PLC停车场车位控制课程设计任务书
一、控制要求
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行停车场车位运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括： 1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2. 系统有启动、停止功能；
3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4. 程序结构与控制功能自行创新设计；
5. 进行系统调试，实现停车场车位的控制要求。
目 录
1 引言 ................................................. 错误！未定义书签。 2 控制系统硬件设计 ....................................................... 2
2.1 系统硬件配置及组成原理 ........................................... 2 2.2 系统输入输出点分析 ............................................... 4 2.3 PLC选型 .......................................................... 4 2.4 系统硬件接线图设计 ............................................... 5 3 PLC控制系统软件设计 ................................................... 6 3.1系统变量定义及I/O地址分配 ........................................ 6
3.2 控制程序流程图设计 ................................................ 6 3.3 控制程序时序图设计 ................................................ 7 3.4 PLC控制程序设计 ................................................... 7 4 系统调试及结果分析 ..................................................... 9
4.1 硬件调试 .......................................................... 9 4.2 软件调试 .......................................................... 9 4.3 性能分析 .......................................................... 9 4.3 结果分析 .......................................................... 9 设计总结 ................................................ 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................ 错误！未定义书签。 附录一 梯形图 .......................................... 错误！未定义书签。 附录二 指令表 .......................................... 错误！未定义书签。
1 引言
可编程控制器（programmable logic controller, PLC ）是一种以微型计算机为核心的通用工业控制器。它是继承了继电器控制器装置的部分突出性能，并与现代的计算机技术和通行技术结合为一体，代表了当前电器控制技术的世界先进水平。
本设计的内容是在停车场入口处装有一个传感器SQ1，当有车经过入口的时候，接近开关输出脉冲，经PLC输出控制电机的线圈，使电机正转，闸栏开启，当车接触到出传感器SQ2时，表示车是入库的，车的数量加一，车库里车得数量经过数码管显示出来。同理，当车先经过SQ2后经过SQ1时，表示车是出库的。车的数量减一。
本文通过对停车场车子的入库和出库以及在数码管上显示车辆的数目，阐述了PLC控制、自动计数、数码显示的一些基本思路和方法，介绍了关于PLC工作特点及运行原理，以及介绍了三菱可编程控制器系列的FX系列 PLC控制器主要功能模块及应用。FX不仅编程简单，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且具有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。然后设计了停车场车位控制系统的基本模块及功能，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。最后程序分析测试论证停车场车位控制的设计。
关键词：PLC；车位控制；三菱FX-2n
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2 控制系统硬件设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
PLC的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输
入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机,PLC内部主要部件有:
（1）CPU（Central Process Unit）
CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：
a、按PLC中系统程序赋予的功能，•接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。
c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。 （2）系统程序存储器
它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，•以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。 （3）用户存储器
用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。 （4）输入输出组件（I/0模块）
I/•0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、•误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），
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以确保整个系统正常工作。
输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。 （5）编程器
编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。
编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。 （6）外部设备
一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、•高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。 （7）电源
根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。 本次实验所需的硬件除了PLC还有其它的硬件设备：
（1）传感器（BEN5M-MDT）：它是一种测距的光电传感器，具有测距远（最远可达到5米），采用反射镜反射的检测方式，DC12－24V供电，NPN/PNP同时输出，遮光ON/入光ON选择。
（2）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。
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2.2 系统输入输出点分析
在本次设计的PLC控制系统中，我们总共用到了4个输入点和4个输出点。
输入信号：程序开始按钮以及关闭开关，车入库传感器和车出库传感器。输出信号：停车场是否有车位的指示灯以及停车场开门和关门的控制。
2.3 PLC选型
三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。满足实验的要求特点 -系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。
三菱plc-FX2N-128MR-001 基本单元带64点输入/64点继电器输出FX2N-80MR-001 基本单元 带 40点输入/40点继电器输出z 基本单元 带 32点输入/32点继电器输出FX2N-48MR-001 基本单元 带 24点输入/24点继电器输出。所有的系列都满足实验所需，选择的是FX2N-48MR-001。
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2.4 系统硬件接线图设计
SB0SB1SQ1启动X0停止X1X2X3X4X5COMY0Y1Y2Y3Y4abcdefgFUHL1HL2KM2KM1KM1KM2FRLED1afegdbc黑蓝棕黑蓝棕SQ2COMGND220V24V+NFUL图2-1 PLC系统接线图
abcdefgLED2afegdbcGND220V
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3 PLC控制系统软件设计
3.1 系统变量定义及I/O地址分配
输入SB0SB0SQ0SQ1X0X1X2X3启动按钮停止按钮入传感器出传感器Y0Y1Y2Y3HL1HL2KM1KM2输出尚有车位指示灯车位已满指示灯正转开启闸栏反转关闭闸栏Y10到Y16个位数码管显示Y20到Y26十位数码管显示
图3-1 I/O分配表
3.2 控制程序流程图设计
图3-2 程序流程图
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3.3 控制程序时序图设计
图3-3 程序时序图
3.4 PLC控制程序设计
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，自锁；M0闭合一个扫描周期，将数据寄存器D0清0。当有车辆靠近入口的接近传感器（X002）时，继电器M2得电同时产生一个上升沿使继电器M1得电，M1得电时将车的数量加1，M2得电时开始下面的程序
当D1的值加1后要与16相比较，看车库中是否有空车位，有车位时车位指示灯亮并开车门让车入库，然后关门，无车位时无车位指示灯亮，程序结束
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在数码管显示的时候，我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，只显示个位数码管的数值
当D0的数值大于10或等于10 的时候，高位输出1，地位输出D0，其中D0为16减去10的结果再放入D0中
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4 系统调试及结果分析
4.1 硬件调试
PLC内部为输入电路所提供的电压是24V,BEN5M-DT光电传感器的驱动电压为24V，其输出电路能配置220V的交流电源，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，七段数码显示器能实时显示数据，证明PLC选型正确，光电传感器的选择符合要求。
4.2 软件调试
按接线图接好线后，将程序的指令用FX-GP编程软件输入到PLC系统中，编
程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。
4.3 性能分析
本设计是基于PLC的停车场车位控制系统，光电传感器能够迅速将采集到的信号传输给PLC中的计数器，计数器进行加减计数存储，并以SEGD码传输给七段译码显示器，显示器能够实时显示停车场的停车数目。PLC具有可靠性高、控制程序可变，具有良好的柔性、功能强，性能价格高等特点。该系统自动化程度高，可靠性高，用PLC可以使该设计的要求全能满足。
4.4 结果分析
当有车进入停车场时，传感器接受信号X2接通，D0的数量加1与16相比较，当小于或者等于16时有车位的显示灯亮，同时打开车门让车入库，然后在数码管上显示D0的数字，即车库现有的车的数量，如果大于16则无车位显示灯亮，程序结束。
当有车出库时，传感器接受信号X3接通，打开车门同时D0的值减1，并显示在数码管上
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设计总结
通过本次课程设计使我比较系统地掌握有关PLC控制系统的设计思想和设计方法，主要对PLC（三菱FX2N系列）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。
同时也了解了许多以前不了解或者忘记了的知识，例如SEGD的使用方法，同时通过自己在实验室里调程序，也找到了自己设计程序时不容易，例如当车的数量加1或减1的时候要用上升沿或者下降沿来表示，否则就会出错，SEGD语句只能用在FX2N系列的PLC上等等。在对PLC编程方面，我们熟悉了梯形图，指令表等，又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。更让我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计期间，要感谢老师对我的悉心指导及帮助和同学对我们的无私帮助，使得我们能够顺利完成本次课程设计。
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参考文献
[1]钟肇新、范建东、冯太合编.可编程控制器原理及应用（第四版）[M].华南理工大学出版社.2008.2
[2]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 [3] 范永胜．电气控制与PLC应用[M]. [4] 胡学林. 可编程控制器原理及应用[M]. [5] 吴中俊. 可编程控制器原理及应用[M]. [6] 范永胜．电气控制与PLC应用[M].
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北京：电子工业出版社，2007.7 北京：电子工业出版社，2005.8 北京：机械工业出版社，2007.1 北京：电子工业出版社，2007.7
附 录
附录A 梯形图
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附录B 指令表
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