畢業(yè)設(shè)計(jì)—基于PLC的停車場管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要 隨著我國城市建設(shè)速度的加快，城市交通需求量日益增大，隨之出現(xiàn)了私 家車、出租車停放的系統(tǒng)管理介質(zhì)落后、集成自動化程度低、安全性差、人性 化和運(yùn)行效率低下等一系列難題。本設(shè)計(jì)針對這些難題與不足，結(jié)合目前科學(xué) 技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，設(shè)計(jì)了一種技術(shù)較先進(jìn)、性能可靠、自動化程度較 高的停車場智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù) 通信傳輸技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能及電子技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于停車 場智能管理體系中，建立一種在區(qū)域性內(nèi)全方位發(fā)揮作用的準(zhǔn)時、快捷、高效 的停車智能管理體系，通過采取plc技術(shù)對停車場管理的設(shè)計(jì)，車輛進(jìn)入后，記 錄車輛總量，車輛離開時，減少車輛

2、數(shù)量。車輛進(jìn)出指示可完全由plc作為中央 控制處理，停車場空位指示可利用價格較不高的數(shù)碼管顯示，以達(dá)到停車場智 能化、高效化。 關(guān)鍵詞：plc技術(shù)；人工智能；信息技術(shù)；管理系統(tǒng) abstract with chinas urban construction to speed up, and urban transportation demand is increasing, emerge in the car, a taxi parked behind, integrated management system medium low automatization, poor safety, h

3、umanization and running a series of problems such as low efficiency. this design aiming at these problems and insufficiency, combining the latest science and technology research, design a kind of technology is advanced, reliable performance, high degree of automation parking lot of intelligent manag

4、ement system. the system will be advanced computer processing technology, information technology, data transmission technology, automatic control technology, artificial intelligence and electronic technology, effectively integrated in the parking lot of intelligent management system, establish a kin

5、d in the role of regional on comprehensive, rapid and efficient parking intelligent management system, through adopts plc technology for the design of parking management, car entering, record the amount when they leave, vehicle traffic, reduce the number of vehicles. vehicle pass in and out instruct

6、ions can completely by plc as a central control processing, parking space instructions available price is not high, the digital pipe display to achieve parking intelligent, more efficient way. keywords: plc technology; artificial intelligence; information technology; management system 目 錄 第一章 緒論 .1

7、1.1 課題的提出及現(xiàn)實(shí)意義.1 1.2 國內(nèi)外智能停車場管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.3 智能停車場管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.2 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容.3 1.5 本章小結(jié) .4 第二章 plc 的發(fā)展.5 2.1 plc 的定義 .5 2.2 plc 的發(fā)展階段 .6 2.3 plc 發(fā)展趨勢 .7 2.4 plc 的基本結(jié)構(gòu) .8 2.5 plc 的工作原理 .9 2.6 本章小結(jié) .10 第三章 停車場管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 .11 3.1 車輛出入庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) .11 3.1.1 車輛出入庫管理系統(tǒng)工作流程圖 .11 3.1.2 系統(tǒng)功能構(gòu)成及相關(guān)元器件 .12 3.1.3 出入庫系

8、統(tǒng)傳感器的選擇.14 3.2 車位 plc 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) .16 3.2.1 plc 與上位監(jiān)控軟件通訊 .16 3.2.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).17 3.3 停車場收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .17 3.3.1 功能實(shí)現(xiàn)簡介 .17 3.3.2 收費(fèi)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) .18 3.3.3 系統(tǒng)模塊劃分 .18 3.4 plc 的選擇 .19 3.4.1 模塊選用.19 3.4.2 fx2n 系列 plc 的特點(diǎn) .19 3.4.3 fx2n 系列 plc 編程語言 .20 3.4.4 fx2n 系列 plc 各種軟元件 .20 第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及端口分布 .22 4.1 系統(tǒng)整體框圖 .22 4.2 光傳感

9、器的布置方案 .22 4.3 顯示電路 .23 4.4 plc 的 i/o 口端口接線.23 4.5i/o 口地址分配 .24 4.6 硬件電路設(shè)計(jì) .25 4.6.1 plc 硬件組成框圖 .25 4.6.2 外部接線圖 .26 4.6.3 操作面板設(shè)計(jì).26 4.6.4 順序功能圖 .27 4.6.5 梯形圖.28 第五章 系統(tǒng)的軟件與程序設(shè)計(jì) .29 5.1 梯形圖設(shè)計(jì).29 5.1.1 梯形圖.29 5.1.2 控制程序梯形圖設(shè)計(jì).31 5.2 控制程序指令 .32 5.2.1 道閘控制程序 .32 5.2.2 車輛計(jì)數(shù)程序 .33 5.2.3 故障報警程序.34 5.2.4 a/d

10、轉(zhuǎn)換控制程序 .35 5.3 程序調(diào)試.35 第六章 結(jié)論與展望 .37 參考文獻(xiàn) .38 致 謝 .39 第一章 緒論 1.1 課題的提出及現(xiàn)實(shí)意義 近20年來，隨著我國城市建設(shè)速度的加快，改革的不斷深入，經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā) 展，物質(zhì)日益豐富，機(jī)動車輛的數(shù)量也是飛速上升。城市交通需求量也日益增 大。由于私家車、出租車比重呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，車輛停放成為了市民最為 關(guān)注的問題。也許還有不少人對上世紀(jì)八、九十年代的“擠車難”記憶猶新， 但現(xiàn)在“停車難”的問題更讓不少人頭疼。車輛停放設(shè)施的落后確實(shí)是長期困 繞市民日常生活的一個老大難問題。近年來各地政府部門投入了大量人力、物 力用以改善城市停車設(shè)施，隨著基

11、礎(chǔ)設(shè)施和重大工程的建設(shè)，以及車輛的淘汰 更新和擴(kuò)容，一定程度上提高了許多停車場的智能管理和安全化，一定程度上 緩解了交通問題。但是，簡單的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和停車管理技術(shù)已經(jīng)不能滿足社 會日益增長車輛的對停車服務(wù)的需求。據(jù)國家“十五”汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃， 2005年，我國汽車保有量將達(dá)到2465-2545萬輛。而據(jù)有關(guān)部門的不完全統(tǒng)計(jì)， 全國城市每4.84輛機(jī)動車才有一個合法的停車位，有的城市每31輛才有一個停 車位，已經(jīng)越來越不適應(yīng)日夜激增的車輛管理問題。因此大型智能停車場隨之 而生并且發(fā)展勢頭迅猛，而作為現(xiàn)代大型智能停車場的靈魂停車場智能管 理系統(tǒng)也是日新月異，尤其是近幾年隨著電子產(chǎn)品及系統(tǒng)軟件越

12、來越快的更新 周期。 為了使交通更加便捷暢通，智能交通系統(tǒng)（its）的理念越來越受到人們的 關(guān)注，該系統(tǒng)將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動 控制技術(shù)、人工智能及電子技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于停車場智能管理體系中， 建立一種在區(qū)域性內(nèi)全方位發(fā)揮作用的準(zhǔn)時、快捷、高效的停車智能管理體系。 由于城市人口相對密集，無論是私家車輛還是公交車輛都不能真正滿足正常的 停放，公交需求更很大。所以在停車場智能管理領(lǐng)域，相應(yīng)的也出現(xiàn)了 plc 停 車場智能管理的概念，即含有高科技的智能系統(tǒng)，與普通的停車系統(tǒng)不同的是， 它能以 plc 技術(shù)為基礎(chǔ)來解決停車難的問題，直接為目標(biāo)安全、迅速地到達(dá)目 的

13、地。因此，在大力加強(qiáng)車輛停放智能管理的建設(shè)方面，尤其在實(shí)現(xiàn)快捷、便 利、安全這一點(diǎn)上擁有很大的發(fā)展空間和潛力。 為此，本文在停車場智能控制管理上引入了 plc 技術(shù)，對停車場進(jìn)行了一 個關(guān)于 plc 為主的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要是對停車場進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，通過采 取 plc 技術(shù)對停車場管理進(jìn)行設(shè)計(jì)，車輛進(jìn)入后，記錄車輛總量，車輛離開時， 減少車輛數(shù)量。車輛進(jìn)出指示可完全由 plc 作為中央控制處理，停車場空位指 示可利用價格較不高的數(shù)碼管顯示，以達(dá)到停車場智能化、高效化。 同時，進(jìn)行停車場智能化管理具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義：規(guī)范停車秩序，與 動態(tài)交通和諧發(fā)展；避免亂收費(fèi)現(xiàn)象，提高停車收費(fèi)的可信度；提

14、高停車管理 人員的工作效率，減輕工作人員的勞動強(qiáng)度；擴(kuò)充停車信息的可利用形式以及 范圍，提高停車泊位利用率；提高找尋停車位的便利性，減輕交通污染；保障 車輛安全出入停車場以及停車期間的安全，減少損失；停車泊位引導(dǎo)系統(tǒng)的采 用，減少了車主進(jìn)入停車場后尋找停車位的時間。 1.2 國內(nèi)外智能停車場管理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 目前我國的智能停車場管理系統(tǒng)根據(jù)停車場類型的不同，設(shè)備配置也不相 同。有些簡單停車場管理系統(tǒng)僅設(shè)置欄桿機(jī)，出入口設(shè)在一起，多靠人工管理， 這類型的停車場多見于一些小型小區(qū)、大廈、機(jī)關(guān)等場所。還有一些路內(nèi)停車 場采用咪表停車收費(fèi)系統(tǒng)，以人工收取現(xiàn)金或刷卡的形式管理停車場，這種在 路內(nèi)停車管理

15、中采用停車瞇表作為技術(shù)設(shè)備的停車管理方式，在世界發(fā)達(dá)國家 城市中已普遍推行。比較完整的智能化停車場系統(tǒng)多應(yīng)用于城區(qū)較發(fā)達(dá)的商業(yè) 區(qū)、大廈、大型社區(qū)及大型公共停車場等場所。 國外一些發(fā)達(dá)國家的智能停車場建設(shè)及管理系統(tǒng)的應(yīng)用相對要成熟一些， 比如柏林、東京、紐約等國外的一些大城市很少看到因停車而造成的交通擁堵。 其原因一個是規(guī)劃比較合理，路內(nèi)停車與路外停車相互結(jié)合，合理控制與收費(fèi)， 比如在日本，一車一位，再加 20%的周轉(zhuǎn)車位，車和車位之比在 1：1.2，遠(yuǎn)低 于我國車與車位 5：1 的比例；另外一個原因是國外智能建筑智能化的投資占整 個建筑投資的 5%8%的比例，而國內(nèi)稍低，這就決定了國外作為物

16、業(yè)管理組成 部分之一的停車場系統(tǒng)，其智能化程度要相對高一些，停車管理相對方便快捷， 比如新加坡的樟宜機(jī)場是亞洲最繁忙的空港之一，設(shè)有三個停車場，共 3300 個 車位，停車場收費(fèi)完全自動化，停車場內(nèi)看不到一個管理人員。值班人員只在 辦公室遠(yuǎn)程監(jiān)測停車場的運(yùn)行情況，以備處理應(yīng)急事件。 1.3 智能停車場管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 目前智能停車場管理系統(tǒng)主要應(yīng)用領(lǐng)域是智能小區(qū)與大廈，而這所占比例 明顯高于其它領(lǐng)域，可見智能小區(qū)與大廈的快速發(fā)展，極大帶動了智能停車場 管理系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是智能小區(qū)方面的應(yīng)用，在工程商智能停車場工程類型 調(diào)查中名列榜首。但有也業(yè)內(nèi)人士也提出，智能小區(qū)對智能停車場管理系統(tǒng)的 應(yīng)

17、用智能化程度相較智能大廈等高檔寫字樓來說要低一些，并且一旦停車場建 成，產(chǎn)品更新?lián)Q代比較慢。智能大廈等高檔寫字樓停車場的應(yīng)用潛力更大一些。 目前中國已經(jīng)成為世界第三大汽車生產(chǎn)國和第二大汽車消費(fèi)國，據(jù)權(quán)威部 門數(shù)據(jù)表明，截至 2006 年底，中國汽車保有量突破 3500 萬輛，私人汽車擁有 量已達(dá) 2925 萬輛，其中 4 年以內(nèi)的新車占到百分之六十。預(yù)計(jì)國內(nèi)每年汽車增 長率都以 50%-80%的速度增長，這就導(dǎo)致了 50%的汽車無序停放現(xiàn)象。智能停車 已經(jīng)成為推動城市發(fā)展不可或缺的一部分。但隨之而來的，車多位少、停車難 的問題也日漸突出，成為當(dāng)前社會普遍的關(guān)注點(diǎn)，以廣州來說，現(xiàn)有機(jī)動車數(shù) 量達(dá)

18、 50 萬以上，車卻只有約 28 萬個，停車位短缺可見一斑。停車所引發(fā)的社 會問題日趨嚴(yán)重。停車所涉及的社會問題是多方面的，涉及城市規(guī)劃、汽車保 有量的增長與停車資源配套的失衡、軌道交通停車配套等諸多問題。 面對這一系列難題，智能化停車管理系統(tǒng)必為大勢所趨。而隨著科技的進(jìn) 步，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)不斷地向各種領(lǐng)域滲透，當(dāng)今的停車場 車位控制系統(tǒng)已經(jīng)向智能型的方向轉(zhuǎn)變。先進(jìn)可靠的停車場控制系統(tǒng)在停車場 管理系統(tǒng)中的作用越來越大。利用 plc 控制停車的停車場管理系統(tǒng)是一種高效 快捷、公正準(zhǔn)確、科學(xué)經(jīng)濟(jì)的停車場管理手段，是停車場對于車輛實(shí)行動態(tài)和 靜態(tài)管理的綜合。從用戶的角度看，其服務(wù)高

19、效、準(zhǔn)確無誤；從管理者的角度 看，其易于操作維護(hù)、動化程度高、大大減輕管理者的勞動強(qiáng)度；從投資者角 度看，徹底杜絕失誤及任何形式的作弊，防止停車費(fèi)用流失，使投資者的回報 有了可靠的保證。 而從趨勢上看，智能停車場管理系統(tǒng)應(yīng)向更高程度的智能化、合理化、人 性化方向發(fā)展。比如在智能化方面要更便于整個停車場的維護(hù)管理，以及在性 能上更穩(wěn)定可靠。在合理化方面，價格上要合理，避免一方面車輛亂停，另一 方面停車場內(nèi)車位空閑；在人性化方面，能夠讓車主更便捷的找到車位。比如 在未來一定范圍內(nèi)的停車場可以相互聯(lián)系在一起，建立總的車位查詢情況，比 如象有些大廈里的電梯可以提示客人搭乘哪一趟電梯上下一樣，提示車主最

20、近 的空停車位在什么地方。 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)針對私家車、出租車停放的系統(tǒng)管理介質(zhì)落后、集成自動化程度低、 安全性差、人性化和運(yùn)行效率低下等一系列難題與不足，結(jié)合目前科學(xué)技術(shù)領(lǐng) 域的最新研究成果，設(shè)計(jì)了一種技術(shù)較先進(jìn)、性能可靠、自動化程度較高的停 車場智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是對停車場進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，通過采取 plc 技 術(shù)對停車場管理的設(shè)計(jì)，達(dá)到停車場智能化、高效化。主要研究內(nèi)容如下： （1)針對現(xiàn)有傳統(tǒng)停車場管理系統(tǒng)的不足之處，對停車場智能管理系統(tǒng)進(jìn) 行了總體設(shè)計(jì)，并按照用戶性質(zhì)的不同，對工作流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了 停車場的運(yùn)行效率。 (2) 系統(tǒng)需對停車場中的收費(fèi)系

21、統(tǒng)、車位顯示系統(tǒng)、上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè) 計(jì)，并且繪制出相應(yīng)的梯形圖。 (3)利用智能停車管理系統(tǒng)的 plc 設(shè)計(jì)，完成了車輛入場時收費(fèi)系統(tǒng)與主電 腦系統(tǒng)的控制，允許車輛入場時監(jiān)攝系統(tǒng)、定位感測器與門欄之間控制。 1.5 本章小結(jié) 從社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的停車難題出發(fā)，引出了設(shè)計(jì)基于 plc 的停車場 管理系統(tǒng)的必要，簡單介紹了國內(nèi)外智能停車場管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨 勢，突出了智能停車場的一種大勢必然。最后對本設(shè)計(jì)的主要工作進(jìn)行了總結(jié) 歸納。 第二章 plc 的發(fā)展 2.1 plc 的定義 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè) 計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其

22、內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序 控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸 出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易 于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 總之，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的 計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控 制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要 進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 plc 的特點(diǎn)： 一、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能 plc 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集

23、成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部 電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 f 系 列 plc 平均無故障時間高達(dá) 30 萬小時。一些使用冗余 cpu 的 plc 的平均無故障 工作時間則更長。從 plc 的機(jī)外電路來說，使用 plc 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī) 模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一， 故障也就大大降低。 此外，plc 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。 在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 plc 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可 靠

24、性也就不奇怪了。 二、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) plc 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂?于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 plc 大多具有完善 的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 plc 的功能單元大量涌現(xiàn)， 使 plc 滲透到了位置控制、溫度控制、cnc 等各種工業(yè)控制中。加上 plc 通信 能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 plc 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 三、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易， 編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號

25、與表達(dá)方式和繼電 器電路圖相當(dāng)接近，只用 plc 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼 電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì) 算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 四、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 plc 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同 一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn) 場合。 五、體積小，重量輕，能耗低 以超小型 plc 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小

26、很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理 想控制設(shè)備。 2.2 plc 的發(fā)展階段 雖然 plc 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集 成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，plc 也迅速發(fā)展，其發(fā)展 過程大致可分三個階段： 1、早期的 plc（60 年代末70 年代中期） 早期的 plc 一般稱為可編程邏輯控制器。這時的 plc 多少有點(diǎn)繼電器控制 裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定 時等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 i/o 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng) 工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路， 存

27、儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在 軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。因此，早期的 plc 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易 懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中 plc 特有 的編程語言梯形圖一直沿用至今。 2、中期的 plc（70 年代中期80 年代中，后期） 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 plc 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國 等一些廠家先后開始采用微處理器作為 plc 的中央處理單元(cpu)。這樣，使 plc 的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時、

28、計(jì)數(shù) 等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在 硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 i/o 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增 加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 plc 的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 3、近期的 plc（80 年代中、后期至今） 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器 的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的 plc 所采用的微處理器的檔次普遍提 高。而且，為了進(jìn)一步提高 plc 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專 用邏輯處理芯片。這樣使得 plc 軟、硬件

29、功能發(fā)生了巨大變化. 2.3 plc 發(fā)展趨勢 1向高速度、大容量方向發(fā)展 為了提高 plc 的處理能力，要求 plc 具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容 量。目前，有的 plc 的掃描速度可達(dá) 0.1ms/k 步左右。plc 的掃描速度已成為 很重要的一個性能指標(biāo)。 2向超大型、超小型兩個方向發(fā)展 當(dāng)前中小型 plc 比較多，為了適應(yīng)市場的多種需要，今后 plc 要向多品種 方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有 i/o 點(diǎn)數(shù)達(dá) 14336 點(diǎn)的超大型 plc，其使用 32 位微處理器，多 cpu 并行工作和大容量存儲器，功 能強(qiáng)。 3plc 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力

30、為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如 高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程 i/o 模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些 帶 cpu 和存儲器的智能 i/o 模塊，既擴(kuò)展了 plc 功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大 了 plc 應(yīng)用范圍。 4增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在 plc 控制系統(tǒng)的故障中，cpu 占 5%，i/o 接口占 15%，輸入設(shè)備占 45%，輸出設(shè)備占 30%，線路占 5%。前二項(xiàng)共 20%故障屬于 plc 的內(nèi)部故障，它可通過 plc 本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測、處理；而其余 80%的 故障屬于 plc 的外部故障。因此，plc 生產(chǎn)廠家都致力

31、于研制、發(fā)展用于檢測 外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 5編程語言多樣化 在 plc 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，plc 的編程語言也越來越豐富，功能也 不斷提高。除了大多數(shù) plc 使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出 現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼 容的高級語言（basic、c 語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是 plc 進(jìn)步的一種趨勢。 2.4 plc 的基本結(jié)構(gòu) plc 的基本結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。 cpu模塊 i/o模塊 編程器 電源 接口 圖 2-1 plc 的基本結(jié)構(gòu) plc 的基本結(jié)構(gòu)： 1、中央處理單元(c

32、pu)是 plc 的控制中樞。它按照 plc 系統(tǒng)程序賦予的功 能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；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語法錯誤。當(dāng) plc 投入運(yùn)行時，首 先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 i/o 映象區(qū)， 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí) 行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序 執(zhí)行完畢之后，最后將 i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到 相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 plc 的可靠 性，近年來

33、對大型 plc 還采用雙 cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 cpu 的表決式系 統(tǒng)。這樣，即使某個 cpu 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。2、存儲器存放系 統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存 儲器。 plc 常用的存儲器類型：（1）ram（random assess memory）這是一種讀/ 寫存儲器(隨機(jī)存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。 （2） eprom（erasable programmable read only memory）這是一種可擦除的只讀存 儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可 擦除存儲器內(nèi)容)（3

34、）eeprom(electrical erasable programmable read only memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲 的內(nèi)容進(jìn)行修改。 plc 存儲空間的分配：雖然各種 plc 的 cpu 的最大尋址空間各不相同，但 是根據(jù) plc 的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存 儲區(qū)；（2）系統(tǒng) ram 存儲區(qū)（包括 i/o 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等） ；（3）用戶程 序存儲區(qū)。系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系 統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng) 診斷子程序等。

35、由制造廠商將其固化在 eprom 中，用戶不能直接存取。它和硬 件一起決定了該 plc 的性能。 系統(tǒng) ram 存儲區(qū)：系統(tǒng) ram 存儲區(qū)包括 i/o 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如： 邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。 （1）i/o 映象區(qū)：由于 plc 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸 入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此， 它需要一定數(shù)量的存儲單元(ram)以存放 i/o 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 i/o 映象區(qū)。一個開關(guān)量 i/o 占用存儲單元中的一個位（bit） ，一個模擬量 i/o 占 用存儲單元中的一個字（

36、16 個 bit） 。因此整個 i/o 映象區(qū)可看作兩個部分組成： 開關(guān)量 i/o 映象區(qū)；模擬量 i/o 映象區(qū)。 （2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：除了 i/o 映 象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) ram 存儲區(qū)還包括 plc 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時器、 計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的 存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在 plc 斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電， 數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng) plc 斷電時，數(shù)據(jù)被清零。1.邏輯線圈與開關(guān)輸出一樣， 每個邏輯線圈占用系統(tǒng) ram 存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設(shè)，只供用 戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器

37、。 另外，不同的 plc 還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2.數(shù)據(jù)寄存器與模擬量 i/o 一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng) ram 存儲區(qū)中的一個字(16 bits)。 另外， plc 還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。3.計(jì)時器 4.計(jì)數(shù)器 用戶程序存儲區(qū)：用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 plc，其存儲容量各不相同。 電源：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(shè)計(jì)和制造 也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而 將 plc

38、 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 2.5 plc 的工作原理 plc 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在 plc 運(yùn)行時， cpu 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號 （或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順 序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的 掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等 工作。 plc 的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 plc 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中 的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將

39、其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器 中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 plc 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令， 經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中 所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出 刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管） 輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 2.6 本章小結(jié) 本章結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的核心 plc，講述了 plc 的基本定義、發(fā)展階段 與趨勢，并對 plc 的基本結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了介紹。對于他們的其他產(chǎn)品與 功能

40、在后面的章節(jié)中會詳細(xì)的介紹。 第三章 停車場管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 3.1 車輛出入庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 車輛出入庫管理系統(tǒng)工作流程圖 圖 3-1 車輛出入庫管理系統(tǒng)工作流程圖 道閘在關(guān)閉位置 自動手動 觸動稱重 傳感器 1 觸動稱重傳感 器 2 按下觸摸屏打開 控制 檢測到正確的 ic 卡信號 道閘打 開 否 車輛出庫 車輛進(jìn)庫 經(jīng)過光電傳感 器 1#，再經(jīng)過 2#,寄存器加 1 觸動稱重傳感器 2 經(jīng)過光電傳感 器 2#，再經(jīng)過 1#,寄存器減 1 觸動稱重 傳感器 1 車輛出入庫 經(jīng)過兩個光電 傳感器，寄存 器相應(yīng)加減 1 否 按下觸摸屏關(guān)閉 控制 道閘關(guān)閉 結(jié)束 否 道閘打 開

41、否 否 道閘打 開 開始 上圖是設(shè)計(jì)的車輛管理系統(tǒng)工作流程圖，其中包括很多功能，有車輛的檢 測識別功能，車輛計(jì)數(shù)功能，道閘自動開關(guān)功能，還有一個是報警系統(tǒng)功能， 在下文獨(dú)立說明。 下圖是車輛管理系統(tǒng)示意圖： 圖 3-2 車輛出入庫單道管理示意圖 3.1.2 系統(tǒng)功能構(gòu)成及相關(guān)元器件 汽車檢測功能 汽車檢測的功能主要表現(xiàn)在對車輛身份的識別與車輛到位的檢測,當(dāng)檢測功 能完成時，所啟動了道閘開關(guān)系統(tǒng)，使用的設(shè)備儀器主要有刷卡儀器和稱重傳 感器。 身份識別：當(dāng)車輛準(zhǔn)備進(jìn)車庫時，停在刷卡區(qū)旁，車主使用 ic 信息卡，通 過刷卡儀器，檢測正確后將車主信號傳到 plc 控制器中，完成身份識別。 車輛到位檢測

42、：在車輛停在刷卡區(qū)的同時，汽車觸動 1#稱重傳感器，管理 系統(tǒng)檢測到壓力傳感信號，有車輛準(zhǔn)備進(jìn)入車庫。 道閘開關(guān)功能 道閘開關(guān)主要是通過 plc 控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)與到位開關(guān)實(shí)現(xiàn)的，所使用的 設(shè)備主要有電動機(jī)和到位開關(guān)。 當(dāng)車輛準(zhǔn)備進(jìn)車庫，在完成汽車檢測時，plc 控制電動機(jī)正轉(zhuǎn)，道閘打開， 車輛開進(jìn)并觸動 2#稱重傳感器，plc 控制電動機(jī)反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉；當(dāng)車輛準(zhǔn)備 出車庫，在車輛觸動 2#光電傳感器時，plc 控制電動機(jī)正轉(zhuǎn)，道閘打開，車輛 出道閘并觸動 1#稱重傳感器，plc 控制電動機(jī)反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉。 車輛計(jì)數(shù)功能 車輛計(jì)數(shù)主要是通過 plc 處理兩個光電傳感器信號，完成車輛計(jì)數(shù)功能。

43、當(dāng)車輛觸動 1#光電傳感器，再觸動 2#光電傳感器，plc 寄存器加 1，當(dāng)車 輛觸動 2#光電傳感器，再觸動 1#光電傳感器時，plc 寄存器減 1，兩個光電傳 感器的位置如圖 3-2 所示。 車位顯示功能 圖 3-3 控制面板圖 最上邊是車位顯示指示燈，用來顯示停車場是否有空位，當(dāng)綠燈一直亮著 時就表示這個時候停車場還有空位，當(dāng)紅燈亮的時候就說明這個停車場沒有空 位了。中間的是用來停止和啟動控制系統(tǒng)的，開始時按下啟動按鈕然后對應(yīng)的 指示燈就會亮，說明該系統(tǒng)正在運(yùn)行當(dāng)中，按下停止按鈕系統(tǒng)就停止運(yùn)行。最 下邊的兩個指示燈分別用來顯示當(dāng)有車進(jìn)出停車場的時候，傳感器接收到信號 后，對應(yīng)的燈就會亮一

44、下，是用來監(jiān)視進(jìn)出情況用的，即某一段時間停車場的 進(jìn)出頻繁程度用的。當(dāng)車輛計(jì)數(shù)功能中計(jì)數(shù)達(dá)到停車場車位數(shù)時，則實(shí)現(xiàn)紅燈 亮，否則綠燈。 故障報警功能 故障報警功能主要是錯誤信號通過 plc 處理控制顯示屏警示燈開關(guān)與報警 蜂鳴器的開關(guān)。 錯誤信號 1：在車輛檢測中，ic 卡信息檢測錯誤，導(dǎo)致報警。 錯誤信號 2：在車輛出入庫單道管理中，會出現(xiàn)車輛出入的同時，另一輛 車準(zhǔn)備出入，導(dǎo)致光電傳感器幾乎同時觸發(fā)，故障報警啟動。 開始 兩光電傳感器前后接通時 間不超過 10s 檢測到錯誤的 ic 卡信號 報警 排除故障 按下報警解除按鈕 報警解 除 結(jié)束 否 圖 3-4 車輛報警系統(tǒng)流程圖 上圖是車庫管

45、理系統(tǒng)報警流程圖，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置兩個報警源，在其 它情況下的報警員可以認(rèn)為控制處理。 3.1.3 出入庫系統(tǒng)傳感器的選擇 在車輛出入庫管理系統(tǒng)中，plc 控制系統(tǒng)如下圖所示： 圖 3-5 plc 控制系統(tǒng)圖 如上圖所示，plc 的外圍設(shè)備包括光電傳感器、稱重傳感器、電機(jī)。它的 信息流主要表現(xiàn)在光電傳感器信號、觸摸屏控制信號、稱重傳感器通過 a/d 轉(zhuǎn) 換后的信號，通過 plc 計(jì)算控制電機(jī)，在將信息顯示在觸摸屏上。 1、光電傳感器的選擇 光電開關(guān)有光導(dǎo)通，當(dāng)車輛通過時，光電開關(guān)信號通過導(dǎo)線床送給 plc， 如下圖所示： 圖 3-6 光電開關(guān)無光導(dǎo)通示意圖 2、稱重傳感器的選擇 對稱重傳感器

46、設(shè)定車輛檢測范圍，當(dāng)稱重傳感器檢測車輛到位，信號傳到 plc，進(jìn)行相應(yīng)的程序運(yùn)行，橋式測力稱重傳感器 cyb-605s 受力方式和外形尺 寸如下圖所示： 圖 3-7 稱重傳感器受力方式與外形參照圖 3.2 車位 plc 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1 plc 與上位監(jiān)控軟件通訊 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件首先要求靈活多樣的人機(jī)交互，其次要依據(jù)停車場的規(guī)模。 對于中小型停車場，選擇基于 windows 系統(tǒng)的直觀可視化人機(jī)界面，應(yīng)用 msccomm 控件提供上位計(jì)算機(jī)串行通信的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，主機(jī)的 rs-232com 串行接口實(shí)現(xiàn)總線轉(zhuǎn)換，為停車場控制器、彩色攝像機(jī)和收費(fèi)終端提供系統(tǒng)和 網(wǎng)絡(luò)接口。后臺采用自帶數(shù)據(jù)

47、庫 access 進(jìn)行儲存、檢索、調(diào)用、處理，用 odbc 將操作應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫文件聯(lián)結(jié)，建立相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)表，如記錄發(fā)卡情況 表(card)、車輛進(jìn)出資料表(user)和記錄停車收費(fèi)情況表(cost)，設(shè)置車牌號 碼這一列將 3 張表關(guān)聯(lián)起來，方便對數(shù)據(jù)表進(jìn)行讀寫操作，快速訪問數(shù)據(jù)庫。 前臺利用 vb 語言設(shè)計(jì)出管理軟件，具有車輛信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、收費(fèi)報表和 收費(fèi)人員考勤等功能。 監(jiān)控中心管理系統(tǒng)是智能停車場管理系統(tǒng)的核心部分，它由主控機(jī)和打印 機(jī)等外圍設(shè)備組成。通過 can 總線與入口、出口及車場聯(lián)接，交換數(shù)據(jù)，并作 自動統(tǒng)計(jì)，檔案保存。can 總線技術(shù)成熟抗干擾性好，非常適合智能停車場

48、通訊。管理中心對整個停車場的車位進(jìn)行管理，統(tǒng)計(jì)已經(jīng)分配的車位、空閑的 車位、無法使用的車位。并對每個車位進(jìn)行編號，當(dāng)有車輛入庫時，將最近的 空閑車位號分配給該車輛：當(dāng)有車輛出庫時，將其占用的車位歸到空閑車位中， 便于分配給其它車輛；監(jiān)控中心管理系統(tǒng)同時把停車庫空余車位、已占用車位、 出人口狀態(tài)等情況在屏幕上顯示出來，便于停車場的管理與調(diào)度。 3.2.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 3-8 上位監(jiān)控系統(tǒng)（僅為理想單獨(dú)化的系統(tǒng)圖，綜合后如 3-2） 3.3 停車場收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3.1 功能實(shí)現(xiàn)簡介 本系統(tǒng)主要為上位機(jī)電腦系統(tǒng)與底層 plc 的聯(lián)合運(yùn)用。實(shí)現(xiàn)的主要功能如 下： 1、當(dāng)工作人員正常登陸系

49、統(tǒng)并在上位機(jī)軟件界面上點(diǎn)擊開始收費(fèi)時，受到 上位機(jī)指示信號燈由紅燈變綠燈并且可以響應(yīng)入口桿紅外信號，若有車輛進(jìn)入 則入口擋桿升起，車入車道，當(dāng)車經(jīng)過擋桿后紅外掃描，入口擋桿延時s 放 下，入口信號燈由綠燈變?yōu)榧t燈。且在此過程中，使用互鎖使出口擋桿始終不 能升起。 2、車輛經(jīng)過正常收費(fèi)后，工作人員在上位機(jī)軟件界面上點(diǎn)擊確認(rèn)收費(fèi)，受 到上位機(jī)指示可以響應(yīng)出口桿紅外信號，若有車輛進(jìn)入則出車道出口擋桿自動 升起，當(dāng)車輛過出口擋桿后紅外掃描延時s 放下，同時入口信號燈由紅燈變 綠燈。且在此過程中，使用互鎖使入口擋桿始終不能升起。 3、登陸系統(tǒng)后攝像機(jī)自動開始進(jìn)行攝像，當(dāng)工作人員在上位機(jī)軟件界面上 點(diǎn)擊確

50、認(rèn)收費(fèi)按鈕時，攝像機(jī)進(jìn)行車牌號碼的拍攝，并進(jìn)行存儲。 4、若有車輛闖卡（擋桿狀態(tài)異常）則地上擋板自動彈起防止闖卡。 5、當(dāng)收費(fèi)人員休息時，按下暫停收費(fèi)或者退出系統(tǒng)，出入口擋桿全部不能 響應(yīng)打開，入口紅燈亮起。 6、入口擋桿與出口擋桿不可同時開啟，防止車輛未交費(fèi)混出。 3.3.2 收費(fèi)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 整個收費(fèi)系統(tǒng)主要由收費(fèi)中心管理系統(tǒng)、入出口收費(fèi)處管理系統(tǒng)、車道收 費(fèi)系統(tǒng)三部分構(gòu)成。以上我們雖然分了三部分來對整個收費(fèi)系統(tǒng)作介紹，但實(shí) 際上三者是一個有機(jī)的整體。收費(fèi)中心對整個收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行控制；收費(fèi)站匯總 收費(fèi)道數(shù)據(jù)并在收費(fèi)中心和收費(fèi)車道之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞；收費(fèi)車道按照收費(fèi)中 心的要求對過往車輛實(shí)施正確

51、的收費(fèi)，并上傳收費(fèi)數(shù)據(jù)和交通量數(shù)據(jù)。收費(fèi)標(biāo) 準(zhǔn)按照車輛的重量并將信息傳送至可編程控制器，最終換算成收費(fèi)金額顯示在 收費(fèi)系統(tǒng)中。 3.3.3 系統(tǒng)模塊劃分 根據(jù) plc 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，整個設(shè)計(jì)可以分為下面三個模塊： 系統(tǒng)的人機(jī)界面和系統(tǒng)仿真。 數(shù)據(jù)塊模塊。 plc 與上位機(jī)通訊模塊。 圖 3-9 三個系統(tǒng)模塊 plc 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)最基本的功能，就是作為人機(jī)界面提供操作者以監(jiān)視 系統(tǒng)，允許操作者對下層 plc 進(jìn)行控制和調(diào)整。 考慮到軟件的靈活性、擴(kuò)展性與通用性，在設(shè)計(jì)中把網(wǎng)絡(luò)信息以數(shù)據(jù)庫的 形式存儲。當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有所變動時，就不必修改程序，只要更改網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié) 構(gòu)并存入數(shù)據(jù)庫就可以了

52、。 上位機(jī)控制整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，一方面上位機(jī)要向 plc 發(fā)出指令，讀出 plc 的 工作狀態(tài)，了解 plc 所控制的信號的狀態(tài)，或者對 plc 進(jìn)行操作，改變某個信 號的狀態(tài)；另一方面 plc 要向上位機(jī)反饋信息，報告實(shí)時狀態(tài)或者執(zhí)行操作的 結(jié)果。 3.4 plc 的選擇 3.4.1 模塊選用 本次設(shè)計(jì)選用三菱 fx2n系列 plc。 fx2n系列 plc 的小型化、高速度、高性能都是相當(dāng)于 fx 系列中最高檔次的 超小形程序裝置。除輸入輸出 16-25 點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個基 本組件間的連接、模擬控制、定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣 泛需要的 plc。在基本單元上連接

53、擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行 16-256 點(diǎn)的靈 活輸入輸出組合?？蛇x用 16/32/48/64/80/128 點(diǎn)的主機(jī)，采用最小 8 點(diǎn)的擴(kuò)展 模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。豐富的軟元件應(yīng)用指令中 有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理， 直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16 位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀 取，7 段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平 方根、浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。特殊用途、脈沖輸出（20khz/dc5v，10khz/dc12v- 24v） ，脈寬調(diào)制，pid 控制指令等。外部設(shè)備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，a

54、scii code 印刷，hexascii 變換，校驗(yàn)碼等。時計(jì)控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加 法、減法、讀出、寫入等。 3.4.2 fx2n 系列 plc 的特點(diǎn) 1、集成型高性能，cpu、電源、輸入輸出三為一體。 對 6 種基本單元，可以以最小 8 點(diǎn)為單元連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可 以擴(kuò)展輸入輸出 256 點(diǎn)。 2、高速運(yùn)算 基本指令：0.08s/指令 應(yīng)用指令:1.52數(shù) 100s/指令 3、安心、寬裕的存儲器規(guī)格 內(nèi)置 8000 步 ram 存貯器 安裝存儲盒后，最大可以擴(kuò)展到 16000 步。 4、豐富的軟元件范圍 輔助繼電器：3072 點(diǎn)， 定時器：256 點(diǎn) 計(jì)數(shù)：235 點(diǎn) 數(shù)

55、據(jù)寄存器；8000 點(diǎn) 5、除了具有輸入輸出 16256 點(diǎn)的一般速途，還有模擬量控制、定位控制 等特殊控制。 6、面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī) 3.4.3 fx2n 系列 plc 編程語言 指令表編程指令表是以 ld、and 、out 等順序控制指令輸入方式，這 種方式寫順序程序是基本輸入方式，但控制內(nèi)容難于看懂，建議不用。 梯形圖編程梯形圖程序采用順序控制信號及軟元件號，在圖形的畫面上 作出序控制的電路圖的方法，這種方法是用觸點(diǎn)符號與線圈符號表示順序控制 回路，因而容易理解程序的內(nèi)容，但最終還生成指令表。 3.4.4 fx2n 系列 plc 各種軟元件 輸入(x) 各基本單元中，按 x00

56、0-x007等按 8 進(jìn)制的方式分配輸入 繼電器下載程序的時候，可以通過選擇輸入濾波器的濾波值更改輸入濾波時間， 也時可以用指令更改濾波值，同時也可以通過刷新指令即時更新輸入端口的物 理狀態(tài)達(dá)到高速輸入。 輸出(y) 各基本單元中，輸出 y0-y7等按 8 進(jìn)制的方式分配輸出繼 電器可以通過快速指令，立即刷新輸出。 輔助繼電器(m) 可編程控制器內(nèi)部具有的繼電器，這種繼電器有別于輸 入輸出繼電器，它不能獲取外部的輸入，也不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，只能在程 序中無限使用。 定時器(t) 對于可編程控制器內(nèi)的時鐘脈沖進(jìn)行減法計(jì)算，當(dāng)減到 0 的 的時候，輸出觸點(diǎn)動作，利用基于時鐘脈沖的定時器，可以檢測

57、到 0-32768 個 時基脈沖。 計(jì)數(shù)器(c) 供可編程控制器的內(nèi)部信號使用，16 位計(jì)數(shù)范圍 1-32767， 計(jì)數(shù)速度與掃描速度有關(guān)。如果是外部高速計(jì)數(shù)，與掃描無關(guān)。對于沒有使用 到的到計(jì)數(shù)器，相應(yīng)的寄存器可以做普通數(shù)據(jù)存器用，但在執(zhí)行批復(fù)位的時候， 會把數(shù)據(jù)清零。 數(shù)據(jù)寄存器是存儲數(shù)據(jù)用的軟元件，在 fxplc 中可編程控制器的數(shù)據(jù) 寄存器都 16 位的，fxplc 中 d0-d64 分配給定時器、計(jì)數(shù)器用，如果沒有使用 到，可以當(dāng)做普通的數(shù)據(jù)寄存器用。 第四章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及端口分布 4.1 系統(tǒng)整體框圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過光傳感器和壓力傳感器進(jìn)行信息采集之后，傳到可編程控 制器進(jìn)行處

58、理，然后經(jīng)過一系列相關(guān)處理之后，在數(shù)碼管顯示相應(yīng)的車輛數(shù)， 以此來實(shí)現(xiàn)車輛輸入庫管理。 可編程控制 器 顯示 光傳感器1# 光傳感器2# 壓力傳 感器1# 壓力傳 感器2# a/d轉(zhuǎn) 換 a/d轉(zhuǎn) 換 圖 4-1 系統(tǒng)整體框圖 4.2 光傳感器的布置方案 光傳感器的布置安裝需要考慮誤計(jì)數(shù)和漏計(jì)數(shù)問題，注意控制兩個傳感器 之間的距離，用程序驗(yàn)證進(jìn)出車庫的是否是車輛，當(dāng)人通過傳感器時不可以計(jì) 數(shù)；其次，采用邏輯互鎖方式，啟動加計(jì)數(shù)則要鎖定減計(jì)數(shù)，產(chǎn)生加計(jì)數(shù)脈沖 時則要鎖定減計(jì)數(shù)脈沖。如此以保證可靠性；最后，及時的進(jìn)行復(fù)位處理，以 免車輛在傳感器附近作往返運(yùn)動時錯誤計(jì)數(shù)。 傳傳傳 傳傳傳傳1# 傳傳

59、傳傳2# 傳傳 傳傳 4.3 顯示電路 圖 4-2 顯示電路 各個管腳接引如下表所示： 表 4-1 管腳接引表 y1.0 接 led 腳 b y1.1 接 led 腳 a y1.2 接 led 腳 c y1.3 接 led 腳 d y1.4 接 led 腳 e y1.5 接 led 腳 f y1.6 接 led 腳 g y2.0 接 led 腳 b y2.1 接 led 腳 a y2.2 接 led 腳 c y2.3 接 led 腳 d y2.4 接 led 腳 e y2.5 接 led 腳 f y2.6 接 led 腳 g 4.4 plc 的 i/o 口端口接線 傳感器 1#接 i0.1，傳

60、感器 2#接 i0.2，以此來輸入信號至主控制器 plc， 當(dāng) plc 采集到信號，并經(jīng)過相關(guān)分析處理后，通過輸出端口將信號送至 led 顯 示出來，管腳接線圖如上所示。 4.5i/o 口地址分配 表 4-2 i/o 口的地址分配 輸入信號輸出信號 壓力傳感器 1# x0.0 發(fā)光二極管 y0.2 壓力傳感器 2# x0.1 接 led 腳 b y1.0 光電傳感器 1# x0.2 接 led 腳 a y1.1 光電傳感器 2# x0.3 接 led 腳 c y1.2 接 led 腳 d y1.3 接 led 腳 e y1.4 接 led 腳 f y1.5 接 led 腳 g y1.6 接 l