基于plc停车场自动控制.docx

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基于plc停车场自动控制

河南机电专科学院

学生毕业设计（论文）报告

系别：

电子与电气工程学院

专业:

电气自动化

班号：

电气082

学生姓名：

石小娟

学生学号:

0805090212

设计（论文）题目：

基于西门子S7-200的停车场控制系统设计

指导教师：

陈琳

设计地点：

常州信息职业技术学院

起迄日期：

2010.5。

4-2010.7.3

毕业设计（论文）任务书

专业电气自动化班级电气082姓名石小娟

一、课题名称：

基于西门子S7—200的停车场控制系统设计

二、主要技术指标：

1、采用三个停车场入口控制系统，自动检测车辆进入时的时间并记录入库车辆数目。

2、采用三个停车场出口控制系统，自动检测车辆，计算出车辆进入停车场的时间计算出费用，管理系统将该车费用信息记录到数据库。

3、利用现场控制器、车位传感器等构成每个车位状态监控系统，达到时时监控。

三、工作内容和要求：

1、对停车场的管理及控制功能需求进行分析和研究，在此基础上提出分区管理模式并模块化设计管理流程.

2、选用PLC作为现场控制器的基础，采用AS-I现场总线技术构建现场设备的信号采集与传输系统。

3、在充分研究系统信息通讯基础上提炼通讯信息,采用PROFIBUS通信模式交换数据信息。

4、采用车位传感器对每个车位监控.

5、改进停车场车路控制系统功能并完成控制程序设计。

四、主要参考文献1、张宇皓.西门子PLC在自动停车场中的应用［D]，浙江大学.

2、岳萍.基于PLC的智能停车场监控系统的研究与实现[D],电子科技大学.

3、程远。

停车场自动控制及收费系统[D］，南昌大学.

4、徐新红，张海燕。

智能停车场控制系统设计［D］，河南科技学院。

5、曾少林。

基于RFID技术的智能停车场控制系统研究［D]，湘江大学。

6、李应淇.一种开发式停车场控制系统设计[D]，河南科技学院.

7、陶永明。

停车场管理信息系统设计[D],东北财经大学。

8、周毅.西安市停车场规划的研究［D]，长安大学.

9、刘坤鹏。

一座大型地下停车场的设计［D]，上海交通大学.

10、蒋兴加。

分布式智能停车场系统设计[D］,兰州师范高等专科学校。

学生（签名）2010年月日

指导教师（签名）2010年月日

教研室主任（签名）2010年月日

系主任（签名）2010年月日

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

基于西门子S7—200的停车场控制系统设计

一、选题的背景和意义：

国内经济的持续发展，汽车进入家庭的进程持续发展使得社会汽车保有量持续增长，对停车场的需求量剧增.因此停车场的建设已成为绝大多数建筑项目不可或缺的一部分.现有的平面式停车场通常仅实现门禁管理，对停车用户的出入权限进行管理,对停车用户停、取车的过程不做监控，则乱停放现象时有发生,针对停车上述管理缺陷,本文就停车场的管理、监控流程进行改进，采用德国西门子公司的S7-200型PLC控制，其结构简单、运行平稳、低噪音、操作安全、性能价格比高,抗干扰能力强，维护方便。

因此，规划好新建及已建停车场的管理及监控系统将有利于规范车辆的停取过程，保证车辆在停取过程中的安全性，提高停车空间的利用率，缓解社会停车位紧张的供需矛盾，充分发挥公共设施的社会效益。

二、课题研究的主要内容：

1、自动采集车辆入车库状态，采用刷卡形式获取卡号进入停车场；

2、根据车辆出入库状态自动开、关道闸；

3、采用车位传感器对每个车辆动态监控；

4、用户车辆出场时采用刷卡形式，交完费用后方可离开.

三、主要研究（设计）方法论述：

1、采用光电传感器检测有无车辆，入场时在票箱处按键取得一张卡；

2、通过PC机与控制器通信，刷卡后控制器启动道闸放行车辆，检测传感器检测到车辆通过信息后，控制器关闭道闸；

3、利用现场控制器、车位传感器构成车位状态监控系统；

4、在出口处采用出口读卡器读卡,PC机依照读取的卡号调出相关信息。

管理软件依据从入场到出场的时间以及计费标准进行计费，提示司机缴费手续结束后管理员开启道闸放行。

四、设计（论文）进度安排:

时间（迄止日期）

工作内容

10.5.11~10.5.29

翻阅资料，上网查询，并根据自己的知识结构确定项目题目及大体内容

10.5。

30~10.6.2

完成毕业设计的提纲

10.6。

3~10.6.10

完成毕业设计的系统方案设计部分

10.6.11～10。

6。

15

完成毕业设计的摘要和前言

10.6.15~10。

6.17

总结、整理出论文初稿

10。

6.18～10。

6.24

根据指导老师的指导进行修改，完善系统

10.6。

25～10。

6.28

再次浏览复查，上交电子稿，打印稿，准备答辩

五、指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

2010年月日

六、系部意见：

　　　　　　　　　　　系主任签名：

2010年月日

摘要

Abstract

3。

1。

1plc简介………………………………………………………。

6

摘要

智能建筑将是信息社会最重要的基础设施之一。

停车场管理控制系统则是现代建筑中不可或缺的一部分。

随着计算机控制技术的发展,停车场管理控制系统的功能及软硬件设施也伴随其发展而不断改进。

本文在对停车场管理及控制系统基本功能研究的基础上改进其系统构成及控制流程,应用PLC作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制.研究了停车场及其控制系统在智能建筑中的作用及其自身管理模式的发展、变化。

对典型停车场的管理及控制功能需求进行分析与研究，在此基础上提出模块化设计管理流程。

根据管理及控制功能需求，充分研究了相关系统组件的工作原理及性能指标，据此进行系统功能设计及硬件选型。

在选用PLC作为现场控制器的基础上，研究了PLC网络的构成技术及其网络通信协议，采用PROFIBUS的通信协议。

根据控制需求对PLC控制器的编程相关软硬件进行组态,并完成PLC控制程序的设计。

改进停车场车路控制系统功能并完成控制程序设计。

现在小区停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置，车辆进入后,记录车辆数量，车辆离开时，减少车辆数量。

车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制来处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示。

基于停车场车位控制系统设计采用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。

PLC就是可编程控制器，它是一种数字式运算作的电子系统，专为工业环境下应用而设计,因此它具有可靠性高,抗干扰能力强,功能强等优点而普遍应用在控制领域。

本设计主要阐述了停车场的构成、工作原理、工作条件。

运用可编程控制器（PLC）对停车场汽车进出进行管理的方案，此方案大大提高了工作效率。

本设计利用PLC控制停车场空位显示，实现全自动运行。

利用出口、入口的车辆检测传感器，检测车辆的出入，并用32位加减法计数器进行计数，从而达到自动控制的目的。

Abstract

Intelligentbuildingswillbeoneofthemostimportantinfrastructuresininformationsociety,andthemanagementandcontrolsystemisanindispensablepartforparkinglotsinintelligentbuildings.Withthedevelopmentofcomputercontroltechnology，thefunction，softwareandhardwareofmanagementandcontrolsystemhavebeenimprovedcontinuously.Basedontheresearchofbasicfunctionofmanagementandcontrolsystemappliedtoparkinglots，thispaperimprovestheconstructionofcontrolsystemandflowsequence,utilizingPLCasthefieldcontrollertocollectsignalsandcontrolequipments。

Studiesonthefunctionofparkinglotsanditscontrolsystemsaswellasthedevelopmentsandchangesinintelligentbuildings。

Basedonanalyzingofthemanagementandcontrolfunctionrequirementsforatypicalparkinglot，weputforwardzoningmanagementandmodularizethemanagementofdesignworkflow。

PLCcontrollerintheselectionofasitebasedonthecompositionofthePLCnetworktechnologyandnetworkcommunicationprotocol,usingPROFIBUScommunicationprotocol.AccordingtothecontrolrequirementsofthePLCcontrollerprogrammingrelatedsoftwareandhardwareconfiguration，andcompletethedesignofPLCcontrolprogram.Improvedcontrolsystemforparkingbyvehiclesandcompletecontrolofprogrammingfunctions.

Keywords：

parkinglots；PLC；controlsystem；Communicationprotocol

第1章前言

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。

据国家“十五”汽车工业发展规划,2005年，我国汽车保有量将达到2465-2545万辆。

而据有关部门的不完全统计，全国城市每4.84辆机动车才有个一合法的停车位，有的城市每31辆才有一个停车位，已经越来越不适应日夜激增的车辆管理问题.因此大型智能停车场随之而生并且发展势头迅猛，所作为现代大型智能停车场的灵魂—--停车场智能管理系统也是日新月异，尤其是近几年随着电子产品及系统软件越来越快的更新周期。

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.

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2章平面停车场控制系统需求分析

2。

1停车场建筑情况及其管理模式分析

停车场根据建筑形式及停车场位置的不同分为园区地面停车场、建筑物地下平面停车场、专用停车楼及路边临时占道停车场。

根据建筑物类型及建筑物功能的不同又可分为：

1、市区公共建筑群大型停车场，该类型停车场规模庞大,停车位多，停车用户流动性大，用户通常皆为临时停车用户。

2、综合建筑楼专用停车场，如各类大型商场及商务楼群地下专用停车场。

该类型停车场停车位数量适中，停车用户常分为办公楼固定停车用户人群及购物顾客或访客临时停车用户人群。

此类停车场通常白天工作时段车位紧张而夜晚非工作时段则车位大量空置。

因此在管理模式上可实行分片分区管理，划定专用的固定用户停车区域及临时用户停车区域，在夜晚非工作时段将临时用户停车区域车位提供给周边社区无配套停车位小区住宅用户计时停车，提高设施利用率以提高社会配套设施的社会效益，缓解停车位置紧张的市场供需矛盾。

3、办公区域专用园区地面停车场。

该类型停车场用户也常分为固定用户及临时访客用户，由于园区露天管理模式使得对停车管理到固定车位的可能性很小,通常只能实现门禁管理出入权限。

此类型停车场为防止盗车现象的发生则可采用摄像监控，在出入口严格比对车辆摄像信息。

对多出入口园区停车场管理还需做好联网管理，数据共享，一卡通行。

4、住宅小区专用停车场，该类型停车场规模通常依据小区总户数设计,停车类型绝大多数应为固定用户停车，在管理模式上可不采用计时收费而采用停车位相对固定，用户卡预先充值付费方式。

为防止乱停车位及盗车现象，可加强车位动态监控结合门禁管理以达到有效监控.

5、专用停车楼的建筑在设计上为停车场专用，可采用专用托举设备结合现场控制器、传感器、计算机等智能设备实现停车、取车、车位监视等过程的全自动控制，并能做到空间的最高效利用。

该类型停车场需在建筑设计的初期即根据专用设备规划建筑的功能及形式，并且初期设备投入昂贵.

综上所述可知无论哪一类停车场地，其用户皆可归类为临时停车用户和固定停车用户两类。

对临时停车用户，由于用户流动性大，为防止盗车现象发生，通常采用摄像监控、比对出库车辆信息、计时收费的管理监控模式。

对固定停车用户则通常采用停车用户卡预先充值收费，门禁系统结合车位监控系统对停车车辆及车位动态监控的管理、监控模式。

鉴于此，本文在对典型停车场进行分析的基础上提出停车场管理及监控系统的功能规划及实施方案，并对其控制系统做详细设计.

2。

2平面停车场管理及其控制需求分析

对停车场进行管理及控制需求分析是系统设计的基础,本节在分析停车场基本情况的基础上分析该类型停车场的控制及管理需求.

1、停车场基本情况分析

在对典型停车场基本情况进行研究过程中由建筑设计单位提供图形资料的一种典型的平面停车场在建筑形式上具有较好的代表性，本文以此停车场为例进行的停车场监控系统设计亦具有较好的广泛性与代表性。

图2-1是该住宅小区的地下停车场的总平面图。

图2-1停车场的总平面图

2、入库车辆地点变更逻辑分析

停车场内不同停车区域可提供不同的服务,但进入停车场的车辆皆会进行如图2—2所示的地点变更。

图2—2入库车辆地点变更逻辑图

停车场车辆管理操作应该从车辆进入停车场开始，到车辆出停车场结束，并针对不同类型停车用户的出入停车事件的发生做相关事件的记录.车辆从入场到出场有固定的运动逻辑，从一个状态到另一个状态一般是不可逆的，这样一来如果已知一个状态就可准确地预计车辆的下一个状态,可实现车辆的状态追踪.

2。

3平面停车场控制需求描述

停车场的管理及控制包含管理及控制两部分运行系统。

管理包括对用户及其使用停车位情况等信息的管理；停车场运营基本情况信息的管理及设备基本信息的管理。

这些管理功能的实现由安装在管理PC机内的管理中心软件完成，包含如下功能:

在线监控所有各站点帐目状况：

如各时期收支情况、付款额度及次数、币卡数量、种类等、出入口当前状况、操作员姓名等；用户卡的管理数据库；帐目打印与数据库报表;系统配置及建立停车系统及费率设置等其他部件管理等；控制则主要是对现场设备的状态依据管理及控制流程进行监视与控制,该部分功能的实现由现场设备及现场控制器及相关监控软件完成。

主要包含如下功能：

1、自动采集车辆出入车库与车位的状态;

2、根据车辆出入库状态自动开、关道闸并自动开启；

3、对车位则自动计数并能启动满位红灯亮；

4、车辆超过限制的车位区蜂鸣器报警，提示司机.

2.4停车场监控系统主要功能模块

要实现上述监控流程,停车场监控及管理系统的基本组成为出入口控制系统；车路、车位监控系统及管理系统。

系统框图如图2-3所示。

本文重点介绍管理监控系统中现场设备的功能设计、相关控制软件的设计.对管理中心软件的设计则不作介绍。

图2—3停车场监控系统框架

1、停车场入口控制系统

入口控制系统主要由入口票箱（内置出卡机、感应式读卡器）、自动道闸、车辆检测线圈、控制器等设备组成。

用户入场时在票箱处按键，票箱内发卡器发送一张IC卡至入口票箱出卡口，同时完成读卡过程。

读卡器与PC机通信，记录读卡事件相关数据如：

卡号、读卡时间等。

同时发信息通知控制器启动入口摄像机，拍摄入库车辆图像并依据相应卡号存入管理数据库。

控制器开启道闸放行车辆，车辆通过车辆检测传感器后,控制器关闭道闸并记录入库车辆数目，车位满时，红灯亮显示“满位"。

2、停车场出口控制系统

出口控制系统部分主要由出口读卡器、自动道闸、车辆检测线圈、照相机及控制器组成。

用户车辆出场时，在出口读卡器处读卡，同时启动照相机拍照，PC机依据读取的卡号调用出入口两幅相同卡号的图像人工比对。

管理软件依据入场及出场时间及计费标准计费，司机缴费；在收费及图像比对无误后，管理人员按键开启道闸放行。

车辆检测传感器检测到车辆离场后道闸关闭，停车位计数器加一，管理系统将该车缴费信息记录到数据库。

3、车位状态监控系统

在用户停车场管理中若按照通常系统构成仅利用出入口门禁系统进行出入权限管理，对车辆进入时的乱停放现象进行监控.在本文系统设计中,利用车位传感器构成车位状态监控系统。

4、停车场管理系统

停车场收费管理处内设备由管理PC机、系统管理软件、系统数据库、IC卡读写器、报表打印机、对讲系统、收费显示器组成。

管理PC机通过系统管理软件与IC卡读写器系统、出入口控制器通信，负责读写IC卡信息；存储并管理用户卡及车位信息；统计分析计费及管理情况；查询、打印报表；系统维护等功能。

2.5停车场管理监控系统主要设备

停车场管理及监控系统需要有如下的设备作为硬件支撑：

1、管理PC机

管理计算机配备相应的停车场系统管理软件,实现日常运营管理如计时计费、车位及收费统计、报表、数据信息管理、图像采集、显示、对比等管理功能。

2、现场控制器PLC

本文系统采用PLC作为现场控制器，汇总现场设备及PC机传来的各类输入信息,根据管理及监控流程进行信息处理，输出控制信号，控制停车场现场设备的工作，并向管理PC机传送现场信息。

3、读卡器

在设有门禁控制的管理场所,读卡器被广泛应用，停车场的读卡器根据所用卡片读卡感应距离的不同分为短、中、长及远距离读卡器系统。

读卡器读取与辆、车位一一对应的用户卡信息，通过上述信息对车辆的出入进行记录与管理。

4、车辆检测器及地感线圈

车辆到达出入口的情况和位置需要系统能自动探测到，这就需要在出入口的适当位置设置光电传感器作为检测器.当汽车经过时检测器产生的感应信号作为输入信号传给现场控制器以便控制.

一般在停车场出入口各设置两套车辆检测器。

一套在道闸前，检查车辆到达情况启动读卡，一套在道闸后检查车辆的离场或入场情况。

同时还可在道闸杆下部设超声波车辆检测器，与挡车器的控制信号连锁，防止闸杆下有车时闸杆落下砸伤车辆。

5、摄相设备

车辆进出停车场时，系统自动启动照相机，记录车辆的外形、色彩、车牌等信息存入管理数据库并按卡号管理。

车辆出入时系统管理软件自动调出出入图片人工比对,可有效防止盗车现象。

同时需配备辅助照明设备.

6、挡车器

挡车器又称为道闸，是停车场出入口的关键设备，其控制方式通常有手动按钮、遥控器控制、程序控制道闸升降等三种方式。

7、车位传感器

在用户停车区域为防止乱停放及盗车现象发生，在车位上方设置车位传感器，检测车辆是否乱放，常采用超声波车位传感器.

第3章停车场控制系统硬件设计

上一章介绍了停车场控制系统的管理模式及管理、监控系统功能需求及监控流程。

停车场控制系统硬件是系统实现监控管理功能及流程的基本物质条件，本章主要对停车场控制系统各功能主要模块进行集成设计，对各功能模块进行工作原理设计及硬件选型。

3。

1现场控制器选型

在停车场监控系统中，对现场设备的控制及现场各类信号的采集需由现场控制器完成，本文选用可编程控制器PLC（ProgrammableLogicController）作为现场控制器。

3.1.1Plc简介

可编程控制器简称PC.个人计算机也称PC，为了避免混淆，人脉将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC。

国际电工委员会在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：

“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、定时、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.

69年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14）,并在GM公司汽车生产线上应用成功.1969年，美国研制出世界第一台PDP-14.1971年，日本研制出第一台DCS-8。

1973年，德国研制出第一台PLC.1974年，中国研制出第一台PLC。

PLC的发展史：

第一代:

1969年～1972年,代表产品有

·美国DEC公司的PDP—14/L

·日本立石电机公司的SCY—022

·日本北辰电机公司的HOSC-20

第二代：

1973年～1975年，代表产品有

·美国GE公司的LOGISTROT

·德国SIEMENS公司的SIMATICS3、S4系列

·日本富士电机公司的SC系列

第三代：

1976~1983年,代表产品有

·美国GOULD公司的M84、484、584、684、884

·德国SIEMENS公司的SIMATICS5系列

·日本三菱公司的MELPLAC—50、550

第四代:

1983年~现在，代表产品有

·美国GOULD公司的A5900

·德国西门子公司的S7系列PLC的特点是体积小、重量轻、能耗低、可靠性高、抗干扰能力强、适用性强、易学易用、系统设计周期顿、维护方便、改造容易等，深受工程技术人员欢迎。

3.1.2PLC控制系统和其它控制系统的比较

PLC自诞生以