毕业设计 基于PLC控制的停车场车位控制系统.doc

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1、机机电电工工程程学学院院 课课程程设设计计说说明明书书 设计题目设计题目: : 基于基于 PLCPLC 控制的停车场车位控制系统控制的停车场车位控制系统 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 机制机制 F09F09 学学 号：号：2009480520094805 指导教师：指导教师： 年年 月月 日日 内容摘要内容摘要 设计针对目前停车场车位控制系统存在的集成自动化程度低、可靠性差和运 行效率低下的不足，结合目前工业领域的应用技术，设计了一种技术较先进、性能 可靠、自动化的程度较高的停车场车位控制系统。本文针对停车场车位控制系统中 存在的问题，把 PLC 可编程序控制器和变频器应用于停车

2、场车位控制系统上，同时 对问题进行了较深入的研究。 本文阐述了停车场车位控制系统的 PLC 控制、自动计数、数码显示的一些基本 思路和方法，介绍了关于 PLC 工作特点及运行原理，以及介绍了西门子 S7-200 可 编程控制器系列 PLC 控制器主要功能模块及应用。然后设计了停车场车位控制系 统的基本模块及功能，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。 最后程序分析测试论证停车场车位控制的设计。 关键词关键词：PLC 停车场;车位控制;西门子 S7-200。 目目 录录 第第 1 章章 引引 言言.1 1.1 课 题 内 容.1 1.2 课题要求.2 1.3 系统工作过程.2 第第

3、 2 章章 PLC 简介简介.3 2.1 可编程控器概述.3 2.2 可编程控制器的定义.3 2.3 PLC 的特点 .3 第第 3 章章 基于基于 PLC 控制的停车场车位控制系统的设计控制的停车场车位控制系统的设计.5 3.1 控制程序流程图.5 3.2 系统硬件电路设计.6 3.2.1 CPU 的选择.6 3.2.2 输入输出编址.6 3.2.3 I/O 接线图 .7 3.3 梯形图程序.7 3.4 停车场车位控制系统语句表.12 结结 论论.15 设计总结设计总结.16 谢谢 辞辞.17 参考文献参考文献.18 第第 1 章章 引引 言言 1.11.1 课课 题题 内内 容容 基于 P

4、LC 的停车场车位控制系统设计要求 图 1：设计任务示意图 1.21.2 课题要求课题要求 1列出输入输出点分配表； 2画出 PLC 的输入输出设备的接线图； 3.利用 STEP7-Micro/WIN32 软件完成梯形图，指令表的程序设计与调试； 4完成课程设计说明书。 1.31.3 系统工作过程系统工作过程 1.入库车辆前进时，经过 1#传感器，此时车位尚未满的话，栅栏向上打开，当达 到上限位置时，栅栏打开停止，同时车辆进入，经过 2#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.出库时，先经过 2#传感器，栅栏门向上打开，当达到上限的时候停止打开，

5、同 时车辆出闸门再经过 1#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.仓库启用时，先对所有用到的存储单元清零，并应有仓库空显示。 4.若设仓库容量为 16 辆车，则仓库满时应报警并显示。 5.若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过 1#传感器，出库车辆经过 2#传 感 器） ，应避免误计数。 第第 2 章章 PLC 简介简介 2.12.1 可编程控器概述可编程控器概述 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制 应用而设

6、计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这 种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制 器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可 编程控制器简称 PLC。 2.22.2 可编程控制器的定义可编程控制器的定义 可编程控制器简称 PC（英文全称：Programmable Controller） ，它经历了可编程序 矩阵控制器 PMC、可编程序顺序控制器 PSC、可编程序逻辑控

7、制器 PLC（英文全称： Programmable Logic Controller）和可编程序控制器 PC 几个不同时期。为与个人计算机 （PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案 中对 PLC 做了如下定义： “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、计时、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。PL

8、C 及其有关的外围设备都应该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。 ” 2.32.3 PLCPLC 的特点的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的 少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的 故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术， 采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的

9、平均无故障工作时间则更长。从PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构 成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数 百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能， 出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故 障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样， 整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标 准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵

10、活 方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方 便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的 电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外， 现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控 制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC 组成各种控制 系统变得非常容易。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接

11、口容易，编 程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路 图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的 功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控 制打开了方便之门。 4.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易 掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要 少得多。 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统 设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更

12、重要的是使同一设备经 过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 第第 3 章章 基于基于 PLC 控制的停车场车位控制系统的设计控制的停车场车位控制系统的设计 3.13.1 控制程序流程图控制程序流程图 由上述具体控制要求，可作出停车场车位控制系统在启动运行时的程序框图， 如下图所示。 N N Y Y N Y 图 2.1 控制程序流程图 启动 七段显示屏重置 是否有车进入停车是否有车出 触发传感器 1 传感器 1 无反 应 有位指示 灯是否亮 大门不开 开门 不开门 触发传感器 2 关门 触发传感器 2 开门 计数器加 1 触发传感器 1 关门 计数器减 1 传感器

13、2 无反应 不开门 七段显示屏显示当 前停车场已停车数 七段显示屏重置 结束 3.23.2 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 3.2.13.2.1 CPUCPU 的选择的选择 本次设计要求开始、停止、2个行程开关和2个传感器共6个输入接口，控制车满和 有位2个指示灯、电机正反转及2个七段显示屏共18输出接口，所以选用CPU222并扩展 2个EM222模块满足控制要求。 3.2.23.2.2 输入输出编址输入输出编址 停车场车位系统输入开关及控制该系统的输出端在PLC中的I/O地址分配表如表2-1 所示。 表 2-1 I/O地址分配表 控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码 启动信号常用开关

14、SB1I0.0 停止信号常用开关 SB2I0.5 传感器1输入信号接近开关 SQ1I0.1 传感器2输入信号接近开关 SQ2I0.2 闸栏上限位信号行程开关 SQ3I0.3 输 入 信 号 闸栏下限位信号行程开关 SQ4I0.4 车位满信号指示灯 HL1Q0.2 有车位信号指示灯 HL2Q0.3 电机正转信号电动机 KM1Q0.0 电机反转信号电动机 KM2Q0.1 七段显示屏1信号七段显示屏 SEG1Q2.0-Q2.6 输 出 信 号 七段显示屏2信号七段显示屏 SEG2Q3.0-Q3.6 3.2.33.2.3 I/OI/O 接线图接线图 图 2.2 I/O 接线图 3.33.3 梯形图程序

15、梯形图程序 根据程序模块及停车场车位控制的逻辑关系，可绘出梯形图控制程序。程序如下： 3.43.4 停车场车位控制系统语句表停车场车位控制系统语句表 TITLE=程序注释 Network 1 / 网络标题 / 程序启动 LD I0.0 O M10.0 AN M10.1 = M10.0 Network 2 / 程序停止 LD I0.5 = M10.1 Network 3 / 输出七段显示屏 LD M10.0 MOVW AC0, AC1 DIV 10, AC1 SEG AC1, QB0 SEG AC2, QB1 Network 4 / 重置 2 个七段显示屏 LDN M10.0 R Q0.0, 7

16、 R Q2.0, 7 Network 5 / 控制大门的关闭停止 LD M0.4 O M0.7 O M1.2 A I0.4 LD SM0.1 O M0.0 OLD AN M0.1 = M0.0 Network 6 / 控制车满灯和有位灯的亮灭 LD M0.0 A M10.0 O M0.1 AN M0.2 AN M0.5 AN M1.0 LPS AB= AC0, 15 S Q0.2, 1 R Q0.3, 1 LRD AB= AC0, 16 S Q0.3, 1 R Q0.2, 1 LPP = M0.1 Network 7 / 控制车进入开门 LD M0.1 A I0.1 AN I0.2 A Q0.

17、2 O M0.2 AN M0.3 = M0.2 Network 8 / 开门动作停止 LD M0.2 A I0.3 O M0.3 AN M0.4 = M0.3 Network 9 / 关门并计数器加 1 LD M0.3 A I0.2 O M0.4 AN M0.0 = M0.4 EU AB= AC0, 1 DECB AC0 Network 16 / 电机正转及开门控制 LD M0.2 O M1.0 O M0.5 = Q0.0 Network 17 / 电机反转及关门控制 LD M0.4 O M1.2 O M0.7 = Q0.1 Network 18 / 重置车满和有位指示灯 LD I0.5 R

18、Q0.2, 1 R Q0.3, 1 结结 论论 纵观两周的设计过程，可以说在这一过程中我的收获很大，充分认识到自己的薄 弱环节，通过理论分析与实践的反复论证，许多问题都有了较好的解决方案。 软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了 PLC 流程图、梯形图、指令 表三种机械手控制方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它 机械手控制方式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也 很困难。收进的方式是将各部分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是 程序编写比较简单，不需要再编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精 确度要求并不高，适宜采用。若

19、是在对定时精度要求比较高的情况下，应采用单片机 的中断功能进行硬件定时。 通过此次设计，了解了停车场车位控制系统的工作原理，其中电路及软件实现是 此次设计的主要部分。作为一个好的控制系统必须把各种控制都考虑在内之外，还要 考虑安全控制。 设计总结设计总结 通过这次课程设计，我发现了我的理论知识掌握的不是特别好，而且很多方面掌 握的都不到位，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网路成了我 们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中 我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学整个设计通过软件和硬件上的调试。 我想对自己以后的学习和工作都有很大的帮助。

20、在课程设计中遇到了很多实际性的问 题，在实际设计中才发现，只有理论与实际相结合，才能更加深入的了解问题。 只有了解了实际与理论知识并把它们相结合，才能解决问题。一切问题必须靠自 己一点一滴的解决，而且要不断的更正以前的错误。设计是比较简单的，主要是解决 程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思 维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此大部分时间是用在程序设计上面的。 在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做 大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为 以后的工作积累了经验，增强了信心 通过这次对

21、停车场车位控制的 PLC 控制，让我了解了 PLC 梯形图、指令表、外部接线 图有了更好的了解，也让我了解了关于 PLC 设计原理。有很多设计理念来源于实际， 从中找出最适合的设计方法。 谢谢 辞辞 感谢学校给了我们这次宝贵的课程设计的机会，对我们的能力提高非常有帮助。 感谢王宗才老师不辞劳苦的辛勤指导。感谢同组的刘彪组长对我的问题不厌其烦的回 答。感谢班长给予的帮助。 从这次课程设计中，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次课程设计，通 过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固 了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。在 这

22、次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设， 小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做 出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。 再次感谢母校 4 年的培养与王老师和小组成员的帮助与支持，使自己的综合分析 力有了很大的提高。 参考文献参考文献 1 程宪平.机电传动与控制 。华中科技大学出版社，2003. 2 吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用。机械工业出版社，2003. 3 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程控制器。华南理工大学出版社.2001. 4 陈立定.电器控制与可编程控制器.广东：华南理工大学出版社，2001. 5 吴中俊、黄永红.可编程程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2003. 6 于庆广.可编程控制原理与系统设计.北京：清华大学出版社.2004 7 史国生.电器控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003. 8 李媛.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009. 9 王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2008.