摘 要

随着汽车工业的迅猛发展，我国汽车拥有量急剧增加，很多城市出现了“停车难”问题，停车场成为交通系统中重要的一部分。停车场车位控制系统是以计算机和PLC作为控制器，实现对车辆进出停车场的自动登记、收费、计数以及车位引导的一种停车系统。
本课题针对小区停车问题设计出了一个基于PLC的中小型停车场车位控制系统。该系统从功能上来说分为停车场外部的出入控制系统和停车场内部的车位引导系统。出入控制系统主要负责统计停车场内剩余车位的数量并将其显示以控制车辆的出入，主要包括传感器、PLC计数系统、七段数码显示、红绿指示灯，道闸栏栅等；车位引导系统则是负责当车进入停车场后引导车停在最优的位置，主要包括传感器、PLC控制器、计算机控制系统、LED显示屏等。
本文主要介绍了停车场控制系统各个部分主要实现功能、设备组成以及在硬件电路上的选择，同时阐述了PLC的输入输出分配，重点介绍了PLC外部硬件电路接线和软件编程设计，本文中软件编程语言用的是梯形图，直观易懂。整个系统设计思路清晰，结构紧凑，各部分原理简明通俗，对停车场车位控制系统的设计具有一定的参考价值和实际意义。

关键词：停车场  可编程控制器  车位引导

Abstract

With the rapid development of the automobile industry, China's automobile ownership has soared. Many cities appeared "parking" problem, and parking become an important part of transport system. Parking lot control system is a parking system which is controlled by computer or PLC (Programmable Logic Controller) to realize the automatic registration, charges, count, and parking guidance.
This article introduces a parking location system based on PLC to solve the actual problem. The system can be divided into two parts based on function, one which is out of the lot is designed to control the cars in and out, the other which is in the lot is designed to lead the car parking. Access control system includes sense organ、counter system, seven-segment display、green-red light system and so on; Parking guidance system is responsible for when the car into the car in the parking lot after guiding the optimal location, mainly including sensors, PLC controller, computer control system, the LED display and so on.
This article mainly introduced the parking lot control system parts mainly realizes function, composition of equipment and the choice of hardware circuit, and expatiates the input and output distribution, the PLC is mainly introduced PLC external hardware circuit wiring and software programming design, this article software programming language used is the ladder diagram, straightforward. The whole system has a compact frame and in-focus consecution, its element can be understood easily, in a word the system can be referenced by kindred system.

Key words： parking lot  programmable logic controller (PLC)  parking guidance

目  录

摘要
Abstract
绪论
1  可编程控制器（PLC）简介
1.1  PLC定义与发展现状
1.2  PLC工作原理
1.3  PLC的优点
1.4  PLC编程语言
1.5  PLC发展趋势
2  基于PLC的停车场车位系统总体设计
2.1  系统所实现的功能
2.2  系统设计方案
2.2.1  系统总体设计方案
2.2.2  各子系统实现功能
2.3  系统设计方法
2.3.1  入口控制系统设计方法
2.3.2  出口系统设计方法
2.3.3  车辆显示系统设计方法
2.3.4  车位引导系统设计方法
2.4  系统组成总体框图
3  控制系统的硬件设计
3.1  控制系统选取
3.2  出入口系统硬件组成
3.2.1  入口系统组成
3.2.2  出口系统组成
3.2.3  出入口系统硬件电路图
3.2.4  出入口系统硬件配置
3.3  停车场车位引导系统硬件组成
3.3.1  信息采集系统
3.3.2  信息处理模块
3.3.3  信息发布模块
3.3.4  信息传输模块
3.3.5  车位引导系统硬件配置
4  系统软件设计
4.1  系统软件总体设计
4.1.1  软件总体流程
4.2  停车场车位控制程序设计
4.2.1  PLC程序输入输出符号表
4.2.2  系统子系统软件
结论
致谢
参考文献

 
绪 论

近年来，我国的汽车产业飞速发展，汽车保有量持续攀升，而中国目前的停车场建设相对滞后，“停车难”问题凸显。为了满足日益增长的停车需求，大型、超大型停车场不断涌现，由于停车场规模的增大，传统停车场管理系统已不能满足实际需求[1]。另外，随着规模的不断扩大，停车场内部针对停车用户的泊车引导日显重要，用户置身于停车位多达数千甚至上万的停车场中，往往很难自主快速找到停车位。因此，为用户设计一套行之有效的泊车引导系统，指引用户泊车，不但可以加快用户的泊车速度，而且可以提高停车场的整体运行效率。
目前我国的停车场管理系统大多存在智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。各个管理子系统没有有效地综合集成起来，停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率低下。而且大多数的大型停车场，都不具备智能型的泊车引导系统，一般都只停留在显示停车位已满和指示车位编号等简单泊车引导阶段[2]。
智能停车场是智能交通系统的重要组成部分，是目前世界交通运输领域研究的前沿课题，其核心是采用先进技术和高度自动化的机电设备、图像处理设备、数据处理设备并结合用户在停车场收费管理方面的需求，以及交通管理方面的经验而开发的系统。停车场车位控制系统是在不直接进行人工参与指挥的情况下自动完成停车场空余车位数目统计、自动进出停车场的智能化收费以及自动车位引导的系统。
本设计主要研究停车场车位控制系统实现的功能和过程，通过PLC技术和计算机技术对停车场的出入库系统和泊车引导系统进行控制管理，实现自动进出口登记、收费、计数与车位引导，减少人工的参与，使车主准确、方便、迅速实现停车。而且完成了停车场车位控制系统的硬件系统设计与选型，以及软件系统的设计。

1  可编程控制器（PLC）简介

1.1  PLC定义与发展现状
可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计[3]。
可编程控制器是以微处理器为核心，把电气传动和逻辑控制、自动测量和调节、数据计算和处理有机地结合起来，具有丰富的软件资源的现代化工业自动化控制器。经过30多年的发展，现在可编程控制器己经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集、图形工作站等的综合控制系统。
我国应用PLC还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机床、煤炭、电站等领域，其他行业的应用尚未普及，中国尚有广阔的应用领域等待开拓。我国90％的PLC市场由国外占领，中大型PLC中，几乎100％是国外产品，以美国MODICON公司、GE公司、西德SIEMENS，日本富士公司为主。我国的停车场车位控制许多都采用了PLC，并取得了非常好的效果。
1.2  PLC工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，其扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段，全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC方式开关置于RUN（运行）时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作，执行所有阶段；当PLC方式开关置于STOP（停止）时，只进行内部处理和通信操作服务等内容，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。循环扫描过程如图1-1所示。
 
图1-1  PLC工作原理图
PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。其输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图1-2所示。
 
图1-2  PLC程序执行原理
1.3  PLC的优点
可编程逻辑控制器是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，以微型计算机为基础的一种为用于工业环境而设计的数字式电子系统，这种系统用可编程序存储面向用户指令的内部寄存器，完成规定的功能，如逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等，通过数字量的输入输出控制各种类型的机械或生产过程，具有以下几个显著特点[4]。
（1） 实时性好
由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护，更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。
（2） 可靠性高，抗干扰能力强
PLC是专门为工业控制而设计的，在设计与制造过程中均采用了诸如屏蔽、滤波、隔离、无触点、精选元器件等多层次有效的抗干扰措施，所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。
（3） 控制功能强
PLC除具有基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配上特殊功能模块还可实现位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能。
（4） 配置灵活
控制器产品种类繁多，可根据控制工程实现功能要求不同，进行不同的配置。控制器的各个部件，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需要自行组合。
（5） 使用方便
PLC安装简单，维修方便，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。
（6） 设计、施工和高度周期短
PLC在许多方面是以软件编程来取代硬件接线，用PLC构成的控制系统比较简单，编程容易，安装使用方便。
1.4  PLC编程语言
PLC编程语言与计算机的工作原理一样，PLC的操作是按其程序要求进行的，而程序是用程序语言表达的，表达方式有多种多样，不同的PLC生产厂家，不同的机种，采用的表达方式也不相同。但基本上可归纳为字符表达方式（即用文字符号表达程序，如语句表程序表达方式）和图形符号表达方式（即用图形符号表达程序，如梯形图程序表达方式）这两大类。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素[5]。
1.5  PLC发展趋势
PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展，具体表现为以下几个方面：
（1） 向高速度、大容量的方向发展；
（2） 可靠性进一步提高；
（3） 增强外部故障的检测与处理能力；
（4） 大力开发智能模块；
（5） 提供更方便灵活的编程方法，让PLC的使用更加方便；
（6） 向超大型和超小型两个方向发展；
（7） PLC更加规范化、标准化；
（8） PLC联网通信功能更加强大[6]。