1、基于PLC的停车场管理系统研究设计雷志林维修电工技师论文（国家职业资格二级）论文题目：基于PLC停车场立体车库控制系统姓 名： 身份证号： 准考证号： 所在省市： 广东省广州市 所在单位：天津津滨联合物业有限服务有限公司广州分公司 摘 要随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量日益增大，随之出现了私家车、出租车停放的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下等一系列难题。本设计针对这些难题与不足，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、自动化程度较高的停车场智能管理系统。该系统将先进的计算机处理技术、信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术
2、、人工智能及电子技术等有效地综合运用于停车场智能管理体系中，建立一种在区域性内全方位发挥作用的准时、快捷、高效的停车智能管理体系，通过采取PLC技术对停车场管理的设计，车辆进入后，记录车辆总量，车辆离开时，减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC作为中央控制处理，停车场空位指示可利用价格较不高的数码管显示，以达到停车场智能化、高效化。关键词：PLC技术；人工智能；信息技术；管理系统第一章 绪论 11.1国内外智能停车场管理系统的发现状11.2智能停车场管理系统的发展趋势 1第二章 PLC的发展 22.1 PLC的定义 22.2 PLC的发展阶段 42.3 PLC的工作原理 4第三章 停车场管理
3、系统的总体设计方案 63.1车辆出入库管理系统工作流程图 63.2系统功能构成及相关元器件 7第四章 系统的硬件设计及端口分布 94.1 系统整体框图 94.2 光传感器的布置方案 104.3 显示电路 114.4 PLC的I/O 口端口接线 114.5I/O 口地址分配 124.6 硬件电路设计 134.6.1 PLC硬件组成框图 134.6.2外部接线图 144.6.3 操作面板设计 144.6.4顺序功能图 154.6.5 梯形图 16第五章 系统的软件与程序 175.1梯形图 175.1.1 梯形图 175.1.2 控制程序梯形图 195.2 控制程序指令 205.2.1道闸控制程序
4、205.2.2车辆计数程序 215.2.3 故障报警程序 225.2.4 A/D转换控制程序 23第六章致谢 24参考文献 25第一章 绪论1.1国内外智能停车场管理系统发展现状目前我国的智能停车场管理系统根据停车场类型的不同，设备配置也不相同。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，这类型的停车场多见于一些小型小区、大厦、机关等场所。还有一些路内停车场采用咪表停车收费系统，以人工收取现金或刷卡的形式管理停车场，这种在路内停车管理中采用停车眯表作为技术设备的停车管理方式，在世界发达国家城市中已普遍推行。比较完整的智能化停车场系统多应用于城区较发达的商业区、大厦、大型社
5、区及大型公共停车场等场所。国外一些发达国家的智能停车场建设及管理系统的应用相对要成熟一些，比如柏林、东京、纽约等国外的一些大城市很少看到因停车而造成的交通拥堵。其原因一个是规划比较合理，路内停车与路外停车相互结合，合理控制与收费，比如在日本，一车一位，再加20%的周转车位，车和车位之比在1：1.2，远低于我国车与车位5：1的比例；另外一个原因是国外智能建筑智能化的投资占整个建筑投资的5%8%的比例，而国内稍低，这就决定了国外作为物业管理组成部分之一的停车场系统，其智能化程度要相对高一些，停车管理相对方便快捷，比如新加坡的樟宜机场是亚洲最繁忙的空港之一，设有三个停车场，共3300个车位，停车场收
6、费完全自动化，停车场内看不到一个管理人员。值班人员只在办公室远程监测停车场的运行情况，以备处理应急事件。1.2智能停车场管理系统的发展趋势目前智能停车场管理系统主要应用领域是智能小区与大厦，而这所占比例明显高于其它领域，可见智能小区与大厦的快速发展，极大带动了智能停车场管理系统的发展，尤其是智能小区方面的应用，在工程商智能停车场工程类型调查中名列榜首。但有也业内人士也提出，智能小区对智能停车场管理系统的应用智能化程度相较智能大厦等高档写字楼来说要低一些，并且一旦停车场建成，产品更新换代比较慢。智能大厦等高档写字楼停车场的应用潜力更大一些。目前中国已经成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车消费国，
7、据权威部门数据表明，截至2006年底，中国汽车保有量突破3500万辆，私人汽车拥有量已达2925万辆，其中4年以内的新车占到百分之六十。预计国内每年汽车增长率都以50%-80%的速度增长，这就导致了50%的汽车无序停放现象。智能停车已经成为推动城市发展不可或缺的一部分。但随之而来的，车多位少、停车难的问题也日渐突出，成为当前社会普遍的关注点，以广州来说，现有机动车数量达50万以上，车却只有约28万个，停车位短缺可见一斑。停车所引发的社会问题日趋严重。停车所涉及的社会问题是多方面的，涉及城市规划、汽车保有量的增长与停车资源配套的失衡、轨道交通停车配套等诸多问题。面对这一系列难题，智能化停车管理系
8、统必为大势所趋。而随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透，当今的停车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。先进可靠的停车场控制系统在停车场管理系统中的作用越来越大。利用PLC控制停车的停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。从用户的角度看，其服务高效、准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护、动化程度高、大大减轻管理者的劳动强度；从投资者角度看，彻底杜绝失误及任何形式的作弊，防止停车费用流失，使投资者的回报有了可靠的保证。而从趋势上看，智能停车场管理系统应向更高程度的智能化、合理化、人性化方向发展
9、。比如在智能化方面要更便于整个停车场的维护管理，以及在性能上更稳定可靠。在合理化方面，价格上要合理，避免一方面车辆乱停，另一方面停车场内车位空闲；在人性化方面，能够让车主更便捷的找到车位。比如在未来一定范围内的停车场可以相互联系在一起，建立总的车位查询情况，比如象有些大厦里的电梯可以提示客人搭乘哪一趟电梯上下一样，提示车主最近的空停车位在什么地方。第二章 PLC的发展2.1 PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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
10、各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。PLC的特点：一、可靠性高，抗干扰能力强，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
11、达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的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。二、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。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
12、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。三、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。四、系统的设计、建造工作量小，维护方便，
13、容易改造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。五、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.2 PLC的发展阶段虽然 PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1、早期的PLC（60年
14、代末70年代中期）早期的 PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2、
15、中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。3、近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集
16、成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化.2.3PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。P
17、LC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。第三章 停车场管理系统的总
18、体设计方案3.1车辆出入库管理系统工作流程图图3-1 车辆出入库管理系统工作流程图上图是设计的车辆管理系统工作流程图，其中包括很多功能，有车辆的检测识别功能，车辆计数功能，道闸自动开关功能，还有一个是报警系统功能，在下文独立说明。下图是车辆管理系统示意图：图3-2 车辆出入库单道管理示意图3.2系统功能构成及相关元器件汽车检测功能汽车检测的功能主要表现在对车辆身份的识别与车辆到位的检测,当检测功能完成时，所启动了道闸开关系统，使用的设备仪器主要有刷卡仪器和称重传感器。身份识别：当车辆准备进车库时，停在刷卡区旁，车主使用IC信息卡，通过刷卡仪器，检测正确后将车主信号传到PLC控制器中，完成身份识
19、别。车辆到位检测：在车辆停在刷卡区的同时，汽车触动1#称重传感器，管理系统检测到压力传感信号，有车辆准备进入车库。道闸开关功能 道闸开关主要是通过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，在完成汽车检测时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆开进并触动2#称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭；当车辆准备出车库，在车辆触动2#光电传感器时，PLC控制电动机正转，道闸打开，车辆出道闸并触动1#称重传感器，PLC控制电动机反转，道闸关闭。车辆计数功能车辆计数主要是通过PLC处理两个光电传感器信号，完成车辆计数功能。当车辆触动1#光电传感器，再
20、触动2#光电传感器，PLC寄存器加1，当车辆触动2#光电传感器，再触动1#光电传感器时，PLC寄存器减1，两个光电传感器的位置如图3-2所示。车位显示功能图3-3 控制面板图最上边是车位显示指示灯，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。中间的是用来停止和启动控制系统的，开始时按下启动按钮然后对应的指示灯就会亮，说明该系统正在运行当中，按下停止按钮系统就停止运行。最下边的两个指示灯分别用来显示当有车进出停车场的时候，传感器接收到信号后，对应的灯就会亮一下，是用来监视进出情况用的，即某一段时间停车场的进出频繁程度用的。当车
21、辆计数功能中计数达到停车场车位数时，则实现红灯亮，否则绿灯。故障报警功能故障报警功能主要是错误信号通过PLC处理控制显示屏警示灯开关与报警蜂鸣器的开关。错误信号1：在车辆检测中，IC卡信息检测错误，导致报警。错误信号2：在车辆出入库单道管理中，会出现车辆出入的同时，另一辆车准备出入，导致光电传感器几乎同时触发，故障报警启动。图3-4 车辆报警系统流程图上图是车库管理系统报警流程图，在设计过程中，设置两个报警源，在其它情况下的报警员可以认为控制处理。第四章 系统的硬件设计及端口分布4.1 系统整体框图本系统设计通过光传感器和压力传感器进行信息采集之后，传到可编程控制器进行处理，然后经过一系列相关
22、处理之后，在数码管显示相应的车辆数，以此来实现车辆输入库管理。图4-1 系统整体框图4.2 光传感器的布置方案光传感器的布置安装需要考虑误计数和漏计数问题，注意控制两个传感器之间的距离，用程序验证进出车库的是否是车辆，当人通过传感器时不可以计数；其次，采用逻辑互锁方式，启动加计数则要锁定减计数，产生加计数脉冲时则要锁定减计数脉冲。如此以保证可靠性；最后，及时的进行复位处理，以免车辆在传感器附近作往返运动时错误计数。 4.3 显示电路图4-2 显示电路各个管脚接引如下表所示：表4-1 管脚接引表Y1.0接LED脚bY1.1接LED脚aY1.2接LED脚cY1.3接LED脚dY1.4接LED脚eY
23、1.5接LED脚fY1.6接LED脚gY2.0接LED脚bY2.1接LED脚aY2.2接LED脚cY2.3接LED脚dY2.4接LED脚eY2.5接LED脚fY2.6接LED脚g4.4 PLC的I/O 口端口接线 传感器1#接I0.1，传感器2#接I0.2，以此来输入信号至主控制器PLC，当PLC采集到信号，并经过相关分析处理后，通过输出端口将信号送至LED显示出来，管脚接线图如上所示。4.5 I/O 口地址分配表4-2 I/O口的地址分配输入信号输出信号压力传感器1#X0.0发光二极管Y0.2压力传感器2#X0.1接LED脚bY1.0光电传感器1#X0.2接LED脚aY1.1光电传感器2#X
24、0.3接LED脚cY1.2接LED脚dY1.3接LED脚eY1.4接LED脚fY1.5接LED脚gY1.6接LED脚bY2.0接LED脚aY2.1接LED脚cY2.2接LED脚dY2.3接LED脚eY2.4接LED脚fY2.5接LED脚gY2.64.6 硬件电路设计4.6.1 PLC硬件组成框图图4-3 PLC硬件组成框图CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。I/O模块是系统
25、的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 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。4.6.2外部接线图
26、图4-4 PLC的外部接线图说明：S1和S2分别是出口和进口的传感器开关，用来给输入信号，在这里加了两个LED用来显示车辆的进出情况，当有车出停车场和进入停车场的时候指示灯1和2分别亮着提示一下。4.6.3 操作面板设计图4-5 控制面板图说明：最上边是车位显示指示灯，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。中间的是用来停止和启动控制系统的，开始时按下启动按钮然后对应的指示灯就会亮，说明该系统正在运行当中，按下停止按钮系统就停止运行。最下边的两个指示灯分别用来显示当有车进出停车场的时候，传感器接收到信号后，对应的等就会亮
27、一下，是用来监视进出情况用的，即某一段时间停车场的进出频繁程度用的。4.6.4顺序功能图图4-6 顺序功能图说明：S4是启动按钮，S3是停止按钮，S1是出口传感器，S2是入口传感器。按下S4启动系统，按下S3停止系统运行。S1有信号说明有车辆出去，计数器C200减一，S2有信号说明有车辆进入停车场，计数器C200加一，当C200计数没有达到30时Y1绿灯亮，说明该停车场有空位，当C200计数达到30时Y2红灯亮，显示该停车场没空位。4.6.5 梯形图 图4-7 梯形图说明：S4是启动按钮，S3为停止按钮，S1是出口传感器，S2是入口的传感器。M8200是特殊辅助继电器，C200是32加减法计数
28、器。Y1是绿灯，Y2是红灯。第五章 系统的软件与程序5.1梯形图5.1.1 梯形图图5-1 程序图整个系统有一个启动按钮和一个停止按钮，按下启动按钮，整个控制系统运行，按下停止按钮则系统停止。通过在停车场进出口的传感器感应车辆的出入，从而输入信号。入口出有两个灯，分别是红灯和绿灯作为输出，电路中还有个加减计数器，它的设定值是30。加减计数器随着车辆的进出而加减，一旦计数器达到30，入口处的红灯就亮，提醒司机朋友此停车场的停车位已满。而其他时候进口处都是绿灯，表示此停车场还有可停车位。5.1.2 控制程序梯形图图5-2 控制程序梯形图5.2 控制程序指令5.2.1道闸控制程序图5-3 道闸控制程
29、序自动控制：车辆入库时，有正确的IC卡信号从X002输入后使M0、M3为ON，且X005同时接通使Y001置为ON，电机正转使道闸打开，当到达规定的打开位置后触动到位行程开关X010使Y001置为OFF,电机停止转动，车辆通过道闸，行至规定位置后，触动称重传感器2使X006置为ON，使的Y002置为ON，电机反转使道闸关闭，当道闸碰到到位开关2后X011接通后使Y002置为OFF，电机停止转动。汽车出库时，当光电传感器2得到信号后使X001得到信号后Y001置为ON，使电机正转，道闸打开，当碰到到位开关1时使得Y001为OFF，电机停止正转，车辆通过道闸行置称重传感器1后使Y002为ON，电机
30、反转使得道闸关闭，当碰到到位开关2时使Y002为OFF，电机停止转动。M3为ON时Y003接通使正常运行指示灯工作。手动控制：当按下X003时使Y001置为ON道闸打开，当按下X004时使Y002置为ON道闸关闭。5.2.2车辆计数程序图5-4 车辆计数程序对M1、M2复位后，车辆入库时当光电传感器1得到信号后X000接通后，M1置为“1”，等到光电传感器2的到信号后X001为ON时寄存器D1加1，同时对M1复位；在车辆出库时，光电传感器2得到信号后X001接通后M2置为“1”，等到光电传感器1得到信号后X000为ON时寄存器D1减1，当X014接通后寄存器D1复位。5.2.3 故障报警程序图
31、5-5 鼓掌报警程序当M1被置1后定时器T0开始计数，在5s之内若光电传感器2所连的X001被接通，则使M4置为ON且自锁,当M2被置1后定时器T1开始计数，在5s之内若光电传感器1所连的X000被接通，则使M5置为ON且自锁；当IC卡的错误信号从X012传入后，使M6置为ON且自锁；当M4、M5、M6中任意为ON时有Y000和Y004输出使得报警灯和蜂鸣器同时工作并且通过Y004自锁，按下X013使Y000和Y004关闭。5.2.4 A/D转换控制程序5.3程序调试若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。（1）硬件
