1、1电气控制与 PLC课程设计说明书题 目： 车辆出入库电气控制系统设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 评语：成绩：指导老师签名：日期： 1目 录1系统概述21.1 自动控制的应用背景和意义21.2 设计任务及要求22方案论证32.1 设计方案的选定32.2 硬件结构的选择43硬件设计53.1 系统的原理方框图53.2 主电路263.3 I/O 分配63.4 I/O 接线图74 软件设计84.1 主流程84.2 程序梯形图95.系统调试11设计心得11参考文献1231 系统概述1.1 自动控制的应用背景和意义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自动化控
2、制，这不仅节约了人力资源而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展并不断的丰富着人们的生活。早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差，又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。1969 年出现了可编程逻辑控制器 PLC，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。目前可编程控制器 PLC 主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合形成工业控制
3、机系统、分布式控制系统、现场总线控制系统，这将使 PLC 的功能更强、可靠性更高、使用更方便、适用范围更广随着汽车特别是私有汽车的普及，使用公共场所和社区汽车流转数量激增，这对车辆的安全停放和管理提出了更高的要求，引进先进的控制技术和管理方式实现对大型停车场系统的集中化和智能化的安全性管理控制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 的车辆出入库管理系统，最大限度地提高了停车场的使用率，实现车辆出入库控制、数量统计、信息查询过程的自动化
4、就显得十分必要。1.2 设计任务及要求停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出，车辆进入时给予司机准确的车位数量，车辆进入后记录车辆总量，车辆离开时减少车辆数量。车辆进出指示可完全由 PLC 作为中央控制处理。对现有的停车系统管理实现以下要求：车辆出入库自动化、数量统计自动化、信息查询自动化。车辆出入库控制系统由入库出卡器，车辆存在车辆检测器，入库栏杆机，入库车辆检测器（当有车辆压住检测线圈时，控制器可以输出一个开关信号，当车辆离4开时，控制器的输出开关信号打开） 、出库车辆存在车辆检测器、出库栏杆机、库里车辆数显示器（2 位 7 段数码管，车库共有 50 个车位）组成。栏杆机有单向异步电机拖
5、动 250W，AC220V具体要求如下：1、车辆入库时，车辆检测器检测到车辆，司机并取出入库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数减 1。2、当入库车辆驶离入库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。3、车辆出库时，车辆检测器检测到车辆，司机并取投入库卡后，栏杆机电机正转，栏杆机抬起，车位显示器的车位数加 1。4、当入库车辆驶离出库自动栏杆机后，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。5、控制器采用 PLC 控制。2 方案论证2.1 设计方案的选定对于本设计方案可以有两种，车辆入库和出库同一车道或入库和出库分两个车道，对于有时会出现车流比较频繁，同时有车辆入库和出库这种情况，单车道
6、容易造成车辆拥堵，所以选择入库和出库各一个车道这种方案进行设计。（1）车辆入库车辆经入库车道入库，当车辆压线时采用称重传感器 1 检测到车辆后，司机取出入库卡刷卡后使控制器 PLC 发出开信号，栏杆机电机正转，栏杆机抬起。当光电传感器 1 与光电传感器 2 先后被触发后，PLC 得到计数信号，数码管显示器显示数减 1。当车辆将离开检测区域，称重传感器 2 检测到车辆后触发 PLC，PLC 向自动栏杆机发出关信号，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。（2）车辆出库车辆经出库车道出库，当车辆压线时，采用称重传感器 3 检测到车辆后，,司机取出入库卡刷卡后使控制器 PLC 发出开信号，栏杆机电机正转，栏
7、杆机抬起。当光电传感器 3 与光电传感器 4 先后被触发后，,PLC 得到计数信号，数码管显示器显示数加 1。当车辆将离开检测区域，称重传感器 4 检测到车辆后触发 PLC，,PLC 向自动栏5杆机发出关信号，栏杆机电机反转，栏杆机自动下落。2.2 硬件结构的选择由系统的设计要求首先设计出系统的基本硬件组成有：控制器、出入库栏杆机、出入库车辆存在检测器、出入库刷卡器、显示器（1）控制器的选型本次设计选用三菱 FX2N 系列 PLC，FX2N 系列 PLC 的特点有：1、集成型高性能 CPU、电源、输入输出三为一体对 6 种基本单元，可以以最小 8 点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入
8、输出 256 点。 2、高速运算基本指令：0.08s/指令，应用指令：1.52数 100s/指令3、安心、宽裕的存储器规格内置 8000 步 RAM 存贮器，安装存储盒后最大可以扩展到 16000 步。 4、丰富的软元件范围辅助继电器：3072 点 定时器：256 点 计数:235 点 数据寄存器:8000 点 5、除了具有输入输出 16256 点的一般速途还有模拟量控制、定位控制等特殊控制FX2N 系列 PLC 的小型化、高速度、高性能都是相当于 FX 系列中最高档次的超小形程序装置。除输入输出 16-25 点的独立用途外还可以适用于在多个基本组件间的连接、模拟控制、定位控制等特殊用途，是一
9、套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块可进行 16-256 点的灵活输入输出组合。可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式自由选择。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变、中断输入处理、直接输出等。本次设计选用三菱 FX2N-48MR-001。（2）出入库栏杆机栏杆机的示意图如图 1 所示，通过电动机的正反转从而实现栏杆机的自动升降。6图 1 栏杆机示意图（3）出入库车辆存在检测器出入库车辆存在检测器由光电传感器与称重传感器共同组成光电传感器的选择：光电开
10、关有光导通，当车辆通过时，光电开关信号通过导线床送给 PLC，从而使 PLC 通过传输的信号进行自动控制。称重传感器的选择：对称重传感器设定车辆检测范围，当检测到车辆到位，将信号传到 PLC，运行相应的程序，本设计采样桥式测力称重传感器，能够对车辆是否到位进行很好的检测。（4）显示器采样两个七段数码管显示器用来显示所剩的停车位数，用单片机控制其显示。3 硬件设计3.1 系统的原理方框图系统的原理方框图如图 2 所示：7出入库刷卡器P L C出入库车辆检测器显示器 出入库栏杆机图 2 系统的原理方框图3.2 主电路主电路图如图 3 所示：Q SK M 2K M 2K M 1 K M 1K M 3
11、Q SK M 3 K M 4K M 4F R 1F R 1三菱F X2 N-3 2 M R -0 0 1LNCOMF U 1 F U 1图 3 主电路3.3 I/O 分配系统 I/O 分配如表 4 所示：8表 4 I/O 分配表PLC 输入/输出端口 对应外围设备X000 称重传感器 1（车库入口）X001 称重传感器 2（车库入口）X002 称重传感器 3（车库出口）X003 称重传感器 4（车库出口）X004 光电传感器 1（车库入口）X005 光电传感器 2（车库入口）X006 光电传感器 3（车库出口）X007 光电传感器 4（车库出口）X014 刷卡器 1（入口）X015 刷卡器 2
12、（出口）X010 栏杆到位开关 1（入口）X011 栏杆到位开关 2（入口）X012 栏杆到位开关 3（出口）X013 栏杆到位开关 4（出口）Y000 电动机正转接触器 1 线圈（入口上升到位）Y001 电动机正转接触器 2 线圈（入口下降到位）Y002 电动机正转接触器 3 线圈（出口上升到位）Y003 电动机正转接触器 4 线圈（出口下降到位）Y004 单片机 89C51 控制个位七段数码管Y005 单片机 89C51 控制十位七段数码管3.4 I/O 接线图系统 I/O 接线图如图 5 所示：9X 0 0 0 X 0 0 1 X 0 0 2 X 0 0 3 X 0 0 4 X 0 0
13、5 X 0 0 6 X 0 0 7 X 0 1 4 X 0 1 5 X 0 1 0 X 0 1 1 X 0 1 2 X 0 1 3 C O MY 0 0 0 Y 0 0 1 Y 0 0 2 Y 0 0 3 Y 0 0 4 Y 0 0 5 C O M三菱 F X 2 N 系列 P L C继电器 1线圈继电器 2线圈继电器 3线圈继电器 4线圈8 9 C 5 1 8 9 C 5 18 8接 5 V 电源F R 1F R 2电压转换电路 电压转换电路入库卡 入库卡压力传感器1压力传感器2压力传感器3压力传感器4光电传感器1光电传感器2光电传感器3光电传感器4刷卡器1刷卡器2栏杆到位开关1栏杆到位开关
14、2栏杆到位开关3栏杆到位开关4图 5 I/O 接线图4. 软件设计4.1 主流程主流程图分别为车辆入库流程图和车辆出库流程图车辆入库流程图： 车辆出库流程图：10开始称重传感器 3 检测是否有车辆压线是否已读取刷卡栏杆上升接触器 3 线圈通电栏杆开始上升到位开关 3 瞬时闭合接触器 3 线圈断电光电继电器 3 、 4 检测是否有车辆经过L E D 显示器数加一称重传感器 2 检测是否有车辆经过栏杆下降接触器 4 线圈通电栏杆开始下降到位开关 4 瞬时闭合接触器 4 线圈断电栏杆下降到位车辆安全通过检测区域返回4.2 程序梯形图系统的程序梯形图如图 6 所示：开 始称 重 传 感 器 1检 测是
15、 否 有 车 辆 压 线是 否 已 读 取 刷 卡栏 杆 上 升 接 触 器 1线 圈通 电 栏 杆 开 始 上 升到 位 开 关 1瞬 时 闭 合接 触 器 线 圈 断 电光 电 继 电 器 1、 2检 测是 否 有 车 辆 经 过LED显 示 器 数 减 一称 重 传 感 器 2检 测是 否 有 车 辆 经 过栏 杆 下 降 接 触 器 2线 圈通 电 栏 杆 开 始 下 降到 位 开 关 2瞬 时 闭 合接 触 器 线 圈 断 电栏 杆 下 降 到 位 车 辆安 全 通 过 检 测 区 域返 回1112图 6 系统程序梯形图5 系统调试将编写好的程序梯形图输入三菱 PLC 中，通过对 P
16、LC 的各个输入点X0，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X14，X15，X10，X11，X12，X13 点控制命令的输入，进而观察到 Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5 的动作，达到对程序的调试。设计心得通过本次的设计，了解到车辆出入库的根本原理，对于 PLC 和个部件之间的控制流程也更清楚，也对于 PLC 的应用有更深层次的了解。本设计采用双车道，车辆出入不拥堵，双车道车辆出入库管理系统的自动化与信息自动化完全能够服务于各种社区小型车库。而且采用光传感器采集信号，用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
17、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。信息自动化程度高外来车辆无法进入车库。管理方便车辆出入自动化。但缺点是有一定的局限性，不适用于大型车库的广泛应用，对于车辆也有限制，不能过长过重。如果在出入口处设置电子狗就可以提高安全性，车辆信息的检测装置在车辆上，当13车辆经过出入口时就实现车辆的身份识别，还有 PLC 的输出口资源有点过于浪费。对于本次设计，发现自己在了解基本原理的基础上进行设计还是有一定困难，如各硬件之间的实际连接等，不能准确的画出电气安装图等。参考文献【1】郁汉琪.电气控制与可编程序控制器 东南大学出版社，2003.【2】李建兴.可编程序控制器应用技术 北京机械工业出版社，2004.【3】陈宇.段鑫.可编程序控制器基础及编程技巧 广州华南理工大学出版社，2002.【4】王永华.现代电器控制及 PLC 应用技术 北京北京航空航天大学出版社，2003.【5】廖常初.PLC 编程及应用 北京机械工业出版社，2005【6】汤以范主编电气与可编程序控制器技术 机械工业出版社，2005.【7】高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例 北京人民邮电出版社，2004.
