停车场管理PLC系统设计讲解.docx

停车场管理PLC系统设计讲解.docx

《停车场管理PLC系统设计讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《停车场管理PLC系统设计讲解.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

停车场管理PLC系统设计讲解

学号：

课程设计

题目

停车场管理PLC系统设计

科目

电气设备与可编程控制器

班级

姓名

学号

2015

年

01

月

10

日

任务书

学院：

专业班级：

姓名：

学号：

课程设计题目：

停车场管理PLC系统设计

任务书含以下方面的内容：

（一）要求完成的主要任务：

1、停车场容量为100辆车；

2、每当进入一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆

数加一，30S后车门关闭；

3、每当出去一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆

数减一，30S后车门关闭；

4、当停车场车停满后，显示车位已满信号，不允许车再进入。

5、按下清零按钮，重新开始计数。

（二）进度安排

第1周：

科研调研：

可行性研究

第2周：

设计开题：

完成课题总体思想及结构的勾画，原理框图的设计。

第3周：

理论分析：

原理图设计，理论分析，找出关键问题的解决途径。

第4周：

数据处理与分析，电路仿真，控制算法仿真。

第5周：

试验阶段，将试验数据和理论数据进行比较分析，以达到好的效果。

第6周：

论文撰写：

按照标准格式撰写课程设计。

摘要

PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点，PLC控制已成为自动控制最常见的方式之一。

停车场管理PLC系统是自动控制应用的以典型例子，可编程控制器PLC在可控制智能车库门开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式。

本设计完成容量为100的停车场，每当进入一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆数加一，30S后车门关闭；每当出去一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆数减一，30S后车门关闭；当停车场车停满后，显示车位已满信号，不允许车再进入。

按下清零按钮，重新开始计数。

关键词：

可编程控制器；停车场管理；自动控制；门禁系统

第1章引言

对停车场进行智能化，通过采取PLC技术对停车场管理进行设计，以达到停车场智能化、高效化。

车辆进入后，自动开车门，显示增加车库车辆数；辆离开后，自动关车门，显示减少车辆数量；当停车场车停满后，显示车位已满信号，不允许车再进入。

1.1研究背景及意义

随着我国城市住房集中化，人均占地面积少，机动车辆的数量增加，私家车车辆停放成为了人们关注的问题。

现在“停车难”的问题更让不少人头疼。

据不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市每31辆才有一个停车位，简单的基础设施建设和停车管理技术已经不能满足，这种现状已经越来越不适应社会日益增长车辆的对停车服务的需求。

因此PLC智能停车场管理作为缓解这种情况的途径之一，是值得我们深入研究的。

PLC停车场智能管理，即含有PLC智能管理系统，它能以PLC控制技术为基础来解决停车难的问题，完全自动化控制。

与普通的停车系统不同的是，免去了人工操作，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。

停车场智能化管理也具有很重要的现实意义：

免去人工操作，节约人力资源；规范停车秩序；避免乱收费现象；提高停车位利用率；提高找寻停车位的便利性；保障车辆安全出入停车场以及停车期间的安全。

1.2智能停车场市场发展趋势

目前我国的停车场管理系统智能化程度不高，有些简单停车场管理系统仅设置栏杆机，出入口设在一起，多靠人工管理，道路交通设施及管理设施虽然有较大改观，但跟不上机动车增长速度，总体水平与发达国家有较大差距，特别是大多数城市路网结构不合理，道路功能不完善，道路系统不健全。

交通管理设施缺乏，管理水平不高。

即使各地都建立了交通控制中心，大多只是实现了监视功能，而远没有发挥控制功能的效应。

美国、西欧和日本等发达国家为了解决所面临的交通问题，竞相投入大量人力、财力和物力，大规模地进行道路交通运输智能化的研究试验。

国外停车设备厂商正在研究能够实现“网络化存车”的停车场管理系统。

这种系统依靠Internet网络，能够实现在一定的地域内（例如一座城市）的多个停车场间随意停车。

管理系统会统一调度车位资源，统一进行收费交易结算等。

需要停车的车主在家中通过网络就可以预定停车车位，交纳停车费用，查询出行目的地的各类停车信息。

这种新型停车场管理方式适应了Internet网络在人们日常生活中越来越重要的现状，使停车场管理系统的作用范围和功能得到了极大的扩展和延伸。

国外停车场管理系统在采用大量先进技术的同时，带来的负面性影响是系统的造价非常高昂，技术实现难度大，维护成本高。

停车场并不仅仅是提供一个停车的地方，而是通过引进现代科技和现代管理理念，使停车场更为智能化与人性化。

理想中的停车场是这样的：

1、首先可以网上查询空车位，可预定车位，预定好车位后信息自动下传到我的手机或车载导航设备内，当我启动车辆后，一路引导我到达目标停车场。

2、其次停车场能不停车快速出入，电子自助缴费，没有或只有很少的管理人员，服务水平和效率大大提高。

3、再次停车场内引导标志清晰，告知我空车位在哪里，加快车流疏解，同时停车场内的照明灯光会根据车辆和人流的走向自动提高照度，以节约能源。

4、车辆停好后车辆自动定位，当我要离开停车场时我可以方便地寻找到我的爱车，寻找车辆可以利用触摸屏或手机实现，在手机上可以看见车辆最新的实景照片。

5、也可以利用手机查询、预定车位，预约上门洗车服务，在我购物或办事的间隙，由专业人员在车位上对我的爱车进行无水洗车，完成后把最新的爱车照片发到我的手机。

实现以上的愿望，并没有太多的技术难度，北京紫光的系统已经实现了大部分的技术功能，而要完全实现的话，其难度主要有：

停车场要联网运行，先进的智能化管理、引导、反向寻车系统要充分普及，同时驾车者的文明素质也要逐渐提高，不然即使再现代化的系统也不能无人化运营。

1.3主要研究内容

1、停车场容量为100辆车；

2、每当进入一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆

数加一，30S后车门关闭；

3、每当出去一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆

数减一，30S后车门关闭；

4、当停车场车停满后，显示车位已满信号，不允许车再进入。

5、按下清零按钮，重新开始计数。

第2章西门子STEP7的简介

2.1可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器PLC，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

当可编程逻辑控制器投入运行后，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，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

一、输入采样阶段：

在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

二、用户程序执行阶段：

在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

三、输出刷新阶段：

当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

2.2西门子STEP7

STEP7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WinAC的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。

STEP7具有以下功能：

硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。

STEP7的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的相关帮助。

在STEP7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。

STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATICS7、M7、C7和WinAC的数据。

实现STEP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。

各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。

中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。

CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。

系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。

现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。

PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

图1PLC基本结构图

2.3PLC的基本作用

1．用于顺序控制

顺序控制是根占有关输进开关量确当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。

这是系统工作最基本的控制。

也是离散生产过程最常用的控制。

常用的顺序控制有：

随机控制，根据随机出现的条件实施控制；动作控制，根据动作完成的情况实施控制；时间控制，根据时间推进的进程实施控制；计数控制，根据累计计数的情况实施控制；混合控制，包含有以上几种控制的组合；还有不同以上的其它控制，等等。

使用PLC实现顺序控制是PLC的初衷，也是它的强项。

在顺序控制领域，至今还没有别的控制器能够取代它。

2．用于过程控制

过程控制要用到模拟量。

模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。

过程控制的目的就是，根占有关模拟量确当前与历史的输进状况，产生所要求的开关量、或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求工作。

是连续生产过程最常用的控制。

PLC用于过程控制，已是一个趋势。

由于用PLC实现这个控制，其价格比用别的要低，而且，用它时，在进行模拟量控制的同时，还可很方便的进行其它控制。

再加上各种过程控制模块的开发与应用，以及相关软件的推出及使用，用PLC进行种种过程控制已变得很轻易，其编程也很简便。

所以，目前有的厂家PLC用于模拟量控制的份额，已超过用于顺序控制。

3．用于运动控制

运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。

可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可是多坐标的，控制对象的平面、立体，以至于角度变换等运动。

有时，还可控制多个对象，而这些对象间的运动可能还要有协调。

上个世纪50年代诞生于美国的数控技术，简称数控（NC），就是基于电子计算机及这个脉冲量的应用而不断发展与完善的运动控制技术。

而今，已发展到非常完善的境地，已是成为当今自动化技术的一个重要支柱。

4．用于信息控制

信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。

随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作控制，还可用作系统的信息控制。

PLC用于信息控制有两种：

专用、兼用。

专用：

PLC只用作采集、处理、存贮及传送数据。

兼用：

在PLC实施控制的同时，也可实施信息控制。

PLC用作信息控制，或兼做信息控制，既是PLC应用的一个重要方面，又是信息化的基础。

5．用于远程控制

远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。

PLC有多种通讯接口，有很强的联网、通讯能力，并不断有新的联网的模块与结构推出。

所以，PLC远程控制是很方便的。

PLC与PLC可组成控制网。

可通讯，交换数据，相互操纵。

参与通讯的PLC可多达几十、几百个。

网与网还可互联。

这样，参与通讯的PLC则更多，以至于不受限制。

PLC与智能传感器、智能执行装置（如变频器），也可联成设备网。

也可通讯，交换数据，相互操纵。

可联接成远程控制系统，系统范围面可大到几十、几百公里或更大。

这种远程控制，既进步了控制能力，又简化了硬件接线及维护。

PLC与可编程终端也可联网、通讯。

PLC的数据可在它上面显示，也可通过它向PLC写数据，使它成为人们操纵PLC的界面。

远程控制威力是无比的。

可提升PLC的控制能力、扩大控制地域及进步控制效益。

总之，远程控制也已是PLC应用的重要方面。

以上的五大控制作用，前三个是为了使不同的系统都能实现自动化。

信息控制是为了实现信息化，其目的是使自动化能建立在信息化的基础上，实现治理与控制结合，进而做到供、产、销无缝连接，确保自动化效益。

然而，随着这样自动化、信息化及远程化的推进，系统将越来越复杂。

为此，还必须实现这些控制进行控制。

否则，一旦情况变化，或出现故障，而又不能及时应对，所有这些控制带来的效益将子虚乌有。

恰正是PLC，还真有对这些控制进行控制的能力。

PLC是靠处理信息实施控制，PLC又有很多自诊断功能。

充分利用PLC这两个上风，使PLC在实施上述控制时，具有一定的自适应、自诊断的能力，在实现自动化、信息化及远程化之后，再实现智能化，是可能的。

这也是这些控制发展必然趋势。

当然，可完成这么多控制手段不仅是PLC，但是，PLC成为其中的主角已是公认的趋势。

第3章总体方案设计

停车场容量为100辆车；每当进入一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆数加一，30S后车门关闭；每当出去一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆数减一，30S后车门关闭；当停车场车停满后，显示车位已满信号，不允许车再进入。

按下清零按钮，重新开始计数。

总体方案设计中包括：

任务分析、比较和选择设计的系统方案，包括方案一和方案二。

3.1任务分析

本设计是在停车场入口处有一个门禁器（传感器SQ1），当有车经过入口的时候，接近开关输出脉冲，经PLC输出控制电机的线圈，使电机正转，闸栏开启，当车接触到出传感器（SQ2）时，表示车是入库的，车的数量加一，车库里车得数量经过数码管显示出来。

同理，当车先经过SQ2后经过SQ1时，表示车是出库的。

车的数量减一。

图2车辆入库流程图图3车辆出库流程图

由于停车场容量为100辆车，可以设置PLC计数器容量值为100；

每当进入一辆车时，外门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆数加一，30S后车门关闭；每当出去一辆车时，门禁器向PLC发送一个信号，车门开启，停车场的当前车辆数减一，30S后车门关闭；开门开关主要是通过PLC控制电动机正反转与到位开关实现的，所使用的设备主要有电动机和到位开关。

当车辆准备进车库，在完成车辆检测时，感应外门禁器，做一个2S的延时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开进再感应内门禁器，做一个30S的延时，PLC控制电动机反转，车门关闭；当车辆准备进出库，在完成车辆检测时，感应内门禁器，做一个2S的延时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开出再感应外门禁器，做一个30S的延时，PLC控制电动机反转，车门关闭；这样就完成了车辆的一进一出。

车辆计数主要是通过PLC处理两个门禁的光电传感器信号，完成车辆计数功能。

当车辆触动外门禁光电传感器，再同时触动内门禁光电传感器，PLC寄存器加1，当车辆触动内门禁光电传感器，再同时触动外门禁光电传感器时，PLC寄存器减1。

可以通过外接lED屏，可以显示车库里面有多少辆车，还剩多少空车位。

也可以加入一些附属功能，比如说显示当前日期时间，温馨安全语提示等等。

当停车场车停满后，显示车位已满信号，不允许车再进入。

按下清零按钮，重新开始计数。

车位显示指示灯，用来显示停车场是否有空位，当绿灯一直亮着时就表示这个时候停车场还有空位，当红灯亮的时候就说明这个停车场没有空位了。

3.2方案比较

3.2.1方案一：

单门障

这种方案下，车进车出都是在同一个车道、需要开关同一车库门。

当车辆准备进车库，在完成车辆检测时，感应外门禁器，做一个2S的延时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开进再感应内门禁器，做一个30S的延时，PLC控制电动机反转，车门关闭；当车辆准备进出库，在完成车辆检测时，感应内门禁器，做一个2S的延时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开出再感应外门禁器，做一个30S的延时，PLC控制电动机反转，车门关闭；这样就完成了车辆的一进一出。

在这种方案下，两个传感器的间距要适中，不能太小引起误差，也不能大于车身长度，而不能同时检测到。

图4单门障示意图

在这种方案下，整个系统按顺序一步步运行，一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件（辅助继电器M或状态器S）来代表各步。

通常采用步进式顺序控制电路结构，对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统前一步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。

若前一步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。

这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。

编程设备用来生成、检查和修改用户程序，还可以用来监视用户程序的执行情况。

它的体积小，携带方便，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

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。

3.2.2方案二：

双门障

这种方案下，在车库门口分为两个车道，每个车道只能单向行驶。

当车需要进车库，只需要被相对的右侧传感器检测到，产生相应的开门动作和关门动作。

同理，当要出车库时，只需要被另一侧的传感器检测到。

同样可以达到所需要求。

图5双门障示意图

设定当进车库时，系统对小车的位置进行检测，假如检测到入车库信号时，2s后控制打开车门，接着计时30后控制车门关闭，这样完成入库流程；当要出车库时，系统检测到出库信号，控制打开车门。

出车库后，经过延时，再关闭车门。

其余的部分，如显示，步进电机开关门等控制形式与方案一中相同。

3.3选择设计方案

方案一：

单通道，当感应某一个传感器后，经过一个延时滤波，得到的指令是需要开门动作；当同时感应两个传感器，表示有车经过，接下来需要进行关闭车库门操作。

结构简单，只需要一个电机，而方案二中需要两个；程序简便，只需要一组即可完成相应的控制要求；单门障的一个方向容易管理；在实际应用中比较节省占地面积。

方案二：

两个车道，每一组的传感器对应相应车道，控制本组车库门的开关动作，出入不互相干扰；每个方向有特定的程序。

经过两种方案的比较，方案一中结构简单，只需要一组电机，一个门障。

不仅便捷，而且节约了成本。

因此，在本次设计中重点介绍方案一。

第4章系统程序设计

在STEP7中设计整个系统程序，应用方案一，达到任务要求。

包括PLC的I/O配置方案、画出完整电路图，并说明电路工作原理，重点说明选定方案。

4.1PLC的I/O配置

根据任务要求，首先确定PLC的I/O的个数，进行I/O分配。

设计中需要3个数字量输入点，3个数字量输出点。

采用CPU224AC/DC继电器一个基本模块。

为了防止车辆进场门禁传感器和出场门禁传感器误动作，设计一个2S的延时，对传感器进行滤波处理。

表1PLC的I/O配置表

图形符号

PLC符号

I/O地址

功能

T1

外门禁

I0.0

在车库外，感应到外门禁。

T2

内门禁

I0.1

在车库外，感应到外门禁。

RE

清零按钮

I0.2

计数器清零，重新计数。

KM1

开门

Q0.0

控制开门，电机正转。

KM2

关门

Q0.1

控制关门，电机反转

L

显示信号

Q0.2

显示车库车辆数等

4.2程序编写设计

根据上图的I/O配置表，建立程序符号表。

程序中用到了4个定时器，2个内存标志位和1个计数器。

选择定时器中T37-T63为100ms单位，延时2s就是20个单位，延时30s就是300个单位。

进场延时置位定时器T37，进场关门定时器T38，出场置位延时定位器T39，出场关门定时器T40。

表2程序符号表

为了避免干扰，滤除其他物体经过传感器是的影响。

设置进场门禁传感器被挡住2s时，PLC才认为有车需要进出。

感应器有信号后，进位标志位M0.0置1，在网路2中，当车辆进场感应后，进位标志复位。

4.3梯形图设计

图6程序梯形图

梯形图说明：

网络1：

当车辆数达到100时，此时车辆计数器满，指示灯亮。

显示车位已满信号，不允许车再进入。

此时车辆计数器满，锁定进入停车场开门程序段，但出停车场程序段可正常运行。

网络2：

车辆进场前，外门禁传感器感应，等待一个2S的滤波延，确定信号正确时，进场标志置1，车库未满员前提下，进场标志为1，开门信号Q0.0使继电器KM1线圈导电，电机正转，车库门打开。

网络3：

车通过门障时，内外门禁感应器同时感应，经过一个30s的延时，触发关门信号Q0.1使继电器KM2线圈导电，电机反转，车库门关闭。

同时清零进场标志位。

网络4：

车辆出场前，内门禁传感器感应，等待一个2S的滤波延，确定信号正确时，出场标志置1，开门信号Q0.0使继电器KM1线圈导电，电机正转，车库门打开。

网络5：

车通过门障时，内外门禁感应器同时感应，经过一个30s的延时，触发关门信号Q0.1使继电器KM2线圈导电，电机反转，车库门关闭。

同时清零出场标志位。

网络6：

使用了一个计数器C1，当进场标志为1，车辆计数器加1。

当出场标志位为1，车辆计数器减1。

按下清零按钮，计数器重新开始计数。

此时计数器可外接显示模块，可以实时显示车库空余车位。

车库满员后亮警示灯，并锁定入场通道，避免车辆入库后没有停车位的情况。

4.4人机界面设计

MCGS是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

MCGS5.1软件系统包括组态环境和运行环境