基于PLC的停車場(chǎng)車位控制系統(tǒng)

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. 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 PLC的停車場(chǎng)車位控制系統(tǒng) 作者姓名：申瑾瑤 專業(yè)班級(jí) 機(jī)電一體化30902 學(xué) 號(hào) 15 指導(dǎo)教師 耿驚濤 楊慧靜 陳冬 盧永霞 成 績(jī) 基于PLC的停車場(chǎng)車位控制系統(tǒng) 摘 要 本文提出一種運(yùn)用可編程控制器（PLC）對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)出及停放指示進(jìn)行管理的方案。本停車場(chǎng)由16位停車位、入口檢測(cè)器、出口檢測(cè)器、道閘管理系統(tǒng)、七段數(shù)碼管用來顯示車庫內(nèi)車輛數(shù)、尚有車位指示燈、車位已滿指示燈等部分組成。采用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于PLC具有可靠性、易操作性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)，因此，本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場(chǎng)相比，大大提高了設(shè)計(jì)效率，維護(hù)周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：PLC；停車場(chǎng)管理；車位控制 Based on PLC control system of parking Spaces Abstract This paper proposes a kind of using the programmable controller (PLC) and parking for parking and manages the instructions. This parking occupies by 16 parking space, entrance detector, export detector, the management system, the digital works to display the seventh in the garage parking lights and a number of vehicles, the parking is full already indicator components. Adopting PLC automatic control system, PLC is due to the reliability, easy operation, flexibility, therefore, the advantages of the control system and the traditional parking, compared to improve the design efficiency greatly, maintenance cycle is short, convenient, low cost, easy operation, high reliability, has great practical value. Key words: PLC; Parking management; Parking control 目 錄 第1章 停車場(chǎng)的概論 …………………………………………………………………… 1.1 停車場(chǎng)的種類 ……………………………………………………………………… 1.2 停車場(chǎng)管理模式的發(fā)展 …………………………………………………………… 第2章 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介及發(fā)展趨勢(shì)……………………………………… 2.1 PLC的起源 …………………………………………………………………………… 2.2 PLC的特點(diǎn)…………………………………………………………………………… 2.3 PLC發(fā)展的方向……………………………………………………………………… 2.4 PLC選型及簡(jiǎn)介……………………………………………………………………… 2.5 PLC總結(jié) ………………………………………………………………………………………… 第3章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………… 3.1七段數(shù)碼管的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 3.2車位傳感器 …………………………………………………………………………… 3.3道閘管理系統(tǒng)………………………………………………………………………… 3.4車位指示板…………………………………………………………………………… 第4章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 4.1 PLC外部輸入輸出點(diǎn)（I/O）………………………………………………………… 4.2 車輛進(jìn)庫 …………………………………………………………………………… 4.3 車輛出庫 …………………………………………………………………………… 4.4車輛進(jìn)出庫梯形圖…………………………………………………………………… 4.5軟件程序……………………………………………………………………………… 第5章 課題總結(jié)及展望 5.1課題總結(jié)……………………………………………………………………………… 5.2展望…………………………………………………………………………………… 致謝 …………………………………………………………………………………………… 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 停車場(chǎng)車位控制系統(tǒng) 第1章 停車場(chǎng)的概論 1.1 停車場(chǎng)的種類 停車場(chǎng)的形式經(jīng)歷了從露天、平面、人工收費(fèi)到地下、自動(dòng)計(jì)費(fèi)停車場(chǎng)到塔式、立體、智能取車、自動(dòng)計(jì)費(fèi)的發(fā)展歷程。 根據(jù)停車場(chǎng)位置的不同，停車場(chǎng)分為地面停車場(chǎng)、地下停車場(chǎng)及專用停車塔（樓）及路邊臨時(shí)占道停車場(chǎng)。依據(jù)建筑物類型的不同，又可分為市區(qū)公共建筑群大型停車場(chǎng)（如成都天府廣場(chǎng)的地下停車場(chǎng)）、綜合建筑樓專用停車場(chǎng)（如各類商場(chǎng)及辦公樓專用停車場(chǎng)）、辦公區(qū)域?qū)Ｓ玫孛嫱＼噲?chǎng)（如校園停車場(chǎng)）、住宅小區(qū)專用停車場(chǎng)及用于經(jīng)營(yíng)的專用停車樓（塔）。 1.2 停車場(chǎng)管理模式的發(fā)展 停車場(chǎng)的管理模式呈現(xiàn)出從人工管理到智能化管理的發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的管理方式采用人工管理的方式，車輛的進(jìn)出、停放都由人工引導(dǎo)，計(jì)費(fèi)也由人工計(jì)費(fèi)收取。自動(dòng)化程度低，管理的隨意性較大。 人類文明的發(fā)展進(jìn)入信息時(shí)代，現(xiàn)代建筑的發(fā)展也進(jìn)入智能建筑時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)、智能信息及其處理技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)都日臻成熟。特別是近年來IC卡技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得電子化、信息化、自動(dòng)化、智能化管理停車場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也不斷改進(jìn)和完善，成本逐漸降低，安全性及可靠性要求不斷提升，因此全人工管理停車場(chǎng)已難以適應(yīng)時(shí)代的要求，對(duì)停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的管理與監(jiān)控勢(shì)在必行。包括車輛出入工程的相關(guān)提示，停放服務(wù)的自動(dòng)計(jì)費(fèi)、車輛進(jìn)出的自動(dòng)化監(jiān)控聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)記錄進(jìn)出車輛的相關(guān)信息及歷史數(shù)據(jù)等。一些專用停車塔（樓）則智能化程度更高。車輛入庫只需取卡后定點(diǎn)等待，自動(dòng)化傳輸設(shè)備自動(dòng)完成車輛的傳送、托舉、入庫、計(jì)時(shí)及出庫過程。整個(gè)停車場(chǎng)設(shè)備高度智能化，停取車過程高度自動(dòng)化，停車場(chǎng)空間利用效率更高。同時(shí)該類型停車場(chǎng)要求在建筑專業(yè)化規(guī)劃，停車場(chǎng)設(shè)備的專業(yè)化要求也相應(yīng)更高。 2.可編程控制器（ＰＬＣ）簡(jiǎn)介及發(fā)展趨勢(shì) 2.1 PLC的起源 在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域主要分為PLC，工控機(jī)和嵌入式控制，而PLC自1968年誕生以后以驚人的速度成為了這一領(lǐng)域的主導(dǎo)者，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來面對(duì)市場(chǎng)份額逐漸縮小所帶來的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價(jià)格。 PLC技術(shù)發(fā)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場(chǎng)份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會(huì)一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場(chǎng)份額。 2.2 PLC的特點(diǎn) 就我個(gè)人來看，PLC市場(chǎng)份額不但不會(huì)減少，反而將會(huì)增加。許多年前開始，就有人預(yù)言，PLC將要被PC-BASED控制系統(tǒng)取代。但是，PLC的銷售每年都在以一個(gè)十分穩(wěn)定的增長(zhǎng)率在上升，目前的PLC已經(jīng)與十年前的PLC有著很大的區(qū)別，十年后的PLC與當(dāng)前的PLC也將有著很大的不同。但是，有兩個(gè)方面是不變的：首先，PLC會(huì)提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)，其次，高度的可靠性。PLC有著其它控制產(chǎn)品，如工控機(jī)，DCS，單片機(jī)等控制產(chǎn)品，所無法替代的特性。 1．可靠性 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿撸憩F(xiàn)在下列幾個(gè)方面： a)可編程控制器不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。 b)可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)，掉電保護(hù)，故障診斷，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)。 c)可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。 d)可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業(yè)級(jí)元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造，對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計(jì)等。 2．易操作性 a)操作方便：對(duì)PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作?，F(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號(hào)、繼電器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ?，然后可以在線或離線更改。 b)編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)。 c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間。 3．靈活性 a)編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。 b)擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件數(shù)來增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺(tái)PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能。 c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡(jiǎn)化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺(tái)和控制屏等。 4．機(jī)電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對(duì)過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。 由以上特點(diǎn)不難看出，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域，不僅不會(huì)逐漸推出，而且會(huì)不斷擴(kuò)大他的市場(chǎng)份額。表面上看工控機(jī)的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細(xì)分析一下可以看到，工控機(jī)在某種程度上其實(shí)幫助了PLC的發(fā)展，因?yàn)镻LC的可靠性高，易操作，但對(duì)與操作員站的一些功能，如曲線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠(yuǎn)不及工控機(jī)，而工控機(jī)的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機(jī)與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)更為完美。工控機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了PLC的發(fā)展。 2.3 PLC發(fā)展的方向 其實(shí)PLC自誕生以來也是在不斷發(fā)展改進(jìn)創(chuàng)新的。采用新的、先進(jìn)的微處理器和電子技術(shù)達(dá)到快速的掃描時(shí)間。 小型的、低成本的PLC，可以替代4到10個(gè)繼電器，獲得更大的發(fā)展動(dòng)力。 高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口。 基于微處理器的智能I/O接口，擴(kuò)展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，網(wǎng)絡(luò)，CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)總線，ASCII通信，定位，主機(jī)通訊模塊，和支持高級(jí)語言編程的模塊（如BASIC，PASCAL）。 包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使端子更加集成。 特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力測(cè)量、快速響應(yīng)脈沖等。 由于工控機(jī)，DCS等控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將迫使PLC向著功能更多，開放性兼容性更強(qiáng)的方向不斷發(fā)展。 2.4 PLC選型及簡(jiǎn)介 1．選擇的原則 選擇PLC是首待解決的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，對(duì)第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。 （2）價(jià)格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 因?yàn)楸敬握n程設(shè)計(jì)是在學(xué)校完成?？紤]到實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的是三菱FX2N型PLC，對(duì)此種型號(hào)PLC的指令以及使用方法都比較熟悉。所以本次設(shè)計(jì)采用就近取材原則選三菱FX2N型PLC。 2．FX2N型PLC的簡(jiǎn)介 20世紀(jì)90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎(chǔ)上又推出了FX2N系列產(chǎn)品。該機(jī)型在運(yùn)算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進(jìn)步，是一種小型化、高速、高性能、各方面都相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。 FX2NPLC的基本單元可以根據(jù)控制規(guī)模大小外加擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成疊裝式PLC控制系統(tǒng)。下圖是FX2N可編程控制器基本單元實(shí)物圖。 FX2N可編程控制器實(shí)物圖 2.5 總結(jié) PLC的未來發(fā)展除了產(chǎn)品本身的發(fā)展，更大程度上取決于用戶和市場(chǎng)的發(fā)展，任何產(chǎn)品存在的根本在于用戶和市場(chǎng)的需求。PLC以它的高可靠性和易操作性，主導(dǎo)了工控行業(yè)數(shù)十年，我相信它將繼續(xù)存在且壯大下去。 PLC是一種可編程的數(shù)字邏輯控制設(shè)備，早期用于開關(guān)量的邏輯控制，多用做控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)和電磁閥的開關(guān)動(dòng)作，從而控制機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。只要合理分派輸入、輸出點(diǎn)，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)梯形圖，采用基本指令和步進(jìn)指令就可達(dá)到控制目標(biāo)。隨著控制要求的不斷提高，許多PLC生產(chǎn)廠家進(jìn)一步優(yōu)化和完善PLC的功能，增加了功能指令，大大拓寬了PLC的應(yīng)用范圍，使PLC在某種程度上可以代替控制器和計(jì)算機(jī)的協(xié)同工作系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)和民用控制設(shè)計(jì)提供方便。 PLC的具有可靠性高、功能性強(qiáng)和編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以深受設(shè)計(jì)人員的喜愛。PLC就如同一部計(jì)算機(jī)與繼電器控制設(shè)備相結(jié)合的新型高性能控制裝置。PLC的基本單元包括中央控制器(PLC)、存儲(chǔ)器、輸入單元和輸出單元。采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。下面是PLC的基本單元結(jié)構(gòu)圖： 存儲(chǔ)器 輸入單元 輸出單元 擴(kuò)展模塊 擴(kuò)展模塊 中央處理器 CPU PLC基本單元物理結(jié)構(gòu)圖 PLC就物理結(jié)構(gòu)來說有豐富的輸入輸出端，而從PLC的邏輯結(jié)構(gòu)來說，內(nèi)部有許多軟元件，如輸入輸出繼電器、狀態(tài)器、計(jì)數(shù)器。計(jì)時(shí)器和數(shù)據(jù)寄存器及器件所對(duì)應(yīng)的常開常閉觸電，方便對(duì)車輛進(jìn)出、停車、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)的信號(hào)輸入和車輛停放數(shù)量、位置的顯示。 大多數(shù)PLC的編程方式都有梯形圖編程、指令表編程和順序功能圖(PLC)編程，特別是梯形圖編程方式，直觀易懂。除了運(yùn)用基本指令可以完成大量工作，功能指令的擴(kuò)展更為系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)帶來很多便利，本文以梯形圖編程方式設(shè)計(jì)停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，無論從設(shè)計(jì)到功能分析都是極為方便的。 3. 總體方案設(shè)計(jì) 通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將對(duì)這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分進(jìn)行說明。 1. 如圖1-1所示，假設(shè)有一停車場(chǎng)共有16個(gè)車位。 2.在入口處裝設(shè)一傳感器，用來檢測(cè)車輛進(jìn)入的數(shù)目。 3.在出口處裝設(shè)一傳感器，用來檢測(cè)車輛出去的數(shù)目。 4.有車位時(shí)，入口閘欄才將門開啟讓車輛進(jìn)入，并有指示燈示表示尚有車位。 5.車位滿時(shí)，則有一指示燈顯示車位已滿，且入口閘欄不能開啟讓車進(jìn)入。 6.可以用七段數(shù)碼顯示管上顯示目前停車場(chǎng)共有幾部車。 3.2 方案比較 1．方案一 本設(shè)計(jì)是基于PLC的停車場(chǎng)控制系統(tǒng)，在停車場(chǎng)進(jìn)口處裝一傳感器1，出口處裝一傳感器2，傳感器接受到高電平信號(hào)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，停車場(chǎng)處的閘門開合。傳感器1、2所輸出的脈沖分別輸入給計(jì)數(shù)器1、2，計(jì)數(shù)器1、2將計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1、2中，進(jìn)的車輛數(shù)與出的車輛數(shù)想減得到的數(shù)據(jù)再傳輸給存儲(chǔ)器3。 2 方案二 本設(shè)計(jì)在停車場(chǎng)閘門口處裝兩個(gè)光電傳感器BEN5M-MDT，傳感器所接受到的信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，停車場(chǎng)的閘門開合閘，另外，傳感器所接受到的信號(hào)傳輸給plc控制系統(tǒng)的雙向計(jì)數(shù)器C250，C250具有計(jì)數(shù)存儲(chǔ)功能，并將計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給帶譯碼器的七段數(shù)碼顯示器顯示，如顯示的數(shù)為16時(shí)，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時(shí)，則閘門繼續(xù)工作。如下圖 圖3-2方案二原理框圖 3.3 方案論證 方案一 所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將會(huì)傳輸給數(shù)碼顯示管顯示，如顯示的數(shù)為16時(shí)，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時(shí)，則閘門繼續(xù)工作。其原理框圖如下圖2所示： 車進(jìn)開/合閘 車出計(jì)數(shù)器1存儲(chǔ)器1 計(jì)數(shù)器2存儲(chǔ)器2 存儲(chǔ)器3數(shù)碼顯示 方案二 本設(shè)計(jì)在停車場(chǎng)閘門口處裝兩個(gè)光電傳感器BEN5M-MDT，傳感器所接受到的信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，停車場(chǎng)的閘門開合閘，另外，傳感器所接受到的信號(hào)傳輸給plc控制系統(tǒng)的雙向計(jì)數(shù)器C250，C250具有計(jì)數(shù)存儲(chǔ)功能，并將計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給帶譯碼器的七段數(shù)碼顯示器顯示，如顯示的數(shù)為16時(shí)，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時(shí)，則閘門繼續(xù)工作。 3.4 方案選擇 上述兩個(gè)方案均是基于PLC來設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)所需要的硬件部分PLC系統(tǒng)都可以提供，均可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。方案一所用的程序指令簡(jiǎn)單易懂，可步驟繁，接線圖較復(fù)雜；方案二所用的程序指令簡(jiǎn)單，步驟較少，利用了C250的雙向計(jì)數(shù)原理，通過兩個(gè)輸出端口向顯示器輸送數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。通過以上權(quán)衡比較，顯然方案二是實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)任務(wù)較合理的方案。 4.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 監(jiān)控PC機(jī) 入場(chǎng)控制PLC 出場(chǎng)控制PLC 道閘系統(tǒng) 車位傳感器 道閘系統(tǒng) 圖3-1系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖 4.1 七段數(shù)碼管的設(shè)計(jì) 要進(jìn)行數(shù)字顯示最常用的器件就是七段數(shù)碼管，它是由a、b、c、d、e、f、g七個(gè)LED組成。通過使不同的LED組合發(fā)光，達(dá)到數(shù)字的顯示效果。七段數(shù)碼管各數(shù)碼段分布及排序如圖二所示,并聯(lián)式七段數(shù)碼管譯碼原理如圖所示。每個(gè)數(shù)碼段通過限流電阻和譯碼開關(guān)(譯碼開關(guān)泛指能起到開關(guān)作用的器件,如:三級(jí)管、集成電路、普通開關(guān)、接插件)相互并聯(lián),然后與電源聯(lián)接,由譯碼開關(guān)譯碼,譯碼開關(guān)導(dǎo)通,表示與該譯碼開關(guān)相聯(lián)的數(shù)碼段顯示;譯碼開關(guān)關(guān)斷,表示與該譯碼開關(guān)相聯(lián)的數(shù)碼段不顯示,數(shù)碼段不同的顯示組合,就可顯示“0-9”10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字。例如:在圖3中,譯碼開關(guān)SA, SB, SC, SD, SE, SF導(dǎo)通,顯示數(shù)碼“0”;譯碼開關(guān)SB, SC導(dǎo)通,顯示數(shù)碼“1”,以此類推。 　　　 七段數(shù)碼管各數(shù)碼管分布 七段數(shù)碼管譯碼原理 3.2 車位傳感器 1．車位傳感器工作原理及選型 車位傳感器負(fù)責(zé)采集車位的狀態(tài)信號(hào)，本節(jié)依據(jù)其工作原理進(jìn)行選型[8]。 2．各類車位傳感器 車位檢測(cè)是大型室內(nèi)專業(yè)停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)車位自動(dòng)化定點(diǎn)管理的基礎(chǔ)，車位傳感器則是其中的關(guān)鍵部件。目前對(duì)車位占、空狀態(tài)的檢測(cè)常采用地感線圈檢測(cè)器、超聲波車位傳感器等常用方式。近來亦有采用視頻車位檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)車位的檢測(cè)。電感線圈檢測(cè)方式常被用于停車場(chǎng)的出入控制系統(tǒng)。視頻車位檢測(cè)器則采用視頻圖像處理技術(shù)，采用攝像頭同時(shí)監(jiān)控多個(gè)車位，并將車位的占用信息傳遞到上位控制計(jì)算機(jī)。除了傳送簡(jiǎn)單的車位占用情況信息之外，還可以傳送現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖片。視頻車位檢測(cè)系統(tǒng)通常由圖像采集、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)通信、顯示控制及電源五大模塊組成。系統(tǒng)對(duì)車位狀態(tài)的監(jiān)測(cè)需要強(qiáng)大的信息處理能力。超聲波車位傳感器則采用超聲波測(cè)距的工作原理，利用超聲波發(fā)射、被測(cè)物體反射、回波接收后的時(shí)差來測(cè)量被測(cè)距離的一種非接觸式測(cè)量?jī)x器。能夠檢測(cè)車輛是否停在車位上，具有防誤檢功能，如防相鄰車位誤檢、人員在停車位誤檢、障礙物誤檢等。由于使用超聲波偵測(cè)，不會(huì)象使用紅外線、微波等偵測(cè)方式容易受外在環(huán)境變化或干擾而造成誤報(bào)問題。由于每個(gè)傳感器都有獨(dú)立的防干擾功能，也不受周圍傳感器的干擾。檢測(cè)車位占、空狀態(tài)可以采用光電、電磁、紅外檢測(cè)等多種方法設(shè)計(jì)車位傳感器，但從檢測(cè)原理及工程實(shí)施來看，超聲波檢測(cè)器具有造價(jià)低、非埋設(shè)、無附加反射裝置、免維護(hù)和抗靜電干擾等優(yōu)點(diǎn)，有利于網(wǎng)絡(luò)群測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成。基于超聲波傳感器的上述優(yōu)點(diǎn)，本文系統(tǒng)中對(duì)停車場(chǎng)車位的檢測(cè)選用超聲波車位傳感器。 3．超聲波車位檢測(cè)原理 超聲波車位傳感器利用超聲波發(fā)射、被測(cè)物體反射、回波接收后的時(shí)間差來測(cè)量被測(cè)距離，根據(jù)不同距離時(shí)回波時(shí)間差的不同來判斷車輛是否停在車位上。 超聲回波示意圖所示： 傳感器 S H 超聲回波示意圖 在沒有車時(shí)，從發(fā)出超聲波到接收到回波的時(shí)間：（常數(shù)）其中s為傳感器到地板的距離，v為0℃時(shí)超聲波在空氣中的傳播速度，其值為331.5 m/s。當(dāng)有車泊位時(shí)，由于超聲波被車反射回，因此，從發(fā)出到接收回波的時(shí)間相對(duì)于沒車時(shí)會(huì)減小，其大小為，其中H為車頭的高度。 這里討論的停車場(chǎng)是以能容納16輛車的車庫為例設(shè)計(jì)一個(gè)管理系統(tǒng)。 分析評(píng)估控制任務(wù) PLC 機(jī)型選擇 程序設(shè)計(jì) 電器系統(tǒng)安裝 檢查修改程序 調(diào)試程序 設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)接線圖 滿足要求？ 聯(lián)機(jī)調(diào)試 符合要求？ 檢查硬件接線 編制技術(shù)要求 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試 N Y N N Y Y 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 存儲(chǔ)器 CPU 編程器 Ｉ／Ｏ接口 智能Ｉ／Ｏ 通信接口 擴(kuò)展接口 系統(tǒng)總線 PLC系統(tǒng)框圖 3.3道閘開關(guān)系統(tǒng) 　在車庫入口處，道閘前的地下埋設(shè)車輛檢測(cè)器，當(dāng)車輛停在道閘前，檢測(cè)器會(huì)向PLC發(fā)出信號(hào)告知將有車輛進(jìn)入，道閘處于準(zhǔn)備打開狀態(tài)，只要身份識(shí)別正確，道閘立即打開。道閘后的地面也要埋設(shè)檢測(cè)器，車輛通過后，告知PLC要增加一輛汽車的數(shù)量，并在車庫門前指示板上的數(shù)碼管顯示，最后控制道閘關(guān)閉。下面是道閘開關(guān)功能示意圖： PLC 道閘打開信號(hào) 道閘關(guān)閉信號(hào) 道閘 道閘前檢測(cè)器 道閘后檢測(cè)器 道閘開關(guān)示意圖 3.4停車場(chǎng)車位指示板 在車庫入口處應(yīng)該安裝指示板，告知車輛司機(jī)整個(gè)車庫的停放情況，包括數(shù)量和停放的位置。車庫和指示板的示意圖如圖所示： 9 1 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 停車場(chǎng)車位指示板 當(dāng)某一位置沒有停放車輛時(shí)，相應(yīng)編號(hào)的指示燈亮，司機(jī)看見使就可以按照指示進(jìn)入車庫按位停車。這個(gè)部分同樣可以用梯形編程圖來實(shí)現(xiàn)。 車位線使程序，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所用到得軟元件X10－X17，X20-X27，輸出端原件Y20-Y27，Y30-Y37，輸出輸入原件共計(jì)16對(duì)。只要在車尾頂部安裝紅外檢測(cè)裝置，就可以對(duì)車位有無車輛進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)車位無車輛時(shí)相應(yīng)輸入繼電器不通電，常閉節(jié)點(diǎn)合上，輸出端所連接的指示燈亮，如圖中8號(hào)和9號(hào)燈亮，證明這兩個(gè)車位為空。而其余位置有車，所以相應(yīng)的指示燈熄滅。 5. 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 PLC外部輸入/輸出點(diǎn)(I/O) PLC外部輸入/輸出點(diǎn)（I/O） 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 系統(tǒng)動(dòng)作 X1——00000 閘欄開門 Y1——01000 系統(tǒng)解除 X2——00001 閘欄關(guān)門 Y2——01001 入口檢測(cè)器 X3——00002 尚有車位指示燈 Y3——01002 出口檢測(cè)器 X4——00003 車位已滿指示燈 Y4——01003 正傳停止傳感器 X5——00004 顯示車輛數(shù)七段燈 Y10-Y17——01004-01010 反轉(zhuǎn)停止傳感器 X6——00005 COM COM 01000 00000 01001 00001 01002 00002 01003 P 00003 01004 00004 01005 00005 01006 L 00006 01007 00007 01008 00008 01009 C 00009 01010 00010 01011 00011 01012 00012 01013 00013 01014 00014 01015 00015 01016 00016 01017 00017 G G N DISPLAY X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 10-Y17 PLC硬件接線圖 5.2車輛進(jìn)庫 編程圖上，在支路2中，X0表示車輛檢測(cè)裝置開關(guān)，只要車輛駛到道閘前，車輛檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)使X0關(guān)閉，輔助繼電器M1進(jìn)入準(zhǔn)備通電狀態(tài)；只要X1閉合，支路1通電，驅(qū)動(dòng)輔助繼電器M0，其節(jié)點(diǎn)M0閉合，M1馬上通電，M1節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，使輸出線圈Y0置位，其相應(yīng)的輸出端Y0發(fā)出信號(hào)控制道閘升降的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)復(fù)位Y1線圈，確保道閘沒有反轉(zhuǎn)信號(hào)。這時(shí)道閘就打開，車輛通過。 車輛通過以后，經(jīng)過道閘后車輛檢測(cè)器，這時(shí)有幾道控制目標(biāo)，所以運(yùn)用主控制器指令MC對(duì)所有工作一并控制。檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)使開關(guān)X2閉合，PLC就執(zhí)行MC和MCR之間的程序，首先把Y0輸出線圈復(fù)位，即道閘電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)復(fù)位，同時(shí)置位Y1輸出線圈，是電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉。同時(shí)設(shè)定一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器D0中的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)輸出到以10為首的八個(gè)輸出端，驅(qū)動(dòng)車庫大門指示板上的顯示管，最后，在道閘關(guān)閉的終點(diǎn)安裝一個(gè)限位開關(guān)X3，當(dāng)?shù)篱l恢復(fù)原位時(shí)，X3節(jié)點(diǎn)接通，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)復(fù)位。 車輛進(jìn)出控制程序流程圖 　 車輛進(jìn)庫梯形圖 5.3車輛出庫 　車輛出庫時(shí)，要減少車輛數(shù)量記錄，并且在車庫出口也要安裝出口道閘，下面是車輛出庫的梯形圖。 由圖中可以看出，車輛出庫與入庫的基本原理相同，只是輸入原件與輸出原件不同，出庫與入庫所用到的元件必須分開。并且，要使車輛數(shù)量減少，用DEC功能指令使記錄車輛數(shù)的數(shù)據(jù)寄存器D0減一，最后道閘關(guān)閉。 車輛出庫梯形圖 5.3車輛進(jìn)出庫梯形圖 車輛進(jìn)出庫梯形圖 5.5 軟件程序 軟件程序 6． 課題總結(jié)及展望 6.1 課題總結(jié) 本文研究的主要內(nèi)容是基于PLC的停車場(chǎng)車位控制系統(tǒng)，在前人的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，吸取了前人研究的精華，補(bǔ)充了前人研究的不足。本系統(tǒng)是基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于PLC本身的特點(diǎn)使自動(dòng)控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。在本課題研究過程中主要進(jìn)行了以下工作： （1）詳細(xì)分析了國內(nèi)外目前的基于PLC的停車場(chǎng)，比較之后，硬件部分，設(shè)計(jì)了七段碼顯示器以及車輛進(jìn)出庫傳感器。軟件部分，選擇了以PLC為核心自動(dòng)控制系統(tǒng)，因此，經(jīng)過研究最后決定將硬件和軟件部分結(jié)合起來，形成了本控制系統(tǒng)的整個(gè)部分 （2）在比較了各種型號(hào)的PLC的功能之后，選擇了三菱公司的FX2N系列PLC， （3）建立了車輛進(jìn)出庫數(shù)學(xué)模型，為其編寫了程序語言。 6.2 展望 由于本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求比較高，而且課題研究的時(shí)間倉促，以及本人能力有限，因此還有很多地方存在著不足之處： （1）本系統(tǒng)中的硬件部分不能實(shí)現(xiàn)集中控制，這樣就增加了程序的編寫難度，也相應(yīng)的增加了系統(tǒng)的成本。 （2）系統(tǒng)穩(wěn)定性需要加強(qiáng)，復(fù)位電路有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能自動(dòng)復(fù)位的情況，由于本人能力有限未能找出其中的原因，盡管這種情況不常發(fā)生，但是一旦發(fā)生就影響系統(tǒng)的運(yùn)行。 （4）在功能上需要更加完善，本系統(tǒng)沒有設(shè)置報(bào)警裝置，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)不能做出報(bào)警動(dòng)作，這樣也會(huì)影響系統(tǒng)的跟蹤質(zhì)量。 由于本人能力有限，做出的系統(tǒng)存在不少的問題，希望有更多的人參與其中，最終能做出性能好、精度高的停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，以適應(yīng)越來越多的私家車對(duì)停車位的需求。希望有更多的人參與到這項(xiàng)研究中來，性能好、精度高、低成本的控制系統(tǒng)是我們的目標(biāo)。 致 謝 三年大學(xué)生活即將結(jié)束，回首這三年，我感到很慚愧，也很感激，慚愧的是我沒有好好把握這三年的美好時(shí)光，沒有好好學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，荒廢了我的學(xué)業(yè)，感激的是我有幫助我的同學(xué)和老師，他們無微不至的關(guān)懷是我一生都不會(huì)忘記的，我將永遠(yuǎn)記住他們，以后有機(jī)會(huì)，我盡我的能力報(bào)答他們。 首先，我要感謝我的導(dǎo)師給了我一個(gè)展示自我的平臺(tái)，讓我把大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)地展示出來，在論文整理期間給了我很大的幫助及關(guān)懷使我一生受益。 其次，整個(gè)論文期間，還得到了許多其他老師和同學(xué)們及朋友們的關(guān)心、鼓勵(lì)和熱情的幫助，在此一并向他們致以謝意。 最后，愿老師工作順利，桃李滿天下，愿我的同學(xué)朋友學(xué)業(yè)有成，事業(yè)有成！再次感謝他們所有人對(duì)我的幫助。 參考文獻(xiàn) [1] 黃樹波.城市建設(shè)應(yīng)發(fā)展立體停車庫[J].技術(shù)革新.2004 (3) [2] 張長(zhǎng)纓，張侃諭.智能型立體車庫的構(gòu)成及智能化方案[J].控制系統(tǒng).2002 (1) [3]陳龍．智能小區(qū)及智能大樓的系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001，1，287 [4]蘇裕.停車場(chǎng)管理系統(tǒng)在智能小區(qū)中的應(yīng)用[J].IB智能建筑與城市信息，2003，(06): 28-29 [5] 鄭晟.現(xiàn)代可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001 [6] 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