车辆出入库管理系统设计

1 引 言 1.1 引 言 随着生产力和科学技术的不断发展， 人们的日常生活和生产活动大量的使用自动 化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了 生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。 早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单、价格 低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用 性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。 1969年， 出现了可编程逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller） ， 其特点是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软 件更改方便，通用性和灵活性好。 目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能 化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分 布式控制系统DCS(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control System)，这将使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用 范围更广 随着汽车特别是私有汽车的普及使用，公共场所和社区汽车流转数量激增， 这对 车辆的安全停放和管理提出了更高的要求， 引进先进的控制技术和管理方式，实现对 大型停车场系统的集中化和智能化的安全性管理控制已经成为大规模停车服务管理 的必然趋势。针对现有的停车系统管理中存在的缺陷及 PLC 技术和传感器技术的迅 猛发展所带来的新控制方式和管理方式的变革，采用先进的、科学的、合理的设计方 法，建立一套基于 PLC 的车辆出入库管理系统最大限度地提高了停车场的使用率， 实现车辆出入库控制、数量统计、信息查询过程的自动化，就显得十分必要。 1.2 PLC 的工作原理 “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它 采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计 数和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型 的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一 个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ” 1 可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单 元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC硬件结构如图 1 所示： PLC 执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶 段。 1．输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采 样， 并存入输入映象寄存器中。 接着进入程序处理阶段， 在程序执行阶段或其它阶段， 即使输入状态发生变化， 输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在 下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。 2．程序执行阶段 在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示， 则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据 跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时， PLC 从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的 结果再存入元件映象寄存器中。 对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过 程而变化。 3．输出刷新阶段 2 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象 寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方 式输出，驱动外部负载。 因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当 PLC 进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才 对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时 间对输入状态进行采样。 在用户程序中如果对输出结果多次赋值， 则最后一次有效。在一个扫描周期内， 只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出， 对输出接口进行刷新。在 其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。 对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输 出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数 时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的 可靠性。 而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高 系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用 智能I/O接口等多种方式。 3 2 车辆出入库管理系统的构成 2.1 管理系统总体设计方案 本管理系统采用可编程控制器(PLC)控制车辆出入库，使整个系统合作完成车辆 出入库智能化集中管理工作。此外， 根据总体设计方案，本系统的硬件设计可划分为基于PLC的测控电路设计、显 示部分，下面分别介绍各部分的设计方法。 2.2 测控电路设计 2．2.1 PLC选型及I／O点分配 设计中采用内存为8K步，最大I／0点数256点的微处理器(FX2NX系列， 三菱公司产品)，电源使用带有24V DC和AC 24V的使用电源 根据系统控制要求， 本系统需计数器1个，8个输入点和8个输出点， 所选PLC 类型满足系统要求。 输入信号 空库 0001 启动 10001 停止 1002 清零 1003 入库 1004 前进 1005 传感器 1# 传感器 2# X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 4 输出信号 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Led 数码管 b 脚 Led 数码管 a 脚 Led 数码管 c 脚 Led 数码管 d 脚 Led 数码管 e 脚 Led 数码管 f 脚 Led 数码管 g 脚 Led 数码管 h 脚 2．2.2 PLC输入电路设计 PLC依据接收到的车辆检测信号判断是否允许车辆通过道口， 因此车辆检测器的 选用与输入通道的接口电路设计是非常重要的。 1．入库车辆前进时，经过1# → 2#传感器后计数器加1，后退时经过2# → 1# 传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。 2．出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1，后退时经过1# → 2#传 感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。 2．2.3车辆检测器 车辆检测器又称车辆感应器、地感感应器或地感线圈， 由一组环线圈与电流感应 数字电路板组成。地感线圈埋于道口栏杆前后地下5～10 cm处，当线圈上面没有 车辆时， 车辆感应器和地感线圈之间产生一个平衡点，车辆感应器输出一个低电平到 CPU；若状况发生改变，车辆感应器输出高电平到CPU。PLC 通过对两个信号进 行检测判断，即可得到所需车辆检测信号。 为了保证能在恶劣的环境中使用，PLC输入接口需采用隔离措施。采用光电耦合 器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。 2.2.3传感器的布置 5 2