基于PLC的車輛出入庫管理系統(tǒng)

電氣控制與PLC課程設(shè)計說明書題目：車庫車輛出入庫管理專業(yè)班次：自動化1004班姓名：劉@@學(xué)號：**********************指導(dǎo)教師：***學(xué)期：2023-2023學(xué)年第一學(xué)期日期：摘要隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷開展，人們的日常生活和生產(chǎn)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(chǎn)效率，又進一步的促進了生產(chǎn)力快速開展，并不斷的豐富著人們的生活。本設(shè)計是基于PLC的車輛出入庫管理系統(tǒng)，采用LED來顯示車庫是否滿。使用兩個壓力感器來監(jiān)控車輛的進出并完成計數(shù)工作，車輛進入時經(jīng)過兩個傳感器使顯示數(shù)字加一，車輛外出時經(jīng)過兩個傳感器使計數(shù)器數(shù)字減一，但當(dāng)車輛只經(jīng)過一個傳感器時不計數(shù)。為了防止意外計數(shù)錯誤，本系統(tǒng)采用反復(fù)程序校驗，來提高系統(tǒng)的可靠性。首先，注意控制兩個傳感器之間的距離，用程序驗證進出車庫的是否是車輛，當(dāng)人通過傳感器時不計數(shù)；其次，采用邏輯互鎖方式，啟動加計數(shù)那么要鎖定減計數(shù)，產(chǎn)生加計數(shù)脈沖時那么要鎖定減計數(shù)脈沖，如此以保證可靠性；最后，及時的進行復(fù)位處理，以免車輛在傳感器附近作往返運動時錯誤計數(shù)。關(guān)鍵詞：PLC傳感器車庫目錄摘要I第一章引言31.1PLC的根本結(jié)構(gòu)31.2PLC的工作原理3第二章車輛出入庫管理系統(tǒng)的構(gòu)成52.1整體框架52.2傳感器的布置62.3I/O口地址分配72.4PLC的I/O端口接線8第三章硬件的選擇93.1可控編程控制器的選擇〔PLC〕93.2壓力傳感器的選擇103.3按鈕開關(guān)的選擇103.4信號燈的選取103.5導(dǎo)線選擇103.6LED顯示屏的選擇11元件明細表11第四章程序設(shè)計124.1控制要求124.2計數(shù)邏輯12順序功能圖13程序流程圖144.5程序梯形圖154.6程序指令表17結(jié)論18致謝19參考文獻20第一章引言1.1PLC的根本結(jié)構(gòu)1、中央處理單元(CPU)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(jù)；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語法錯誤。2、存儲器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(yīng)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(jù)〕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(jù)存儲器兩局部。3．輸入接口電路輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實際涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍。4．輸出接口電路：可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。5．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(shè)計和制造也十分重視。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直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V—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。一般小型PLC的電源輸出分為兩局部：一局部供PLC內(nèi)部電路工作；一局部向外提供應(yīng)現(xiàn)場傳感器等的工作電源。1.2PLC的工作原理PLC那么是采用循環(huán)掃描的工作方式。一個掃描周期主要可分為3個階段。1．輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)存放器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)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)存放器的內(nèi)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。2．程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助存放器和輸出狀態(tài)存放器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。3．輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)存放器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路〔輸出映像存放器〕，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。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(yīng)速度越慢。由于每個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)存放器更新一次，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(yīng)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(guān)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局部時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊?？傊?，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點之一，我們在學(xué)習(xí)和使用PLC當(dāng)中都應(yīng)注意。第二章車輛出入庫管理系統(tǒng)的構(gòu)成2.1整體框架圖2—1整體框架2.2傳感器的布置圖2-2傳感器的布置2.3I/O口地址分配表2-1I/O口地址分配輸入信號輸出信號壓力傳感器1#X0車輛進入信號燈Y0壓力傳感器2#X1車輛離開信號燈Y1復(fù)位開關(guān)KX2車庫滿信號燈Y2啟動開關(guān)X3車庫是否有空位顯示Y32.4PLC的I/O端口接線圖2-3PLC的I/O端口接線第三章硬件的選擇3.1可控編程控制器的選擇〔PLC〕根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以講可編程序控制器分為整體式和結(jié)構(gòu)式，整體式每一I/O點的平均價格比模塊式的廉價，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式的PLC。模塊式的PLC的功能擴展比擬方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊等的選擇，比整體式PLC靈活得多。模塊式還備有多種特殊I/O模塊供用戶選擇，可以完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修是更換模塊等也很方便。因此，比擬復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式的PLC。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運動控制特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的PLC，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式PLC。2．PLC指令表指令功能的選擇現(xiàn)代的PLC的指令功能越來越強，內(nèi)部編程元件〔如輔助繼電器、定時器和計時器〕是個數(shù)越來越多，任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運動控制等工作，PLC應(yīng)有算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數(shù)運算和浮點運算等功能。FX系列的PLC提高提供了具有不同檔次的幾個子系列，可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用滿足的子系列。例如不需要聯(lián)網(wǎng)通信的小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，可以選用交割更廉價的FX0s系列；I/O點數(shù)多、控制復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)了以選用FX2N系列，并且FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲器8K步，可擴展到16K步，最大可擴展到256個I/O點，可有多種特殊功能擴展，實現(xiàn)多種特殊控制功能〔PID、高速計數(shù)、A/D、D/A、等〕。3．PLC的I/O點數(shù)確實定確定I/O點數(shù)時，應(yīng)該準確地計算出被控制設(shè)備對PLC輸入或者輸出點數(shù)的總需求，在此根底上，應(yīng)留有10%-20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改良和擴充時使用。整體式PLC的根本單元、擴充單元的輸入和輸出點數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入或輸出點數(shù)的比例較大，可選擇只有輸入點數(shù)的擴展單元或擴展模塊。因此，在這個設(shè)計中需要6個輸入點，4個輸出點，留有10%-20%裕量那么選擇最小點數(shù)即FX2N-16MR-001型號的PLC。FX2N-16MR-001是日本三菱公司的可編程控制器(PLC),輸入8點,輸出8點.3.2壓力傳感器的選擇MSP300系列〔MSP300-010-B-5-W-1〕壓力傳感器為大批量、低本錢、民用及工業(yè)用產(chǎn)品建立了新的性能價格比典范。本產(chǎn)品廣泛適用于對物壓、氣壓、液壓的檢測，甚至較惡劣的介質(zhì)環(huán)境，如污水、蒸汽、輕度腐蝕性液體和氣體。MSP300壓力傳感器〔MSP300-010-B-5-W-1〕的壓力腔采用17-4PH不銹鋼單件一體式結(jié)構(gòu)加工而成。其標準壓力接口采用1/4NPT外螺紋接頭，因而可以保證較好的密封性能。本產(chǎn)品的特點是無○形圈、無焊縫、無硅油或其他有機物，經(jīng)久耐用。MEAS采用獨有的微熔技術(shù)，引進航空應(yīng)用科技，利用高溫玻璃將微加工硅壓敏電阻應(yīng)變片熔化在不銹鋼隔離膜片上。玻璃粘接工藝防止了溫度、濕度、機械疲勞和介質(zhì)對膠水和材料的影響，從而提高了傳感器在工業(yè)環(huán)境中的長期穩(wěn)定性能，同時也防止了傳感器在傳統(tǒng)微機械加工制造工藝過程中出現(xiàn)的P-N結(jié)效應(yīng)現(xiàn)象。MSP300壓力傳感器是〔MSP300-010-B-5-W-1〕不銹鋼單件一體化結(jié)構(gòu)，壓力范圍高達10KPsi或700Bar毫伏或放大輸出，工作溫度范圍寬能適應(yīng)一年四級的各種氣候。主要應(yīng)用于普通壓力測量、自動檢測系統(tǒng)、液壓/氣動系統(tǒng)等。綜上所述可以選用MSP300-010-B-5-W-1。3.3按鈕開關(guān)的選擇按鈕開關(guān)是利用按鈕推動傳動機構(gòu)，使動觸點與靜觸點按通或斷開并實現(xiàn)電路換接的開關(guān)。按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)種類很多，可分為普通撳鈕式、蘑菇頭式、自鎖式、自復(fù)位式、旋柄式、帶指示燈式、帶燈符號式及鑰匙式等。本設(shè)計選用鑰匙式〔Y〕的按鈕開關(guān)。用鑰匙插入旋轉(zhuǎn)進行操作，可防止誤操作或供專人操作。3.4信號燈的選取XD系列信號燈是塑料外殼，體積小重量輕、安裝方便、價格廉價、功率小。且XD系列信號燈的燈罩與紅、黃、藍、乳白、綠、無色六種顏色。該信號燈適用于交流50Hz，電壓380V以下的電氣線路中作各種燈光指示信號、預(yù)告信號、事故信號及其他指示信號之用。所以可以選用XD16-22B信號燈。3.5導(dǎo)線選擇銅導(dǎo)線面積等于負載功率千瓦數(shù)乘以0.65，得數(shù)小于或等于導(dǎo)線實際截面的就選其值大一級的導(dǎo)線，鋁線在算出銅線結(jié)果的根底上粗一級。導(dǎo)線規(guī)那么一般是：1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2等等。因此，本設(shè)計中，1個300W的LED顯示屏，銅導(dǎo)線的截面面積=0.3X0.65=0.195,取最小1.5mm2。鋁導(dǎo)線取2.5mm2的。3.6LED顯示屏的選擇LED是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個通常是紅色的發(fā)光二極管組成，靠燈的亮滅來顯示字符。用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。本設(shè)計選擇科泰室內(nèi)Φ5雙基色LED顯示屏，它具有功率小，可視距離適合停車場使用，具有雙色調(diào)醒目，使用壽命長。能夠在常溫下工作。能夠同步顯示，異步脫機顯示，所以可以選用科泰室內(nèi)Φ5雙基色LED顯示屏。元件明細表表3-1元件明細表元器件(型號)數(shù)量備注科泰室內(nèi)Φ5雙基色1個LED顯示屏MSP51002套壓力傳感器Y2個按鈕FX2N-16MR-0011個三菱編程控制器XD16-22B2個黃，藍各一個2假設(shè)干〔根據(jù)現(xiàn)場情況決定〕第四章程序設(shè)計4.1控制要求1.入庫車輛前進時，經(jīng)過1#傳感器→2#傳感器后，計數(shù)器加1，后退時經(jīng)過2#傳感器→1#傳感器后，計數(shù)器減1；只經(jīng)過一個傳感器那么計數(shù)器不動作。2.出庫車輛前進時，經(jīng)過2#傳感器→1#傳感器后，計數(shù)器減1，后退時經(jīng)過1#傳感器→2#傳感器后，計數(shù)器加1；只經(jīng)過一個傳感器那么計數(shù)器不動作。3.車輛入庫或出庫時，均應(yīng)有提示燈，定時3s鐘。4.倉庫啟用時，先對所有用到的存儲單元清零。5.假設(shè)設(shè)倉庫容量為50輛車，那么倉庫滿時應(yīng)提示。6.使用LED顯示車庫車輛是否滿。4.2計數(shù)邏輯1.壓力感器的受到200公斤以上的壓力時定義為“有信號〞；2.傳感器1#有信號，在啟動傳感器2#時啟動增計數(shù)邏輯；3.傳感器2#有信號，在啟動傳感器1#時啟動減計數(shù)邏輯；4.傳感器1#，2#有信號，那么啟動增計數(shù)邏輯；5.傳感器1#，2#完成脈沖同時1#，2#有信號，那么啟動減計數(shù)邏輯；6.復(fù)位開關(guān)復(fù)K有信號時復(fù)位動作；7.增計數(shù)與減計數(shù)的啟動邏輯互鎖；8.增計數(shù)和減計數(shù)的進行邏輯互鎖；9.計數(shù)值超過到達50提示〔LED顯示〕。其中：條件2和條件3為“方向判定條件1〞；條件4和條件5為“方向判定條件2〞；順序功能圖圖4-1順序功能圖程序流程圖圖4-2程序流程圖4.5程序梯形圖4.6程序指令表0LDX0;32ANDM4;1ORMO;33ORM5;2ANIT4;34ANIT13ANIM3;35OUTM5;4OUTM0;36OUTT1；5LDM0;K30;6ANDX1;37LDM5;7ORM1;38OUTY1;8ANIT4;39OUTT5;9ANIM4;K30;10OUTM1;40LDM4;11LDM0;41OUTM8200;12ANDM1;42LDX2;13ORM2;43RSTC220;14ANITO;44LDX0;15OUTM2;45ANDX1;16OUTTO;46ANIT6；K30;47OUTC220;17LDM2;K50;18OUTYO;48LDC220;19OUTT4;49ORY3;K30;50END;20LDX1;21ORM3;22ANIM0;23ANIT5;24OUTM3;25LDM3;26