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1、35中国矿业大学成人教育学院2016届毕业设计毕 业 设 计题 目 PLC控制的立体车库系统设计 姓 名 编 号：（ ）字 号中 国 矿 业 大 学二0 年 月 日摘 要立体停车库生产在中国是个新兴行业，立体停车库可缓解城市动、静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地价值。本系统采用PLC、计算机结合组态画面监控，按动按钮或控制组态画面即可完成汽车存取过程，操作简单，存取方便。控制电路部分采用交流接触器传统方式，使运行安全可靠。设计采用可分组合，模块式安装，方便灵活，具备维护使用方便，造价低等特点。关键词：立体车库；可编程控制器 ；组态监控ABSTRACT Parking production
2、 is a new industry in China, parking equipment can alleviate the city dynamic and static traffic problems, improve the living environment, the effective use of land value. The system uses PLC, combined with the computer configuration screen monitor, press the button or control configuration screen t
3、o complete the vehicle access process, simple operation, convenient access control circuit. The traditional AC contactor, the safe and reliable operation. The design uses the separable combination, modular installation, convenient maintenance, with convenient use and low cost.Key words: stereo garag
4、e; programmable logic controller; configuration monitoring目 录1、引言6(一）升降横移式6（二）巷道堆垛式62 三菱PLC简介82.1 三菱FX2N 系列PLC的性能指标和分类82.2可编程序控制器的工作方式及编程语言93 双层立体车库功能介绍113.1立体车库系统组成113.2 PLC核心控制部分113.3 立体车库控制要求114 立体车库系统设计134.1 PLC选择134.2 I/O口分配134.3 PLC外部接线端口图144.4车位检测部分1445手动控制部分154.6 软件设计155 结论与讨论16参考文献18附录1: 立体
5、车库原理图19附录2.立体车库总程序20 1、引言 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近3040年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已将近二十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据
6、40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式
7、、圆形水平循环式。(一）升降横移式升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。（二）巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。垂直提升式立体车库垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高
8、，因此造价较高，但占地却最小。（三）垂直循环式 产品特点： 1)占地少，两个泊位面积可停610辆车。 2)外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。 3)价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 4)可采用自动控制，运行安全可靠。 本课题以二层五车位为研究对象,采用三菱FX2N-48MR为控制元件,进行模拟,结合所学专业知识,成功的设计出二层五车位PLC控制系统.2 三菱PLC简介2.1 三菱FX2N 系列PLC的性能指标和分类1) PLC的主要性能指标l 输入输出点数（IO点数）IO点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。l 存
9、储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。l 扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用s/步。l 功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如AD模块、DA模块、位置控制模块等。l 指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2) PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以
10、分为小型、中型和大型PLC三种类型。1. PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1) PLC的硬件结构一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入输出接口、内部电源）、IO扩展单元及外部设备组成。图2-1为PLC的硬件结构图。输入电路CPUEPROMRAM输出电路基本单元内部电源扩展I/O接口各种外设接口输出信号现场输入信号主机编程器打印机PC机输入电路输出电路扩展单元输出信号扩展连接电缆至其他扩展单元现场输入信号图2-1 PLC的硬件结构图图2-2为三菱FX2N
11、小型PLC产品主机示意图。本课题中FX2N48MR为基本单元，(24入、16出)，M表示主机、R表示该单元为继电器输出型。2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言1. PLC的工作方式开始内部处理通信处理RUN方式？输入扫描程序执行输出处理NY1) PLC的扫描工作方式 图2-3 PLC的扫描过程可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-3所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理
12、、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。2) PLC的程序执行过程输入端子输入映象寄存器输出映像寄存器输出锁存器输出端子输入 .输出程序执行阶段输入采样阶段输出刷新阶段X001Y001Y001M1读读PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-4所示。图2-4 PLC的程序执行过程3) PLC的扫描周期在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自
13、诊断及与外设通信等时间。4) PLC的IO响应时间PLC采用集中IO刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。3 双层立体车库功能介绍3.1立体车库系统组成系统主要由：PLC、组态监控部分、电气传动部分、检测部分、手动控制部分、支架模型系统图见(2.1-1)：图2.1-13.2 PLC核心控制部分系统核心部分采用三菱FX2N-48MR为控制元件，它是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令
14、执行时间高达0.08us，远远超过了很多大型可编程控制器。它功能强大实用，价格便宜，工作稳定可靠，24点输入，16点输出，采用继电器输出形式，可驱动交直流负载，负载电流在2A左右。220V AC供电。并且输入端内部自带24V直流电源，还可为负载提供直流电源。3.3 立体车库控制要求 本系统通过检测车位运行状态和其它参数，控制电机轮流工作，合理调度电机运行。系统通过计算机以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地 反映系统工作状态以及车位位置等 参数，并通过PLC通讯模块与监测监控主机实现数据交换，该系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点。如图2.3-1图3.1-1 号车位、2
15、号车位、3号车位只能上下移动，不能左右移动； 4号车位、5号车位只能左右移动，不能上下移动； 下排车位上的汽车可以直接开出； 上排车位的汽车，要想开出需要先按下相应车位标号呼叫按键，再按下叫车按键，然后下排车位先左右移动，让出位置，上排车位降至下层，再进出车辆。 4 立体车库系统设计4.1 PLC选择本系统采用三菱公司的型号为FX2N-48MR的PLC,是一种具有结构紧凑、抗干扰能力强、使用方便、同类产品价格便宜等优点。随着电子科技发展及产业应用之需要，PLC的功能也日益强大，例如位置控制及网络功能等。4.2 I/O口分配针对本课题要求，我们规定了PLC输入点分配。其中，X0到X2为呼叫开关；
16、X3到X6为功能开关；X10至X20为限位开关。1号车位上限开关X103号车位下限开关X202号车位上限开关X111号车位呼叫开关X03号车位上限开关X122号车位呼叫开关X14号车位上限开关X133号车位呼叫开关X25号车位上限开关X14 复位开关X36号车位上限开关X15叫车开关X41号车位下限开关X16停止开关X62号车位下限开关X17关于输出点的定义，它们两两成对，构成控制交流接触器吸合条件。1号车平台上升Y01号车平台下降Y12号车平台上升Y22号车平台下降Y33号车平台上升Y43号车平台下降Y54号车平台左移Y64号车平台右移Y75号车平台左移Y105号车平台右移Y114.3 PL
17、C外部接线端口图根据I/O分配,及电路原理图(见附录1),本系统外部接线如图:图4.3-14.4车位检测部分FX2N-48MR可编程控制器采用直流输入形式，车库所有车位到位及限位检测采用了光电对管，检测电路电源使用PLC内部提供的24V直流电源，其最大驱动电流可达400mA.光电对管的导通电流在30mA左右，内阻为600，为满足光电对管的性能指标，我们将可编程控制器的内置24V直流电源上串联了一个200/1W的大功率电阻。立体车库共有6个上下到位检测光电对管和3个左右到位检测光电对管，总驱动电流为9*30mA=270mA，小于可编程控制器24V直流电源的最大输出电流，满足设计要求。45手动控制
18、部分程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件,当系统掉电时元件保持掉电前的状态,以保存现场信息,待上电后继续完成被中断的动作;当发生意外情况时,按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息;当出现如电机过载、过热电气或机械故障时,自动中止系统的运行,并发出声光报警,同时系统转入手动方式进行故障处理。考虑到组态控制可能出现上述问题，系统也设计了最基本的手控控制，设计了车库上层三个车位的选择按钮、呼叫车位按钮和复位按钮，并且考虑到如果车位动作出现错误，设计了急停按钮，这样能使车库系统无论处于何种运行状态都能立即停止运行，避免事故的发生。4.6 软件设计PLC的编程语言有梯形
19、图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本设计所采用的编程语言为梯形图语言。完整的梯形图程序见附录25 结论与讨论近几年，随着人民生活水平的提高，及汽车价格的一降再降，有车在老百姓看来已是越来越平常的事。可是，如果你住在一些较老的小区，会发现，买车容易，停车可就难了；更有甚者，有些人为了能在市中心上班地找到一个泊车位，不得不比挤公车起得还早。为什么会这样，这既有历史原因，人们没想到国人会如此快的拥有自己的家庭轿车，也有中国过于太快的城市化，使城市本就薄弱的基础设施捉襟见肘，所以，国家不能承受城市无限度的外扩，也就不允许在每个建筑外面留下大
20、块的空地作为停车场。因此，“车库”是大中城市的热门话题，国家经贸委将“城市立体车库”列为“近期行业技术发展重点”，随着家用汽车的不断增加，公共场所及社区内存车矛盾、车挤绿地的问题将会越来越突出，在人们对生活质量和环境意识不断增强之时“车库”日渐成为热门话题，机械自动化立体车库将会在新开发的楼盘及商业里大显身手。 随着汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化,而作为解决城市静态交通的有效措施向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循
21、环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。本文介绍了立体车库发展状况以及立体车库的主要功能与优越性，并进一步结合给出了一个物业小区内地下三层升降横移式立体车库的设计与实现方案的实践操作来阐述PLC的应用。升降横移类立体车库的控制系统通过采用PLC和Profibus现场总线控制,使整个控制系统的可靠性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,完全实现了进出车的智能控制。系统还在硬件设计上采用了手动、半自动和全自动多级冗余控制方式,配合软件/硬件连锁保护,大大提高了系统的可靠
22、性;同时,由于PLC软件设计上的优化处理,使得本系统对于车位的扩展实现较为简便;此外,软件设计还采用了“并行分支与汇合”的技巧,从而大大缩短了进出车时间,提高了工作效率。同时，本文还介绍了基于可编程控制器(PLC)和Profibus总线的车库控制系统,简述了多层升降横移立体停车库工作原理和结构特点，通过PLC软件设计及其优化,实现了立体车库的自动控制。升降横移类立体车库的控制系统通过采用PLC和Profibus现场总线控制,使整个控制系统的可靠性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,完全实现了进出车的智能控制。系统还在硬件设计上采用了手动、半自动和全自动多级冗余控制方式,配合软件/硬
23、件连锁保护,大大提高了系统的可靠性;同时,由于PLC软件设计上的优化处理,使得本系统对于车位的扩展实现较为简便;此外,软件设计还采用了“并行分支与汇合”的技巧,从而大大缩短了进出车时间,提高了工作效率。本文的一些观点和实际操作是根据具体的实际情况不同而不同，存在一定差异性，还有就是希望能多和同行业的同仁通交流探讨。参考文献1 李雪雪, 柯尊忠. PLC在立体车库自动控制中的应用研究 J .机电产品开发与创新, 2003 (3)2 郭建江, 于有生. PLC 在塔式立体车库控制系统中的应用 J . 机电工程技术, 2003 (5)3 郑晟, 巩建平. 现代可编程序控制器原理与应用 M . 北京:
24、 科学出版社, 19994 赵跃华. 可编程序控制器及其应用 M . 成都: 电子 科技大学出版社, 19985 SIMATIC S7 - 200 可编程序控制器系统手册6 西门子SIMATIC S7 - 200 可编程序控制器选型手册7 西门子MicroMaster440 通用型变频器使用大全8 殷际英. 机电一体化基础 M . 北京: 冶金工业出版社, 19979 任伯淼. 机械式立体停车库 M .北京: 海洋出版社, 200110皮壮行, 宫振鸣, 李雪华. 可编程序控制器的系统设计与应用实例 M . 北京: 机械工业出版社, 200011 王新生 , 张华强，基于PLC的立体车库控制系
25、统设计工业控制计算机 Industrial Control Computer12 张华强 , 王陶 , 苏晓良 , 王蕾，基于HMI和PLC的立体车库自动控制系统电气传动 Electric Drive 13 程怀舟基于PLC的多层升降横移立体停车库控制系统设计电子设计应用 Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics China 14 戴士杰 , 李斌 , 师占群 , 岳宏，基于PLC控制的液压立体车库的设计机床与液压 Machine Tool & Hydraulics 15 宋胜涛 , 李瑞琴PLC在机械式立体车库控制系统中
26、的应用太原师范学院学报（自然科学版） Journal of Taiyuan Teachers College(Natural Science Edition) 附录1: 立体车库原理图附录2.立体车库总程序八、学习心得经过将近两周紧锣密鼓的设计与制作，自动化立体停车库自动系统。通过学习，我们了解了用PLC设计立体停车库的系统，电子、信息技术于一体。我们通过对立体停车库原理的分析，探讨了用可编程控制器PLC实现车库控制系统的基本方法，实现了对立体车库模型的控制，对PLC在复杂控制系统中的灵活应用有一定的理论意义和较大的实际价值。虽然在期间也曾出现了诸多问题，但在自己研究和公司员工指点下和悉数解决了，并顺利完成了设计。两周的学习时间就这样悄然而去，但在设计与制作过程中所学到的方法、积累的经验，会成为我们以后学习生涯的一大财富。不仅丰富了我们的知识，增长了我们的见识，更提高了我们的动手操作能力，以及培养了我们独立思考与创造的思维方法。