基于西門子plc停車場車位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上江西理工大學應用科學學院西門子PLC課程設(shè)計 題目: 停車場車位控制系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣144 姓 名： 周培福 學 號： 27 設(shè)計報告格式20分設(shè)計內(nèi)容60分10分10分總計得分封面3頁面布局5目錄格式3圖表質(zhì)量4間距、行距、字體6工藝過程分析8系統(tǒng)控制要求8I/O分配5設(shè)備選型5電氣原理圖系統(tǒng)程序設(shè)計10動手實踐能力10總印象評分10主電路8控制電路8外圍接線圖8 2017年06月1 引言課題設(shè)計的目的：近年來，我國的汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)攀升，又由于人口密度大，在很多時候會出現(xiàn)停車難等問題。為了滿足日益增長的停車需求，

2、大型、超大型停車場不斷涌現(xiàn)，由于停車場規(guī)模大，傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)不滿足需求。因此，設(shè)計一套行之有效的泊車系統(tǒng)。隨著科技的進步，電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)不斷地向各種領(lǐng)域滲透，當今的停車場車位控制系統(tǒng)已經(jīng)向智能型的方向轉(zhuǎn)變。先進可靠的停車場控制系統(tǒng)在停車場管理系統(tǒng)中的作用越來越大。利用PLC控制停車的停車場管理系統(tǒng)是一種高效快捷、公正準確、科學經(jīng)濟的停車場管理手段，是停車場對于車輛實行動態(tài)和靜態(tài)管理的綜合。從用戶的角度看，其服務(wù)高效、準確無誤；從管理者的角度看，其易于操作維護、動化程度高、大大減輕管理者的勞動強度；從投資者角度看，徹底杜絕失誤及任何形式的作弊，防止停車費用流失，使投資者的回報

3、有了可靠的保證。系統(tǒng)以PLC為信息載體，通過智能傳感器記錄車輛進出信息，結(jié)合工業(yè)自動化控制技術(shù)控制機電一體化外圍設(shè)備，從而控制進出停車場的各種車輛 本課題設(shè)計主要運用可編程控制器（PLC）對停車場進出及停放指示進行管理的方案。本停車場由16個停車位、入口檢測器、出口檢測器、道閘管理系統(tǒng)、尚有車位指示燈、車位已滿指示燈等部分組成。在設(shè)計硬件的基礎(chǔ)上，對軟件進行設(shè)計，最后對系統(tǒng)進行調(diào)試，使控制車輛進出過程得以實現(xiàn)。課題設(shè)計的內(nèi)容：1.如圖1-1所示，假設(shè)停車場一共有停車位16個。2.在入口處裝設(shè)一傳感器，用來檢測車輛進入的數(shù)目。3.在出口處裝設(shè)一傳感器，用來檢測車輛出去的數(shù)目。4.有車位

4、時，入口閘欄將門開啟讓車輛進入，并有指示燈示表示尚有車位。5.車位滿時，則有一指示燈顯示車位已滿，且入口閘欄不能開啟讓車進入。6.可以用七段數(shù)碼顯示管上顯示目前停車場共有幾部車。圖1-1 停車場模型圖課題設(shè)計的目標:1停車場由啟動開關(guān)控制，車庫啟用時先對所有用到的存儲單元清零，并且停車場車位空顯示由數(shù)碼管顯示。2.入庫車輛前進時，經(jīng)過傳感器1，此時車位尚未滿的話，柵欄向上打開，當達到上限位置時，柵欄打開停止，同時車輛進入，經(jīng)過傳感器2，柵欄門向下關(guān)閉，達到下限位置時，柵欄門停止關(guān)閉，同時計數(shù)器A加1。3出庫時，先經(jīng)過傳感器2，柵欄門向上打開，當達到上限的時候停止打開，同時車出閘門再經(jīng)過傳感器1

5、，柵欄門向下關(guān)閉，當達到下限位時，柵欄門停止動作，計數(shù)器B減1。（計數(shù)器B的初始值由計數(shù)器A送來）只經(jīng)過一個傳感器則計數(shù)器不動作。4倉庫容量為16輛車，若停車場還有車位則可由車輛未滿指示燈進行提醒，若車庫車位已滿則倉庫滿時有車位已滿指示燈進行提醒并且七段數(shù)碼管顯示此時停車場停車數(shù)量。5若同時有車輛相對入庫和出庫（即入庫車輛經(jīng)過傳感器1，出庫車輛經(jīng)過傳感器2），應避免誤計數(shù)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1設(shè)計硬件選擇及原理 本次設(shè)計要求需要有開始按鈕、停止按鈕、2個行程開關(guān)和2個傳感器共6個輸入接口，滿車位和有車位2個指示燈、三相異步電動機正反轉(zhuǎn)、2個七段顯示數(shù)碼管共

6、18個輸出接口，所以選用 CPU226DC/DC/DC（24輸入/16輸出）并擴展一個EM223(8輸入、8輸出)模塊滿足控制要求。除CPU226之外還需要24V/DC直流電源、兩個復位按鈕、兩個紅外傳感器、兩個指示燈、三相異步電動機。由課程設(shè)計控制要求和內(nèi)容，對于前兩條要求，可以采用兩個計數(shù)器來實現(xiàn)，即一個增計數(shù)器和一個減計數(shù)器；柵欄的開啟與閉合可以有電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，并用指示燈顯示停車場是否已經(jīng)停滿；車位滿時應設(shè)計使柵欄不能開啟，禁止汽車進入停車場；用七段數(shù)碼管來顯示目前停車場中停車的數(shù)目。主電路的實現(xiàn)比較容易，屬于電動機的正反轉(zhuǎn)。2.1.2 系統(tǒng)組成圖如圖 圖2-1 系統(tǒng)組成圖2.2

7、系統(tǒng)變量定義及分配表2.2.1 系統(tǒng)變量定義控制系統(tǒng)變量有輸入信號和輸出信號兩種類別：輸入信號有：1.開啟按鈕 2.關(guān)閉按鈕3.入口傳感器輸入信號4.出口傳感器輸入信號5.柵欄上限位置開關(guān)（行程開關(guān)）6.柵欄下限位置開關(guān)（行程開關(guān)）輸出信號有：1.柵欄開啟信號（電動機正轉(zhuǎn)）2.柵欄關(guān)閉信號（電動機反轉(zhuǎn)）3.車位已滿指示燈4.尚有車位指示燈 5.七段數(shù)碼管1（Q0.0-Q0.6）6.七段數(shù)碼管2（Q1.0-Q1.6）2.2.2 系統(tǒng)變量地址分配表輸入信號輸出信號設(shè)備地址設(shè)備地址啟動（SB1）I0.0柵欄開啟Q2.0停止（SB2）I0.1柵欄關(guān)閉Q2.1入口傳感器I0.2車位已滿指示燈Q2.2出口

8、傳感器I0.3尚有車位指示燈Q2.3柵欄上限位I0.4七段數(shù)碼管1顯示Q0.0-Q0.6柵欄下限位I0.5七段數(shù)碼管2顯示Q1.0-Q1.6表2-1 I/O地址分配表2.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計2.3.1系統(tǒng)接線圖（PLC外部接線）停車場控制系統(tǒng)的接線圖如圖2-2所示，在該接線圖中，I0.0、 I0.1是系統(tǒng)的總開關(guān)，入口傳感器接I0.2輸入端，出口傳感器接I0.3輸入端。L1是停車場車未滿指示燈，L2是車滿指示燈，KM1是電機正轉(zhuǎn)的繼電器線圈，KM2是電機反轉(zhuǎn)的繼電器線圈，Q0.0-Q0.6接七段數(shù)碼管1,Q1.0-Q1.6接七段數(shù)碼管2。圖2-2 硬件接線圖2.3.2主電路控制圖停車場控制系統(tǒng)的主

9、電路圖2-3所示，當QS閉合時，KM1閉合KM2斷開電機正轉(zhuǎn)，閘門開啟，車輛可通過。當KM2閉合KM1斷開時電機反轉(zhuǎn)，閘門閉合，車輛不可通過。圖2-3 主電路控制圖2.3.3 編程元件解析1.I為輸入繼電器，它的作用是接受并存儲外部輸入的開關(guān)量信號， 和對應的輸入端子相連，同時提供無數(shù)的常開和常閉軟觸點用于編程。 2.Q為輸出繼電器，它的作用是具有一常開硬觸點用于向外部負載發(fā)送信號，每一輸出繼電器的常開硬觸點與可編程控制器的一個輸出點相連，直接驅(qū)動負載，它也提供了無數(shù)的常開和常閉軟觸點用于編程。 3.M為輔助繼電器，它是由軟件來實現(xiàn)的，用于狀態(tài)暫存、移位輔助 運算及賦予特殊功能的一類編程元件,

10、其作用類似于繼電接觸控制系統(tǒng)中的中間繼電器，絕大多數(shù)的繼電器線圈由用戶程序驅(qū)動。4.T為定時器，作用相當于繼電接觸控制中的通電延時型時間繼電器. 5.D為數(shù)據(jù)寄存器，可編糖控制器在模擬量檢測與控制以及位置控制等許多場合都需要數(shù)據(jù)寄存器來存儲數(shù)據(jù)和參數(shù)。2.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計PLC在工業(yè)過程控制中應用及其廣泛，其可靠性高抗干擾能力強，配套齊全、功能完善、適用性強，易學易用、深受工程技術(shù)人員歡迎，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小、維護方便、容易改造，體積小、重量輕、能耗低。在工作原理方面，采用周期循環(huán)，在執(zhí)行用戶程序過程中與外界隔絕，從而大大減小外界干擾；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、對電源及IO電路多種

11、形式的濾波、CPU電源自動調(diào)整與保護、CPU與IO電路之間采用光電隔離、輸出連鎖、采用模塊式結(jié)構(gòu)并增加故障顯示電路等措施；在軟件方面，設(shè)置自診斷與信息保護與恢復程序。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之

12、一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的"冒險競爭"，其控制結(jié)果總是確定的;而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的及時響應，使PLC能可靠地工作。 為監(jiān)控PLC運行程序是否正常，PLC系統(tǒng)都設(shè)置了監(jiān)控程序。運行用戶程序開始時，先清定時器，并開始計時。當用戶程序一個循環(huán)

13、運行完了，則查看定時器的計時值。若超時(一般不超過100ms)，則報警。嚴重超時，還可使PLC停止工作。用戶可依報警信號采取相應的應急措施。定時器的計時值若不超時，則重復起始的過程，PLC將正常工作。顯然，有了這個監(jiān)控程序，可保證PLC用戶程序的正常運行，可避免出現(xiàn)"死循環(huán)"而影響其工作的可靠性。 PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號。可通過編制相應的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統(tǒng)進行監(jiān)控，以確保其可靠工作。 PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統(tǒng)進行初始化。這是系統(tǒng)程序配置了的，用戶可不

14、干預。出現(xiàn)故障時有相應的出錯信號提示。 正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠穩(wěn)定工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上;出了故障平均修復時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可。所以此停車系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運行。3控制系統(tǒng)設(shè)計3.1控制程序流程圖設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計要求可作出停車場車位控制系統(tǒng)的控制程序流程圖，如圖3-1所示。圖3-1 控制程序流程圖3.2控制程序時序圖設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計要求可作出車輛入庫時序圖，如圖3-2所示；車輛出庫時序圖，如圖3-3所示；車輛同時出入車庫時序圖，如圖3-4所示。圖3-2 車輛入庫時序圖圖3-3 車輛出庫時序圖圖3-4

15、 車輛同時出入庫時序圖3.3控制程序設(shè)計思路PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。程序設(shè)計是指用戶編寫程序的設(shè)計過程，以指令為基礎(chǔ)，結(jié)合被控制對象工藝過程的控制要求和現(xiàn)場信號，對照繼電器編號，畫出梯形圖程序。編程語言有以下特點圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。明確的變量常數(shù)：圖形符相當于操作碼，規(guī)定了運算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：西門子S7 200系列。簡化的程序結(jié)構(gòu)：PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)

16、試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。簡化應用軟件生成過程：只需要編輯一個過程，其余由系統(tǒng)軟件本身生成。強化調(diào)試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡單。本系統(tǒng)采用STEP 7 MicroWIN SP4（S7-200）V4.0軟件編程并調(diào)試，程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序,子程序有三部分,分別表示車輛進入、車輛出去和車輛同時出入。中斷程序由三個子程序控制當條件滿足時立即執(zhí)行關(guān)門或者開門計數(shù)器也執(zhí)行相應動作

17、。本程序共有個網(wǎng)絡(luò)。3.4創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容程序部分：本課題的控制程序部分采用了主程序、子程序和中斷程序分別對三種不同的工作方式分別管理，子程序的使用使得整個程序更加清晰明朗，讓更多的使用者明白其結(jié)構(gòu)原理。中斷程序的使用提高了整個系統(tǒng)的響應速度和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。大大提高了程序的可讀性和執(zhí)行率，使整個控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了整個控制系統(tǒng)的效率，符合我們設(shè)計此控制系統(tǒng)的要求，也使得停車難問題得到一定解決。硬件部分：采用了西門子S7200 CPU226和擴展模塊EM223，西門子PLC功能豐富、使用方便，抗干擾能力比較強，也比較耐用，維護率，損壞率比較低DP通信效果特別好,技術(shù)支持服務(wù)比較好。還采用了紅外

18、傳感器使得整個系統(tǒng)靈敏可靠。采用了繼電器輸出型電路，使得控制系統(tǒng)能控制大功率電路。還使用了七段數(shù)碼管來顯示車庫當前車輛，讓車主們能夠很自主的知道是否有停車位，使得此系統(tǒng)更加智能化、人性化。使其能更好的服務(wù)于百姓。4.系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，我仔細檢查了程序并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用強制來模擬，各輸出量的通斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載(如接觸器、電磁閥等)。在調(diào)試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的

19、進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。根據(jù)系統(tǒng)要求選擇相應的硬件設(shè)備，并根據(jù)I/O分配，按要求連接電路，并檢查電路是否正確，確保電路安全后打開電源開關(guān)，等待軟件調(diào)試和程序下載。之后操作各個輸入量進行相應的功能檢驗。按接線圖接好線后，用STEP7編程軟件編輯程序指令，采用脫機編程方式將所編制的用戶程序存入編程器的ROM中后進行程序編譯檢查程序是否存在語法錯誤，無誤后下載到PLC系統(tǒng)中，并點擊運行，經(jīng)過多次調(diào)試，觀察運行過程。在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他

20、硬件的安裝、接線工作也可以同時進行。解決了在變量表中不能修改參數(shù)?出現(xiàn)(D0A1)功能在當前保護級別中不被允許!解決方法將RUN切換到RUN-P。原因是RUN_P支持在線更改程序，RUN不允許更改程序。4.2結(jié)果分析調(diào)試過程當中雖然遇到一些問題，但在老師指導下同時自己也翻閱了許多資料解決了調(diào)試的問題。調(diào)試結(jié)果滿足了此課程設(shè)計的全部要求，系統(tǒng)運行也穩(wěn)定可靠。但是還是有些不足，如果要控制精度更高應該才用重力傳感器，再就是使用單片機控制會更好。本設(shè)計是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)，將采集到的信號傳輸給PLC中的計數(shù)器，計數(shù)器進行加減計數(shù)存儲，并以SEGD碼傳輸給七段譯碼顯示器，顯示器能夠?qū)崟r顯示停車場的停車數(shù)目。PLC具有可靠性高、控制程序可變，具有良好的柔性、功能強，性能價格高等特點。該系統(tǒng)自動化程度高，可靠性高，用PLC可以使該設(shè)計的要求全能滿足。設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計是在肖清老師的指導下進行的，在整個過程中遇到許多的難題，老師都給以認真的解釋，為此，向肖老師表示