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自动化PLC实训项目——基于PLC的停车场控制系统的设计
(1)停车场有80个车位。当有空位时停车场门口的绿灯亮,当没有空位时红灯亮。其中,L1:绿灯;L2:红灯。
(2)系统启动时,首先按下复位按钮,计数器复位(复位成80)。然后按下启动按钮,智能停车场控制系统开始工作,按下停止按钮,智能停车场停止工作。
(3)当车辆进入停车场时,停车场入口传感器SQ1感应,栏杆LG1抬起,LED计数器减1;当车辆驶离停车场时,停车场出口传感器SQ2感应,栏杆LG2抬起,LED计数器加1。当停车场车位已满时,车辆不能再进入停车场(栏杆LG1不抬起)。
(4)停车位被占用时,上方的指示灯显示红色;如果本车位空闲,则上方的指示灯显示绿色。
(5)通过操作台来实现监控系统画面的运行,最后实现了停车场控制系统的操作(选做)。
为完成题目要求,需要规定传感器和执行部件的规则。本项目默认规定:
由于车位众多,使用的车位传感器和车位指示灯,需要20个I点和40个Q点。另外两个数码管显示需要14个Q点,而本项目使用的S7-1214C PLC只有I点14个和Q点10个,因此需要添加扩展模块进行IO扩展。使用2个DI 1624模块和5个DQ 1624个模块将IO点扩展为I点46个,Q点90个,足够系统使用,且留有一定余量,方便在IO映射时位对齐,也方便后期加入更多车位或者其他功能。
使用本地PC工作站,通过PROFINET协议和PLC进行通信。另外使用WinCC软件组态绘制上位机画面。
由于增加了扩展模块,IO点数更多,且留有足够的余量,方便后期对程序进行扩展。
开关与传感器 | 输入端子号 | 输出设备名称 | 输出端子号 |
---|---|---|---|
复位按钮 | I0.0 | 门口绿灯 | Q0.0 |
启动按钮 | I0.1 | 门口红灯 | Q0.1 |
停止按钮 | I0.2 | 入口栏杆LG1 | Q0.2 |
入口传感器SG1 | I0.3 | 出口栏杆LG2 | Q0.3 |
出口传感器SG2 | I0.4 | 错误指示灯 | Q0.4 |
车位传感器0-19 | I2.0-I4.3 | 个位数码管a-g | Q2.0-Q2.6 |
十位数码管a-g | Q3.0-Q3.6 | ||
停车位红灯0-19 | Q4.0-Q6.3 | ||
停车位绿灯0-19 | Q8.0-Q10.3 |
程序逻辑比较简单,但因为数码管、车位等需要用到大量重复性语句,因此使用函数进行封装。程序基本按照分层、分块的设计流程,尽可能避免使用繁琐的程序段,可读性更好,便于维护。使用数据类型更丰富的DB块作为中间量,简化程序设计步骤。程序中多次用到DB块的数组数据类型代替I/O变量,使运算更加方便。最后使用SCL块的PEEK、POKE指令将数组全部映射到IO域上。
注意:因为博图V15在能流仿真和WinCC界面中不能直接修改I点的值,所以程序中使用M中间继电器代替所有的I触点,变量名字不变。若要进行实物连接,在变量表中可以很方便的修改输入变量的地址为I点。
经典的启保停作为程序的开始。
项目还要求有复位按钮,系统先按复位键将计数器复位再启动。在此设计了按下启动时自动复位,简化了操作步骤。
直接复位可能出现显示计数值为车位数量,但有的车位依然被占用的情况,因此将程序改进为按下复位,数码管显示的值=车位数量-已占用车位数,更加贴合实际情况。
此部分是系统的主要功能。车辆入库时,入口传感器检测到车辆后接通,若车库未满,则入门栏杆抬起,直到车辆进入。此时为能流的下降沿,计数器将执行减1操作。对于车辆出库,原理相似。
当计数器记到0时,表明车库容量已满,禁止车辆再次进入,亮起红灯。
当计数器为20时,说明车库中无车辆,此时如果检测到车辆出库,说明有计数错误,计数器将不再增加。此处为容错设计。
当计数器中的剩余车位数量大于实际未占用车位数量时,说明有计数错误,错误指示灯黄灯亮起。此处为错误报警设计。
系统中需要使用两个数码管表示两位数,而每个数码管的控制程序除了IO不同其他都一致,因此将数码管显示的程序封装为一个函数,简化了程序设计步骤。
将计数器数字个位和十位分离,分别作为IN参数填入函数。定义个位数码管和十位数码管的7位数组参数,将个位、十位数码管输出的7个Q点暂用对应的数组的不同位来表示,其地址作为IN/OUT入口参数填入函数,在函数中就可以把要显示数字的段码输出到对应数组的各个位中了。之后再将数组映射到I点,就可以控制数码管显示数字了。
数码管函数就是根据输入的数字决定数码管的哪一段亮,对应的段码如下:
由于车位众多,一个一个赋值程序会特别繁琐,且如果要更改车库数量,需要修改很多程序段。本程序将车位指示封装为函数,使用循环语句,对对应车库的数组元素进行赋值,然后经过IO映射完成功能。
主程序调用如下:
车位指示函数一开始对循环变量i和累计占用车位数sum给0,然后进入循环体,对应的车位传感器数组元素接通后,对应的停车位红灯得电,同时sum自增。每次循环将循环变量i自增。直到i=车位数量20循环终止,输出已占用车位数和未占用车位数,退出函数。
车位指示函数如下:
在前面提到,7个数码管段,20个车位传感器,40个车位红绿灯都使用DB块的数组代替原来的Q点。此步就是完成从数组到对应Q点的映射。
如果一个一个映射还是太繁琐,此处使用变址寻址,用S7-1200 SCL 编程语言的PEEK_BOOL和POKE_BOOL指令,实现对I/O和DB数据块的读取或写入。
参数area,根据数据所在区域的不同有四种取值。
如果映射的地址是连续的存储空间,这种方法可以使用FOR循环赋值。容易发现规律,数组元素下标从0开始逐个加1,如果I/O点是从0.0开始,对应的输入地址的位变量是从0到7再往复,而字节地址是先是8个0,然后是8个1……所以总结是字节地址是下标整除8的商,位地址是下标整除8的余数,换成编程语言就是字节地址是下标/8,位地址是下标MOD8。如果字节地址不是从0.0开始,在循环的开始加一个偏移量就可以了。然后就可以利用FOR循环来快速实现逐个位的赋值。[2]
部分程序如下:
使用博图自带的仿真软件对系统进行调试,通过手动控制各个开关的通断来模拟系统运行,通过观察能流导通情况,和监视变量值,最终验证了程序的正确性。
根据题目要求绘制的WinCC控制台可以更加方便的仿真与调试。
左上最大的区域是车位情况,中间的按钮表示车位传感器,背景为指示灯,被占用为红灯,未被占用为绿灯;
车位下方是车辆的出入口。按钮表示传感器,箭头表示栏杆起落情况。当有车进入且车库未满时,检测到车辆,箭头亮起代表栏杆抬起;
最下方是准入指示灯(绿色)和禁入指示灯(红色),另外还有错误指示灯(黄色);
右侧是控制和计数显示区,数码管每一段都连接到对应Q点,实时显示剩余容量情况。按钮控制停车场的运行状态。
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