基于PLC的车库门自动控制系统

基于PLC的车库门自动控制系统

【摘要】随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。智能车库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。本文主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,应用PLC作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制。控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。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。此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。

【关键字】可编程控制器 S7-200 自动车库控制系统

第1章概述

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了自动化控制，不但节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力的快速发展，并不断的丰富着人们的生活。

近20年来，随着中国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大，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。因此车辆停放依旧是市民最关注的问题。

在超级市场、公共建筑、银行、别墅车库门，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已经逐渐被淘汰。1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programm able 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。

PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。因此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。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,车辆进入车库后,记录车辆总量;车辆离开车库时,减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC进行中央控制处理,停车场空位指示可利用价格便宜的数码管显示。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，特别在实现快捷、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章停车场控制系统硬件设计

2.1 可编程控制器PLC的选型

PLC当前主要的品牌有：美国AB，比利时ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷创研等。

本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。1.S7-200的特征

(1) 体积小, 尺寸: 160×80×62mm由于其紧凑的设计,S7- 200能够适合于任何机器控制环境。

(2) 易于使用: 经过STEP7- Micro/Dos软件能够非常方便地为S7- 200编程,而且该软件能够在任何一台IBM兼容个人计算机上使用,哪怕是一台286 的微机,要求MS-DOS5.0以上。

(3) 灵活多用: S7- 200的输入/输出点能够支持各个领域的设备,如: 光电传感器,驱动马达按钮开关,灯,泵,搅拌器等。

2.S7- 200的主要组成部件

(1) 中央处理器(CPU):是控制系统的大脑,它根据用户程序进行控

制,此次选择CPU224作为本设计的主机。

(2) 输入和输出(I/O):是系统的控制点,输入用于监视现场装置，输出用于控制执行机构。

(3) 编程口:用于连接编程设备,例如,一台计算机或一个手持编程器如图2-1所示。

图2-1 S7-200简易组成连接图

3. 编程软件

S7-200的编程软件叫做STEP7-Micro/Dos它基于MS-Dos5.0上的版本。STEP7-Micro/Dos 的编程语言有两种表示方法:指令表和梯形图。

2.2．汽车车库自动门电气控制系统的平面图

汽车车库自动门电气控制系统控制的平面图如图2-2所示。

说明：

超声波开关：红色区域为超声波的感应范围，当小车进入到这个范围，超声波开关被触发，常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

光电开关：当有物体穿过开关，并遮住了光束，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

门下限开关：当门下降，碰到它时，门下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在门是关闭的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。

门上限开关：当门上升时，碰到它时，门上限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

门位电动机：采用直流驱动，按正负方向接入电源，电动机正转（门上升），反之，电动机反转（门下降）。

2.2.2控制要求

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

库门设计为卷帘式，用一个电机来拖动卷帘。正转接触器KM1使电机开门，反转接触器KM2使电机关门。在库门的上方装设一个超声波探测开关S01，超声波开关发射超声波。

1）按下启动按扭，当有人或车由外到内进入超声波发射范围时，超声波开关便检测出超声回波，从而产生输出电信号（S01=ON），由该信号启动接触器KM1，电机M正转使卷帘上升开门，当到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2）如果此时车不想停入车库，需要离开，车离开超声波发射范围，5秒后，车库门自动关闭。如果此时车又想开进车库，再次进入超声波发射范围，车库门停止关闭，进行开门动作。

3）当车开到车库门下时，在库门的下方装设一套光电开关S02，用以检测是否有物体穿过库门。光电开关由两个部件组成，一个是能连续发光的光源；另一个是能接收光束，并能将之转换成电脉冲的接收器。若行车（人）遮断了光束，光电开关S02便检测到这一物体，产生电脉冲，在延时定时器5秒后，由该信号启动接触器KM2，使电机M反转，从而使卷帘开始下降关门，当

门移动到关门限位开关时，电机停止运行。

4）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外进入超声波发射范围时，则立即停止关门，并自动进入开门程序。

5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，增加手动开门和关门开关。

2.3 控制程序的编制，并画出硬件接线图

2.3.1主接线路如下图所示：

图2-3 车库自动门主电路电路图

2.3.2 PLC硬件连接线路如下图所示：

控制过程：按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5关闭照明灯。或者有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭。如此循环。

第4章停车场控制系统软件设计

4.1设计功能顺序如下图所示：

4.1．1车开进车库：

1）、运行项目，按下启动按钮SB5；按键盘的向上方向键，控制小车前进；当小车进入超声波区域时，车库门开启，到达上限位停止开门。

2）、车继续前进，当车穿过光电开关，开进车库时，定时器开始计时，3s后，开始关门，到达关门下限位时停止关门。

2、车开出车库：

1）、按下手动开门按钮后，车库门开启，到达上限位时，停止开门。

2）、车开出车库时，穿过关电开关和超声波区域，最后离开超声波区域，此时门自动关闭，无需手动去关门。

2.4、I/O口及定时器/计数器说明

I/O口分配表：

定时器说明：

控制过程：按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电

子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5关闭照明灯。或者有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭。如此循环。

2.5梯形图

2.6指令表

第五章心得体会

拿到这个课题时，我第一次读过去，脑袋里留下了大概的设计要求。就是电动机正反转控制自动门的打开与关闭，还有就是限位开关控制自动门电动机的到位停止。这是汽车进出库必须的要求。还有就是室照明灯的要求。这些都是一些简单的控制，看一下就能够想象出来车进出的情况。可是到了真正编写程序的时候，发现并不是那么的容易。车库门电子锁打开，如果光线差的话照明灯也打开。然后车进入库内，门自动关闭。到了这一环节，我一开始是考虑用两个压力传感器库外库内各一个，当车入库时，碰到外面的传感器时自动门不动作，而碰到室内的压力传感器时门就会关闭，车出库时反之。可是，当我在编程序的时候，发现并不是那么简单，编着编着发现我自己就被绕进去了。后来没办法去求助了一下同学，研究了好长时间，发现我们能力有限，虽然很简单，可是却很饶人。于是我就回来继续思考，我想到了另一个方案，就是在自动门的下面放一个压力传感器，然后用一个定时器，30秒左右的时间，当汽车走到车库门口时，碰到压力传感器，然后计时器开始工作，30秒后接收到信号，门开始自动关闭。而且简化了程序，避免了两个传感器交叉使用时会产生的混乱。可是，我又发现另一个问题，如果车行道门口突然停住了，定时器五秒后门开始关闭，这样的话就出现了一个致命

的错误，而且上网查了一下压力传感器的价格，发现她不是太便宜，用在家用车库中不切实际。结果发现不可行。

后来，经过老师的指导，用电子锁控制自动门的关闭，结果发现可行，而且能达到要求的控制要求。

在此设计完成之际，我要衷心感谢三年来一直真心爱护我，热情帮助我的老师和同学们。在这个设计中我既感到了很多的不足，也学到了很多的知识。

最后，谨向所有曾经关心和帮助我的老师和同学表示感谢。向审阅本设计的各位老师表示深深地谢意。祝愿母校飞黄腾达！

经过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，可能这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。

在此，我非常感谢在毕业设计期间给与我帮助的人们。我首先向指导老师茅红霞老师表示诚挚的谢意，她严谨的治学态度，广博的理论知识，丰富的工作经验，务实的工作态度，使我受益匪浅。我不但从她的身上学到了许多的学习方法，还学会了很多做人的道理，这将是我终身受益。在整个设计过程中，茅老师提出来宝贵的意见和建议，指导我如何准备材料，整理文章以及写

设计过程中提出了许多解决方案，才使我的毕业设计获得全面改进，顺利完成。

本设计中依然存在着许多问题，系统中的许多功能和作用，都因资源有限以及个人能力有限而未能得到进一步地改进与完善，但由以上这个简单的例子我们依旧能够看出,运用PLC设计车库管理系统非常方便。无论是从设计思路还是设计过程都十分清晰,使得人们运用起来得心应手,而且调试管理简单明了。PLC无论在工业生产上还是在民用商用设计上都显示出很大的发展潜力,将会的未来的日子里继续发挥作用。我也将在未来的日子里努力钻研，希望能够发掘自己的潜力，提高设计水平。最后，感谢老师们三年以来不辞辛劳地悉心教导，特别是本次毕业设计的指导老师----林晓鹏老师，在此期间给您添了许多麻烦，再次感谢您对我们付出，望今后工作顺利，身体健康！