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PLC停车场控制论文
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课题基于PLC的建筑设备自动控制系统设计
——停车场控制系统设计
指导教师
2013年6月11日
摘要
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。
关键词：
PLC；停车场管理；车位控制
Abstract
Thispaperproposesakindofusingtheprogrammablecontroller（PLC）andparkingforparkingandmanagestheinstructions.Thisparkingoccupiesby16parkingspace,entrancedetector,exportdetector,themanagementsystem,thedigitalworkstodisplaytheseventhinthegarageparkinglightsandanumberofvehicles,theparkingisfullalreadyindicatorcomponents.AdoptingPLCautomaticcontrolsystem,PLCisduetothereliability,easyoperation,flexibility,therefore,theadvantagesofthecontrolsystemandthetraditionalparking,comparedtoimprovethedesignefficiencygreatly,maintenancecycleisshort,convenient,lowcost,easyoperation,highreliability,hasgreatpracticalvalue.
Keywords:
PLC;Parkingmanagement;Parkingcontrol
目录
摘要I
AbstractI
1绪论1
1.1课题的背景及意义1
1.2PLC在国内外的研究情况1
2PLC简介2
2.1PLC的发展历程2
2.2可编程控器概述2
2.3可编程控制器的定义2
2.4PLC的基本结构3
3SIMATICSTEP7V5.5编软件介绍4
3.1STEP7的简介4
3.1.1组合硬件和软件4
3.1.2SIMATIC管理器中的项目结构5
3.1.3使用STEP7的基本步骤6
3.2主要硬件配置支持7
4PLC控制系统的设计9
4.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤9
4.2PLC的硬件设计和软件设计及调试10
5器件简介11
5.1电机简介11
5.1.1电机简介11
5.1.2定义12
5.1.3电机的分类12
5.1.4电机额定参数12
5.1.5电机的选型12
5.2光电传感器简介13
5.2.1光电传感器的作用13
5.2.2光电传感器工作原理13
5.2.3光电传感器的分类和工作方式13
5.2.4光电传感器优点14
5.2.5光电传感器的应用14
5.3行程开关简介15
5.3.1行程开关的概述15
5.3.2行程开关按其结构分类15
5.3.3行程开关用途17
6基于PLC的停车场车位控制系统概述18
6.1课题内容18
6.2设计目标及原则18
6.2.1目标18
6.2.2原则18
6.3课题要求18
6.4系统工作过程19
6.5控制程序流程图20
6.6系统硬件电路设计20
6.6.1CPU的选择20
6.6.2I/O地址分配20
6.6.3I/O接线图21
6.7程序调试与仿真22
结束语24
致谢25
参考文献26
附录27
基于PLC的建筑设备自动控制系统设计
——停车场控制系统设计
电子与信息工程学院建筑电气与智能化专业2009级1班马姓
指导教师张鸿恺
1绪论
1.1课题的背景及意义
随着社会的发展，城市中的汽车越来越多。
车辆集中存放管理的场所被人类提出车辆进出的秩序、车辆存放的安全性、车辆存放管理的有偿性等要求。
停车场控制系统是指基于现代化电子与信息技术，在停车区域的出入口处安装自动识别装置，通过非接触式卡或车牌识别来对出入此区域的车辆实施判断识别、准入/拒绝、引导、记录、收费、放行等管理，其目的是有效的控制车辆与人员的出入，记录所有详细资料并自动计算收费额度，实现对场内车辆与收费的安全管理。
因此，本课题针对停车场控制系统进行研究具有很强的理论与现实意义。
采用PLC的自动控制系统，由于PLC本身具有的可靠性、易操作性、灵活性等优点，使得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。
停车场管理系统重点要做到标准指示车辆进出，车辆进入时给予司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后，记录车辆总量；车辆离开时，减少车辆的数量。
车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，大大减轻了现代社会人“停车难”的问题。
本次设计课题结构特点明确，涵概面广。
在整个设计过程中，我得到了毕业设计指导老师孜孜不倦的指导，也深切体会到科学严谨的设计思想。
由于本人设计经验有限，不妥和错误之处，恳请各位老师指正。
1.2PLC在国内外的研究情况
可编程控制器是六十年代发展起来的一种自动控制装置是一种嵌入式的工控机，它以顺序控制为主回路调节为辅能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能既能进行开关量控制又能进行模拟量控制还具有通信功能。
目前，在工业自动化控制领域主要分为PLC（可编程控制器简）控制、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，PLC将来在我国会有更广阔的发展空间。
2PLC简介
2.1PLC的发展历程
2.2可编程控器概述
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
2.3可编程控制器的定义
可编程控制器简称PC（英文全称：
ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：
ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。
为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
2.4PLC的基本结构
图2-1PLC基本结构
2.5PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
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。
2.硬件配套齐全，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，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，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。
3.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。
4.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
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。
3SIMATICSTEP7V5.5编软件介绍
3.1STEP7的简介
3.1.1组合硬件和软件
使用STEP7软件，可以在一个项目中创建S7程序。
S7可编程控制器包括一个供电单元、一个CPU，以及输入和输出模块（I/O模块）。
图3-1硬件与软件的组合
3.1.2SIMATIC管理器中的项目结构
图3-2SIMATIC的项目结构
3.1.3使用STEP7的基本步骤
在创建一个项目之前，您应该了解STEP7项目可以按不同的顺序创建。
图3-3创建项目的步骤
注意：
（1）如果要创建一个使用许多输入和输出的综合程序，我们建议先做硬件配置。
这样做的优点在于STEP7在硬件配置编辑器中会显示可能的地址。
（2）如果选择第一个选项，只使用了少量的输入和输出，可以暂时跳过硬件配置，从编程开始。
（3）如果选择第二个选项，那么您只能根据所选组件来自行确定每个地址，而不能通过STEP7调用这些地址。
（4）在硬件配置中，您不仅可以定义地址，还可以改变模块的参数和属性。
例如，如果要操作多个CPU，则必须区分各个CPU的MPI地址。
3.2主要硬件配置支持
图3-4PLC组成模块
（1）电源（PS）
电源模块提供了机架和CPU内部的供电电源，置于1号机架的位置。
（2）中央处理器（CPU）
CPU存储并处理用户程序，为模块分配参数，通过嵌入的MPI总线处理编程设备和PC、模块、其它站点之间的通讯，并可以为进行DP主站或从站操作装配一个集成的DP接口。
置于2号机架。
（3）接口模块（IM）
接口模块将各个机架连接在一起。
不同型号的接口模块可支持机架扩展或PROFIBUS-DP连接。
置于3号机架，没有接口模块时，机架位置为空。
（4）信号模块（SM）
通常称为I/O（输入/输出）模块。
测量输入信号并控制输出设备。
信号模块可用于数字信号和模拟信号，还可用于进行连接，如传感器和启动器的连接。
（5）功能模块（FM）
用于进行复杂的、重要的但独立于CPU的过程，如：
计算、位置控制和闭环控制。
（6）通讯处理器（CP）
模块化的通讯处理器通过连接各个SIMATIC站点，如：
工业以太网，PROFIBUS或串行的点对点连接等。
后三个模块在机架上可以任意放置，系统可以自动分配模块的地址。
需要说明的是，每个机架最多只能安装8个信号模块、功能模块或通讯模块。
如果系统任务超过了8个，则可以扩展机架（每个带CPU的中央机架可以扩展3个机架）。
4PLC控制系统的设计
4.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤
1.PLC控制系统的设计内容
（1）根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。
（2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。
（3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。
（4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。
（5）编写程序并调试。
（6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。
（7）编写设计说明书和使用说明书。
2.设计步骤
（1）工艺分析
深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。
（2）选择合适的PLC类型
在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：
a、功能的选择。
对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能（如中断、PID等）。
b、I/O点数的确定。
统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%～20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。
c、内存的估算。
用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。
一般可按下式估算：
存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8+模拟通道数×100+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。
（3）分配I/O点。
分配PLC的输入/输出点，编写输入/输出分配表或画出输入/输出端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
（4）程序设计。
对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出控制流程图或功能流程图，然后设计出梯形图，再根据梯形图编写语句表程序清单，对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。
（5）控制柜或操作台的设计和现场施工。
设计控制柜及操作台的电器布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气互锁图；根据图纸进行现场接线，并检查。
（6）应用系统整体调试。
如果控制系统由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后连接起来总调。
（7）编制技术文件。
技术文件应包括：
可编程控制器的外部接线图等电气图纸，电器布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和说明。
4.2PLC的硬件设计和软件设计及调试
1.PLC的硬件设计
PLC硬件设计包括：
PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。
选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。
电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。
控制电路中包括PLC的I/O接线和自动、手动部分的详细连接等。
电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
2.PLC的软件设计
软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计，小型开关量控制一般只有主程序。
首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，画出控制流程图或功能流程图，简单的可以用经验法设计，复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。
3.软件硬件的调试
调试分模拟调试和联机调试。
软件设计好后一般先作模拟调试。
模拟调试可以通过仿真软件来代替PLC硬件在计算机上调试程序。
如果有PLC的硬件，可以用小开关和按钮模拟PLC的实际输入信号（如起动、停止信号）或反馈信号（如限位开关的接通或断开），再通过输出模块上各输出位对应的指示灯，观察输出信号是否满足设计的要求。
需要模拟量信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。
在编程软件中可以用状态图或状态图表监视程序的运行或强制某些编程元件。
硬件部分的模拟调试主要是对控制柜或操作台的接线进行测试。
可在操作台的接线端子上模拟PLC外部的开关量输入信号，或操作按钮的指令开关，观察对应PLC输入点的状态。
用编程软件将输出点强制ON/OFF，观察对应的控制柜内PLC负载（指示灯、接触器等）的动作是否正常，或对应的接线端子上的输出信号的状态变化是否正确。
联机调试时，把编制好的程序下载到现场的PLC中。
调试时，主电路一定要断电，只对控制电路进行联机调试。
通过现场的联机调试，还会发现新的问题或对某些控制功能的改进。
5器件简介
5.1电机简介
5.1.1电机简介
电机，俗称电“马达”，是指依据电磁感应定律将电能转换为机械能的一种电动设备。
电动机也称（俗称）马达，在电路中用字母“M”表示。
它的主要作用是产生机械驱动转矩，作为各种电器和机械运动的动力源，发电机在电路中用字母“G”表示。
图5-1电机
5.1.2定义
依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。
5.1.3电机的分类
图5-2电机分类
5.1.4电机额定参数
额定电压、额定电流、额定功率、功率因数、效率
5.1.5电机的选型
电动机的选择是一部电动机节能运行的第一步。
只有选好电动机，再加上采取一定的节能措施才能达到节能的目的。
其基本原则是:
（1）根据生产机械的负载性质和生产工艺及各种不同的用途，对电动机的起动、制动、正反转、调速的要求，选择适合负载特性的电动机。
（2）选则具有与使用场所的环境相适应的，如温度、湿度、灰尘、淋水及易燃易爆等确定防护及冷却方式的电动机。
其外壳防护和冷却方式选择方法见有关资料.
（3）根据负载转矩、转速变化和启动频繁程度等要求，计算和确定合适的电动机容量。
通常电动机在75%—100%额定负载率时效率最高。
但应考虑其温升限度和过载能力和启动转矩，一般应留有一定的余量，选择其负载率在80%—90%为最好。
（4）根据电源情况，对电动机功率因数等性能的影响，选择电动机的额定电压和类型。
（5）根据生产机械所要求的转速，以及传动设备系统的复杂程度，选择电动机的转速。
（6）选择可靠性高、便于维修，并应考虑互换性，所以尽量选用标准电动机。
5.2光电传感器简介
5.2.1光电传感器的作用
检测物体的有无、检测透明物体、检测色标、检测颜色、检测发光物体、检测位移。
5.2.2光电传感器工作原理
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
5.2.3光电传感器的分类和工作方式
（1）槽型光电传感器
把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。
发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。
但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。
输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。
槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
（2）对射型光电传感器
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。
由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。
它的检测距离可达几米乃至几十米。
使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。
（3）反光板型光电开关
把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。
正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。
（4）扩散反射型光电开关
它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。
正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。
当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。
5.2.4光电传感器优点
光电传感器是采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。
近年来，随着光电技术的发展，光电传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格产品，在各种轻工自动机上获得广泛的应用。
5.2.5光电传感器的应用
光敏电阻可用于进行光的测量和光的控制，测量方面主要是用于测量光强，控制方面最常见的就是路灯控制和楼道感应灯的控制，在电路接通的状态下，路灯会随着周围光强的变化而变化，楼道中的灯白天不亮晚上亮也利用了光敏电阻的对光的感应特点。
光敏电阻还被应用于海上导航，通常海上的浮标用的就是光敏电阻作为航道灯的开关，到晚上光敏电阻阻值变小，接通控制电路，将灯打开；白天光敏电阻增大将控制电路断开，关掉电灯。
光敏管大体有开关作用，环境光检测作用，各种光线接收作用。
在太阳能自动跟踪控制中，做光电检测用，接受太阳光，校正方位。
光敏二级管被应用于收音机、电视、电脑等设备中，比如用LED发光二极光替代液晶显示器背后的光源，能达到节能且稳定的作用。
光敏三极管可用来控制开关的状态，其主要原因是三极管对光照强度十分敏感，可以根据根据光照强弱来控制电流大小，从而在继电器的配合下控制开关的通断状态，实现自动化控制。
由于光敏管对光的敏感性很高，还可用于测量温度，因为不同温度的物体辐射的光不同，以此可以间接测量温度。
此外，光敏三极管还可用于传输信号，如光藕合器，光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦，光耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
另外，红光
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