1、 广德爱众 砺能善医 毕 业 设 计 作 品 题 目： 基于 PLC 停车计数器系统设计 姓 名： 专 业： 机电 班 级： 学 号： 校内指导老师： 校外指导老师： 填表日期： 湘潭医卫职业技术学院教务处制 湘潭医卫职业技术学 院 毕业设计作品 二级学院 医电 学 院 专 业 机电 班 级 姓 名 学 号 校内指导老师 毕业设计名称 基于 PLC 停车计数器系统设计 校外指导老师 毕业设计时间 前 言 智能建筑将是信息 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。本次我们的设计的就是一个完整的小型工程项目，要求我们掌控控制系统的设计，安装、调试知识和技能。我们
2、应用 PLC 作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制。 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 区域 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价格较不高的数码管显示 。 本次设计主要阐述了停车场的构成、工作原理、工作条件。运用可编程控制器(PLC)对停车场汽车进出进行管理的方案，此方案大大提高了工作效率。本设计 利用PLC 控制停车场区域显示，实现全自动运行。利用出口、入口的车辆检测传感器，检测车辆的出入，并用 32 位加减法计数器进行计数，从而达到自动控制的目的。 目 录
3、PLC 停车场的自动控制 . 错误 !未定义书签。 摘 要 . 错误 !未定义书签。 第一章 停车场的基本情况 . - 4 - 1.1 停车场的种类 . - 4 - 1.2 停车场的大小 . - 4 - 1.4 停车场管理模式的发展 . - 5 - 第二章 PLC 的简介 . - 5 - 2.1 PLC 的起源 . - 6 - 2.2 PLC 的基本知识 . - 6 - 2.3 PLC 的发展 . - 7 - 2.4 PLC 的系统组成 . - 8 - 第三章 硬件的选择 . - 9 - 3.1 PLC 的选择 . - 9 - 3.1.1 PLC 控制系统和其它控制系统的比较 . - 9 -
4、3.1.2 PLC 的基本结构 . - 10 - 3.1.3 PLC 的选择 . 错误 !未定义书签。 3.2 传感器的选型 . - 11 - 3.1 传感器的基本类型 . - 11 - 3.1.1 超声波传感器： . - 11 - 3.1.2 光电式传感器 . - 12 - 3.1.3 地感线圈： . - 12 - 3.2 实用于智能停车场的传感器 . - 13 - 3.3 读卡器工作原理及选型 . - 13 - 第四章 停车场控制系统软件设计 .- 15 - 4.1 用户出入场控制程序设计 .- 15 - 第五 章 总 结 .- 21 - 参考文献 .- 22 - 第一章 停车场的基本情况
5、 1.1 停车场的种类 停车场的形式经历了从露天、平面、人工收费到地下、自动计费停车场到塔式、立体、智能取车、自动计费的发展历程。根据停车场 位置的不同，停车场分为地面停车场、地下停车场及专用停车塔（楼）及路边临时占道停车场。依据建筑物类型的不同，又可分为市区公共建筑群大型停车场（如成都天府广场的地下停车场）、综合建筑楼专用停车场（如各类商场及办公楼专用停车场）、办公区域专用地面停车场（如校园停车场）、住宅小区专用停车场及用于经营的专用停车楼（塔）。 1.1.1 1.2 停车场的大小 我国建筑规范中对车库、停车场设计标准规定得比较复杂，分为四个等级，虽然并没有规定所谓“标准车位尺寸”，但是规定
6、了相应最低满足的尺寸。如车长不大 6 米及车宽不大于 1.8 米的 车，规范车与车之间间距为不小于 0.5 米，车与墙、车位端之间间距不小于 0.5 米；车长大于 6 米不大于 8 米，车宽大于 1.8 米不大于 2.2米的话，车与车之间间距不小于 0.7 米等。回车路段的相应规范是满足一辆车一次性回转的需要，这实际上为不同类型的停车场提供了不同的尺寸松动。因此对于一般以停小型车为主的停车场来讲，车位尺寸多采用 2.52.7 56 的尺寸，而单车道回转车道宽度不小于 3.5 米，双车道不少于 5 米。 1.3 停车场图 1.1.2 1.4 停车场管理模式的发展 停车场的管理模式呈 现出从人工管
7、理到智能化管理的发展趋势。传统的管理方式采用人工管理的方式，车辆的进出、停放都由人工引导，计费也由人工计费收取。自动化程度低，管理的随意性较大。人类文明的发展进入信息时代，现代建筑的发展也进入智能建筑时代，计算机技术、现代通信技术、网络互连技术、数据库技术、信息发布技术、智能信息及其处理技术、自动化控制技术等关键技术都日臻成熟。特别是近年来 IC 卡技术的广泛应用使得电子化、信息化、自动化、智能化管理停车场的实现技术也不断改进和完善，成本逐渐降低，安全性及可靠性要求不断提升。 第二章 PLC 的简介 2.1 PLC 的起源 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
8、年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器 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，这是第一代可编程逻辑控制器，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。 在近代工业自动化控制领域主要分为 PLC，工控机和嵌入式控制，而 PLC 自 1968年诞生以后以惊人的速度成为了这一领域的主导者，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其
9、主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面， PLC 还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业 PC 所带来的冲击。 PLC 需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。 2.2 PLC 的基本知识 PLC 即可 编程控制器（ Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： 可编程
10、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，并通过数字或模拟输入 /输出控制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，都应按易于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专为工业环境应用而设计的计算机，它是将传统的继电器技术，计算机技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置 。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。 2.3
11、 PLC 的发展 为了适应市场的各方面的需求 ,各生产厂家对 PLC 不断进行改进 ,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超 小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理器为核心的可编程控制器（ PLC）得到了迅猛的发展。早期的 PLC 主要用于顺序控制，今天的 PLC 已经能够应用于闭环控制、运动控制以及复杂的分布式控制系统，已逐步发展成为有一类解决自动化问题的有效而便捷的方式。由于 PLC 自身
12、具有功能完善、结构模块化、开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高、性价比高、等优点，因而在工业生产 中具有广阔的应用前景，并被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。而且随着集成电路的发展和网络时代的到来， PLC 必将能够获得更大的发展空间。 指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握，不需要具备专门的计算机知识，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间内学会。 (4) 功能完善，适用性强 PLC 具有对数字量和模拟量很强的处理功能，如逻辑运算、算术运算、特殊函数运算等。 PLC 具有常用的控制功能，如 PID 闭环回路控制、中断控制等。 PLC 可以扩展特殊功能，如高速计数、电子凸轮
13、控制、伺服电动机定位、多轴运 动插补控制等。 PLC 可以组成多种工业网络，实现数据传送、上位监控等功能。 1.3.3 设计 PLC控制时，应遵循以下基本原则 (1) 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 (2) 保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC
14、 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 (3) 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面 要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使
15、控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 (4) 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入 /输出模块、 I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 实际上 PLC 控制系统的设计，按照国外发达国家的标准：首先考虑的是系统的安全性、可靠性设计，然 后才是根据控制工艺要求进行控制流程设计，然后就是编写切实可行、高效的 PLC 程序，这里在安全性、可靠性设计要求的前提下，编写相应的 PLC 程序非常重要，硬件上保证的安全性，以及软件 PLC
16、 程序中的安全考虑应该同步进行。 2.4 PLC 的系统组成 PLC 主体由三部分组成，主要包括中央处理器 CPU、存储系统和输入、输出接口。 PLC 系统框图如图 2-1， 2-2。 第三章 硬件的选择 3.1 PLC 的选择 3.1.1 PLC 控制系统和其它控制系统的比较 PLC 自诞生以来其技术发生了质的飞跃，应用领域也越 来越广泛，成为今天自动化技术的三大支柱之一。同时它与其它工业控制器相比各有特点。 继电器控制系统采用硬接线逻辑，通过机械式触点及继电器来实现动作，一旦系统确定下来后要修改则非常困难，且控制精度低，易出现冒险竞争，且时间常数太大，故易出现误动作。在系统更新的方便性、系
17、统的可靠性、维护性及系统控制精度方面还是在功能性方面， PLC 控制系统都远优于继电器控制系统。 与通用计算机相比，尽管二者都采用了计算机系统，但 PLC 是专门为工业控制而设计的，而通用计算机是专门为科学计算和数据处理设计的。因而他们在结构上有很大差别，使用对象和使用环境也有所不同。 PLC 使用专门的面向工业对象的编程语言，使程序的编制和修改都非常方便。而通用计算机，它的输出信号通常都需要数模转换并放大后才能驱动工业负载。它的抗干扰能力和工作的可靠性远不如 PLC，也不适应工业现场的湿度、温度、噪声和振动。此外，通用计算机的编程语言也比较复杂，需要专门的培训才能掌握。 PLC 与单片机相比
18、较而言， PLC 是建立在 单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可， PLC 是计算机应用系统的一个特例。不同厂家的 PLC 有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。从工程的角度，对单项工程或重复数极少的项目，采用 PLC 方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。 综上所述，本文中选用计算机控制系统构成停车场数据管理信息系统以完成对停车场相关运作信息的管理并与读卡器及现场控制器 PLC交换数据信息。同时采用 PLC作为现场控制 器完成对停车场现场设备的信号采集及控制。
19、3.1.2 PLC 的基本结构 PLC 的基本结构如图 2-1 所示。 3.1.3 PLC 的选择 可编程控制器具有多种分类方式，根据控制规模 PLC 可分为小型机、中型机和大型机。小型机的 I/O 点数一般在 256 点以下，价格低、体积小、功能少，适用于小规模开关量的条件、顺序控制等。中型机 I/O 点数在 256 1024 点之间，其功能强，配置灵活，适用于具有诸如温度、压力、流量、速度、角度、位置等模拟量控制和大量开关量控制的复杂机械及连续生产控制工程场合。 I/O 点数在 1024 点以上的为大型机，其功能更加强大，组网能力强，可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统，或者整个工厂的集散控制系统。本次停车场控制系统中临时用户区域控制系统所需 I/O 点位数少，控制流程相对简单，信息处理量小，根据上述情况选用西门子 S7-300系列 PLC 的 S7-313C-2DP 作为现场控制器。 图 3.1 系统构成简图
