基于西门子plc停车场车位控制系统设计资料.pptx

1、西西门门子子 PLC 课课程程设设计计题题目目:停停车场车车场车位位控控制系制系统设统设计计专专业业：电电气工程及气工程及其其自自动动化化班班级级：电电气气 姓姓名：名：学学号：号：停车场车位控制系统设计报告格式 20 分设计内容 60 分10分10分总计封面3页面 布 局5目录 格 式3图表 质 量4间距、行 距、字体6工艺 过 程 分 析8系统 控 制 要 求8I/O分 配5设备 选 型5电气原理图系统 程 序 设 计10动手 实 践 能 力10总印 象 评 分10得分主电 路8控制 电 路8外围 接 线 图8121 引言课题设计的目的：近年来，我国的汽车产业飞速发展，汽车保有量持续攀升，

2、又由 于人口密度大，在很多时候会出现停车难等问题。为了满足日益增长 的停车需求，大型、超大型停车场不断涌现，由于停车场规模大，传 统的管理模式已经不满足需求。因此，设计一套行之有效的泊车系统。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、停车场车位控制系统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

3、、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。系统以 PLC 为信息载体，通过智能 传感器记录车辆进出信息，结合工业自动化控制技术控制机电一体化 外围设备，从而控制进出停车场的各种车辆本课题设计主要运用可编程控制器（PLC）对停车场进出及停放 指示进行管理的方案。本停车场由 16 个停车位、入口检测器、出口 检测器、道闸管理系统、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组 成。在设计硬件的基础上，对软件进行设计，最后对系统进行调试，使控制车辆进出过程得以实现。课题设计的内容：1.如图 1-1 所示，假设停车场一共有停车位

4、 16 个。2.在入口处装设一传感器，用来检测车辆进入的数目。3.在出口处装设一传感器，用来检测车辆出去的数目。4.有车位时，入口闸栏将门开启让车辆进入，并有指示灯示表示 尚有车位。5.车位满时，则有一指示灯显示车位已满，且入口闸 栏不能开启让车进入。6.可以用七段数码显示管上显示目前停车场共有几部车。3图 1-1 停车场模型图课题设计的目标:1.停车场由启动开关控制，车库启用时先对所有用到的存储单 元清零，并且停车场车位空显示由数码管显示。2.入库车辆前进时，经过传感器 1，此时车位尚未满的话，栅栏 向上打开，当达到上限位置时，栅栏打开停止，同时车辆进入，经过 传感器 2，栅栏门向下关闭，达

5、到下限位置时，栅栏门停止关闭，同 时计数器 A 加 1。3.出库时，先经过传感器 2，栅栏门向上打开，当达到上限的4停车场车位控制系统时候停止打开，同时车出闸门再经过传感器 1，栅栏门向下关闭，当达到下限位时，栅栏门停止动作，计数器 B 减 1。（计数器 B 的初始 值由计数器 A 送来）只经过一个传感器则计数器不动作。4.仓库容量为 16 辆车，若停车场还有车位则可由车辆未满指 示灯进行提醒，若车库车位已满则仓库满时有车位已满指示灯进行提 醒并且七段数码管显示此时停车场停车数量。5.若同时有车辆相对入库和出库（即入库车辆经过传感器 1，出库车辆经过传感器 2），应避免误计数。52 系统总体方

6、案设计1.系统硬件配置及组成原理1.设计硬件选择及原理本次设计要求需要有开始按钮、停止按钮、2 个行程开关和2 个传感 器共6 个输入接口，满车位和有车位2 个指示灯、三相异步电动机正反转、2 个七段显示数码管共18 个输出接口，所以选用 CPU226DC/DC/DC（24输入/16 输出）并扩展一个EM223(8 输入、8 输出)模块满足控制要求。除CPU226 之外还需要24V/DC 直流电源、两个复位按钮、两个红外传感器、两个指示 灯、三相异步电动机。由课程设计控制要求和内容，对于前两条要求，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；栅栏的开启与闭合可以有电动机的正反转来

7、实现，并用指示灯显示停车场是否已经停满；车位满时应设计使栅栏不能开启，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。2.1.2 系统组成图如图图 2-1 系系统组统组成成图图PLC输入输出指示灯电动机数码管 显示行程开关传感器控制按钮24V/D C6停车场车位控制系统2.系统变量定义及分配表1.系统变量定义控制系统变量有输入信号和输出信号两种类别：输入信号有：1.开启按钮 2.关闭按钮 3.入口传感器输入信号 4.出 口传感器输入信号 5.栅栏上限位置开关（行程开关）6.栅栏下限位 置开关（行程开关）输出信号有：1.栅栏开启信号（电

8、动机正转）2.栅栏关闭信号（电动机反转）3.车位已满指示灯 4.尚有车位指示灯 5.七段数码管 1（Q0.0-Q0.6）6.七段数码管 2（Q1.0-Q1.6）2.2.2 系统变量地址分配表输输入信入信号号输输出信出信号号设设备备地地址址设设备备地地址址启启动动（SB1）I0.0栅栏栅栏开开启启Q2.0停止停止（SB2）I0.1栅栏栅栏关关闭闭Q2.1入口入口传传感感器器I0.2车车位已位已满满指指示灯示灯Q2.2出口出口传传感感器器I0.3尚有尚有车车位指位指示灯示灯Q2.3栅栏栅栏上限上限位位I0.4七段数七段数码码管管 1 显显示示Q0.0-Q0.67表 2-1I/O 地址分配表3.系统

9、接线图设计1.系统接线图（PLC 外部接线）停车场控制系统的接线图如图 2-2 所示，在该接线图中，I0.0、I0.1 是系统的总开关，入口传感器接 I0.2 输入端，出口传感器接 I0.3 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，Q0.0-Q0.6 接七段数码管 1,Q1.0-Q1.6 接七段数码管 2。栅栏栅栏下限下限位位I0.5七段数七段数码码管管 2 显显示示Q1.0-Q1.68停车场车位控制系统图图 2-2 硬件接硬件接线线图图92.3.2 主电路控制图停车场控制系统的主电路图 2-3 所示，当 QS

10、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。图 2-3 主电路控制图2.3.3 编程元件解析1.I 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10停车场车位控制系统于编程。2.Q 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 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

11、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 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 为数据寄存器，可编糖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。112.4 系统可靠性设计PLC 在工业过程控制中应用及其广泛，其可靠性高抗干扰能力强，配套齐全、功能完善、适用性强，易学易用、深受工程技术人员欢迎，系统的设计、建造工作量小、维护方便、容易改造，体积小、重量轻、能耗低。在工作原理方面，可编程序控制器采用周期循环扫描方式，在执 行用户程序过程中与外界隔绝，从而大大

12、减小外界干扰；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、对电源及 IO 电路多种形式的滤波、CPU 电 源自动调整与保护、CPU 与 IO 电路之间采用光电隔离、输出连锁、采用模块式结构并增加故障显示电路等措施；在软件方面，设置自诊12断与信息保护与恢复程序。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。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。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

13、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。PLC 的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避 免继电控制系统常出现的冒险竞争，其控制结果总是确定的;而且 又能应急处理急于处理的控制，保证了 PLC 对应急情况的及时响应，使 PLC 能可靠地工作。为监控 PLC

14、 运行程序是否正常，PLC 系统都设置了监控程序。运 行用户程序开始时，先清定时器，并开始计时。当用户程序一个循环 运行完了，则查看定时器的计时值。若超时(一般不超过 100ms)，则 报警。严重超时，还可使 PLC 停止工作。用户可依报警信号采取相应 的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC 将停车场车位控制系统正常工作。显然，有了这个监控程序，可保证 PLC 用户程序的正常运行，可避免出现死循环而影响其工作的可靠性。PLC 还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正 常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对 PLC 的工作状况，以及 PLC 所控制的系统

15、进行监控，以确保其可靠工作。PLC 每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这 是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号 提示。正是 PLC 在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保 了 PLC 具有可靠稳定工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时 以上;出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。所以此停车系统能够稳定可靠的运行。133 控制系统设计3.1 控制程序流程图设计根据课程设计要求可作出停车场车位控制系统的控制程序流程 图，如图 3-1 所示。图 3-1 控制程序流程图开始七段数码管重置是否有车进入口传感器无反应触发入口传感器出口传感器无

16、反应触发出口传感器是否有车出大门不开有位指示灯 是否开门不开门触发出口传感器关门计数器加一七段数码显示器显示当前停车场 已停车数结束开门不开门触发入口传感器关门计数器减一N14YYNYN停车场车位控制系统3.2 控制程序时序图设计根据课程设计要求可作出车辆入库时序图，如图 3-2 所示；车辆 出库时序图，如图 3-3 所示；车辆同时出入车库时序图，如图 3-4 所 示。图 3-2 车辆入库时序图图 3-3 车辆出库时序图15图 3-4 车辆同时出入库时序图3.3 控制程序设计思路PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既 不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于

17、编写，又要满足易于调试的要求。程序设计是指用户编写程序的设计 过程，以指令为基础，结合被控制对象工艺过程的控制要求和现场信 号，对照继电器编号，画出梯形图程序。编程语言有以下特点图形式指令结构：程序由图形方式表达，指 令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。明确的变量常数：图形 符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：西门子 S7 200 系列。简化的程序结构：PLC 的程序结构通常很简单，典型的 为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的 控制功能和控制顺序有清晰的概念。简化应用软件生成过程：只需要 编辑一个过程，其余由系统软件本身生成。强化调试手段：无论是汇

18、16停车场车位控制系统编程序，还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而 PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用 PLC 和编程器上的 按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调 试操作都很简单。本系统采用 STEP 7 MicroWIN SP4（S7-200）V4.0 软件编程并调 试，程序分为三部分：主程序、子程序和中断程序,子程序有三部分,分别表示车辆进入、车辆出去和车辆同时出入。中断程序由三个子程 序控制当条件满足时立即执行关门或者开门计数器也执行相应动作。本程序共有个网络。3.4 创新设计内容程序部分：本课题的控制程序部分采用了主程序、子程序和中断

19、 程序分别对三种不同的工作方式分别管理，子程序的使用使得整个程 序更加清晰明朗，让更多的使用者明白其结构原理。中断程序的使用 提高了整个系统的响应速度和控制系统的稳定。大大提高了程序的可 读性和执行率，使整个控制系统更加稳定，提高了整个控制系统的效 率，符合我们设计此控制系统的要求，也使得停车难问题得到一定解 决。硬件部分：采用了西门子 S7200 CPU226 和扩展模块 EM223，西门 子 PLC 功能丰富、使用方便，抗干扰能力比较强，也比较耐用，维护 率，损坏率比较低 DP 通信效果特别好,技术支持服务比较好。还采用1718了红外传感器使得整个系统灵敏可靠。采用了继电器输出型电路，使得

20、控制系统能控制大功率电路。还使用了七段数码管来显示车库当前 车辆，让车主们能够很自主的知道是否有停车位，使得此系统更加智 能化、人性化。使其能更好的服务于百姓。4.系统调试及结果分析4.1 系统调试及解决的问题将设计好的程序写入 PLC 后，我仔细检查了程序并改正写入时出 现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以 用强制来模拟，各输出量的通断状态用 PLC 上有关的发光二极管来 显示，一般不用接 PLC 实际的负载(如接触器、电磁阀等)。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方 式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗

21、漏。发现问题后应及时修改梯形图和 PLC 中的 程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合 要求。停车场车位控制系统根据系统要求选择相应的硬件设备，并根据 I/O 分配，按要求连接电路，并检查电路是否正确，确保电路安全后打开电源开关，等待 软件调试和程序下载。之后操作各个输入量进行相应的功能检验。按接线图接好线后，用 STEP7 编程软件编辑程序指令，采用脱机 编程方式将所编制的用户程序存入编程器的 ROM 中后进行程序编译 检查程序是否存在语法错误，无误后下载到 PLC 系统中，并点击运行，经过多次调试，观察运行过程。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜

22、，PLC 之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。解决了在变量表中不能修改参数?出现(D0A1)功能在当前保护级 别中不被允许!解决方法将 RUN 切换到 RUN-P。原因是 RUN_P 支持在 线更改程序，RUN 不允许更改程序。4.2 结果分析调试过程当中虽然遇到一些问题，但在老师指导下同时自己也翻 阅了许多资料解决了调试的问题。调试结果满足了此课程设计的全部 要求，系统运行也稳定可靠。但是还是有些不足，如果要控制精度更 高应该才用重力传感器，再就是使用单片机控制会更好。本设计是基于 PLC 的停车场车位控制系统，将采集到的信号传输 给 PLC 中的计数器，计数器进行加减计数存储，并

23、以 SEGD 码传输给 七段译码显示器，显示器能够实时显示停车场的停车数目。PLC 具有1920可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用 PLC 可以使该设计的要求 全能满足。设计总结本次课程设计是在肖清老师的指导下进行的，在整个过程中遇到 许多的难题，老师都给以认真的解释，为此，向肖老师表示最衷心的 谢意。纵观两周的设计过程，可以说在这一过程中我的收获很大，充 分认识到自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复论证，许多问 题都有了较好的解决方案。程序部分采用梯形图方式编程，用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，方便调用和调试。在调试过

24、程中虽然到一些问题，但也一 一解决，实现了课程设计的要求有全部功能。硬件部分选取的是西门 子 plcS7200 cpu226，程序部分使用了主程序、子程序和中断程序使 得整个程条理清晰可读性高，使得操作人员和维护人员工作更加轻松，并且控制系统稳定可靠响应速度快可操作性强，文中开头提过我国的 汽车产业飞速发展，汽车保有量持续攀升，又由于人口密度大，在很 多时候会出现停车难等问题，再加上传统的停车场管理模式有欠缺使 得资源没能够被充分的利用，所以希望这套控制系统能够发挥出它的 作用，服务于百姓。参考文献停车场车位控制系统1王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011.2易传禄.可编程序控

25、制器应用指南.上海:上海科普出版社,2006.3王永华.现代电气及可编程技术.北京:机械工业出版社,1997.4方承远.工厂电气控制技术.北京:机械工业出版社,2004.5西门子公司.SIMATIC S7-200 系统手册.北京:机械工业出版社,2004.6汤以范.电气与可编程序控制器技术.北京:机械工业出版社,2005.7胡学林.可编程控制器原理及应用.北京：电子工业出版社，2005.21附录程序梯形程序梯形图图主程序22停车场车位控制系统2324停车场车位控制系统子程序 SBR_025子程序 SBR_126停车场车位控制系统子程序 SBR_227中断程序 INT_028停车场车位控制系统29