基于PLC控制的双层立体车库设计论文-陈浩谷100310146

毕业设计（论文）

题 目： 基于PLC控制的双层立体车库设计

系 部： 信息技术系 专 业： 电气自动化 学 号： 100310146 学生姓名： 陈 浩 谷 导师姓名： 任 中 民 导师职称： 教 授

二○一二年十二月

温州科技职业学院毕业论文（设计）

【摘要】：

当今中国经济发迅速，城市化进程加快，汽车越来越快的走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺，城市空地和巷道越来越少，但是城市里的汽车数量却越来越多。在城区的车辆密集区，由于受到原有占地面积的限制，汽车停泊困难，交通阻塞。城市交通建设由于只注重解决动态交通—修路，不重视解决静态交通—建停车场(库)，因而造成现有停车位远远不能满足停车需求的严重局面。由于停车位的严重不足，迫使大量汽车占道停放已成为影响城市交通和市容环境的一大问题。为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。面临着建设现代化大都市的重任和土地资源异常奇缺的情况下，使用立体停车库是可行、明智的选择，它的前景将是无限美好的。面临着建设现代化大都市的重任和土地资源异常奇缺的情况下，使用立体停车库是可行、明智的选择，它的前景将是无限美好的。

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。针对都市住宅小区、商业区、写字楼等繁华地带短时间停车难的问题,它可以实现利用空间多层停车,不但节省占地空间,而且塔楼外观可设计成多用途的商业广告效益和实用性,立体车库对于解决现代化密集型城市的汽车停放问题具有重要的开发价值和广泛的应用前景。该系统具有操作简便,自动化程度高,运行速度快、可靠性高等特点。并且大大节约了土地资源，在寸土寸金的现在,如何节约，合理，高效运用土地是至关重要的，将大大节约成本。

【关键词】：立体车库；可编程控制器；组态监控；MCGS、

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PLC control three-dimensional garage system

design

[Abstract]:

Three-dimensional stops the garage production in China is an emerging profession, three-dimensional stops the garage to be possible to alleviate the urban tendency, the static transportation question, the improvement environment, uses the land value effectively. This system uses PLC, the computer union configuration picture monitoring, presses the button or the control configuration picture then completes the automobile access procedure, the simplicity of operator, the deposit is convenient. The control circuit part selects the exchange contact device tradition method, causes the movement safe reliable. The design uses the separable combination, the module type installment, facilitates nimbly, has the maintenance easy to operate, the construction cost low status characteristic.

Aiming at urban residential, commercial, office buildings and busy district short time parking problem, the paper introduces the mitsubishi Q00J - PLC as the master is controlled by the three-dimensional garage scheme, design and develop a tower three-dimensional garage automaticcontrol system and constructing experimental model was developed. It can carry use of space, not only save covers an area of multilayer parking space, and towers appearance can be designed into a multi-purpose commercial billboards, to improve the economic benefit and practicability, tower three-dimensional garage for solving the modern intensive city parked his car is essential development value and broad application prospect. This system has simple operation, high automation, fast operation, high reliability characteristic

[Key words]: Parking Programmable Logic Controller Configuration Monitoring

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目录

【摘要】 ................................................................. II

PLC control three-dimensional garage system design[Abstract] ........ III 目录 ................................................................. IV 引言 .................................................................. 1

1.1 升降横移式 .......................................................... 1 1.2 巷道堆垛式 .......................................................... 1 1.3 垂直循环式 .......................................................... 2

2 三菱PLC工作状态 .................................................... 3

2.1 PLC工作原理 .......................................................... 3 2.1.1扫描技术 ................................................................. 3 2.1.2 用户程序执行阶段 ......................................................... 3 2.1.3 输出刷新阶段............................................................. 4 2.2 PLC内部运作方式 ...................................................... 4 2.3什么是MCGS组态软件 ................................................... 5 2.3.1 延续性和可扩充性 ......................................................... 5 2.3.2 封装性 .................................................................. 6 2.3.3 通用性， ................................................................ 6 2.3.4 MCGS组态软件的整体结构 .................................................. 6 2.3.5 MCGS组态软件的系统构成 .................................................. 7 2.3.6 MCGS组态软件五大组成部分 ................................................ 8 2.3.7 MCGS的组态与动画效果 .................................................... 8 2.3.8 如何对工程运行流程实施有效控制： ......................................... 8 2.3.9 MCGS如何与设备进行通讯： ................................................ 9 2.4 PLC发展新动向 ........................................................ 9

3 双层立体车库功能介绍 ............................................... 12

3.1立体车库系统组成 ..................................................... 12 3.2 PLC核心控制部分 .................................................... 12 3.3 立体车库控制要求 ................................................... 13

4 立体车库系统设计 .................................................. 14

4.1 PLC选择 ............................................................. 14 4.2三菱FX2N 系列PLC的性能指标和分类 .................................... 14 4.2.1 PLC的主要性能指标 ..................................................... 14 4.2.1.1 输入／输出点数（I／O点数） .......................................... 14 4.2.1.2 存储容量............................................................. 14 4.2.1.3 扫描速度............................................................. 15 4.2.1.4 功能扩展能力 ......................................................... 15 4.2.1.5 指令系统............................................................. 15 4.2.2 PLC的分类 .............................................................. 15

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4.2.2.1 PLC系统的组成 ....................................................... 15 4.2.2.2 PLC的分类 ........................................................... 16 4.2.2.3 PLC的硬件结构 ....................................................... 16

4.3可编程序控制器的工作方式及编程语言 .................................... 17 4.3.1 PLC的扫描工作方式 ...................................................... 17 4.3.2 PLC的程序执行过程 ...................................................... 18 4.3.3 PLC的扫描周期 .......................................................... 18 4.3.4 PLC的I／O响应时间 ..................................................... 18 4.4 I/O口分配表 ......................................................... 19 4.5 PLC外部接线端口图 .................................................. 20 4.6车位检测部分 ......................................................... 21 4.7手动控制部分 ......................................................... 21 4.8 软件设计 ............................................................. 21 4.9 程序解析 ............................................................. 22

5 结论 ............................................................... 22 6 致 谢 ............................................................. 27 7 参考文献 ........................................................... 33 8 附录 ............................................................... 29 附录1 梯形图程序 ................................................... 29 附录2 主电路图 ..................................................... 34 附录3 I/O分配表 .................................................... 35 附录4 车库示意图 ................................................... 36 附录5 PLC接线图 .................................................... 37 附录6 MCGS控制面板 ................................................. 38

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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。

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，配置灵活，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。

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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，因此造价较高，但占地却最小。

1.3 垂直循环式

产品特点： 1、占地少，两个泊位面积可停6~10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。

本设计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。

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2 三菱PLC工作状态

2.1 PLC工作原理

2.1.1扫描技术

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2.1.2 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

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在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

2.1.3 输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

2.2 PLC内部运作方式

虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：

步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”

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结构框图如图2-1所示。

周边装置电源供感器输入元件按钮开关接近开关极限开关等输入模具MEMORYCPU输出模具输出元件指示灯电磁阀报警器等PLC基本结构程式书写器PC编辑软件图2-1 PLC基本结构图

2.3什么是MCGS组态软件

MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。 组态（Configuration）为模块化任意组合。用组态软件主要特点有

2.3.1 延续性和可扩充性

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当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级。

2.3.2 封装性

（易学易用）。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；

2.3.3 通用性，

每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程。

2.3.4 MCGS组态软件的整体结构

组态环境： 组态生成 应用系统 组态结果 数据库 图2-2 MCGS组态软件的整体结构图

运行环境： 解释执行 组态结果 MCGS 软件系统：包括组态环境和运行环境

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组态环境：相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统；生成用户应用系统的工作环境

运行环境：则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。 用户应用系统的的运行环境 。

2.3.5 MCGS组态软件的系统构成

存放于MCGS目录的Program子目录中

McgsSet.exe支持

可执行程序McgsRun.exe支持

图2-3 MCGS组态软件的系统构成图

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2.3.6 MCGS组态软件五大组成部分

MCGS工控组态软件 主控窗口 设备窗口 用户窗口 实时数据库 运行策略 菜单设计 设置工程属性 设定存盘结构 添加工程设备 连接设备变量 注册设备驱动 创建动画显示 设置报警窗口 人机交互界面 定义数据变量 编写控制流程 使用功能构件 图2-4 MCGS组态软件组成图

2.3.7 MCGS的组态与动画效果

MCGS提供图库，并为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果

所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。

我们在组态环境中生成的画面都是静止的，图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。

2.3.8 如何对工程运行流程实施有效控制：

MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。

MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态

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操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。

所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。

2.3.9 MCGS如何与设备进行通讯：

MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。

2.4 PLC发展新动向

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已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。

产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能 4：.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O

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模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。

PLC发展历史

起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台DCS-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLC

发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代

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了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加易。

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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、支架模型系统图如图3-1所示。

图3-1 模型系统图

图3-1立体车库系统组成

3.2 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。

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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3-2所示

图3-2 车库示意图

车库控制要求：

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，让出位置，上排车位降至下层，再进出车辆。

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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。

4.2三菱FX2N 系列PLC的性能指标和分类

4.2.1 PLC的主要性能指标

4.2.1.1 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。

4.2.1.2 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。

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4.2.1.3 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μs/步。

4.2.1.4 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、位置控制模块等。

4.2.1.5 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。

4.2.2 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、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。

4.2.2.1 PLC系统的组成

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

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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。

4.2.2.2 PLC的分类

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。

4.2.2.3 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。

现场输入信号 现场输入信号 主机 … … 内部电源 输入电路 CPU EPROM 扩展I/ORAM 扩展连接电缆 扩展单元 输出电路 输入电路 编程… PC机

接口 基本单元 输出电路 口各种外设接至其他扩展单元 … 输出信号 … 输出信号

图4-1 PLC的硬件结构图

图2-2为三菱FX2N小型PLC产品主机示意图。本设计中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。

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4.3可编程序控制器的工作方式及编程语言

4.3.1 PLC的扫描工作方式

图4-2 PLC的扫描过程图

程序执行 输出处理 N RUN方Y 输入扫描 内部处理 开始 通信处理 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。

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4.3.2 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。

输输入 入端子 ① 输入映② 象寄读 存器X001 Y001 读 Y001 M1 输出③ 映像寄存器④ 输出锁存器⑤ 输出端子

………输出

输入采样阶段 4.3.3 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。

4.3.4 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。

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程序执行阶段 输出刷新阶段

图4-3 PLC的程序执行过程图

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4.4 I/O口分配表

表4-1 I/O分配表

输入信号 序号 PLC输入点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

输出信号 序号 PLC输出点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 信号名称 1号车平台上升（KM1） 1号车平台下降(KM2) 2号车平台上升(KM3) 2号车平台下降(KM4) 3号车平台上升(KM5) 3号车平台下降(KM6) 4号车平台左移(KM7) 4号车平台右移(KM8) 5号车平台左移(KM9) 5号车平台右移(KM10) 信号名称 启动（初始化） 1号车位呼叫开关 2号车位呼叫开关 3号车位呼叫开关 车台归位 急停 暂停 1号车位上限开关 1号车位下限开关 2号车位上限开关 2号车位下限开关 3号车位上限开关 3号车位下限开关 4号车位左限开关 4号车位右限开关 5号车位左限开关 5号车位右限开关 1号车位车辆检测传感器 2号车位车辆检测传感器 3号车位车辆检测传感器 4号车位车辆检测传感器 5号车位车辆检测传感器 19

X0/M10 X1 X2 X3 X4/M11 X5/M12 X6/M13 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 1号车位有车指示灯 2号车位有车指示灯 3号车位有车指示灯 4号车位有车指示灯 5号车位有车指示灯 温州科技职业学院毕业论文（设计）

4.5 PLC外部接线端口图

根据I/O分配,及电路原理图如图4-4所示

LAC 220VNX0/M10X1X2X3X4/M11X5/M12X6/M13X10X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26PY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8KM9KM10LY10Y11Y12Y13Y14Y15Y16CFX2n-48MRCOMCOMCOMCOMCOM12345FUFR220V ACCOM图4-4 PLC连接示意图

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4.6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置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。

4.7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、呼叫车位按钮和车台归位按钮，并且考虑到如果车位动作出现错误，设计了急停按钮，及车台初始化步骤，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。

4.8 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。目前有许多组态软件可用于设计PLC的监控画面，他们使用起来都非常简单；一些公司也提供了一套编程接口，可使用高级编程语言实现PC机与PLC的通讯。显然，目前已经存在的组态软件有着简单易用的优势，而使用高级语言自己开发监控界面，需要一定的编程经验，一般人用不了，但若掌握它，则有着更加灵活的设

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计思路，可以实现更为复杂的画面以及功能，其前期设计工作量较大，但标准模块做出来以后，以后开发界面的工作量甚至比使用目前的组态软件都要小得多。下面主要以Siemens 的PLC为例，介绍如何设计标准化的监控界面的一些技巧，这对于使用当前的组态软件的人也有一定的借鉴意义。

4.9 程序解析

这段程序是有故障时通过ZRST 区间复位指令，对数据进行清除， 对车库进行急停，防止意外发生

这段程序是通过传感器进行判断车位是否有车，是否可以进行操作。

这段程序是判断车库是否在初始位置，不在则调用系统的自动调整程序。

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这段程序是调整程序，自检程序，使程序一直保持在初始状态。防止急停突然停电后，系统发生错误。

通过判断D0里的数值是多少而激活相应车位的动作步，X022-X023为传感器,若车位里有车，则由常闭变为常开，这一步不会激活。

这是对按键的消抖，若按键没有保持1秒则会被系统判定为误操作，不会有动作。

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如上图，标有1号车位，2号车位，3号车位，S501-S503步,为车库实际操作步，通过控制 KM得电与失电来控制载车平台的左右或上下移动，通过传感器判断是否到位。

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5 结论

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

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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。

通过对这个课题的研究与设计，其中涉及到了一些课本外的东西，教会我们要善于查资料，利用资料。刚刚开始我没有考虑到昆仑通态中要用M0，来代替X0.以及没有考虑，出现故障怎么办。后来我加了类似于自检的程序，通过传感器来检查，各个平台是否处于初始位置，来避免程序的出错。我通过昆仑通态来模拟。期间也发现了其他许许多多的错误。所以任何设计都不是一触而就而是经过不断的改良来适应时代，适应社会，来实现它的价值的。

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6 致 谢

值此论文完成之际，首先要感谢任中民师对我的关心和指导，从论文开题到研究方法的确立，以及研究过程中遇到的各种问题，无不得到老师的悉心指导，在整个论文完成过程中，老师严谨的学术态度，认真负责的学术精神以及系统精湛的专业知识都给我留下了深刻的印象，使学生受益匪浅。

同时，还要感谢任中民老师，在论文进行过程中，老师对我的论文提出了大量意见，进行了细致的指导并提供了相关的参考资料，让我学习到很多实际的工作经验。还有周围同学们给我的帮助，正是他们的热心帮助让我顺利的完成了论文。

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7 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: 科学出版社, 1999

4 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, 1998

5 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, 1997 9 任伯淼. 机械式立体停车库 M .北京: 海洋出版社, 2001

10 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, 2000

11 王新生 , 张华强，基于PLC的立体车库控制系统设计[工业控制计算机 Industrial Control Computer]

12 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的应用[太原师范学院学报（自然科学版） Journal of Taiyuan Teachers College(Natural Science Edition)

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8 附录

附录1 程序梯形图

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附录2 程序指令表

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附录3 主电路图

U V WQSFUKM1KM1KM1KM1KM1KM1KM1FRFRFRFRFRFRFRM13~Y0M23~Y1M33~Y2M43~Y3M53~Y4M63~Y5M73~Y6KM1KM1KM1FRFRFRM83~M93~Y10M103~Y1134 Y7温州科技职业学院毕业论文（设计）

附录4 I/O分配表

输入信号 序号 PLC输入点 信号名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

输出信号 序号 PLC输出点 信号名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 1号车平台上升（KM1） 1号车平台下降(KM2) 2号车平台上升(KM3) 2号车平台下降(KM4) 3号车平台上升(KM5) 3号车平台下降(KM6) 4号车平台左移(KM7) 4号车平台右移(KM8) 5号车平台左移(KM9) 5号车平台右移(KM10) X0/M10 X1 X2 X3 X4/M11 X5/M12 X6/M13 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 启动（初始化） 1号车位呼叫开关 2号车位呼叫开关 3号车位呼叫开关 车台归位 急停 暂停 1号车位上限开关 1号车位下限开关 2号车位上限开关 2号车位下限开关 3号车位上限开关 3号车位下限开关 4号车位左限开关 4号车位右限开关 5号车位左限开关 5号车位右限开关 1号车位车辆检测传感器 2号车位车辆检测传感器 3号车位车辆检测传感器 4号车位车辆检测传感器 5号车位车辆检测传感器 1号车位有车指示灯 2号车位有车指示灯 3号车位有车指示灯 4号车位有车指示灯 5号车位有车指示灯 35

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附录5 车库示意图

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附录6 PLC接线图

LAC 220VNX0/M10X1X2X3X4/M11X5/M12X6/M13X10X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26PY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8KM9KM10LC37

COM1FX2n-48MRCOM2COM3COM4COMCOM5220V ACFUFR

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附录7 MCGS控制面板

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