外传感器；PLC；触摸屏PT177A；STEP7编程软件；组态软件Winccflexible

Abstract

anewdesignofcontrolsystemofcarparkingspaces.Thesystemdesignbyinfraredsensors,photoelectricswitches,PLC,touchscreenPT177aSTEP7programmingsoftwareandconfigurationsoftwareWinccflexiblecombination,carparkingspacedetectionbyinfraredsensor,PLCcontrolconfigurationsoftwareWinccflexiblecanautomaticallycompleteparkinginformationcollectionmanagementanddisplayfunctionstooptimizeparkingmanagement,facilitatestheusertoparking.Moretomeetthepresenteraofintelligencevisualization,highlightthethemeofman-machinecombination.

Keywords:

infraredsensor；PLC；touchscreenPT177a；STEP7programmingsoftware；configurationsoftwareWinccflexible

目录

第一章绪论1

1.1引言1

1.2智能停车场的现状1

第二章停车场控制系统控制要求2

2.1停车场控制系统简介2

2.2停车场控制系统要求2

第三章停车场控制系统硬件集成设计4

3.1光电开关4

3.1.1光电开关简介4

3.1.2光电开关的分类及术语解释4

3.1.3光电开关的特点5

3.1.4红外光电开关6

3.2红外测距系统7

3.2.1红外线简介7

3.2.2红外检测7

3.3信号采集电路8

3.4可编程序控制器9

第四章控制系统软件设计11

4.1STEP7编程软件概述11

4.1.1STEP7软件组成及安装11

4.1.2S7-200CPU与STEP7-Micro/WIN32的通信11

4.2停车场车位梯形图程序设计及分析12

4.2.1停车场车位梯形图程序分析12

4.2.2停车场车位梯形图程序14

4.3WinCCflexible组态软件概述15

4.3.1SIMATICHMI介绍15

4.3.2WinCCflexible系统概述16

4.4WinCCflexible组态控制系统17

4.4.1WinCCflexible组态的操作界面17

4.4.2WinCCflexible组态的主画面18

4.4.3WinCCflexible组态的用户管理界面19

4.4.4WinCCflexible组态的系统操作界面21

第五章总结22

参考文献23

致谢24

第一章绪论

1.1引言

随着进口汽车和国内汽车行业的不断发展，大型和中型城市的涌入，汽车数量的增加，从而引发的停车管理问题。

近年来，中国的停车场管理技术稳步提高和通讯技术，网络技术，计算机技术的发展，促进停车场管理系统功能强大的[1]。

构成一个停车场停车管理系统，其中包括位于停车场扎实的管理控制器，电动车位锁车位铺设和移动控制器;管理控制器，包括一个传感器接收模块，逻辑控制电路和电路，电源输出功率的电动车位锁边和驱动控制电路连接;移动控制器与数据读写控驱动控制制电路，无线遥控发射模块和电池，无线遥控发射器的外部设置由移动的天线连接无线信号接收天线的管理控制器模块，具有很大的实用价值。

1.2智能停车场的现状

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，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。

使用PLC控制停车，停车管理系统是一个高效，公平，准确，科学和经济的停车场管理，停车场车辆在静态和动态管理的手段。

从经理的角度来看，它容易给操作和维护的自动化程度高，大大降低的管理人员劳动的强度；从用户的角度来看，高效的服务是准确的，彻底消除错误和任何形式的作弊行为，防止损失的停车费，投资者的回报有可靠的保证。

PLC作为信息的载体，记录车辆进入和离开的工业自动化控制技术控制机电一体化外围设备相结合，通过智能传感器的信息，并控制流入和流出的停车各类车辆很多。

第二章停车场控制系统控制要求

2.1停车场控制系统简介

现在的小区停车管理系统，以实现准确地显示车辆出入，让司机了解停车位和车辆进入总记录车辆的具体位置的准确数量，在车辆离开后，减少的数量车辆。

车辆进入和离开指指示完全由PLC作为中央控制处理，停车场空位指示可用价格不高的数字显示。

也可用触摸屏来观察和控制。

2.2停车场控制系统要求

在操作面板上设有SB1和SB2两个动合按钮，其中SB1用来启动大门的控制系统，SB2用于停止大门控制系统[2]。

用两种不同红外传感器检测车辆。

用红外传感器检测是否有车辆要进入大门，当单位的车辆驶进大门时，红外传感器的接收二极管检测到反射回来的信号时，输出逻辑“1”信号，则开启大门。

用光电开关检测车辆是否已经进入大门。

光电开关有发射头和接收头两部分组成，发射头发出特定频谱的红外光束，由接收头加以接收。

当红外光束被车辆遮住时，接收头输出逻辑“1”；当红外光束未被车辆遮住时，接收头输出逻辑“0”。

当光电开关检测到车辆已经进入大门时，则关闭大门。

门的上限装有限位开关SQ1，门的下限装有限位开关SQ2。

门的上下运动由电动机驱动，开门接触器KM1闭合时门打开，关门接触器KM2闭合时关闭。

当车进入车库内，可以随意找空车位进行泊车。

每个车位的最前侧装有红外传感器，当车停靠到相应的车位时，红外传感器的接收二极管检测到反射回来的信号时，输出逻辑“1”信号。

此时在触摸屏上显示对应的车位满。

业主可以利用触摸屏方便直接的观察到车库内车位是否已满，同时可以控制整个车库系统的启动和停止。

并且可以通过触摸屏了解该智能停车场车位控制系统的特点。

并在业主启动系统时，必须通过触摸屏的用户登录方式登录。

这样增加了整个系统的保密性[3]。

图2-1仓库大门检测系统

第三章停车场控制系统硬件集成设计

3.1光电开关

3.1.1光电开关简介

光电传感器（光电开关），称为光电接近开关，因为它使用块或反射的光束，门电路检测电路检测有或无的对象。

所有对象不仅限于金属，能反映光检测。

光电开关将输入电流转换成光信号发射机，然后发射，接收机根据接收到的光强度或是否检测的目标对象。

大多数的光电开关选择的波长接近可见光，主要是红外光型[4]。

3.1.2光电开关的分类及术语解释

光电开关分类：

①镜反射式：

设立了一个发射器和接收器，被反射到接收器的背面，是由光电开关发射器，检测的对象，完全挡住了光，光电开关检测开关信号发出的光。

②对射式：

它包含在结构上相互分离光轴放置发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器与发射器和接收器和挡光，当对象经过后这个及时报告的光电开关检测开关信号。

因此，检测的对象是不透明的，通过束光电开关是最可靠的检测设备。

③漫反射式：

它设立了一个发射器和接收器，接收到反射回来的是由光电开关发射器，检测的对象，完全阻断光线发出的光被检测对象表面光滑，光电开关检测开关其反射率很高的漫反射式光电开关检测的首选模式。

④光纤式：

它采用玻璃光纤或塑料传感器来引导反射光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。

通常光纤式传感器分为漫反射式和对射式。

⑤槽式：

发射机和接收机都位于两侧的U形槽，并形成一个光轴，光电开关是一个开关信号，当检测对象是U形，阻止透光。

槽式光电开关，适合快速移动的物体的检测，它可以区分半透明和透明物体，使用高度安全和可靠的。

光电开关是传感器家庭的重要成员之一，其中光强度变化的发射器和接收端之间的电流变化的，以实现检测。

光电开关输出回路和输入回路是经过电隔离的，所以它可以应用在许多场合。

SMT表面贴装技术和光电开关集成电路技术制造出新一代光交换设备，扩大，延误，可靠性高，防干扰对方，外部同步，自动诊断和工作区域稳定和其他智能化的功能。

这种新颖的光电开关是脉冲调制的主动光学检测系统的电子开关，它使用的红外光，绿光，蓝光和红光的冷光源，可以非接触式的快速无损伤控制和使动作各类固体，液体，透明的身体，黑色的身体，柔软的身体和烟雾和其他物质。

联络开关的精度的限制和响应速度，接触检测缺点有容易损坏的试验材料和寿命短等，从对短期晶体管接近开关的作用，不能直接检测非金属材料。

然而，新型光学开关，克服了上述缺点，而且体积小，精度高，寿命长，功能多，探测距离远，响应速度快，防光，电，磁干扰能力强。

3.1.3光电开关的特点

对检测物体的限制少

遮掩和反射检测对象的检测原理，所以我不想接近传感器和其他金属物件检测限，它可以检测玻璃几乎所有的对象其中包括塑料木材，液体。

响应时间短

本身作为一个高速，构成电子元器件传感器电路，所以不包括机械工作时间，响应时间很短。

分辨率高

通过高级的设计技术，投光光束集中于小光点，特别是对受光光学系统，实现高分辨率。

也可以是一个小物件检测和精密位置检测。

检测距离长

如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段无法检测的距离。

便于调整

在可见光类型的投影，投光灯的光束是肉眼可以看到的，容易调整的检测对象的位置。

可实现非接触的检测

避免机械接触检测检测对象的需要，也不会损坏测试对象和传感器。

因此，该传感器可以长期使用。

可实现颜色判别

在光的反射和吸收不同波长的光投光灯和检测对象的色彩组合形成的检测对象。

这种性质的，可以检测出被测物体的颜色。

3.1.4红外光电开关

（1）红外发射电路多谐振荡器由时基电路U1NE555，产生的振动频率40KHZ脉冲信号U1（3）脚输出驱动红外发射管出发射40KHz的红外信号。

调整的W1电位器，可以改变其输出频率。

由于发射管的不同参数，灵敏度是不一样的，调整电位器W2的排放L的电流可以改变的，有效距离控制电路工作时（即灵敏度）。

（2）红外接收控制电路，被检进入探测区域，在红外接收管N1的红外辐射，并使其以适当的频率切断和传导。

并转换成相应的交流电压信号通过C2，R4的。

耦合运算放大器uA741，负反馈电阻R5，调整放大倍数是由调节运算放大器的放大倍数实现的。

uA741（6）脚输出到LM567的放大信号。

LM567的频率译码器ASIC（PLL频率译码器），其内部压控振荡器，振荡频率在自由振荡的情况下，完全依赖外部的RC时间常数，即

。

这个频率是锁相译码器LM567的中心频率。

所以F调整W3的40kHz的频率的中心频率，中心频率与接收到的传输频率一致，在LM567的电路识别解码。

LM567（8）脚输出低（通常为高）。

晶体管的导通，主要由R6、R7的扭转反向来实现，输出高电平触发驱动器驱动负载。

作为一个红外脉冲调制发射器，接收器，频率选择性扩增技术的结果，此电路具有高灵敏度和抗干扰能力强，无环境光的干扰，和道路是高度集成，调整方便，稳定可靠。

图3-1红外光电开关原理图

3.2红外测距系统

3.2.1红外线简介

近几年来，红外辐射技术已成为一门迅速发展的新兴技术科学。

它已广泛应用于医学，军事，科研，生产等各个领域。

红外辐射技术是发展测量技术、空间科学技术和遥感技术的重要手段。

红外辐射俗称红外线，它是人眼看不见的一种光线。

但实际上它和其他任何光线都一样，也是一种客观存在的物质。

任何物质只要它的湿度高于绝对零度，就有红外线向周围空间辐射。

其波长介于可见光和微波之间，在它的频谱范围内的波长。

对应的频率之间的红外线和可见光，紫外线，χ射线，γ射线和微波，无线电波一起构成整个无限连续的电磁波谱，红外辐射分为四个区域，红外技术，近红外，中红外，远红外和远红外区域。

近红外，中红外区域，远红外区域。

这里所说的是指在电磁波谱的可视距离的红外辐射的距离。

红外线在通过云雾等充满悬浮离子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有抗干扰能力强、易于产生、对环境影响小、不会干扰临近的无线电设备的特点，因而被广泛应用。

红外光具有折射、反射、干涉、吸收、散射等特性。

能全部吸收投射到它表面的红外辐射的物体称为黑体；能部分反射、部分吸收的物体称为灰体；能全部反射的物体称为镜体。

严格地意义上讲，在自然界中不存在透明体和黑体镜体。

目前红外发射器件发出的是峰值波长之间的近红外光线，红外接收器件的受光峰值波长线为之间，恰好与红外发光二极管的光峰值波长匹配。

3.2.2红外检测

红外线发射器和接收，有两种：

一种是反射和第二个是直接的类型。

是指发射管和接收管绑在一起，通常接收管一直都是没有光照的，只在发光管的红外光遇到反射，接收管收到反射回来的红外工作；直接式是指以发光管和接收管相对放置在两个发射和控制对象的两端，中间有一定的距离。

图3-2红外检测电路

3.3信号采集电路

该系统采用LM358的分析传感器的检测信号。

LM358的内部包括两个独立的，高增益，内部频率补偿的双运算放大器，适用于双电源操作模式也适用于在推荐工作条件下，电源电压和宽范围的电源电压单电源使用电源是独立的电流。

其使用范围包括传感放大器，音频放大器，工业控制，直流增益模块，直流增益组件，以及其他所有可用单电源运算放大器的场合。

LM358的封装形式有贴片式和塑封8引线双列直插式。

特点：

直流电压增益高，内部频率补偿，单位增益频带宽，电源电压范围宽；低功耗电流；双电源（±1.5-±15V）；单电源（3-30V），适合于电池供电。

低输入失调，失调电流和电压低输入偏流，共模输入电压范围宽，包括接地，差模输入电压范围宽，输出电压摆幅大，等于电源电压范围。

参数：

输入失调电流50nA，输入偏置电流45nA，输入共模电压最大值VCC~1.5V，输入失调电压2.9mV，电源抑制比100dB，共模抑制比80dB。

图3-4LM358管脚图

图3-5LM358采集信号原理图

3.4可编程序控制器

可编程逻辑控制器又被称为PLC是一个专门为在工业环境中应用，数字运算操作的电子设备而设计的。

它的存储器可以被编程来执行逻辑运算，用于其内部存储，定时，顺序运算，算术和计数等操作指令，并通过模拟或数字输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，有以下几个特点[5]。

功能强，性能价格比高

小型PLC，有上千个可以提供给用户编程组件，可以实现非常复杂的控制功能。

与功能相同的中继系统相比，它具有较高的性能价格比。

PLC也可以实现分散控制和集中管理通信网络，

编程方法简单易学

PLC最常用的编程语言为梯形图，电路符号与继电器电路具有相似的原理图。

梯形图语言比较直观，易学易用，电气技术人员熟悉的中继电路，花了几天，到自己熟悉的梯形图语言，用于编写用户程序。

梯形图语言实际上是一个面向用户的高层次语言，对于PLC梯形图程序，你应该用它来解释“翻译”成汇编语言，然后执行。

硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

配备的各种硬件设备，供用户选择标准化，系列化，模块化的，灵活的系统配置，不同大小的不同功能系统组成的全系列PLC产品。

PLC接线的安装也很方便，一般使用终端连接外部接线。

在PLC的负载能力强，可直接驱动电磁阀，在一般的接触。

确定硬件配置，你可以迅速适应工艺条件的变化，通过修改用户程序。

可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统采用了大量的时间继电器和中间继电器。

由于继电器控制系统接触的接触不良，容易失败。

PLC采用的软件，而不是大量的中间继电器和时间继电器，只留下少量的输入和输出硬件故障造成接触不良，由于接触大大减少。

PLC已采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间可达数万小时，可直接用于工业生产现场，有一个强大的干扰。

PLC已成为广大用户认为是最为可靠的工业控制设备之一。

系统的设计、安装、调试工作量少

PLC软件功能来取代继电器控制系统，在很多时间继电器，计数器，中间继电器和其他设备，控制柜的设计，安装，接线工作量大大减少。

PLC梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法是很有规律的，易于掌握。

对于一个复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电器系统图的设计时间少得多。

PLC用户程序可以在实验室模拟调试，模拟输入信号可以观察到PLC上输出一个开关信号，发光二极管的状态。

体积小，能耗低

对于控制系统的复杂，PLC可以减少大量的时间继电器和中间继电器，小型PLC的体积只相当于几个继电器大小，可以将开关柜体积减少到1/2~1/10。

PLC接线继电器控制系统布线要少得多，因此可以节省大量的布线及配件，降低了安装布线小时，加上开关柜量减少，可以显着的成本节约。

维修工作量小，维修方便

PLC的故障率非常低，和完美的自我诊断和显示功能。

PLC或外部输入装置和执行机构的失败，你可以迅速根据发光二极管或编程在PLC提供资料，以确定原因，更换模块的方法来快速解决。

目前生产PLC的厂家非常多，如日本的欧姆龙、日本的三菱、德国的西门子、法国施耐德和美国通用电气集团公司等，而西门子的PLC具有系统配置即丰富的品种、备有可自由选择、编程简单、固定又灵活、无忧的高速运算、高性能、使用于多种特殊用途、共同的外部设备和外部机器通讯简单化等特点，满足搅拌站控制系统的需要。

因此，选用西门子产品，同时考虑输入、输出点的数量，具体如下:

选择S7-226CPU模块一块。

这里我选用CPU226DC-DC-DC型号。

其具有24路数字量输入、16路数字量输出。

第四章控制系统软件设计

4.1STEP7编程软件概述

S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。

S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件编程。

STEP7-Micro/WIN32编程软件是一个功能强大的基于Windows的应用软件，主要用于在开发过程中，也可用于用户程序的执行状态进行及时监测。

和程序完成后，在整个成品的接口操作[6]。

4.1.1STEP7软件组成及安装

操作系统：

Windows95以上的操作系统。

计算机配置：

IBM486以上兼容机，内存8MB以上，VGA显示器，至少50MB以上硬盘空间。

通信电缆：

用一条PC/PPI电缆实现可编程控制器与计算机的通信。

STEP7-Micro/WIN32编程软件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升级版本软件Microwin3.1SP1；Toolbox（包括Uss协议指令：

变频通信用，TP070：

触摸屏的组态软件TpDesignerV1.0设计师）工具箱；以及Microwin3.11Chinese（Microwin3.11SP1和TpDesigner的专用汉化工具）等编程软件。

首先安装英文版本的编程软件：

双击编程软件中的安装程序SETUP.EXE，根据安装提示完成安装。

接着，用Microwin3.11Chinese软件将编程软件的界面和帮助文件汉化。

步骤如下：

（1）在光盘目录下，找到“mwin_service_pack_fromV3.1to3.11”软件包，按照安装向导进行操作，把原来的英文版本的编程软件转换为3.11版本。

（2）打开“Chinese3.11”目录；双击setup，按安装向导操作，完成汉化补丁的安装。

（3）完成安装。

4.1.2S7-200CPU与STEP7-Micro/WIN32的通信

可以采用PC/PPI电缆建立PC机与PLC之间的通信。

这是典型的单主机与PC机的连接，不需要其他的硬件设备。

PC/PPI电缆的两端分别为RS-232和RS-485接口，RS-232端连接到个人计算机RS-232通信口COM1或COM2接口上，RS-485端接到S7-200CPU通信口上。

硬件设置好后，按下面的步骤设置通信参数[7]。

（1）在STEP7-Micro/WIN32运行时单击通信图标，或从“视图（View）”菜单中选择“通信（Communications）”，则会出现一个通信对话框。

（2）对话框中双击PC/PPI电缆图标，将出现PC/PG接口的对话框。

（3）单击“属性（Properties）”按钮，将出现接口属性对话框，检查各参数的属性是否正确，初学者可以使用默认的通信参数，在PC/PPI性能设置的窗口中按“默认（Default）”按钮，可获得默认的参数。

默认站地址为2，波特率为9600b/s。

在前几步顺利完成后，可以建立与S7-200CPU的在线联系，步骤如下：

（1）在STEP7-Micro/WIN32运行时单击通信图标，或从“视图（View）”菜单中选择“通信（Communications）”，出现一个通信建立结果对话框，显示是否连接了CPU主机。

（2）双击对话框中的刷新图标，STEP7-Micro/WIN32编程软件将检查所连接的所有S7-200CPU站。

（3）双击要进行通信的站，在通信建立对话框中，可以显示所选的通信参数。

计算机与可编程控制器建立起在线连接后，即可以利用软件检查、设置和修改PLC的通信参数。

步骤如下：

（1）单击浏览条中的系统块图标，或从“视图（View）”菜单中选择“系统块（SystemBlock）”选项，将出现系统块对话框。

（2）看到“通信口”选项卡单击，检查各参数，没有错误后单击确定。

若须修改某些参数，可以先进行有关的修改，再单击“确认”。

（3）选择工具条单击的下载按钮，修改参数后将其下载到可编程控制器，设置的参数才会起作用。

4.2停车场车位梯形图程序设计及分析

4.2.1停车场车位梯形图程序分析

停车场车位控制系统PLC的I/O配置。

表4-1停车场车位控制系统PLC的I/O配置

输入设备

PLC输入继电器

输出设备

PLC输出继电器

代号

功能

代号

功能

SB1

启动大门控制系统按钮

I0.0

KM1

门控电机正转

Q0.0

SB2

停用大门控制系统按钮

I0.1

KM2

门控电机反转

Q0.1

SA1

红外传感检测开关

I