基于PLC_的立体车库控制系统设计毕业论文

毕业论文

基于PLC 的立体车库设计控制

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论文题目：基于PLC 的立体车库设计控制

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 PLC 组态监控

目 录

第一章 车库的总类 . ........................................................ 4

1.1 升降横移式 . .................................................................................................................. 6

1.2 巷道堆垛式 . .................................................................................................................. 6

第二章 双层立体车库功能介绍 . .............................................................................................. 7

2.1 立体车库系统组成 . ...................................................................................................... 7

2.2 PLC核心控制部分 . ....................................................................................................... 7

2.3 立体车库控制要求 . ...................................................................................................... 8

第三章 立体车库系统设计 . ...................................................................................................... 9

3.1 PLC选择 . ....................................................................................................................... 9

3.2 三菱FX2N 系列PLC 的性能指标和分类 .................................................................... 9

3.3 可编程序控制器的工作方式及编程语言 ................................................................. 12

3.4 I/O口分配 . ................................................................................................................. 14

3.5 PLC外部接线端口图 . ................................................................................................. 15

3.6 车位检测部分 . ............................................................................................................ 15

3.7 手动控制部分 . ............................................................................................................ 16

3.8 软件设计 . .................................................................................................................... 17

附录1: 立体车库原理图 . ......................................................................................................... 18

附录2: 立体车库总程序 . ......................................................................................................... 19

结 论............................................................................................................................................. 29

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30~40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80％—90％，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、圆形水平循环式。

第一章 车库的种类

1.1 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，配臵灵活，造价较低。

1.2 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，在提升机的两侧布臵车位，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，因此造价较高，但占地却最小。

第二章 双层立体车库功能介绍

2.1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

2.2 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。

2.3 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臵等 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2.1

1. １号车位、2号车位、3号车位只能上下移动，不能左右移动；

2. 4号车位、5号车位只能左右移动，不能上下移动；

3. 下排车位上的汽车可以直接开出；

4. 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，让出位臵，上排车位降至下层，再进出车辆。

第三章 立体车库系统设计

3.1 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，例如位臵控制及网络功能等。

3.2 三菱FX2N 系列PLC 的性能指标和分类

3.2.1 PLC的主要性能指标

输入／输出点数（I ／O 点数）

I ／O 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。

存储容量

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。 1. 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，也有以执一步指令所需时间来计算的，单位用µs/步。 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A ／D 模块、D ／A 模块、位臵控制模块等。

2. 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。 3.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、则可以分为小型、中型和大型PLC 三种类型。 4.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臵，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。 5.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）、I ／O 扩展单元及外部设备组成。图2-1为PLC 的硬件结构图。

图2-1 PLC的硬件结构图

图2-2为三菱FX2N 小型PLC 产品主机示意图。本课题中FX2N －48MR 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。

3.3可编程序控制器的工作方式及编程语言

1.PLC 的工作方式 (1)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、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

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诊断及与外设通信等时间。

(4)PLC的I ／O 响应时间

PLC 采用集中I ／O 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。输出信号变化滞后于输入信号变化，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。

3.4 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；X3到X6为功能开关；X10至X20为限位开关。

表3-1

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。

表3-2

3.5 PLC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3.1

3.6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600Ω，为满足光电对管的性能指标，我们将可编程控制器的内臵24V 直流电源上串联了一个200Ω/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。

3.7手动控制部分

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。

3.8 软件设计

PLC 的编程语言有梯形图语言、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2

附录1: 立体车库原理图

附录2: 立体车库总程序