1、<p>　　車 輛 出 入 庫 管 理 系 統(tǒng)</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章PLC的應用和系統(tǒng)功能概述3</p><p><b>　　1.1引言3</b><

2、;/p><p>　　1.2PLC的基本結構3</p><p>　　1.3PLC的工作原理4</p><p>　　1.4PLC的應用領域5</p><p>　　第二章課題內容與設計方法6</p><p>　　2.1控制要求6</p><p>　　2.2設計思路6</p&g

3、t;<p>　　2.3車輛出入庫管理系統(tǒng)構成7</p><p>　　2.3.1整體框架7</p><p>　　2.3.2傳感器布置7</p><p>　　2.3.3顯示電路8</p><p>　　第三章設計具體步驟9</p><p>　　3.1PLC的選型9</p>

4、<p>　　3.2I/O端口分配10</p><p>　　3.3系統(tǒng)接線圖10</p><p>　　3.4程序流程圖11</p><p>　　3.5指令表12</p><p>　　3.5.1采用基本指令編程指令表12</p><p>　　3.5.2采用狀態(tài)編程指令表14</p&g

5、t;<p><b>　　第四章結語16</b></p><p>　　4.1收獲與體會16</p><p>　　4.2參考文獻16</p><p>　　附錄一 基本指令梯形圖17</p><p>　　附錄二 狀態(tài)編程SFC圖21</p><p>　　PLC的應用

6、和系統(tǒng)功能概述</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著生產力和科學技術的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產活動大量的使用自動化控制，不僅節(jié)約了人力資源，而且很大程度的提高了生產效率，又進一步的促進了生產力快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。</p><p>　　早期的自動控制系統(tǒng)是依靠繼電-接觸器來實現(xiàn)的，其特點是：結構

7、簡單、價格低廉、抗干擾能力強，可以實現(xiàn)集中控制和遠距離控制，但是其采用固定接線，通用性和靈活性差；又采用觸點的開關動作，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。</p><p>　　1969年，出現(xiàn)了可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特點是：具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，編程語言采用直觀的梯形圖語言，軟件更改方便，通用性和靈活性好。</p><

8、p>　　目前，可編程控制器PLC主要是朝著小型化、廉價化、標準化、高速化、智能化、大容量化、網絡化的方向發(fā)展，與計算機技術相結合，形成工業(yè)控制機系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Field bus Control System)，這將使PLC的功能更強，可靠性更高，使用更方便，適用范圍更廣</p><p>　　隨著汽車特別是私有汽車的

9、普及使用，公共場所和社區(qū)汽車流轉數(shù)量激增，這對車輛的安全停放和管理提出了更高的要求，引進先進的控制技術和管理方式，實現(xiàn)對大型停車場系統(tǒng)的集中化和智能化的安全性管理控制已經成為大規(guī)模停車服務管理的必然趨勢。針對現(xiàn)有的停車系統(tǒng)管理中存在的缺陷及PLC技術和傳感器技術的迅猛發(fā)展所帶來的新控制方式和管理方式的變革，采用先進的、科學的、合理的設計方法，建立一套基于PLC的車輛出入庫管理系統(tǒng)最大限度地提高了停車場的使用率，實現(xiàn)車輛出入庫控制、數(shù)量統(tǒng)

10、計、信息查詢過程的自動化，就顯得十分必要。</p><p><b>　　PLC的基本結構</b></p><p>　　中央處理單元(CPU) </p><p>　　中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據；b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的

11、語法錯誤。 </p><p><b>　　存儲器 </b></p><p>　　可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據存儲器兩部分。 &l

12、t;/p><p><b>　　輸入接口電路 </b></p><p>　　輸入輸出信號有開關量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實際涉及到的信號當中，開關量最普遍。</p><p><b>　　輸出接口電路 </b></p><p>　　可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘

13、管輸出(SSR)三種輸出形式。</p><p><b>　　電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。如FX1S額定電壓AC100

14、V—240V，而電壓允許范圍在AC85V—264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。</p><p>　　一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。</p><p><b>　　PLC的工作原理</b></p><p>　　PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。一個掃描周期主

15、要可分為3個階段。</p><p><b>　　輸入刷新階段</b></p><p>　　在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。</p>

16、<p><b>　　程序執(zhí)行階段</b></p><p>　　在程序執(zhí)行階段，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸入刷新階段。</p><p><b>　　輸出刷新階段</b></p><p>　　當所

17、有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。</p><p>　　由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。 </p><p>　　顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每個

18、掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進行刷新，這對一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作

19、將大大減小。但是在快速響應系統(tǒng)中就會造成響應滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊。</p><p>　　總之，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設備的最大特點之一，我們在學習和使用PLC當中都應注意。</p><p><b>　　PLC的應用領域</b></p><p>　　目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、

20、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。</p><p><b>　　開關量的邏輯控制</b></p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線

21、等。</p><p><b>　　模擬量控制</b></p><p>　　在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。</p>

22、<p><b>　　運動控制 </b></p><p>　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。</p>

23、<p><b>　　過程控制 </b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有

24、非常廣泛的應用。</p><p><b>　　數(shù)據處理 </b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據傳送、數(shù)據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據的采集、分析及處理。這些數(shù)據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據處理一般用于大型控制系

25、統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　通信及聯(lián)網 </b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接

26、口，通信非常方便。</p><p>　　PLC的應用領域仍在擴展，在日本，PLC的應用范圍已從傳統(tǒng)的產業(yè)設備和機械的自動控制，擴展到以下應用領域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關聯(lián)的機器、與環(huán)境關聯(lián)的機器，而且均有急速的上升趨勢。值得注意的是，隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊的時候，PLC從傳統(tǒng)的應用于離散的制造業(yè)向應用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。</p>

27、<p><b>　　課題內容與設計方法</b></p><p><b>　　控制要求</b></p><p>　　按自動開關開始工作；入庫車輛前進時，經過1#→2#傳感器后計數(shù)器加1；出庫車輛前進時經過2#→1#傳感器后計數(shù)器減1，單經過一個傳感器則計數(shù)器不動作。由兩位數(shù)碼管顯示車庫內剩余車位數(shù)量，假設最多可停放50輛車，電源接通時照

28、明燈一直亮。</p><p>　　增加時段控制，當天晚上12：00到第二天早上6：00的時間段中，傳感器不工作，其余時間正常工作，修改PLC的內部時鐘，使開始時間為8：00，調試時時間可適當調短。</p><p>　　分別使用兩種編程：基本指令、狀態(tài)編程。</p><p><b>　　設計思路</b></p><p>　

29、　本設計是基于 PLC 的車輛出入庫管理系統(tǒng)，采用兩位 8 段數(shù)碼管來顯示車庫內車輛的剩余數(shù)量。使用一個開關來代表自動開關，當自動開關閉合時，控制系統(tǒng)自動工作；當自動開關打開時，控制系統(tǒng)不工作。再用一個開關來控制照明燈的亮滅，當開關閉合時，照明燈亮起；當開關打開時，照明燈熄滅。</p><p>　　使用開關量輸入模塊的兩個開關來模擬車輛的進出時傳感器產生的信號并完成計數(shù)工作，車輛進入時經過兩個傳感器使顯示數(shù)字減1

30、，車輛外出時經過兩個傳感器使顯示數(shù)字加1，但當車輛只經過一個傳感器時顯示數(shù)字不變。</p><p>　　編程時，將D0存放車庫中已停車輛數(shù)，D1存放車庫中剩余的車位數(shù)，車庫最多有50個車位則，通過減法指令SUB可以很容易的得到D1中的數(shù)據。顯示時采用自動售貨機模塊中的二位數(shù)碼管顯示（自帶譯碼電路，輸入兩位數(shù)字的BCD碼，即可顯示對應的數(shù)字），所以我們可以使用BCD指令將D1中的數(shù)據轉為BCD碼，送給數(shù)碼管顯示。&

31、lt;/p><p>　　時段控制使用三菱FX系列PLC的時鐘運算指令來實現(xiàn)。具體的使用TWR指令來修改系統(tǒng)時間，使用時鐘數(shù)據區(qū)間比較指令TZCP來判斷是否在設定時段內。系統(tǒng)的當前時間存放在數(shù)據寄存器D8013～D8019（按順序分別對應秒、分、時、日、月、年、星期）內，使用MOV指令將時、分、秒數(shù)據轉移到D30～D32中，D20～D22存放時段下限時間，D40～D42存放時段上限時間，然后再用TZCP D20 D40

32、 D30 M10指令比較，則M11=1時表示當前時間在時間段內。</p><p>　　車輛出入庫管理系統(tǒng)構成</p><p><b>　　整體框架</b></p><p>　　整個車輛出入庫管理系統(tǒng)由光傳感器信號采集電路、PLC系統(tǒng)控制模塊、七段數(shù)碼管顯示電路模塊三部分組成，其整體框架圖如圖1所示：</p><p>　　

33、圖1 車輛出入庫管理系統(tǒng)整體框架</p><p><b>　　傳感器布置</b></p><p>　　圖2 傳感器布置示意圖</p><p>　　如圖2所示布置兩個傳感器，兩個傳感器相距1m左右的距離（小于車身長）。當車輛經過傳感器時，傳感器向PLC發(fā)出高電平信號（邏輯1）；車輛離開傳感器時，傳感器向PLC發(fā)出低電平信號（邏輯0）。&l

34、t;/p><p>　　由此將1#、2#傳感器分別接于X001、X002則入庫（出庫）分別有四種可能情況，如下所示：</p><p>　　入庫時只經過1#傳感器，然后退出；出庫時只經過2#傳感器，然后退出。X001、X002變化過程如下：</p><p>　　入庫：00→10→00，計數(shù)器不變；</p><p>　　出庫：00→01→00，計數(shù)器不

35、變；</p><p>　　入庫時經過1#、2#傳感器，在未離開1#傳感器時又退出；出庫時經過2#、1#傳感器，在未離開2#傳感器時又退出。X001、X002變化過程如下：</p><p>　　入庫：00→10→11→10→00，計數(shù)器不變；</p><p>　　出庫：00→01→11→01→00，計數(shù)器不變；</p><p>　　入庫時經過1

36、#、2#傳感器，在離開1#傳感器但又未離開2#傳感器時退出；出庫時經過2#、1#傳感器，在離開2#傳感器但又未離開1#傳感器時退出。X001、X002變化過程如下：</p><p>　　入庫：00→10→11→01→11→10→00，計數(shù)器不變；</p><p>　　出庫：00→01→11→10→11→01→00，計數(shù)器不變；</p><p>　　正常入庫；正常出庫

37、；X001、X002變化過程如下：</p><p>　　入庫：00→10→11→01→00，計數(shù)器加一；</p><p>　　出庫：00→01→11→10→00，計數(shù)器減一；</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　顯示電路使用實訓裝置自動售貨機的PLC控制系統(tǒng)模塊上的兩個七段數(shù)碼管來顯示剩余車

38、位數(shù)量。此顯示模塊有8個輸入端口A0～D0、A1～D1，使用時只需將兩位數(shù)的BCD碼分別輸出到A0～D0、A1～D1，就能在數(shù)碼管上顯示對應的0～99數(shù)字。由此將PLC的Y000～Y007輸出端口接于A0～D0、A1～D1，接線圖如圖3所示：</p><p>　　圖3 顯示模塊接線</p><p><b>　　設計具體步驟</b></p><p

39、><b>　　PLC的選型</b></p><p>　　目前，國內外生產的PLC種類很多，在選用PLC時應考慮以下幾方面：</p><p><b>　　規(guī)模要適當</b></p><p>　　輸入、輸出點數(shù)以及軟件對PLC功能及指令的要求是選擇PLC機型規(guī)模大小的重要依據。首先要確保有足夠的輸入、輸出點數(shù)，并留有一定

40、的余地（要有10%的備用量）。</p><p>　　還應確定用戶程序存儲器的容量。一般粗略的估計方法是：（輸入+輸出）×（10～12）=指令步數(shù)。</p><p>　　功能要相當，結構要合理</p><p>　　對于以開關量進行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機就能滿足要求。</p><p>　　對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，

41、應選用帶A/D、D/A轉換，加減運算、數(shù)據傳送功能的低檔機。</p><p>　　對于控制比較復雜，控制性能要求較高的系統(tǒng)，可是控制規(guī)模及復雜的程度，選用中檔機或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制等、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。</p><p>　　對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，選用整體是機構PLC。其他情況則選用模塊式結構PLC。<

42、;/p><p>　　輸入、輸出功能及負載能力的選擇</p><p>　　選擇哪一種功能的輸入、輸出形式或模塊，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號的種類、參數(shù)要求和技術要求，需用具有相應功能的模塊。為了提高抗干擾能力，輸入、輸出均應選用具有光電隔離的模塊。對于輸出形式，分為無觸點和有觸電兩種形式。無觸點輸出大多使用大功率三極管（直流輸出）或雙向可控硅（交流輸出）電路，其優(yōu)點是可靠性高、響應速度快、壽

43、命長，缺點是價格高、過載能力差。有觸電輸出是使用繼電器輸出，其優(yōu)點是適用電壓范圍寬、導通壓降損失小、價格便宜，缺點是壽命短、響應速度慢。</p><p>　　此外，還應考慮輸入、輸出的負載能力，要注意承受電壓值和電流值。應該指出的是，輸出電流值和導通負載電流值是不同的概念。輸出電流值是指每一個輸出點的驅動能力。導通負載電流值是指整個輸出模塊驅動負載時所允許的最大電流值，即整個輸出模塊的滿負荷能力。</p&g

44、t;<p><b>　　使用環(huán)境條件</b></p><p>　　在選擇PLC時，要考慮使用現(xiàn)場的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般考慮的環(huán)境條件有：環(huán)境溫度、相對濕度、電源允許波動范圍和抗干擾等指標。</p><p>　　根據控制要求，此車輛管出入庫理控制系統(tǒng)的輸入信號有4個，均為開關量；輸出信號有9個。再綜合以上選擇依據，此控制系統(tǒng)選用FX2N-32MR

45、-001，I/O點數(shù)各為16個，可以滿足控制要求，且留有一定裕量。</p><p><b>　　I/O端口分配</b></p><p>　　根據控制要求，此車輛管出入庫理控制系統(tǒng)的輸入信號有4個，均為開關量；輸出信號有9個。各輸入輸出端口分配如下表1所示：</p><p>　　表1 車輛出入庫管理系統(tǒng)I/O端口分配表</p>

46、<p><b>　　系統(tǒng)接線圖</b></p><p>　　由2.2.3節(jié)、3.1節(jié)和3.2節(jié)中的內容，可以畫出整個系統(tǒng)的接線圖如圖4所示：</p><p>　　圖4 車輛出入庫管理系統(tǒng)接線圖</p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p>　　系統(tǒng)程序的流程圖如圖5所

47、示：</p><p>　　圖5 程序流程圖</p><p><b>　　指令表</b></p><p>　　采用基本指令編程指令表</p><p><b>　　采用狀態(tài)編程指令表</b></p><p><b>　　結語</b></p>

48、<p><b>　　收獲與體會</b></p><p>　　本次課程設計歷時近二周，在二周里，我通過對已有理論知識的更進一步學習和研究，結合實際情況進行了一次極其有意義的實踐。實踐初期，我發(fā)現(xiàn)，有些知識雖然之前學習過、都有所了解，但是在真正操作起來卻困難重重。期間，有些不扎實的基礎知識也在實踐中暴露了出來。我不斷地通過查閱書籍和說明書來進行研究、討論，甚至向其他同學們虛心求教。&

49、lt;/p><p>　　編程過程中，我一次次試驗、探索、改進程序。從開始的照搬過渡到模仿，直到后來的自主改寫、編寫程序，由此我得到了很大的鍛煉，對 PLC的梯形圖編程思想和技巧都有了些自己的想法。有時，很小的一個錯誤和遺漏就導致計算機在運行程序時候顯示 N 個 錯誤。有時，很微小的一次改變就能夠讓顯示多錯誤的程序能夠正確運行，那句“細節(jié)決定 成敗”在編程中得到了最淋漓盡致的體現(xiàn)。</p><p&g

50、t;　　總而言之，本次實踐，讓我獲益匪淺。我不僅僅是完成了一個課程設計項目，更重要的是，我在此過程中鞏固了理論知識，并且學到了一些課堂上無法學到的東西，收獲了一些做事的道理。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　史國生，王念春，趙陽.《電氣控制與可編程控制器技術》.3版.北京：化學工業(yè)出版社，2010.5</p><p

51、>　　史國生，鞠勇.《電氣控制與可編程控制器技術實訓教程》.北京：化學工業(yè)出版社，2009.12</p><p>　　王志遠，李敏，王小慶.《基于PLC的車輛出入庫管理系統(tǒng)設計》.黑龍江八一農墾大學學報，第20卷第1期，2008.2</p><p>　　王萬麗，郝慶文，臧永福. 《三菱系列PLC原理及應用》.北京：人民郵電出版社，2009</p><p>