电气控制与PLC课程设计报告

电气控制与 PLC 课程设计
课题：
系 专 姓 学 业： 名： 号：
停车场车位控制
自动化 李红颖 092411201
别： 电气与信息工程学院
指导教师： 孙炳海 董燕飞 王整风 任琦梅
河南城建学院
2014 年 6 月 13 日

成绩评定·
一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合
评定） 。
二、评分
课程设计成绩评定
成绩：
（五级制）
指导教师签字
年
月
日

目录
引言……………………………………………………………………………1 1、总体概述…………………………………………………………………2
1.1 设计目的………………………………………………………………2 1.2 设计要求………………………………………………………………2 1.3 设计目标………………………………………………………………2
2、总体设计思路…………………………………………………………2
2.1 车辆入库流程图………………………………………………………3 2.2 车辆出库流程图………………………………………………………3
3、系统硬件设计…………………………………………………………4
3.1 PLC 的 I/O 分配表……………………………………………………4 3.2 系统接线图……………………………………………………………4 3.3 主电路控制图…………………………………………………………4 3.4 编程元件解析…………………………………………………………4 3.5 系统硬件配置…………………………………………………………6
4、软系统件设计…………………………………………………………7
4.1 设计分析………………………………………………………………7 4.2 仿真结果………………………………………………………………10
结束语………………………………………………………………………11 参考文献……………………………………………………………………12 附录…………………………………………………………………………13

引言
随着人民生活水平的不断提升和汽车工业的不断发展，大中城市的汽车数 量剧增，从而引发了停车管理问题。近几年，我国的停车场管理技术不断完善， 计算机技术、通信技术、网络技术的发展又使停车场管理的系统功能得以提高。 现在小区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，车辆进入后，记录车辆数量，车辆离开时，减少 车辆数量。 车辆进出指示可完全由 PLC 作为中央控制来处理，停车场空位指示可 利用数码管显示。 本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 和运行效率低等不足，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 可编程序控制器应用于停车场车位控制系统上，同时对 问题进行了较深入的研究。
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一、总体概述
1.1 设计目的
综合运用本课程及前期课程的相关知识和技能， 相对独立地设计和调试一个 小型 PLC 应用系统，获得控制技术工程的基本训练，提高工程意识和实践技能。 同时提高对文献资料的检索和信息处理的能力，以及编写和整理设计文档的能 力。
1.2 设计要求
假设有一停车场共有 16 个车位。在入口处装设一传感器，用来检测车辆进 入的数目，在出口处装设一传感器，用来检测车辆出去的数目。尚有车位时，入 口闸栏才可以将门开启让车辆进入停放，并有一指示灯表示尚有车位。车位已满 时，则有一指示灯显示车位已满，且入口闸栏不能开启让车辆进入。可从七段数 码管上显示目前停车场共有几部车。
1.3 设计目标
熟悉工艺流程及生产设备的工作原理； 根据控制要求， 画出硬件电路图、 PLC 接线图及控制梯形图；利用编程软件编制程序，在计算机上进行仿真，然后在实 验室完成调试；完成课程设计说明书。
二、总体设计思路
根据设计要求， 车辆统计部分可以采用两个计数器来实现，即一个增计数器 和一个减计数器；闸栏的开启与闭合可以由电动机的正反转来实现，并用指示灯 显示停车场是否已经停满， 车位满时应设计使闸栏不能开启，禁止汽车进入停车 场；用七段数码管来显示目前停车场中停车的数目。 主电路的实现比较容易，属于电动机的正反转。控制电路中，车库启用由启 动开关控制，先对所有用到的存储单元清零。当汽车先经过传感器一时，此时车 位尚未满的话，由传感器一以控制实现开闸门，闸栏向上打开，汽车驶入，当汽 车经过传感器二时，由传感器二实现关门，闸栏门向下关闭，并且数码管实现加 一显示；当汽车先经过传感器二时，由传感器二以控制实现开闸门，闸栏门向上 打开，汽车驶出，当汽车经过传感器一时，由传感器一实现关门，栅栏门向下关 闭，并且数码管实现减一显示。
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2.1 车辆入库流程图
D0 清零
车进库
电机正转
电机反转
DO+1 到 D0
数码显示
N D0 大于 16？ Y 结束 图 2.1 车辆入库流程图
2.2 车辆出库流程图
车出库
电机正转
电机反转
D0-1 到 D0
数码显示 图 2.2 车辆出库流程图
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三、系统硬件设计
3.1 PLC 的 I/O 分配表
输入 X0 X1 X2 X3 启动按钮 停止按钮 入传感器 出传感器 Y0 Y1 Y2 Y3 Y10-Y16 Y20-Y26 表 3-1 PLC 输入/输出分配表 输出 尚有车位指示灯 车位已满指示灯 正转开启闸栏 反转关闭闸栏 个位数码管显示 十位数码管显示
3.2 系统接线图
停车场控制系统的接线图如图 3.1 所示，在该接线图中，X0、X1 是系统的 总开关，传感器 1 接 X2 输入端，传感器 2 接 X3 输入端。L1 是停车场车未满指 示灯，L2 是车满指示灯，KM1 是电机正转的继电器线圈，KM2 是电机反转的继电 器线圈，Y10 至 Y16 接个位七段数字译码显示器，Y20 至 Y26 接十位七段数字译 码显示器。
3.3 主电路控制图
停车场控制系统的主电路图如图 3.2 所示，当 QS 闭合时，KM1 闭合 KM2 断 开电机正转，闸门开启，车辆可通过，当 KM2 闭合 KM1 断开时电机反转，闸门闭 合，车辆不可通过。
3.4 编程元件解析
1． X： X 为输入继电器，它的作用是接受并存储外部输入的开关量信号， 和对应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭软触点用于编程。 2． Y： Y 为输出继电器，它的作用是具有一常开硬触点用于向外部负载发
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送信号， 每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连，直接 驱动负载，它也提供了无数的常开和常闭软触点用于编程。 3. M： M 为辅助继电器，它是由软件来实现的，用于状态暂存、移位辅助 运算及赋予特殊功能的一类编程元件， 其作用类似于继电接触控制系统中的中间 继电器，绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。 4． T： T 为定时器， 作用相当于继电接触控制中的通电延时型时间继电器。 5．D： D 为数据寄存器，可编程控制器在模拟量检测与控制以及位置控制 等许多场合都需要数据寄存器来存储数据和参数。
图 3.1
停车场控制系统接线图
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U
V
W
QS FU
KM1
KM2
FR
M 3
图 3.2 控制系统主电路图
3.5 系统硬件配置
1、 本系统采用的是日本三菱 PLC， 选用的是 FX2N-32MR， 它属于继电器输出， 输入点数 16，输出点数 16，总共 32 个输入输出点。根据控制要求统计系统所需 的输入点数与输出点数，并考虑要有一定的余量，在本系统中我们采用了三菱 FX2N—32MR 型 PLC，该型号 PLC 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） ，有功能很强的数学指令集。通过通信扩展板 或特殊适配器可实现多种通信和数据链接。它具备如下特点：系统配置既固定又 灵活；编程简单；备有丰富的、可自由选择的品种；令人放心的高性能；高速运 算；适用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。 2、红外线车辆检测传感器。在停车场的进出口各安装一个车辆检测传感器。 红外线检测传感器是波束检测装置的一种，有主动式和被动式，都可以用于交通
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管理。 主动式红外检测器利用在红外线波长范围附近工作的激光二极管，发射低 能红外线照射检测区域，并经过车辆的反射或散射返回传感器;若使用可调发光 二极管的主动式红外线检测器可测量车速和进入高速公路曲线形交叉的高大货 车的高度，主要是因为发光二极管在 880nm 的红外线波长范围附近工作,其信号 调节装置可防止其他红外线的干扰,这样通过两个发射—接受系统就可用来检测 是否有车辆出入停车场。 3、七段数字译码显示器：由于在 PLC 系统中工作的是二进制的数字信号， 而人们习惯于十进制的数字或运算结果， 因此需要数字显示器显示出便于人们观 测、查看的十进制数字，因此本设计选择了七段数字译码显示器，译码显示器主 要由译码器和驱动器两部分组成，通常二者都集成在一块芯片中。该硬件的原理 如图 3.3 所示。
SEGD码
显示译码器，驱动器
七段数码管， 显示十进制数
图 3.3 七段数字译码显示器原理框图
四、系统软件设计
4.1 设计分析
1、根据设计要求，启动按钮开关 X0，辅助继电器 M0 得电，M0 常开触点闭 合并自锁；M0 闭合一个扫描周期，将数据寄存器 D0 到 D2 清 0，如图 4.1 所示
图 4.1 2、当有车辆靠近入口传感器（X002）时，接触器线圈得电，电机正转，门 开启，车辆可进入，M9 是当 D0 的数值为 16 的时候，表示闸门不能开启，当车 到 SQ2 位置时，数码管显示加一，同时延时 3 秒，完成关闸栏，从而完成了一次
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车入库的动作。如图 4.2 所示
图 4.2 3、 当有车出库的时候， 其原理与出库的时候一致， 不同之处是 D0 的内容减 1， 如图 4.3 所示
图 4.3 4、在数码管显示的时候， 设计了两组数据的比较指令 CMP，其一是 D0 与 10 的比较，当 D0 小于 10 的时候，只显示个位数码管的数值，当 D0 等于 10 的时 候，个位显示 0，十位显示 1，如图 4.4 所示
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5、
图 4.4 5、当 D0 的数值大于 10 的时候，M6 状态为 1，从而 D0 与 16 比较，当 D0 小于 16 时，D0 减去 10，余数在 D2 中，让个位显示 D2 中的数，十位显示 1，如 图 4.5 所示
图 4.5 6、当 D0 中的数小于 16 的时候，有车位指示灯 HL1 亮，当 D0 等于 16 的时 候，车满指示灯 HL2 亮，如图 4.6 所示
图 4.6
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4.2 仿真结果
1、车辆进入，电机正转，闸栏开启，如图 4.7 所示
图 4.7 2、车辆进入，计数器加一，定时器完成计时，电机反转，闸栏关闭，如图 4.8 所示
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图 4.8
结束语
我所做的设计题目是基于 PLC 的停车场车位控制系统。 入口处的传感器能检 测所进车辆的数目， 出口处的传感器能检测所出车辆的数目；当传感器检测到车 辆要进出门时，闸门会自动开启让车辆进入或出去；当停车场车满时，车满指示 灯会亮，当停车场车位未停满时，车未满指示灯会亮，能够提醒人们是否还可以 停车；显示器能实时显示停车场所停车辆数，并且车辆已经停满时，闸门关闭， 不会让车辆进入。该控制系统达到了设计要求。 通过本次课程设计， 我能够系统地掌握有关 PLC 控制系统的设计思想和设计 方法，主要了解了 PLC（三菱 FX2N 系列）的结构、功能、内部资源等，并对其 进行测试和加以应用。经过多次的反复实验与分析,对电路的原理及功能更加熟 悉,同时提高了设计能力和对电路的分析能力.在软件的编程方面也得到了提升, 同时对所学的知识有了系统的认识.由于是第一次做 PLC 的设计，设计起来有一 定难度，但后来通过去图书馆查找相关书籍，上网找资料，请教老师和同学等方 法来获取相关知识， 通过一步步解决疑惑来完成设计。通过这次课程设计让我们 意识到书本上学到的知识一定要通过实践去巩固，而且这也是一种学习方法，只 有这样才能真正轻松的掌握一门学问。同时此次课程设计也让我们对学习 PLC 更加热情， 我们认识到 PLC 的强大功能和广阔的应用领域，真正体会到了科技带 给我们的振憾， 让我对学习更有兴趣，也给我们在探索知识的道路上增添了无限 动力。在以后的学习中，我们一定要有刻苦努力，敢于钻研探究，要有创新，真 正实现自己的价值，为国家的发展做出自己的贡献。
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参考文献
[1] 史国生 . 电气控制与可编程控制器技术 . 北京：化学工业出版社， 2010.10 [2]范永胜．电气控制与 PLC 应用[M]. 北京：电子工业出版社，2007.7
[3]胡学林. 可编程控制器原理及应用[M]. 北京：电子工业出版社，2005.8 [4]吴中俊. 可编程控制器原理及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2007.1 [5]范永胜．电气控制与 PLC 应用[M]. [6]肖峰、贺哲荣编著. PLC 编程 100 例. 北京：电子工业出版社，2007.7 北京：中国电力出版社，2009
[7]吴中俊、 黄永红编著. 可编程序控制器原理及应用.第 2 版. 北京：机械 工业出版社,2004 [8]谢克明，夏路易编著. 可编程序控制器原理与程序设计. 北京：电子工 业出版社，2004 [9]何献忠、李卫平等编著. 可编程序控制器应用技术. 北京：清华大学出 版社，2007
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附录：
梯形图：
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指令表： 0 LD 1 OR 2 ANI 3 OUT 4 LDP 6 ZRST 11 LDP 13 OR 14 AND 15 ANI 16 ANI 17 OUT 18 LD 19 ANI 20 ANI 21 OUT 22 LD 23 ANDP 25 INC 28 SET 29 LD 30 OUT 31 OUT 34 LDP 36 OR 37 AND 38 ANI X000 M0 X001 M0 M0 D0 X002 M1 M0 T1 M2 M1 M1 M9 Y003 M10 M1 X003 D0 M14 M14 M12 T1 X003 M2 M0 T3 K30 //电机反转，栅栏关闭 //定时器控制栅栏关闭 //车出库，车到达传感器 2 //车到达传感器 2 //数码管显示加 1 //电机正转，栅栏开启 D2 //D0-D2 区间复位 //车进库，车到达传感器 1 //启动
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39 ANI 40 OUT 41 LD 42 ANI 43 OUT 44 LDP 46 AND 47 DEC 50 SET 51 LD 52 OUT 53 OUT 56 LD 57 CMP 64 LD 65 SEGD 70 LD 71 SEGD 76 SEGD 81 LD 82 CMP 89 LD 90 SUB 97 SEGD 102 SEGD 107 LD 108 OR 109 OR 110 OUT
M1 M2 M2 Y003 M11 X002 M2 D0 M15 M15 M13 T3 M0 K10 M4 D0 M5 K1 K0 M6 K16 M8 D0 K1 D2 M4 M5 M8 Y000 //车位未满 K10 D2 D0 M8 K2Y020 K2Y010 //D0>10,DO 与 16 比较 K2Y010 D0 M4 //D0 与 10 比较 //D0<10 //D0=10 K30 //电机反转，栅栏关闭 //定时器控制栅栏关闭 //数码管显示减 1 //电机正转，栅栏开启 //车到达传感器 1
K2Y020 K2Y010
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111 LD 112 OUT 113 LD 114 OR 115 OUT 116 LD 117 OR 118 OUT 119 LD 120 RST 121 LD 122 RST 123 END
M9 Y001 M10 M11 Y002 M12 M13 Y003 T1 M14 T3 M15 //电机反转 //电机正转 //车位已满
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