基于PLC设计的停车场车位控制系统.docx

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基于PLC设计的停车场车位控制系统

第一章绪论

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八、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，本文对停车场智能控制管理上引入了PLC技术，对停车场进行了一个关于PLC为主的系统设计。

第二章课程设计的方案

§2.1概述

停车场空位显示PLC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。

§2.2系统组成总体结构

1.PLC的系统组成

PLC的种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。

用PLC实施控制，其实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用于工业现场。

PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。

PLC系统框图如下：

图2.2PLC硬件组成框图

2.控制面板

控制面板的设计也相当重要，可以显示停车场内的停车数量，还可以显示停车场内的温度，当停车场内有空位时绿灯亮，提示司机朋友可以把车停放在该停车场内，当红灯亮起时，提示司机停车场已满，不能再在此提车场内停放车辆，还有系统总的控制按钮，控制系统的启停。

第三章硬件设计

§3.1硬件系统的组成

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。

他还可以惊醒灵活的扩展，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，本设计扩展了4个数字式输出模块（EM222）,还要扩展一个模拟量输入模块（EM235）。

I/O点数扩展和编址：

§3.2PLC外部接线

上图为PLC的外部接线图

I1.0为启动/停止按钮，控制程序的启停，每次开始程序会自动初始化，I0.0为入口车辆检测传感器，每次有车进入停车场，I0.0就会有一个脉冲进入，使计数器加一，控制面板上的显示也会显示加一；I0.1为出口车辆检测传感器，每次有车从停车场出来时，出口传感器就会给CPU一个脉冲，使计数器减一，同时控制面板上的指示灯也会相映的减一，当停车场内有空位时，控制面板上的绿灯就会亮起，提示司机停车场有空位，当红灯亮起，就表示停车场停车位已满，提示司机此停车场暂时不能再停车。

D0~D15可以显示停车场内的停车数量，D16~D40可以显示停车场内的温度，是一套停车场智能化系统。

§3.3元件介绍

（1）传感器

材料特性：

导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，这种传感器主要用于-200～500℃温度范围内的温度测量，纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：

1.电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线形关系

2.电阻率高，热容量小，反应速度快。

3.材料的复现性和工艺性好，价格低

4.在测温范围内化学物理特性稳定。

目前，在工业中应用最广的铂和铜，并已制作成标准测温热电阻。

铜电阻传感器：

在测温精度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。

在-50～150℃的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为Rt＝R0（1+At）（2-3）式中，A＝4.25×10-3～4.28×10-3℃为铜电阻的温度系数。

（2）红外线车辆检测传感器：

在停车场的进口，出口各安装一个车辆检测传感器

红外线检测传感器是波束检测装置的一种,有主动式和被动式,都可以用于交通管理。

主动式红外检测器利用在红外线波长范围附近工作的激光二极管,发射低能红外线照射检测区域,并经过车辆的反射或散射返回传感器;若使用可调发光二极管的主动式红外线检测器可测量车速和进入高速公路曲线形交叉的高大货车的高度,主要是因为发光二极管在880nm的红外线波长范围附近工作,其信号调节装置可防止其他红外线的干扰,这样通过两个发射—接受系统就可用来检测是否有车辆出入停车场。

停车场示意图

第四章软件设计

§4.1设计思想

根据所学内容分析题目，由于要检测进出停车场的车辆的数量，所以在进口和出口各安装了一对红外线发送接受器，能检测是否有车辆进出停车场。

由红外线接受来的信号传给CPU，来完成计数功能。

由于还要显示停车场内的温度，所以在停车场内安装了温度传感器，又来检测停车场内温度，把温度传来的信号通过扩展的模拟量输入模块转换成数字量直接送到CPU中，可以让CPU直接利用。

§4.2I/O分配

输入分配

启动/停止按钮

I1.0

入口传感器

I0.0

出口传感器

I0.1

输出口分配

a1

Q0.0

a2

Q1.0

a3

Q2.0

a4

Q3.0

a5

Q4.0

绿灯

Q5.0

b1

Q0.1

b2

Q1.1

b3

Q2.1

b4

Q3.1

b5

Q4.1

红灯

Q5.1

c1

Q0.2

c2

Q1.2

c3

Q2.2

c4

Q3.2

c5

Q4.2

d1

Q0.3

d2

Q1.3

d3

Q2.3

d4

Q3.3

d5

Q4.3

e1

Q0.4

e2

Q1.4

e3

Q2.4

e4

Q3.4

e5

Q4.4

f1

Q0.5

f2

Q1.5

f3

Q2.5

f4

Q3.5

f5

Q4.5

g1

Q0.6

g2

Q1.6

g3

Q2.6

g4

Q3.6

g5

Q4.6

h1

Q0.7

h2

Q1.7

h3

Q2.7

h4

Q3.7

h5

Q4.7

第五章程序调试

若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快，编程结束后先空调试程序，待各个动作正常后，再在设备上调试，为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成，调试步骤如下：

（1）硬件调试：

接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。

（2）软件调试：

按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，惊醒下一步的调试。

（3）运行调试：

在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试，观察运行的情况，看是否随时按下停止按钮可以停止系统运行，或者等待100个脉冲后，系统是否停止\运行。

第六章课程设计总结

本设计是基于PLC控制系统设计的自动化停车场，能自动显示停车数量，还能显示停车场内的温度，是智能的现代化设备，主要用是提示司机朋友停车场内是否有停车位，但本设计还不是很完美，还有很多需要完善的地方，还有很多有待提高的地方，停车场还可以设计成自动收费系统，或者是自动管理停车场的出入车辆的系统。

参考文献

[1]廖唱初，可编程控制器应用技术[M]。

重庆大学出版社，2007

[2]郭福雁，黄民德，张哲，建筑电气控制技术[M]，天津大学出版社，2009

[3]张进秋，可编程控制器原理及应用实例[M]，机械工业出版社，2008

[4]PLC入门学习基础教程[M]，机械工业出版社[M]，2003-1-1

[5]传感器与检测技术，宋文绪，高等教育出版社[M]，2008

[6]现代电气控制及PLC应用技术，王永华[M]，2008

附录Ⅰ：

程序