车辆出入库管理PLC系统设计毕业设计

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1、 毕业设计 中图分类号：车辆出入库管理PLC系统设计 专业名称: 机械制造与自动化 学生姓名: 李玉鹏 导师姓名: 侯涛 职 称：副教授 焦作大学机电工程系2012年12月5焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 中图分类： 密级：UDC： 单位代码： The vehicle out of storage management PLC system design 姓 名李玉鹏学制3年专 业机械制造与自动化研究方向机械制造业方向导 师侯涛职称副教授论文提交日期2012.12.25论文答辩日期2012.12.26 焦作大学机电工程系34 摘要本设计针对目前车辆出入库管理系统存在的系统管理介质落后、集

2、成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的车辆出入库智能管理系统。本文主要是对车辆出入库进行智能化设计，通过采取PLC技术对车辆出入库管理的设计，达到车辆出入库智能化、高效化。关键词：PLC ； 智能收费系统 ； 车辆出入库管理 ； 安全管理This design according to the vehicle management system in the ins and outs of the system management medium behind, integrated autom

3、ation degree is low, the poor safety, human nature and the operating efficiency of the shortage of the low, combining the field of science and technology of the latest research results, the design is a kind of advanced technology, reliable performance, high degree of automation of the ins and outs o

4、f vehicle intelligent management system. This paper is mainly to the vehicle on the ins and outs of intelligent design, through the adoption of PLC technology to the design of the ins and outs of vehicle management, to achieve the ins and outs of intelligent vehicles, and more efficient way. Keyword

5、s: PLC; Intelligent charging system; The ins and outs of vehicle management; Safety management目录目 录2第一章 绪 论41.1 PLC的特点61.2 PLC的基本结构71.3 PLC的软件系统81.4 PLC的工作原理814.1输入采样阶段81.4.2程序执行阶段91.4.3输出刷新阶段9第二章 车辆出入库管理系统的构成112.1 整体框架112.2 传感器的布置112.3 显示电路12第三章 PLC的I/O端口接线13第四章 I/O 口地址分配15第五章 硬件的选择175.1 可控编程控制器的选择

6、（PLC）175.2 压力传感器的选择195.3 按钮开关的选择205.4 信号灯的选取205.5 导线选择205.6 LED显示屏的选择21第六章 程序设计226.1 课题内容226.2 计数逻辑236.3 程序流程图246.4 梯形图26第七章 总 结31第八章 元器件清单33参考文献34第一章 绪 论随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制

7、和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control Sy

8、stem)，这将使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。随着汽车特别是私有汽车的普及使用，公共场所和社区汽车流转数量激增，这对车辆的安全停放和管理提出了更高的要求，引进先进的控制技术和管理方式，实现对大型停车场系统的集中化和智能化的安全性管理控制已经成为大规模停车服务管理的必然趋势。针对现有的停车系统管理中存在的缺陷及PLC技术和传感器技术的迅猛发展所带来的新控制方式和管理方式的变革，采用先进的、科学的、合理的设计方法，建立一套基于PLC的车辆出入库管理系统最大限度地提高了停车场的使用率，实现车辆出入库控制、数量统计、信息查询过程的自动化，就显得十分必要。1.1 PLC的特点

9、可靠性高、抗干扰能力强。PLC是专门为工业控制面设计的。在设计和制造过程中均采用了屏蔽、滤波、光电隔离等有效措施，并且采用模块式结构，有故障迅速更换，故PLC平均无故障2万小时以上。此外，PLC还具有很强的自诊断功能，可以迅速方便的检查判断出故障，缩短检修时间。编程简单，使用方便。编程简单是PLC优于微型计算机的一大特点。目前大多数PLC都采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程形象直观，易于掌握。功能强、速度快、精度高。PLC具有逻辑运算、定时、计数等很多功能，还能进行、/转换，数据处理，通信联网；并且运行速度很快，精度高。通用性好。品种多，档次也多，许多制成模块式，可灵活组合。体

10、积小。重量轻，功能强，耗能低，环境适应力强，不需要专门的机房和空调。从上述的功能特点可见，控制系统具有很多优点，在许多方面都可以取代继电接触控制。但是，目前的价格还较高，高、中档使用需要具有相当的计算机知识，且制造厂家和品种类型很多，而指令系统和使用方法不尽相同，这给用户带来不便。1.2 PLC的基本结构 1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存

11、放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 3输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。4输出接口电路：可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。5电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动

12、在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。如FX1S额定电压AC100V240V，而电压允许范围在AC85V264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。1.3 PLC的软件系统软件系统就如人的灵魂。软件系统是所使用的各种程序集合由系统程序和用户程序组成。系统程序由制造商设计编写并存入的系统程序存储器中，用户不能直接读写与更改，包括监视程序、编译程序及系统诊断程序。监视程序又称管理程序，用于管理全机；编译程序用于将程序语言翻译成机器语言；诊断程

13、序用于诊断机器故障。用户程序是用户根据现场控制要求，使用PLC编程语言编制的应用程序。PLC是专为工业自动控制而开发的装置，使用对象主要是广大电气技术人员及操作维护人员。1.4 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，PLC采用循环扫描周期性的工作方式。PLC的工作过程一般可分为3个主要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。1.4.1输入采样阶段在输入采样阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端采样工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到

14、下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。1.4.2程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。1.4.3输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。 显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，速度越慢。由

15、于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们

16、在学习和使用PLC当中都应注意。第二章 车辆出入库管理系统的构成2.1 整体框架2.2 传感器的布置宝马车入口1#2#车库焦作大学机电工程学院毕业设计 2.3 显示电路第三章 PLC的I/O端口接线在本设计中，总共需要8位LED数码管和l6个按键，为了节省单片机IO口数以及数码管驱动问题，在此采用HD7279键盘显示芯片。7279键盘显示芯片为SPI接口，具有连线简单、无需另加数码管驱动、自身电路简单等优点。显示部分采用1组4位一体共阴数码管，共设置l6个功能键。PLC的I/O端口接线第四章 I/O 口地址分配设计中采用内存为32K，最大I0点数640点的微处理器(c200HECPU11-E，

17、欧姆龙公司产品)，电源使用带有24V DC和AC1 10120220240V的使用电源(PA204S)根据系统控制要求，本系统需计数器1个，定时器2个，16个输入点和16个输出点，所选PLC类型满足系统要求。输入信号输出信号传感器1#I0.1发光二极管Q0.2传感器2#I0.2接LED脚bQ1.0悬空I0.3接LED脚aQ1.1接LED脚cQ1.2接LED脚dQ1.3接LED脚eQ1.4接LED脚fQ1.5接LED脚gQ1.6接LED脚bQ2.0接LED脚aQ2.1接LED脚cQ2.2接LED脚dQ2.3接LED脚eQ2.4接LED脚fQ2.5接LED脚gQ2.6第五章 硬件的选择 5.1 可

18、控编程控制器的选择（PLC）1.可编程序控制器物理结构的选择根据物理结构，可以讲可编程序控制器分为整体式和结构式，整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，小型控制系统一般使用整体式的PLC。模块式的PLC的功能扩展比较方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块等的选择，比整体式PLC灵活得多。模块式还备有多种特殊I/O模块供用户选择，可以完成各种特殊的控制任务，在判断故障范围和维修是更换模块等也很方便。因此，比较复杂的、要求较高的系统一般采用模块式的PLC。系统如有模拟量闭环控制、快速响应、高速计数、通信联网和运动控制特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的PLC，也

19、可以选用内置相应功能的整体式PLC。2PLC指令表指令功能的选择现代的PLC的指令功能越来越强，内部编程元件（如辅助继电器、定时器和计时器）是个数越来越多，任何一种PLC都可以满足开关量控制系统的要求。如果系统要求完成模拟量与数字量的转换、PID闭环控制、运动控制等工作，PLC应有算数运算、数据传送等功能，有时甚至要求有开平方、对数运算和浮点运算等功能。FX系列的PLC提高提供了具有不同档次的几个子系列，可以根据系统的具体情况选用满足的子系列。例如不需要联网通信的小型开关量控制系统，可以选用交割更便宜的FX0s系列；I/O点数多、控制复杂、要求联网通信的系统了以选用FX2N系列，并且FX2N是

20、FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。3PLC的I/O点数的确定确定I/O点数时，应该准确地计算出被控制设备对PLC输入或者输出点数的总需求，在此基础上，应留有10%-20%的裕量，以备今后对系统改进和扩充时使用。整体式PLC的基本单元、扩充单元的输入和输出点数的比例是固定的，如与系统要求的输入或输出点数的比例较大，可选择只有输入点数的扩展单元或扩展模块。因此，在这个设计中需要6个输入点，4个输出点，留有10%-20%裕量则选择最小点数即

21、FX2N-16MR-001型号的PLC。FX2N-16MR-001是日本三菱公司的可编程控制器(PLC),输入8点,输出8点. 5.2 压力传感器的选择MSP300系列（MSP300-010-B-5-W-1）压力传感器为大批量、低成本、民用及工业用产品建立了新的性能价格比典范。本产品广泛适用于对物压、气压、液压的检测，甚至较恶劣的介质环境，如污水、蒸汽、轻度腐蚀性液体和气体。 MSP300压力传感器（MSP300-010-B-5-W-1）的压力腔采用17-4PH不锈钢单件一体式结构加工而成。其标准压力接口采用1/4NPT外螺纹接头，因而可以保证较好的密封性能。本产品的特点是无形圈、无焊缝、无硅

22、油或其他有机物，经久耐用。MEAS采用独有的微熔技术，引进航空应用科技，利用高温玻璃将微加工硅压敏电阻应变片熔化在不锈钢隔离膜片上。玻璃粘接工艺避免了温度、湿度、机械疲劳和介质对胶水和材料的影响，从而提高了传感器在工业环境中的长期稳定性能，同时也避免了传感器在传统微机械加工制造工艺过程中出现的P-N结效应现象。MSP300压力传感器是（MSP300-010-B-5-W-1）不锈钢单件一体化结构，压力范围高达10K Psi或700Bar毫伏或放大输出，工作温度范围宽能适应一年四级的各种气候。主要应用于普通压力测量、自动检测系统、液压/气动系统等。综上所述可以选用MSP300-010-B-5-W-

23、1。5.3 按钮开关的选择 按钮开关是利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点按通或断开并实现电路换接的开关。按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等。本设计选用钥匙式（Y）的按钮开关。用钥匙插入旋转进行操作，可防止误操作或供专人操作。5.4 信号灯的选取XD系列信号灯是塑料外壳，体积小重量轻、安装方便、价格便宜、功率小。且XD系列信号灯的灯罩与红、黄、蓝、乳白、绿、无色六种颜色。该信号灯适用于交流50Hz，电压380V以下的电气线路中作各种灯光指示信号、预告信号、事故信号及其他指示信号之用。所以可以选用XD16-22B信号灯

24、。5.5 导线选择铜导线面积等于负载功率千瓦数乘以0.65，得数小于或等于导线实际截面的就选其值大一级的导线，铝线在算出铜线结果的基础上粗一级。导线规则一般是：1.5 mm2 、2.5 mm2、4 mm2、6 mm2、10 mm2、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2等等。因此，本设计中，1个300W的LED显示屏，铜导线的截面面积=0. 3X0.65=0.195,取最小1.5 mm2。铝导线取2.5 mm2的。5.6 LED显示屏的选择LED是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色

25、的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 本设计选择科泰室内5双基色LED显示屏，它具有功率小，可视距离适合停车场使用，具有双色调醒目，使用寿命长。能够在常温下工作。能够同步显示，异步脱机显示，所以可以选用科泰室内5双基色LED显示屏。第六章 程序设计6.1课题内容1.入库车辆前进时，经过1# 2#传感器后计数器加1，后退时经过2# 1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2出库车辆前进时经过2# 1#传感器后计数器减1，后退时经过1# 2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3设计一个由

26、两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库内车辆的实际数量。变量约定：10001-启动 10006-1#传感器10002-停止 10007-2#传感器10003-清零 00001-仓库空显示10004- =“1”入库操作 10004- =“0”出库操作 10005- =“1”前进操作10005- =“0”后退操作课题要求：1根据题意设计显示电路图，并按图连接。2画出PLC I/O端口接线图，并按图接线。3编制控制程序，并画出梯形逻辑图。4完成系统调试，实现控制要求。5. 完成课程设计说明书。6.2 计数逻辑1.光传感器的接收光被遮断时定义为“有信号”；2.传感器1#有信号时启动增计数逻

27、辑；3.传感器2#有信号时启动减计数逻辑；4.传感器1#完成脉冲同时2#有信号，则启动增计数逻辑；5.传感器2#完成脉冲同时1#有信号，则启动减计数逻辑；6.传感器1#和传感器2#都完成脉冲后进行相应计数动作；7.传感器1#和传感器2#都没有信号时进行小复位动作；8.增计数与减计数的启动逻辑互锁；9.增计数和减计数的进行逻辑互锁。10.计数值超过+99后从零开始计数并报警（发光二极管）其中：条件2和条件3为“方向判定条件1”；条件4和条件5为“方向判定条件2”；6.3 程序流程图车辆入库操作流程响应6.4 梯形图第七章 总 结 随着汽车特别是私有汽车的普及使用，对大型停车厂系统的集中化和智能化

28、的安全性管理已经成为大规模停车服务管理的必然趋势。针对现有的停车系统管理中存在的缺陷及PLC技术和传感器技术的迅猛发展所带来的新控制方式和管理方式的变革，采用先进的、科学的、合理的设计方法，建立一套基于PLC车辆出入库管理系统，实现 车辆出入库，数量统计、信息查询过程的自动化，就显得十分必要。 建立提高停车场利用率和方便驾车者的信息系统，通过信息显示牌向寻找停车场的驾车者提供空闲停车场的位置和停车位的满空状况，以及诱导路线指南等信息，最大限度地提高了停车场的使用率。显示车库内车辆的实际数量外，同时还实现了系统的计算机化的科学管理。本设计中实现的双道闸自动抬、落(出口、人口均安装道闸)控制车辆自

29、动进出；将交通系统中的车辆监测器、信号灯和智能门禁安全系统中的红外对射探测器引人系统；加人非接触式读卡器，使系统实现了智能化控制等属于具创新性的技术。本设计采用光传感器采集信号，使用完全PLC控制，完成了车辆出入库时的统计和显示工作，能够可靠的准确的无误的进行计数，无论单个车辆怎样的往返运动，都不会出现误计数和漏计数，而且在人通过光传感器时不会误计数。最后采用两个LED做显示，能够显示车库内车辆的实际数量。优点：本系统采用反复逻辑判定，计数动作准确可靠；设备简单安装方便；自动化程度高便于实现无人值守；抗干扰能力强，环保无污染；便于需要时进行扩展。缺点：PLC的输出口资源有点过于浪费。第八章 元

30、器件清单元器件(型号)数量备注SIMATIC S7-2001套（配专用电源）XUZ-A502套（光电开关）共阴极LED2个2K电阻14个导线1.5mm2（根据现场情况决定）科泰室内5双基色1个LED显示屏MSP51002套压力传感器Y2个按钮FX2N-16MR-0011个三菱编程控制器致 谢在毕业设计完成之际，我首先向关心帮助我的老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意! 在毕业设计工作中，得到了侯涛老师的悉心指导。侯涛李老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维、饱满的工作热情以及对我的耐心指导和严格要求给我留下了深刻的印象，使我在理论和实际应用两方面的能力都得到了很大的提高

31、，使我受益匪浅。侯涛老师治学严谨、待人诚恳，他高屋建瓴的学术眼光、对事业孜孜不倦地追求和勤奋不辍的精神将使我终生受益，是我终生学习的榜样，在此向恩师致以最诚挚的谢意。我还要感谢我的同学们，他们在毕业设计期间给我了莫大的支持与帮助，为我提供了一个良好的学习和生活环境，并且对于我提出的任何难题都给予热心、耐心的解答，使我受益颇深。感谢机械制造与自动化专业的全体老师对我的谆谆教导，你们的教诲将使我受益终生。最后，再次感谢侯涛老师对我的鼓励、支持与关怀，这些我将永生难忘！ 参考文献1 李建兴.可编程序控制器应用技术.北京：机械工业出版社，2004.2 陈宇，段鑫.可编程序控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，2002.3 王永华.现代电器控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2003.4 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004.5 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，20056 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器, 东南大学出版社,2003.7 易传禄主编.可编程序控制器应用指南 , 上海科普出版社,2004.8 张进秋可编程控制器原理及应用实例M北京：机械工业出版社，20039 汤以范主编电气与可编程序控制器技术 . 机械工业出版社,2005.10华满香 刘小春电气控制与PLC应用，北京：人民邮电出版社