PLC车库出入管理系统.docx

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PLC车库出入管理系统

目录

摘要2

1引言3

1.1与本课题有关的国内外研究现状3

1.2PLC的基本结构4

1.3PLC的工作原理5

1.4PLC发展新动向6

1.5PLC发展历史6

1.6PLC的选型7

2.1技术参数和条件8

2.2整体方案设计8

3系统的硬件设计及端口分布9

3.1整体框架9

3.2传感器型号参数9

3.3IC卡检测仪10

3.4PLC选型及I／O点分配11

3.5PLC输入电路设计11

3．5．1车辆检测器11

3．5．2输入接口电路12

3.6PLC输出电路设计12

3.7系统整体框图12

3.8光传感器的布置方案12

3.9I/O口地址分配14

4程序设计15

4.1控制要求15

4.2程序流程图16

4.3计数逻辑17

4.4梯形图18

结束语21

摘要

介绍了PLC在立体停车库中的应用，详细讨论了整个控制系统的功能以及硬件和软件设计。

关键词：

PLC光传感器可靠性车辆

1引言

随着城市经济的腾飞，停车难已到了刻不容缓的地步。

在寸土寸金的市中心，特别是宾馆、商场、购物中心等车辆集中的地区，只有向空中、向地下发展，建造相当数量的立体停车库已是必不可少。

1.1与本课题有关的国内外研究现状

随着汽车数量的激增，我国城市交通压力大大增加，迫切需要新建、扩建和改建相应的城市道路、交通管理设施以及各类停车设施。

据有关方面统计，截止2008年统计，我国生产汽车934．5万辆，同比增长5．2％，我国国内汽车销量为938．05万辆，同比增长6．7％。

由于汽车数的增长远远高于停车位的增长，我国每年停车位的缺口高达300多万个，城市停车位远远不能满足需要。

当前我国的汽车与车位数量之比约为5：

1，而正常的平衡比例应当是1:

1.2，差距很大，需要大量增加停车位，在城市土地资源紧缺的情况下通过地面增加车位己难以满足要求［32］。

通常国内外解决停车难的问题有以下办法：

广场型停车场、路边停车区、地下停车场、机械式立体车库。

在寸土寸金的城市中心不可能浪费大面积土地来用于停泊车辆的广场型停车场或者路边停车区；地下停车场存在着施工周期长及造价较高的局限性[1]。

此状况下机械式立体车库的有点十分明显。

机械式立体车库具有以下优点[28]，第一，节约空间。

一般情况下，其占地面积约为平面停车场的1/2~1/20，机械式“立体”车库在地下和地面都可安装，最大的好处就是可以充分利用小面积向高空发展，尽量多存车辆，是土地资源紧缺、车辆容量大的场所最佳停车方式。

例如，在空间有限的居民小区地面上最适合使用“垂直循环”式立体车库。

这种车库每组H层，也就是说，在原来只可停放一辆车的面积上建起的立体车库可以停放H辆车。

第二，自动化操控，使用方便。

立体停车库自动化程度很高，可以进行旋转式升降，例如，小区居民下班回来停车，只要按一下与车位号对应的号码，这个车位就会旋转着降落到地面，待车主停好车辆后，再按号码，车位又回旋上升、复位。

安装了立体车库的大型地下停车场则配套安装停车场智能管理系统，由经过专业技术培训的工作人员进行!

24小时值守调度。

第三，立体车库建设成本大大低于传统停车场。

据了解，传统停车场的占地和建设成本相当高昂。

一般说来，普通地上停车位每个占地15平方米左右，地下停车场每个车位的占地面积则至少在25平方米以上。

如果使用立体停车库，在30平方米的空地上就可以停放一组8车位立体停车库，平均每个车位占地面积不到4平方米。

就建设成本而言，目前小区房产开发商建一个地下车位需投资6-8万元，某些高档写字楼地下停车位的建设成本更是高达十几万元。

如果安装立体车库，在空间面积不变的情况下尽量增加停车位，可以将每个停车位的建设成本摊薄到5—6万元。

第四，安全可美化环境。

配备自动检测系统，各种安全机构，自动报警，消防系统及其他防范设施。

汽车不会损坏，丢失。

因地制宜，利用零星空地，配以外形美观的车库，美化城市环境[2]。

对立体车库的系统理论研究较少，特别是对立体车库的主体框架钢结构精确理论计算和结构的优化设计较少，不能深化产业。

通过有限元技术可以节约设计成本和制造费用，快速响应市场需求，增强企业的市场的竞争力，深化我国的立体车库行业的产业结构。

从机械式立体车库的类型看，应用较多的是升降横移类，占总量的83％，其所占比例随着机械立体车库在我国还是新兴产业，具有广阔的发展前景，国家经贸委将“城市立体车库”列为“近期行业技术发展重点”。

然而目前我国立体车库行业的行业标准未能完善统一：

许多立体车库生产厂家以仿制为主，自主开发能力弱，缺乏自主知识产权；式立体车库的发展还会继续上升。

所以本文在升降横移式立体车库结构设计的基础上，深入地对升降横移式立体车库的主体框架与载车板进行有限元分析是十分必要、迫切。

1.2PLC的基本结构

1.中央处理器（CPU）

中央处理器（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.检测电源，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。

输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，以开关量最普遍。

4.输出信号电路

可编程控制器的输出有：

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的作用。

一般小型PLC的电源输出为两部分：

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。

1.3PLC的工作原理

PLC则是采用循环扫描的工作方式。

一个扫描周期主要可分为3个阶段。

1.输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭出入端口，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下一步周期的输入刷新阶段才能被读入。

2.程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入端的控制程序，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存储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。

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，因此称为循环扫描方式。

显示扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由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之后现象，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。

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。

1.4PLC发展新动向

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。

1：

产品规模向大、小两个方向发展大：

I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2：

PLC在闭环过程控制中应用日益广泛3：

不断加强通讯功能4：

.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：

编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统6：

发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7：

追求软硬件的标准化。

1.5PLC发展历史

起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30～40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

1.6PLC的选型

现在应用最广泛的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。

三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。

西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。

2内容及设计方案

2.1技术参数和条件

利用PLC控制停车场的空位显示，实现全自动运行。

停车场的空位为200个，停车场全空是启动按钮SB1后，根据出口，入口的车辆检测传感器S1、S2的检测，计算是否有空位？

若有空位，点亮入口的绿色指示灯L1，则点亮入口的红色指示灯L2。

1、停车场的空位有200个。

2、启动按钮SB1在停车场全空时按下，另设停止按钮SB2。

3、出口、入口的车辆检测传感器各1个，用来检测车辆的进出。

4、入口的指示灯两个，用来指示有无空位。

2.2整体方案设计

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。

通过在停车场进出口的传感器感应车辆的出入，从而输出信号。

入口有两个灯，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200。

加减计数器随着车辆的进出而加减，一旦计数器达到200，入口出得红灯就亮，提醒司机朋友此停车场的停车位已满。

而其他时候都为绿灯，表示此停车场还有停车位。

3系统的硬件设计及端口分布

3.1整体框架

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。

3.2传感器型号参数

所选用的各种传感器型号及其参数如表2.2所示：

表2.2所选传感器型号、参数一览表

传感器名称

传感器参数

光电传感器：

Q23系列偏振反射板式

光电传感器：

Q23系列偏振反射板式

Q23系列对射板式发射器（E）型号：

Q236E

Q23系列对射板式接受器（R）型号：

Q23SN6R

检测距离：

8m

供电电压：

24Vdc

输出形式：

互补型固态NPN

特点：

聚焦式焦距为50mm

•短距离和长距离直接反射式以及光纤式

•可见红色光源易于安装及对准

•带自诊断功能，有LED状态指示灯

•10～30Vdc供电电压

•互补型输出

•树脂密封电路及坚固的ABS外壳

•防护等级IP67和NEMA6

•可选电缆式或接插件式接线方式

•产品附带安装支架

桥式测力称重传感器

型号：

CYB-605S供桥电压：

10~24V

输出灵敏度：

≈2.0mV/V、4~20mA、1~5V

非线性：

0.02%FS重复性：

0.015%FS

迟滞：

0.02%FS蠕变：

0.02%FS/30min

灵敏度温漂：

0.0016%FS/℃零点温漂：

0.0026%FS/℃

零点平衡：

±1.0%FS

输入阻抗：

365±5

输出阻抗：

365±3

绝缘电阻：

5000M

温度补偿范围：

-10~55℃

工作温度范围：

-35~85℃

安全过载能力：

150%FS

极限过载能力：

200%FS

传感器材料：

不锈钢/合金钢

引线方式：

直接引线

3.3IC卡检测仪

IC卡仪器是用于识别身份的装置，当车主无接触刷卡时，信号传到PLC，通过程序的运行使道闸打开，车辆驶入。

1管理系统总体

本管理系统采用可编程控制器[PLC]控制车辆出入库流程，单片机控制读卡部分[2.3]。

PLC系统和读卡机系统进行串行通信，使整个系统合作完成车辆出入库智能化集中管理工作。

此外，另一部分票务系统用PC机来管理，可与PLC测控系统通过串行通信构成一个完整的上、下位机管理系统。

根据总体设计方案，本系统的硬件设计可划分为基于PLC的测控电路设计、基本8051单片机的读卡器设计和读卡器与PLC主控器之间的串行通信电路设计等三大部分，

2PLC测控电路

PLC测控电路主要由检测量输入部分、控制量输出部分、控制运算部分三大部分组成下面分别介绍各部分的设计方法。

3PLC测控电路设计

PLC测控电路主要由检测量输入部分、控制量输出部分、控制运算部分三大部分组成。

3.4PLC选型及I／O点分配

设计中采用内存为3．2K，最大I／0点数640点的微处理器，电源使用带有24VDC和AC110—120／220—240V的使用电源根据系统控制要求，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。

3.5PLC输入电路设计

PLC依据接收到的车辆检测信号判断是否允许车辆通过道口，因此车辆检测器的选用与输入通道的接口电路设计是非常重要的。

3．5．1车辆检测器

车辆检测器又称车辆感应器、地感感应器或地感线圈，由一组环线圈与电流感应数字电路板组成，地感线圈埋于道口栏杆前后地下5～10cm处，当线圈上面没有车辆时，车辆感应器和地感线圈之间产生一个平衡点，车辆感应器输出一个低电平到CPU；当地感线圈上面有车辆时，地感线圈形成的磁场分布状况发生改变，车辆感应器输出高电平到CPU。

PLC通过对两个信号进测判断，即可得到所需的车辆检测信号。

3．5．2输入接口电路

为了保证能在恶劣的环境中使用，PLC输入接口需采用隔离措施。

采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。

3.6PLC输出电路设计

PLC通过控制直流电动机的起、停、正转、反转和调速来驱动道闸按要求抬起和降落，从而对出人道口的车辆进行放行或禁行。

此外通过控制指示灯指示车辆通行情况，控制显示牌显示车库存放车辆情况。

3.7系统整体框图

本系统设计通过光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。

3.8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。

3.9I/O口地址分配

电气元件

PLC元件

功能

电气元件

PLC元件

功能

输入

光电传感器1

X0

检测车是否进入

输出

电机正转继电器

Y8

门上升

光电传感器2

X1

检测车是否进入

电机反转继电器

Y9

门下降

IC卡启动信号

X2

身份验证

蜂鸣器

Y6

车辆出入库报警

称重传感器1

X3

检测入库开门

报警灯

Y7

车库满了报警

称重传感器2

X4

检测出库开门

数码管位选

Y4，Y5

数码管显示

到位行程开关1

X5

门上限

数码管段选

Y3Y2Y1Y0

数码管显示内容

到位行程开关2

X6

门下限

车库启用按钮

X7

复位寄存器

数码管启用开关

X8

启用数码管

4程序设计

4.1控制要求

（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。

4.2程序流程图

Y

N

4.3计数逻辑

（1）光传感器的接收被遮断时，定义“有信号”；

（2）传感器1#完成脉冲同时2#有信号，启动增计数逻辑；

（3）传感器2#完成脉冲同时1#有信号，启动减计数逻辑

（4）传感器1#和传感器2#都完成脉冲后进行相应计数动作；

（5）传感器1#和传感器2#都没有信号后进行小复位动作；

（6）增计数和减计数的启动逻辑互锁；

（7）增计数和减计数的进行逻辑互锁；

（8）计数值超过+99后从零开始计数并未报警（发光二极管或者蜂鸣器）

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

4.4梯形图

1、控制门程序

图4.1控制门程序

车辆入库时，IC卡确认后从X2输入后使M0为ON，且X3同时接通使Y8置为ON，电机正转使门打开，当到达规定的打开位置后触动到位行程开关X5使Y8置为OFF,电机停止转动，车辆通过门，行至规定位置后，触动称重传感器2使X4置为ON，使的Y9置为ON，电机反转使门关闭，当道闸碰到到位开关2后X6接通后使Y9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X1得到信号后Y8置为ON，使电机正转，道闸打开，当碰到到位开关1时使得Y8为OFF，电机停止正转，车辆通过道闸行置称重传感器1后使Y9为ON，电机反转使得道闸关闭，当碰到到位开关2时使Y9为OFF，电机停止转动。

2、车辆计数程序

图4.2车辆计数程序

当X7接通后，车库启用寄存器D0复位，车辆入库时当光电传感器1得到信号后X0接通后，M3置为“1”，等到光电传感器2的到信号后X1为ON时寄存器D1加1，同时对M3复位；在车辆出库时，光电传感器2得到信号后X1接通后M4置为“1”，等到光电传感器1得到信号后X0为ON时寄存器D0减1。

当车库进出库时，计时30秒后，T0和T1接通Y6置“1”，蜂鸣器报警拉响。

3、数码管显示程序

图4.3数码管显示程序

接通X8开关，数码管启用，将寄存器D0内的数转换为成BCD码，即Y3~Y0，Y4，Y5为片选信号，显示的数据分别存在D1，D2中，D1表示十位，D2表示个位，若当D0为50时即车库已满，M6置“1”，报警灯进行报警。

结束语

本设计采用光传感器采集信号，使用PLC控制，用数码管显示，本设计可以可靠准确的完成了车辆出入库时的统计和显示工作，无论车辆往返情况如何，都不会出现误计数和漏计数，在外界干扰情况较大的情况下，都不会出现相关的误计数。

两个LED数码管显示，既经济实用又方便。

本设计具有以下优点：

计数动作准确可靠，设备安装简单，性价比高，自动化程度高，抗干扰能力强，剩余端口便于其他功能的扩展。

设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关PLC方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力，对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。

通过对车库车辆出入库管理设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本知识进一步的消化和巩固。

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