基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)

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. 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 PLC的停車場車位控制系統(tǒng) 作者姓名：申瑾瑤 專業(yè)班級 機電一體化30902 學 號 15 指導教師 耿驚濤 楊慧靜 陳冬 盧永霞 成 績 基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng) 摘 要 本文提出一種運用可編程控制器（PLC）對停車場進出及停放指示進行管理的方案。本停車場由16位停車位、入口檢測器、出口檢測器、道閘管理系統(tǒng)、七段數(shù)碼管用來顯示車庫內(nèi)車輛數(shù)、尚有車位指示燈、車位已滿指示燈等部分組成。采用PLC的自動控制系統(tǒng)，由于PLC具有可靠性、易操作性、靈活性等優(yōu)點，因此，本控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)停車場相比，大大提高了設計效率，維護周期短、調(diào)試方便、成本較低、易操作、可靠性高，有很強的實用價值。 關鍵詞：PLC；停車場管理；車位控制 Based on PLC control system of parking Spaces Abstract This paper proposes a kind of using the programmable controller (PLC) and parking for parking and manages the instructions. This parking occupies by 16 parking space, entrance detector, export detector, the management system, the digital works to display the seventh in the garage parking lights and a number of vehicles, the parking is full already indicator components. Adopting PLC automatic control system, PLC is due to the reliability, easy operation, flexibility, therefore, the advantages of the control system and the traditional parking, compared to improve the design efficiency greatly, maintenance cycle is short, convenient, low cost, easy operation, high reliability, has great practical value. Key words: PLC; Parking management; Parking control 目 錄 第1章 停車場的概論 …………………………………………………………………… 1.1 停車場的種類 ……………………………………………………………………… 1.2 停車場管理模式的發(fā)展 …………………………………………………………… 第2章 可編程控制器（PLC）簡介及發(fā)展趨勢……………………………………… 2.1 PLC的起源 …………………………………………………………………………… 2.2 PLC的特點…………………………………………………………………………… 2.3 PLC發(fā)展的方向……………………………………………………………………… 2.4 PLC選型及簡介……………………………………………………………………… 2.5 PLC總結 ………………………………………………………………………………………… 第3章 硬件系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………… 3.1七段數(shù)碼管的設計 …………………………………………………………………… 3.2車位傳感器 …………………………………………………………………………… 3.3道閘管理系統(tǒng)………………………………………………………………………… 3.4車位指示板…………………………………………………………………………… 第4章 軟件系統(tǒng)的設計………………………………………………………………… 4.1 PLC外部輸入輸出點（I/O）………………………………………………………… 4.2 車輛進庫 …………………………………………………………………………… 4.3 車輛出庫 …………………………………………………………………………… 4.4車輛進出庫梯形圖…………………………………………………………………… 4.5軟件程序……………………………………………………………………………… 第5章 課題總結及展望 5.1課題總結……………………………………………………………………………… 5.2展望…………………………………………………………………………………… 致謝 …………………………………………………………………………………………… 參考文獻……………………………………………………………………………………… 停車場車位控制系統(tǒng) 第1章 停車場的概論 1.1 停車場的種類 停車場的形式經(jīng)歷了從露天、平面、人工收費到地下、自動計費停車場到塔式、立體、智能取車、自動計費的發(fā)展歷程。 根據(jù)停車場位置的不同，停車場分為地面停車場、地下停車場及專用停車塔（樓）及路邊臨時占道停車場。依據(jù)建筑物類型的不同，又可分為市區(qū)公共建筑群大型停車場（如成都天府廣場的地下停車場）、綜合建筑樓專用停車場（如各類商場及辦公樓專用停車場）、辦公區(qū)域專用地面停車場（如校園停車場）、住宅小區(qū)專用停車場及用于經(jīng)營的專用停車樓（塔）。 1.2 停車場管理模式的發(fā)展 停車場的管理模式呈現(xiàn)出從人工管理到智能化管理的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的管理方式采用人工管理的方式，車輛的進出、停放都由人工引導，計費也由人工計費收取。自動化程度低，管理的隨意性較大。 人類文明的發(fā)展進入信息時代，現(xiàn)代建筑的發(fā)展也進入智能建筑時代，計算機技術、現(xiàn)代通信技術、網(wǎng)絡互連技術、數(shù)據(jù)庫技術、信息發(fā)布技術、智能信息及其處理技術、自動化控制技術等關鍵技術都日臻成熟。特別是近年來IC卡技術的廣泛應用使得電子化、信息化、自動化、智能化管理停車場的實現(xiàn)技術也不斷改進和完善，成本逐漸降低，安全性及可靠性要求不斷提升，因此全人工管理停車場已難以適應時代的要求，對停車場實現(xiàn)自動化、智能化的管理與監(jiān)控勢在必行。包括車輛出入工程的相關提示，停放服務的自動計費、車輛進出的自動化監(jiān)控聯(lián)動、自動記錄進出車輛的相關信息及歷史數(shù)據(jù)等。一些專用停車塔（樓）則智能化程度更高。車輛入庫只需取卡后定點等待，自動化傳輸設備自動完成車輛的傳送、托舉、入庫、計時及出庫過程。整個停車場設備高度智能化，停取車過程高度自動化，停車場空間利用效率更高。同時該類型停車場要求在建筑專業(yè)化規(guī)劃，停車場設備的專業(yè)化要求也相應更高。 2.可編程控制器（ＰＬＣ）簡介及發(fā)展趨勢 2.1 PLC的起源 在工業(yè)自動化控制領域主要分為PLC，工控機和嵌入式控制，而PLC自1968年誕生以后以驚人的速度成為了這一領域的主導者，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。其主要原因，在于它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術來面對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術的采用、系統(tǒng)開放性和價格。 PLC技術發(fā)展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點之一。大多數(shù)人認為，PLC將會繼續(xù)失去市場份額；更有甚者認為，在工業(yè)PC面前，PLC將會一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應用領域仍將為PLC提供一定的市場份額。 2.2 PLC的特點 就我個人來看，PLC市場份額不但不會減少，反而將會增加。許多年前開始，就有人預言，PLC將要被PC-BASED控制系統(tǒng)取代。但是，PLC的銷售每年都在以一個十分穩(wěn)定的增長率在上升，目前的PLC已經(jīng)與十年前的PLC有著很大的區(qū)別，十年后的PLC與當前的PLC也將有著很大的不同。但是，有兩個方面是不變的：首先，PLC會提供穩(wěn)定的控制響應，其次，高度的可靠性。PLC有著其它控制產(chǎn)品，如工控機，DCS，單片機等控制產(chǎn)品，所無法替代的特性。 1．可靠性 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿?，表現(xiàn)在下列幾個方面： a)可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間縮短，因此可靠性得到提高。 b)可編程控制器采用一系列可靠性設計方法進行設計，例如冗余設計，掉電保護，故障診斷，報警和運行信息顯示和信息保護及恢復。 c)可編程控制器有較強的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計的硬件使可靠性大大提高。 d)可編程控制器的硬件設計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業(yè)級元件，采用先進的電子加工工藝（SMT）制造，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲器內(nèi)容的保護，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設計等。 2．易操作性 a)操作方便：對PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進行程序輸入和更改操作?，F(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號、繼電器編號或接點號等直接進行搜索或按順序尋找，然后可以在線或離線更改。 b)編程方面：PLC有多種程序設計語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進展為主線，十分適合設計人員與工藝專業(yè)人員設計思想的溝通。功能模塊圖和結構化文本語言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點。 c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術要求較低，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復節(jié)省了時間。 3．靈活性 a)編程的靈活性：PLC采用的標準編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結構化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進行編程，編程方法的多樣性使編程方便。 b)擴展的靈活性：PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可以根據(jù)應用的規(guī)模不斷擴展，即進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件數(shù)來增加點數(shù)，通過擴展單元擴大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能。 c)操作的靈活性：操作的靈活性指設計工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。 4．機電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設備和裝置提出了機電一體化，即儀表、電子、計算機綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設計的控制設備，具有體積小、功能強，抗干擾性好等優(yōu)點，它將機械與電氣部件有機地結合在一個設備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當今數(shù)控技術、工業(yè)機器人、離散制造和過程流程等領域的主要控制設備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC，機器人，CAD/CAM）之一。 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設備的故障，這些技術上的改進，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻者。 由以上特點不難看出，PLC在工業(yè)控制領域，不僅不會逐漸推出，而且會不斷擴大他的市場份額。表面上看工控機的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細分析一下可以看到，工控機在某種程度上其實幫助了PLC的發(fā)展，因為PLC的可靠性高，易操作，但對與操作員站的一些功能，如曲線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠不及工控機，而工控機的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機與PLC結合的控制系統(tǒng)更為完美。工控機的出現(xiàn)推動了PLC的發(fā)展。 2.3 PLC發(fā)展的方向 其實PLC自誕生以來也是在不斷發(fā)展改進創(chuàng)新的。采用新的、先進的微處理器和電子技術達到快速的掃描時間。 小型的、低成本的PLC，可以替代4到10個繼電器，獲得更大的發(fā)展動力。 高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口。 基于微處理器的智能I/O接口，擴展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，網(wǎng)絡，CAN總線，現(xiàn)場總線，ASCII通信，定位，主機通訊模塊，和支持高級語言編程的模塊（如BASIC，PASCAL）。 包括輸入輸出模塊和端子的結構設計改進，使端子更加集成。 特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應力測量、快速響應脈沖等。 由于工控機，DCS等控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將迫使PLC向著功能更多，開放性兼容性更強的方向不斷發(fā)展。 2.4 PLC選型及簡介 1．選擇的原則 選擇PLC是首待解決的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設。 對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用。則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或對PLC的位置控制有特殊要求等。 （2）價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數(shù)。 因為本次課程設計是在學校完成?？紤]到實驗室中應用的是三菱FX2N型PLC，對此種型號PLC的指令以及使用方法都比較熟悉。所以本次設計采用就近取材原則選三菱FX2N型PLC。 2．FX2N型PLC的簡介 20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎上又推出了FX2N系列產(chǎn)品。該機型在運算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。 FX2NPLC的基本單元可以根據(jù)控制規(guī)模大小外加擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構成疊裝式PLC控制系統(tǒng)。下圖是FX2N可編程控制器基本單元實物圖。 FX2N可編程控制器實物圖 2.5 總結 PLC的未來發(fā)展除了產(chǎn)品本身的發(fā)展，更大程度上取決于用戶和市場的發(fā)展，任何產(chǎn)品存在的根本在于用戶和市場的需求。PLC以它的高可靠性和易操作性，主導了工控行業(yè)數(shù)十年，我相信它將繼續(xù)存在且壯大下去。 PLC是一種可編程的數(shù)字邏輯控制設備，早期用于開關量的邏輯控制，多用做控制電動機正反轉和電磁閥的開關動作，從而控制機械設備的運轉。只要合理分派輸入、輸出點，根據(jù)控制要求設計梯形圖，采用基本指令和步進指令就可達到控制目標。隨著控制要求的不斷提高，許多PLC生產(chǎn)廠家進一步優(yōu)化和完善PLC的功能，增加了功能指令，大大拓寬了PLC的應用范圍，使PLC在某種程度上可以代替控制器和計算機的協(xié)同工作系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)和民用控制設計提供方便。 PLC的具有可靠性高、功能性強和編程簡單等優(yōu)點，所以深受設計人員的喜愛。PLC就如同一部計算機與繼電器控制設備相結合的新型高性能控制裝置。PLC的基本單元包括中央控制器(PLC)、存儲器、輸入單元和輸出單元。采用模塊化結構為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結構。PLC的各個部件包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。下面是PLC的基本單元結構圖： 存儲器 輸入單元 輸出單元 擴展模塊 擴展模塊 中央處理器 CPU PLC基本單元物理結構圖 PLC就物理結構來說有豐富的輸入輸出端，而從PLC的邏輯結構來說，內(nèi)部有許多軟元件，如輸入輸出繼電器、狀態(tài)器、計數(shù)器。計時器和數(shù)據(jù)寄存器及器件所對應的常開常閉觸電，方便對車輛進出、停車、計數(shù)、計時的信號輸入和車輛停放數(shù)量、位置的顯示。 大多數(shù)PLC的編程方式都有梯形圖編程、指令表編程和順序功能圖(PLC)編程，特別是梯形圖編程方式，直觀易懂。除了運用基本指令可以完成大量工作，功能指令的擴展更為系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試和維護帶來很多便利，本文以梯形圖編程方式設計停車場管理系統(tǒng)，無論從設計到功能分析都是極為方便的。 3. 總體方案設計 通過查閱大量相關技術資料，并結合自己的實際知識，我主要提出了兩種技術方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將對這兩種方案的組成框圖和實現(xiàn)原理分進行說明。 1. 如圖1-1所示，假設有一停車場共有16個車位。 2.在入口處裝設一傳感器，用來檢測車輛進入的數(shù)目。 3.在出口處裝設一傳感器，用來檢測車輛出去的數(shù)目。 4.有車位時，入口閘欄才將門開啟讓車輛進入，并有指示燈示表示尚有車位。 5.車位滿時，則有一指示燈顯示車位已滿，且入口閘欄不能開啟讓車進入。 6.可以用七段數(shù)碼顯示管上顯示目前停車場共有幾部車。 3.2 方案比較 1．方案一 本設計是基于PLC的停車場控制系統(tǒng)，在停車場進口處裝一傳感器1，出口處裝一傳感器2，傳感器接受到高電平信號而控制電機的正反轉，停車場處的閘門開合。傳感器1、2所輸出的脈沖分別輸入給計數(shù)器1、2，計數(shù)器1、2將計的數(shù)據(jù)存儲在存儲器1、2中，進的車輛數(shù)與出的車輛數(shù)想減得到的數(shù)據(jù)再傳輸給存儲器3。 2 方案二 本設計在停車場閘門口處裝兩個光電傳感器BEN5M-MDT，傳感器所接受到的信號控制電機的正反轉，停車場的閘門開合閘，另外，傳感器所接受到的信號傳輸給plc控制系統(tǒng)的雙向計數(shù)器C250，C250具有計數(shù)存儲功能，并將計數(shù)結果實時傳輸給帶譯碼器的七段數(shù)碼顯示器顯示，如顯示的數(shù)為16時，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時，則閘門繼續(xù)工作。如下圖 圖3-2方案二原理框圖 3.3 方案論證 方案一 所存儲的數(shù)據(jù)將會傳輸給數(shù)碼顯示管顯示，如顯示的數(shù)為16時，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時，則閘門繼續(xù)工作。其原理框圖如下圖2所示： 車進開/合閘 車出計數(shù)器1存儲器1 計數(shù)器2存儲器2 存儲器3數(shù)碼顯示 方案二 本設計在停車場閘門口處裝兩個光電傳感器BEN5M-MDT，傳感器所接受到的信號控制電機的正反轉，停車場的閘門開合閘，另外，傳感器所接受到的信號傳輸給plc控制系統(tǒng)的雙向計數(shù)器C250，C250具有計數(shù)存儲功能，并將計數(shù)結果實時傳輸給帶譯碼器的七段數(shù)碼顯示器顯示，如顯示的數(shù)為16時，則門口處的閘門停止工作，如顯示的數(shù)還沒到16時，則閘門繼續(xù)工作。 3.4 方案選擇 上述兩個方案均是基于PLC來設計的，設計所需要的硬件部分PLC系統(tǒng)都可以提供，均可以達到設計的要求。方案一所用的程序指令簡單易懂，可步驟繁，接線圖較復雜；方案二所用的程序指令簡單，步驟較少，利用了C250的雙向計數(shù)原理，通過兩個輸出端口向顯示器輸送數(shù)據(jù)，簡單且易于實現(xiàn)。通過以上權衡比較，顯然方案二是實現(xiàn)本次設計任務較合理的方案。 4.硬件系統(tǒng)的設計 監(jiān)控PC機 入場控制PLC 出場控制PLC 道閘系統(tǒng) 車位傳感器 道閘系統(tǒng) 圖3-1系統(tǒng)構成簡圖 4.1 七段數(shù)碼管的設計 要進行數(shù)字顯示最常用的器件就是七段數(shù)碼管，它是由a、b、c、d、e、f、g七個LED組成。通過使不同的LED組合發(fā)光，達到數(shù)字的顯示效果。七段數(shù)碼管各數(shù)碼段分布及排序如圖二所示,并聯(lián)式七段數(shù)碼管譯碼原理如圖所示。每個數(shù)碼段通過限流電阻和譯碼開關(譯碼開關泛指能起到開關作用的器件,如:三級管、集成電路、普通開關、接插件)相互并聯(lián),然后與電源聯(lián)接,由譯碼開關譯碼,譯碼開關導通,表示與該譯碼開關相聯(lián)的數(shù)碼段顯示;譯碼開關關斷,表示與該譯碼開關相聯(lián)的數(shù)碼段不顯示,數(shù)碼段不同的顯示組合,就可顯示“0-9”10個阿拉伯數(shù)字。例如:在圖3中,譯碼開關SA, SB, SC, SD, SE, SF導通,顯示數(shù)碼“0”;譯碼開關SB, SC導通,顯示數(shù)碼“1”,以此類推。 　　　 七段數(shù)碼管各數(shù)碼管分布 七段數(shù)碼管譯碼原理 3.2 車位傳感器 1．車位傳感器工作原理及選型 車位傳感器負責采集車位的狀態(tài)信號，本節(jié)依據(jù)其工作原理進行選型[8]。 2．各類車位傳感器 車位檢測是大型室內(nèi)專業(yè)停車場實現(xiàn)車位自動化定點管理的基礎，車位傳感器則是其中的關鍵部件。目前對車位占、空狀態(tài)的檢測常采用地感線圈檢測器、超聲波車位傳感器等常用方式。近來亦有采用視頻車位檢測器實現(xiàn)對車位的檢測。電感線圈檢測方式常被用于停車場的出入控制系統(tǒng)。視頻車位檢測器則采用視頻圖像處理技術，采用攝像頭同時監(jiān)控多個車位，并將車位的占用信息傳遞到上位控制計算機。除了傳送簡單的車位占用情況信息之外，還可以傳送現(xiàn)場監(jiān)測圖片。視頻車位檢測系統(tǒng)通常由圖像采集、圖像處理、網(wǎng)絡通信、顯示控制及電源五大模塊組成。系統(tǒng)對車位狀態(tài)的監(jiān)測需要強大的信息處理能力。超聲波車位傳感器則采用超聲波測距的工作原理，利用超聲波發(fā)射、被測物體反射、回波接收后的時差來測量被測距離的一種非接觸式測量儀器。能夠檢測車輛是否停在車位上，具有防誤檢功能，如防相鄰車位誤檢、人員在停車位誤檢、障礙物誤檢等。由于使用超聲波偵測，不會象使用紅外線、微波等偵測方式容易受外在環(huán)境變化或干擾而造成誤報問題。由于每個傳感器都有獨立的防干擾功能，也不受周圍傳感器的干擾。檢測車位占、空狀態(tài)可以采用光電、電磁、紅外檢測等多種方法設計車位傳感器，但從檢測原理及工程實施來看，超聲波檢測器具有造價低、非埋設、無附加反射裝置、免維護和抗靜電干擾等優(yōu)點，有利于網(wǎng)絡群測系統(tǒng)的構成?；诔暡▊鞲衅鞯纳鲜鰞?yōu)點，本文系統(tǒng)中對停車場車位的檢測選用超聲波車位傳感器。 3．超聲波車位檢測原理 超聲波車位傳感器利用超聲波發(fā)射、被測物體反射、回波接收后的時間差來測量被測距離，根據(jù)不同距離時回波時間差的不同來判斷車輛是否停在車位上。 超聲回波示意圖所示： 傳感器 S H 超聲回波示意圖 在沒有車時，從發(fā)出超聲波到接收到回波的時間：（常數(shù)）其中s為傳感器到地板的距離，v為0℃時超聲波在空氣中的傳播速度，其值為331.5 m/s。當有車泊位時，由于超聲波被車反射回，因此，從發(fā)出到接收回波的時間相對于沒車時會減小，其大小為，其中H為車頭的高度。 這里討論的停車場是以能容納16輛車的車庫為例設計一個管理系統(tǒng)。 分析評估控制任務 PLC 機型選擇 程序設計 電器系統(tǒng)安裝 檢查修改程序 調(diào)試程序 設計硬件系統(tǒng)接線圖 滿足要求？ 聯(lián)機調(diào)試 符合要求？ 檢查硬件接線 編制技術要求 現(xiàn)場安裝調(diào)試 N Y N N Y Y 自動控制系統(tǒng)的設計流程 存儲器 CPU 編程器 Ｉ／Ｏ接口 智能Ｉ／Ｏ 通信接口 擴展接口 系統(tǒng)總線 PLC系統(tǒng)框圖 3.3道閘開關系統(tǒng) 　在車庫入口處，道閘前的地下埋設車輛檢測器，當車輛停在道閘前，檢測器會向PLC發(fā)出信號告知將有車輛進入，道閘處于準備打開狀態(tài)，只要身份識別正確，道閘立即打開。道閘后的地面也要埋設檢測器，車輛通過后，告知PLC要增加一輛汽車的數(shù)量，并在車庫門前指示板上的數(shù)碼管顯示，最后控制道閘關閉。下面是道閘開關功能示意圖： PLC 道閘打開信號 道閘關閉信號 道閘 道閘前檢測器 道閘后檢測器 道閘開關示意圖 3.4停車場車位指示板 在車庫入口處應該安裝指示板，告知車輛司機整個車庫的停放情況，包括數(shù)量和停放的位置。車庫和指示板的示意圖如圖所示： 9 1 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 停車場車位指示板 當某一位置沒有停放車輛時，相應編號的指示燈亮，司機看見使就可以按照指示進入車庫按位停車。這個部分同樣可以用梯形編程圖來實現(xiàn)。 車位線使程序，相對比較簡單，所用到得軟元件X10－X17，X20-X27，輸出端原件Y20-Y27，Y30-Y37，輸出輸入原件共計16對。只要在車尾頂部安裝紅外檢測裝置，就可以對車位有無車輛進行檢測。當車位無車輛時相應輸入繼電器不通電，常閉節(jié)點合上，輸出端所連接的指示燈亮，如圖中8號和9號燈亮，證明這兩個車位為空。而其余位置有車，所以相應的指示燈熄滅。 5. 軟件系統(tǒng)設計 5.1 PLC外部輸入/輸出點(I/O) PLC外部輸入/輸出點（I/O） 輸入點 輸出點 系統(tǒng)動作 X1——00000 閘欄開門 Y1——01000 系統(tǒng)解除 X2——00001 閘欄關門 Y2——01001 入口檢測器 X3——00002 尚有車位指示燈 Y3——01002 出口檢測器 X4——00003 車位已滿指示燈 Y4——01003 正傳停止傳感器 X5——00004 顯示車輛數(shù)七段燈 Y10-Y17——01004-01010 反轉停止傳感器 X6——00005 COM COM 01000 00000 01001 00001 01002 00002 01003 P 00003 01004 00004 01005 00005 01006 L 00006 01007 00007 01008 00008 01009 C 00009 01010 00010 01011 00011 01012 00012 01013 00013 01014 00014 01015 00015 01016 00016 01017 00017 G G N DISPLAY X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 10-Y17 PLC硬件接線圖 5.2車輛進庫 編程圖上，在支路2中，X0表示車輛檢測裝置開關，只要車輛駛到道閘前，車輛檢測器發(fā)出信號使X0關閉，輔助繼電器M1進入準備通電狀態(tài)；只要X1閉合，支路1通電，驅動輔助繼電器M0，其節(jié)點M0閉合，M1馬上通電，M1節(jié)點動作，使輸出線圈Y0置位，其相應的輸出端Y0發(fā)出信號控制道閘升降的電動機正轉，同時復位Y1線圈，確保道閘沒有反轉信號。這時道閘就打開，車輛通過。 車輛通過以后，經(jīng)過道閘后車輛檢測器，這時有幾道控制目標，所以運用主控制器指令MC對所有工作一并控制。檢測器發(fā)出信號使開關X2閉合，PLC就執(zhí)行MC和MCR之間的程序，首先把Y0輸出線圈復位，即道閘電動機正轉信號復位，同時置位Y1輸出線圈，是電動機反轉，道閘關閉。同時設定一個數(shù)據(jù)寄存器D0中的二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)輸出到以10為首的八個輸出端，驅動車庫大門指示板上的顯示管，最后，在道閘關閉的終點安裝一個限位開關X3，當?shù)篱l恢復原位時，X3節(jié)點接通，使電動機反轉信號復位。 車輛進出控制程序流程圖 　 車輛進庫梯形圖 5.3車輛出庫 　車輛出庫時，要減少車輛數(shù)量記錄，并且在車庫出口也要安裝出口道閘，下面是車輛出庫的梯形圖。 由圖中可以看出，車輛出庫與入庫的基本原理相同，只是輸入原件與輸出原件不同，出庫與入庫所用到的元件必須分開。并且，要使車輛數(shù)量減少，用DEC功能指令使記錄車輛數(shù)的數(shù)據(jù)寄存器D0減一，最后道閘關閉。 車輛出庫梯形圖 5.3車輛進出庫梯形圖 車輛進出庫梯形圖 5.5 軟件程序 軟件程序 6． 課題總結及展望 6.1 課題總結 本文研究的主要內(nèi)容是基于PLC的停車場車位控制系統(tǒng)，在前人的基礎上做了進一步的研究，吸取了前人研究的精華，補充了前人研究的不足。本系統(tǒng)是基于PLC的自動控制系統(tǒng)，由于PLC本身的特點使自動控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的可靠性。在本課題研究過程中主要進行了以下工作： （1）詳細分析了國內(nèi)外目前的基于PLC的停車場，比較之后，硬件部分，設計了七段碼顯示器以及車輛進出庫傳感器。軟件部分，選擇了以PLC為核心自動控制系統(tǒng)，因此，經(jīng)過研究最后決定將硬件和軟件部分結合起來，形成了本控制系統(tǒng)的整個部分 （2）在比較了各種型號的PLC的功能之后，選擇了三菱公司的FX2N系列PLC， （3）建立了車輛進出庫數(shù)學模型，為其編寫了程序語言。 6.2 展望 由于本系統(tǒng)的實現(xiàn)技術要求比較高，而且課題研究的時間倉促，以及本人能力有限，因此還有很多地方存在著不足之處： （1）本系統(tǒng)中的硬件部分不能實現(xiàn)集中控制，這樣就增加了程序的編寫難度，也相應的增加了系統(tǒng)的成本。 （2）系統(tǒng)穩(wěn)定性需要加強，復位電路有時會出現(xiàn)不能自動復位的情況，由于本人能力有限未能找出其中的原因，盡管這種情況不常發(fā)生，但是一旦發(fā)生就影響系統(tǒng)的運行。 （4）在功能上需要更加完善，本系統(tǒng)沒有設置報警裝置，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，系統(tǒng)不能做出報警動作，這樣也會影響系統(tǒng)的跟蹤質(zhì)量。 由于本人能力有限，做出的系統(tǒng)存在不少的問題，希望有更多的人參與其中，最終能做出性能好、精度高的停車場管理系統(tǒng)，以適應越來越多的私家車對停車位的需求。希望有更多的人參與到這項研究中來，性能好、精度高、低成本的控制系統(tǒng)是我們的目標。 致 謝 三年大學生活即將結束，回首這三年，我感到很慚愧，也很感激，慚愧的是我沒有好好把握這三年的美好時光，沒有好好學習專業(yè)知識，荒廢了我的學業(yè)，感激的是我有幫助我的同學和老師，他們無微不至的關懷是我一生都不會忘記的，我將永遠記住他們，以后有機會，我盡我的能力報答他們。 首先，我要感謝我的導師給了我一個展示自我的平臺，讓我把大學期間所學的專業(yè)知識系統(tǒng)地展示出來，在論文整理期間給了我很大的幫助及關懷使我一生受益。 其次，整個論文期間，還得到了許多其他老師和同學們及朋友們的關心、鼓勵和熱情的幫助，在此一并向他們致以謝意。 最后，愿老師工作順利，桃李滿天下，愿我的同學朋友學業(yè)有成，事業(yè)有成！再次感謝他們所有人對我的幫助。 參考文獻 [1] 黃樹波.城市建設應發(fā)展立體停車庫[J].技術革新.2004 (3) [2] 張長纓，張侃諭.智能型立體車庫的構成及智能化方案[J].控制系統(tǒng).2002 (1) [3]陳龍．智能小區(qū)及智能大樓的系統(tǒng)設計．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001，1，287 [4]蘇裕.停車場管理系統(tǒng)在智能小區(qū)中的應用[J].IB智能建筑與城市信息，2003，(06): 28-29 [5] 鄭晟.現(xiàn)代可編程序控制器原理及應用[M].北京：科學出版社，2001 [6] 宋伯生.PLC編程理論、算法及技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 [7]崔惠柳．串行實時時鐘芯片DS1302及其應用[J]．廣西工學院學報，1998，9（1），60-64 [8] 苗深.PLC在立體停車裝置控制中的應用[J].機電工程.2000 (1) [9]趙燕.傳感器原理及應用[J] 北京大學出版社2010 [10]林永華.建設立體車庫增加停車車位[J].城市開發(fā)，2006，(07)：23-24 [11] 王芳卿.立體車庫及其控制[J].電氣傳動.1998 (6) [12] 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