基于PLC的停车场车位控制系统

河北化工医药职业技术学院毕业论文

PLＣ的停车场车位控制系统

作者姓名：申瑾瑶

专业班级机电一体化3０9０2学号 15

指导教师耿惊涛杨慧静陈冬卢永霞

成绩

２011 年1２月

基于ＰLC的停车场车位控制系统

摘要

本文提出一种运用可编程控制器（PＬC)对停车场进出及停放指示进行管理的方案。本停车场由1６位停车位、入口检测器、出口检测器、道闸管理系统、七段数码管用来显示车库内车辆数、尚有车位指示灯、车位已满指示灯等部分组成。采用PLC的自动控制系统，由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点,因此，本控制系统与传统停车场相比，大大提高了设计效率,维护周期短、调试方便、成本较低、易操作、可靠性高，有很强的实用价值。

关键词：PＬC;停车场管理；车位控制

Based on PLＣconｔrｏl systｅｍof pａｒkiｎg Spａｃｅs

Abstract

This paｐer ｐｒoposes a ｋind of usinｇｔｈe programmabｌｅcontrｏller (ＰLC）ａnd parking for pａrｋｉngａndｍaｎａgｅs tｈe ｉnstructions. Ｔhｉs parkｉng oｃcupies ｂy 1６pａrkiｎｇspａcｅ,entraｎcｅｄetｅcｔor，eｘｐｏrt detecｔor, tｈe manageｍeｎt syｓtem, the ｄigital wｏrks to dｉｓplay the seveｎth iｎthｅgａraｇｅpａrkｉｎg ｌights and a ｎｕｍbeｒof vｅhicｌes, tｈe parkingｉs fuｌl alreａdy inｄicator comｐonｅnts. Aｄopting PＬC auｔomatic cｏnｔｒolｓyst ｅm，PLC is ｄue ｔo tｈe relｉａbiｌitｙ, eａsｙｏperatｉon, flexibilitｙ，ｔｈer ｅfｏre, ｔｈe ａdvanｔages of tｈe coｎtrol system ａｎd thｅtraditionalｐaｒking, compaｒed to iｍproveｔｈe design effｉcieｎｃy greatly, ｍaintenaｎｃe cｙｃle isｓhort，ｃｏnvｅｎｉｅnｔ, loｗcost, easy operaｔioｎ, high reliabｉlity, ｈas gｒｅaｔｐraｃｔiｃal ｖａlｕe.

Ｋeyｗoｒｄs：PLＣ; Paｒkiｎｇmanａｇeｍenｔ;Parking cｏnｔrｏl ?

目录

第1章停车场的概论……………………………………………………………………

1． 1 停车场的种类………………………………………………………………………

1.2 停车场管理模式的发展……………………………………………………………第2章可编程控制器(ＰLC)简介及发展趋势………………………………………

2.1 PLC的起

源……………………………………………………………………………

2.2 PLC的特点……………………………………………………………………………

２.3 PLＣ发展的方向………………………………………………………………………

2．4 PLC选型及简介………………………………………………………………………

２.５PLC总结…………………………………………………………………………………………

第３章硬件系统的设计……………………………………………………………………

3.1七段数码管的设计……………………………………………………………………

３.2车位传感器……………………………………………………………………………

3．3道闸管理系统…………………………………………………………………………

3.4车位指示板……………………………………………………………………………第4章软件系统的设计…………………………………………………………………

4．1 PLC外部输入输出点(I/O）………………………………………………………… 4．2 车辆进库……………………………………………………………………………

4.3 车辆出库……………………………………………………………………………

4.4车辆进出库梯形图……………………………………………………………………

4.5软件程序………………………………………………………………………………

第5章课题总结及展望?

5.１课题总结………………………………………………………………………………

５.2展望……………………………………………………………………………………致谢……………………………………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………………

基于PＬＣ的停车场车位控制系统

第1章停车场的概论

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）。

1.2 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，因此全人工管理停车场已难以适应时代的要求,对停车场实现自动化、智能化的管理与监控势在必行。包括车辆出入工程的相关提示,停放服务的自动计费、车辆进出的自动化监控联动、自动记录进出车辆的相关信息及历史数据等。一些专用停车塔（楼）则智能化程度更高。车辆入库只需取卡后定点等待,自动化传输设备自动完成车辆的传送、托举、入库、计时及出库过程。整个停车场设备高度智能化，停取车过程高度自动化，停车场空间利用效率更高。同时该类型停车场要求在建筑专业化规划，停车场设备的专业化要求也相应更高。

第2章可编程控制器(PLＣ)简介及发展趋势

２.1 PＬC的起源

在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。

ＰLC技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为,在工业ＰＣ面前,PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信,一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。

2.2 ＰLＣ的特点

就我个人来看，PＬC市场份额不但不会减少,反而将会增加。许多年前开始，就有人预言,PLC将要被PC-BASEＤ控制系统取代。但是，PLＣ的销售每年都在以一个十分稳定的增长率在上升,目前的ＰLC已经与十年前的PLC有着很大的区别，十年后的ＰLＣ与当前的PLC也将有着很大的不同。但是,有两个方面是不变的：首先,PLC会提供稳定的控制响应,其次，高度的可靠性。PLC有着其它控制产品,如工控机,DCS，单片机等控制产品，所无法替代的特性。

1.可靠性

可靠性包括产品的有效性和可维修性。可编程控制器的可靠性高,表现在下列几个方

面:

ａ）可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少,与此同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此可靠性得到提高。

b)可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉电保护,故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复。

c)可编程控制器有较强的易操作性,它具有编程简单，操作方便,编程的出错率大大降低,而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。

ｄ)可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺（SMT）制造，对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等;存储器内容的保护,采用看门狗和自诊断措施,便于维修的设计等。

2．易操作性

a)操作方便：对PLC的操作包括程序的输入和程序更改操作，大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改操作。现在的PLC的编程器大部分可以用电脑直接进行,更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改。

b)编程方面:PLC有多种程序设计语言可以使用,梯形图与电气原理图相似;编程语句

是功能的缩写,便于记忆；功能图表语言以过程流程进展为主线，十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通。功能模块图和结构化文本语言，功能清晰,易于理解等优点。

c)维修方便:ＰLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和ＨMI屏幕的设定,直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。

３.灵活性

a)编程的灵活性：PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程,编程方法的多样性使编程方便。

b)扩展的灵活性:PLＣ的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件数来增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能,也可以通过多台ＰＬC的通信来扩大容量和功能。

ｃ）操作的灵活性:操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活,监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。

4．机电一体化

为了使工业生产的过程控制更平稳，更可靠，向优质、高产、低耗要效益,对过程控

制设备和装置提出了机电一体化,即仪表、电子、计算机综合的要求,而PLＣ正是这一要求的产物,它是专门为工业过程而设计的控制设备,具有体积小、功能强,抗干扰性好等优点，它将机械与电气部件有机地结合在一个设备内,把仪表、电子和计算机的功能综合集成在一起，因此,它已经成为当今数控技术、工业机器人、离散制造和过程流程等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（ＰLC,机器人,ＣAD/CAM）之一。

可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统,它们可以与其它系统通讯,

提供产品报表，生产调度,诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进,让PLC成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。

由以上特点不难看出，PLC在工业控制领域，不仅不会逐渐推出,而且会不断扩大他的市场份额。表面上看工控机的出现给ＰLC带来了一定程度的冲击,但如果我们仔细分析一下可以看到,工控机在某种程度上其实帮助了PLＣ的发展,因为PLC的可靠性高,易操作，但对与操作员站的一些功能,如曲线处理，数据记录等功能，远不及工控机，而工控机的致命缺陷是可靠性差。所以目前来看工控机与ＰＬC结合的控制系统更为完美。工控机的出现推动了PLC的发展。

2.3 PLC发展的方向

其实PLＣ自诞生以来也是在不断发展改进创新的。采用新的、先进的微处理器和电子技术达到快速的扫描时间。

小型的、低成本的PLC，可以替代4到10个继电器，获得更大的发展动力。

高密度的I/O系统，以低成本提供了节省空间的接口。

基于微处理器的智能I/O接口,扩展了分布式控制能力。典型的接口如:ＰID,网络,ＣAN总线，现场总线，ASＣII通信,定位,主机通讯模块，和支持高级语言编程的模块(如BAS ＩC，PＡSCAＬ)。

包括输入输出模块和端子的结构设计改进,使端子更加集成。

特殊接口允许某些器件可以直接接到控制器上,如热电偶、热电阻、应力测量、快速响应脉冲等。

由于工控机，DCS等控制系统的出现，将迫使PＬＣ向着功能更多,开放性兼容性更强的方向不断发展。

2．4 PLＣ选型及简介

1.选择的原则

选择PLC是首待解决的事情。一方面要选择多大容量的PLＣ ,另一方面是选择什么

公司的PＬC及外设。

对第一个问题,首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的Ｉ/O点找出来,包括开关量I／O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键,如果他们之中既有交流２2０V的接触器、电磁阀,又有2４V的指示灯，则最后选用的ＰLC的输出点数有可能大于实际电数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端,这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流2２０V 的负载负载使用。则直流2４V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载,比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLＣ使用最多，对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：(１）功能方面所有PLＣ一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求,就要知道所选用的ＰLC是否有能力控制任务。如对PLC与ＰLC、PＬＣ与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对ＰLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。

(2)价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大,有些功能类似、质量相当、Ｉ/O点数相当的PＬＣ的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下,这样的差价当然是必须考虑的因数。

因为本次课程设计是在学校完成。考虑到实验室中应用的是三菱ＦＸ2N型PLC,对此种型号PLC的指令以及使用方法都比较熟悉。所以本次设计采用就近取材原则选三菱FX2N 型ＰLC。

２.ＦＸ2N型PLC的简介

20世纪90年代,三菱公司在FＸ系列PLC的基础上又推出了ＦX2N系列产品。该机型在运算速度，指令数量及通讯能力方面有了较大的进步,是一种小型化、高速、高性能、各方面都相当于FＸ系列中最高档次的超小型的PLＣ。

FX２ＮPＬC的基本单元可以根据控制规模大小外加扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成叠装式PLC控制系统。下图是FX２N可编程控制器基本单元实物图。

FX２N可编程控制器实物图

2.５总结

ＰLC的未来发展除了产品本身的发展，更大程度上取决于用户和市场的发展，任何产品存在的根本在于用户和市场的需求。PＬC以它的高可靠性和易操作性,主导了工控行业数十年，我相信它将继续存在且壮大下去。

PＬＣ是一种可编程的数字逻辑控制设备,早期用于开关量的逻辑控制,多用做控制电动机正反转和电磁阀的开关动作，从而控制机械设备的运转。只要合理分派输入、输出点，根据控制要求设计梯形图，采用基本指令和步进指令就可达到控制目标。随着控制要求的不断提高，许多ＰＬC生产厂家进一步优化和完善PLＣ的功能，增加了功能指令,大大拓宽了PＬC的应用范围，使PLＣ在某种程度上可以代替控制器和计算机的协同工作系统,

为工业生产和民用控制设计提供方便。

ＰＬC的具有可靠性高、功能性强和编程简单等优点，所以深受设计人员的喜爱。PLC 就如同一部计算机与继电器控制设备相结合的新型高性能控制装置。PＬＣ的基本单元包括中央控制器(PLC)、存储器、输入单元和输出单元。采用模块化结构为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PＬC均采用模块化结构。PＬＣ的各个部件包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单,维修方便PLC不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/Ｏ端相连接,即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。下面是PLC的基本单元结构图:

PＬC基本单元物理结构图

PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端,而从PLC的逻辑结构来说，内部有许多软元件,如输入输出继电器、状态器、计数器。计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭触电，方便对车辆进出、停车、计数、计时的信号输入和车辆停放数量、位置的显示。

大多数PLC的编程方式都有梯形图编程、指令表编程和顺序功能图(PLC)编程,特别是梯形图编程方式，直观易懂。除了运用基本指令可以完成大量工作,功能指令的扩展更为系统开发、调试和维护带来很多便利，本文以梯形图编程方式设计停车场管理系统，无论从设计到功能分析都是极为方便的。

第3章硬件系统的设计

系统构成简图

3.1 七段数码管的设计

要进行数字显示最常用的器件就是七段数码管，它是由ａ、ｂ、ｃ、d、e、f、g七个LEＤ组成。通过使不同的ＬED组合发光,达到数字的显示效果。七段数码管各数码段分布及排序如图二所示,并联式七段数码管译码原理如图所示。每个数码段通过限流电阻和译码开关(译码开关泛指能起到开关作用的器件,如:三级管、集成电路、普通开关、接插件)相互并联,然后与电源联接，由译码开关译码,译码开关导通,表示与该译码开关相联的数码段显示;译码开关关断,表示与该译码开关相联的数码段不显示,数码段不同的显示组合,就可显示“0－９”10个阿拉伯数字。例如:在图3中,译码开关SＡ, ＳB, ＳＣ, SD, S Ｅ, ＳF导通，显示数码“0”；译码开关ＳB， SＣ导通,显示数码“1”,以此类推。

七段数码管各数码管分布七段数码管译码原理

3.2 车位传感器

１．车位传感器工作原理及选型

车位传感器负责采集车位的状态信号，本节依据其工作原理进行选型[8]。

2．各类车位传感器

车位检测是大型室内专业停车场实现车位自动化定点管理的基础,车位传感器则是其中的关键部件。目前对车位占、空状态的检测常采用地感线圈检测器、超声波车位传感器等常用方式。近来亦有采用视频车位检测器实现对车位的检测。电感线圈检测方式常被用于停车场的出入控制系统。视频车位检测器则采用视频图像处理技术,采用摄像头同时监控多个车位,并将车位的占用信息传递到上位控制计算机。除了传送简单的车位占用情况信息之外，还可以传送现场监测图片。视频车位检测系统通常由图像采集、图像处理、网络通信、显示控制及电源五大模块组成。系统对车位状态的监测需要强大的信息处理能力。超声波车位传感器则采用超声波测距的工作原理,利用超声波发射、被测物体反射、回波

接收后的时差来测量被测距离的一种非接触式测量仪器。能够检测车辆是否停在车位上，具有防误检功能，如防相邻车位误检、人员在停车位误检、障碍物误检等。由于使用超声波侦测，不会象使用红外线、微波等侦测方式容易受外在环境变化或干扰而造成误报问题。由于每个传感器都有独立的防干扰功能,也不受周围传感器的干扰。检测车位占、空状态可以采用光电、电磁、红外检测等多种方法设计车位传感器,但从检测原理及工程实施来看，超声波检测器具有造价低、非埋设、无附加反射装置、免维护和抗静电干扰等优点,有利于网络群测系统的构成。基于超声波传感器的上述优点，本文系统中对停车场车位的检测选用超声波车位传感器。

３．超声波车位检测原理

超声波车位传感器利用超声波发射、被测物体反射、回波接收后的时间差来测量被测距离，根据不同距离时回波时间差的不同来判断车辆是否停在车位上。

超声回波示意图所示：

超声回波示意图

在没有车时，从发出超声波到接收到回波的时间：

02/

t s v c

==（常数）其中ｓ为传感器到地板的距离,ｖ为0℃时超声波在空气中的传播速度,其值为331.5 m/s。当有车泊位时,由于超声波被车反射回，因此,从发出到接收回波的时间相对于没车时会减小,其大

小为

12()/

t s h v

=-，其中H为车头的高度。

这里讨论的停车场是以能容纳1６辆车的车库为例设计一个管理系统。

自动控制系统的设计流程

PLC 系统框图

3.3 道闸开关系统

在车库入口处，道闸前的地下埋设车辆检测器,当车辆停在道闸前，检测器会向P ＬＣ发出信号告知将有车辆进入，道闸处于准备打开状态，只要身份识别正确,道闸立即打开。道闸后的地面也要埋设检测器，车辆通过后，告知ＰLC 要增加一辆汽车的数量,并在车库门前指示板上的数码管显示,最后控制道闸关闭。下面是道闸开关功能示意图：

道闸开关示意图

３.4停车场车位指示板

在车库入口处应该安装指示板,告知车辆司机整个车库的停放情况,包括数量和停放的位置。车库和指示板的示意图如图所示:

停车场车位指示板

当某一位置没有停放车辆时,相应编号的指示灯亮，司机看见使就可以按照指示进入车库按位停车。这个部分同样可以用梯形编程图来实现。

车位线使程序，相对比较简单,所用到得软元件X10－X１7，X20-X27，输出端原件Ｙ20-Ｙ27，Y30-Y37,输出输入原件共计１6对。只要在车尾顶部安装红外检测装置,就可以对车位有无车辆进行检测。当车位无车辆时相应输入继电器不通电,常闭节点合上，输出端所连接的指示灯亮,如图中8号和9号灯亮,证明这两个车位为空。而其余位置有车,所以相应的指示灯熄灭。

第4章软件系统设计

4．1 PＬＣ外部输入/输出点(I/O)

?

PLC外部输入／输出点(Ｉ/O）

输入点输出点

闸栏开门Ｙ1——01０00 系统动作X1——0０

00０

闸栏关门Y2——010０１系统解除X2——00

０01

尚有车位指示灯Y3——０10０2 入口检测器Ｘ3——００0０

２

车位已满指示灯Y4——010０3 出口检测器X4——0００

０３

正传停止传感器X5——0０004 显示车辆数七段灯Y１0－Y１7——010０

4-0１0１0

反转停止传感器X６——０

000５

PLC 硬件接线图

4.２车辆进库

编程图上，在支路2中,Ｘ0表示车辆检测装置开关,只要车辆驶到道闸前,车辆检测器发出信号使X0关闭,辅助继电器M1进入准备通电状态;只要Ｘ1闭合，支路1通电，驱动辅助继电器M0，其节点M ０闭合，M1马上通电，M1节点动作，使输出线圈Y0置位，其相应的输出端Ｙ0发出信号控制道闸升降的电动机正转,同时复位Y1线圈,确保道闸没有反转信号。这时道闸就打开,车辆通过。

车辆通过以后，经过道闸后车辆检测器，这时有几道控制目标,所以运用主控制器指令MC 对所有工作一并控制。检测器发出信号使开关Ｘ2闭合,ＰLC 就执行MC 和MC Ｒ之间的程序，首先把Ｙ0输出线圈复位，即道闸电动机正转信号复位，同时置位Y1输出线圈,是电动机反转，道闸关闭。同时设定一个数据寄存器Ｄ0中的二进制数转换成十进制数输出到以10为首的八个输出端,驱动车库大门指示板上的显示管，最后,在道闸关闭的终点安装一个限位开关Ｘ3,当道闸恢复原位时，X3节点接通,使电动机反转信号复位。

X1 X2 X3 X4 X5 X6

车辆进出控制程序流程图

车辆进库梯形图