电气控制与PLC课程设计报告

电气控制与PLC课程设计课题：停车场车位控制系别：电气与信息工程学院专业：自动化姓名：李红颖学号：092411201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……………………………………………………………………………11、总体概述…………………………………………………………………21.1设计目的………………………………………………………………21.2设计要求………………………………………………………………21.3设计目标………………………………………………………………22、总体设计思路…………………………………………………………22.1车辆入库流程图………………………………………………………32.2车辆出库流程图………………………………………………………33、系统硬件设计…………………………………………………………43.1PLC的I/O分配表……………………………………………………43.2系统接线图……………………………………………………………43.3主电路控制图…………………………………………………………43.4编程元件解析…………………………………………………………43.5系统硬件配置…………………………………………………………64、软系统件设计…………………………………………………………74.1设计分析………………………………………………………………74.2仿真结果………………………………………………………………10结束语………………………………………………………………………11参考文献……………………………………………………………………12附录…………………………………………………………………………131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。2一、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。32.1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ND0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4三、系统硬件设计3.1PLC的I/O分配表表3-1PLC输入/输出分配表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输入输出X0启动按钮Y0尚有车位指示灯X1停止按钮Y1车位已满指示灯X2入传感器Y2正转开启闸栏X3出传感器Y3反转关闭闸栏Y10-Y16个位数码管显示Y20-Y26十位数码管显示5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6UVWFUKM1KM2FRM3QS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7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4.12、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8车入库的动作。如图4.2所示图4.23、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4.34、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95、图4.45、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4.56、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4.6104.2仿真结果1、车辆进入，电机正转，闸栏开启，如图4.7所示图4.72、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11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。12参考文献[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].北京：电子工业出版社，2007.7[6]肖峰、贺哲荣编著.PLC编程100例.北京：中国电力出版社，2009[7]吴中俊、黄永红编著