停车场车位的PLC控制《机电一体化系统设计课程设计》设计.docx

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停车场车位的PLC控制《机电一体化系统设计课程设计》设计

课程（产品）设计任务书

题目

名称

停车场车位的PLC控制

设计

目的

1．方便、快捷、准确的满位显示服务功能；

2．车辆保管的安全性功能；

3．经济合理的运营成本。

设计

条件

PLC实验室

设计

内容

和

要求

在出入口检测车辆进出的数量，根据停车场剩余车位数判断是否让车辆进入停车场，并在显示屏上显示相关信息。

设计

步骤

1.分析项目控制要求

2.输入/输出端口分配

3.系统程序编写

4.系统调试和运行

成果

形式

设计说明书

参考

文献

1、吕爱华,张霞.电气控制与PLC应用技术（三菱系列）.北京：

电子工业出版社,2011.8

2、PLC编程与应用技术/魏小林，周建清主编.—北京：

电子工业出版社，

指导

教师

2013年10月23日

1课题分析

1.1设计目的

1.方便、快捷、准确的满位显示服务功能；

2.车辆保管的安全性功能；

3.经济合理的运营成本。

1.2设计达到的功能和要求

在出入口检测车辆进出的数量，根据停车场剩余车位数判断是否让车辆进入停车场，并在显示屏上显示相关信息。

1.3设计内容和主要步骤

1、入库车辆前进时，经过入口传感器，此时，车位尚未满的话，栅栏门向上打开，当达到上限位置时，栅栏门打开停止，同时车辆进入，经过出口传感器，栅栏门向下关闭，达到下限位置时，栅栏门停止关闭，同时计数器A加1；

2、车出库时，先经过出口传感器，栅栏门向上打开，当达到上限的时候停止打开，同时车辆出闸门再经过入口传感器，栅栏门向下关闭，当达到下限位时，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、若设仓库容量为8辆车，则仓库满时应显示红灯。

1.4小组成员和其分工

林：

电路设计与绘制，设计报告的编写

刘：

机械结构的设计，装配图的绘制，程序的编写

2机械结构设计

2.1设计参数计算

上落杆的参数：

长度：

3m

宽度：

10cm

材料：

钢材

减速箱的参数：

传动比：

2.2机械部件的选择

热释红外传感器：

LHI954

二级蜗杆斜齿轮圆柱齿轮减速器

2.3机械结构的设计

利用电机通过二级减速箱，利用减速箱的大传动比更好的控制上落杆的升降。

2.4机械结构装配图

3控制电路设计

3.1电机的选择

1.电机功率的计算

P=1.732UIcosφ=1.732*电压*电流*功率因数

2.电机型号的选择

选用三相异步电动机Y132M-4，其性能参数如下：

●型号：

Y132M-47.5KW

●额定功率：

7.5KW

●额定转速：

1440（rpm）

●额定电压：

380V

●最大转矩：

2.3n.m

●频率：

50Hz

●极数：

4极

●应用范围：

机械设备

3.电机的控制方法

本设计中电机采用PLC来控制，根据系统要求和需求，编写程序来控制电机实现目的。

3.2传感器的选择

1.传感器的工作原理

利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿，对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。

2.传感器的性能参数

工作电压：

3~15V

工作波长：

7.5~14μm

源极电压：

0.4~1.1V，R=47KΩ

输出信号电压：

大于2V

检测距离：

6~10m

水平角度：

120°

工作温度范围：

-10℃~+40℃

3.PLC对传感器的控制和检测方法

测量

3.3PLC的选择

1.PLC的型号和参数

型号：

FX1s。

其特点；1、该类型PLC主要用在全部是数字量输入、数字量输出的控制点少的设备上。

2、主机有10点（6I/4O）、14点（8I/6O）、20点（12I/8O）、30点（16I/14O）4种类型。

3、定位和脉冲输出功能：

一个PLC单元中每相能同时输出2点100KHz脉冲。

PLC配备有7条特殊的定位指令，包括零返回、绝对或相对地址表达方式和特殊脉冲输出控制。

能通过FX1N-2AD-BD，FX1N-1DA-BD实现模拟量输入，输出。

能安装显示模块FX1N-5DM，能监控和编辑定时器、计数器和数据寄存器。

控制单元的I/O地址分配：

输入

输出

设备名称

符号

端口号

设备名称

符号

端口号

系统启动按钮

SB1

X000

有剩余车位指示灯

HL1

Y000

系统停止按钮

SB2

X001

车位已满指示灯

HL2

Y001

正转到位开关

SQ1

X002

电机正转接触器

KM1

Y002

反转到位开关

SQ2

X003

电机反转接触器

KM2

Y003

入口检测传感器

B1

X004

显示已有车辆数个位

LED1

Y004~Y010

出口检测传感器

B2

X005

2.PLC的工作原理

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

（1）每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。

（2）输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。

只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

（3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

（4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

（5）扫描周期的长短由三条决定。

aCPU执行指令的速度

b指令本身占有的时间

c指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。

（6）由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

3.PLC的控制原理和方法

原理：

（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

（2）PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。

这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

方法：

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

3.4控制系统电路图

4控制系统设计

4.1控制系统工作原理

在这个项目中，当有车辆进出时通过传感器来检测，并将信息送给PLC处理，根据是否有剩余车位数来确定是否让车辆进入停车场，并在显示屏上显示相关信息。

因此，我们就要用到算术运算指令来计算车位数，并用比较指令进行比较，然后输出信号给变频器。

驱动电机转动带动打开或关闭栏杆让车辆进出，并用7段数码管来显示已停车数量和剩余车位数。

因此，整个系统工作情况如下：

1、在入口和出口出装设检测传感器，用来检测车辆进入和出去的数目（不考虑车辆同时进出的情况），并在数码管上显示目前停车场共有几辆车以和还剩余的停车位数目。

2、如果车位有剩余，入口处栏杆才可以打开，让车辆进入停放，并且有一指示灯表示尚剩余的车位数。

3、如果车位已满，入口处栏杆不能开启让车辆进入，并且有一指示灯表示车位已满。

4、栏杆的打开和关闭由电动机正反转来实现。

开启到位时由正转停止传感器检测，关闭到位时由反转停止传感器检测。

5、系统设有启动和停止工作按钮。

4.2控制系统框图

1车位

5车位

剩余车位车位已满

指示灯指示灯

剩余车位数目

2车位

6车位

3车位

7车位

4车位

8车位

入口检测传感器

出口检测传感器栏杆

4.3.控制过程流程图

4.4PLC控制程序

5结语

本次课程设计的体会和建议

我组本次课程设计的题目是停车场车位的PLC控制，经过两个多月的设计，机械结构已经完成，程序的编写和调试也已经成功，实现停车场车位的所要求的功能，通过红外线传感器控制电机的正反转，和通过plc程序内部的算法运算，对外显示车位剩余量并且通过显示灯提醒是否有剩余车位的功能。

在设计的过程中，我们遇到了很多问题，譬如电机的选择，功率的计算，红外传感器的选择与其工作原理，还有机械结构设计如何才能实现所需功能的问题，经过不断的学习和翻阅资料，我们对各个问题一一突破，期间还有何老师的耐心指导，在传感器还有程序的编写等方面中给了非常宝贵的建议，这成为本次设计成功的关键。

同时，通过本次的课程设计，我们意识到了我们对专业知识的匮乏。

在这过程中，深刻认识到了理论和实际结合的重要性，通过不断的摸索，去PLC实验室的不断修改的调试，终于完成了这次的课程设计。

总之，这次的课程设计，我们学到了很多，也对机电一体化有了更深的认识，这对我们以后的工作和生活都有很大的帮助。

6附录

5.1机械结构装配图

5.2控制系统装配图

5.3PLC控制程序

参考文献

[1]吕爱华,张霞.电气控制与PLC应用技术（三菱系列）.北京：

电子工业出版社,2011.8

[2]PLC编程与应用技术/魏小林，周建清主编.—北京：

电子工业出版社，2013.4

评分标准

1.机械系统设计（10分），得分：

2.控制系统设计（20分），得分：

3.控制程序设计（20分），得分：

4.说明书格式（10分），得分：

小组得分：

小组成员得分：

1学号21姓名刘子立得分

2学号27姓名林显纳得分

课程设计成绩评定表