浙工大基于PLC的立体车库控制系统设计

摘 要

随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是改革开放以来，城市汽车量的不断增加。以往那种单层平面的停车场也越来越不能满足市场的需求。对多停车位、少占空间、使用造作简单、安全可靠的立体停车库的建设是解决目前寸土寸金的大城市内停车难的有效办法。

立体车库是一种多平面的空间停车库，通过可编程控制器PLC控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间停车的功能。升降横移立体车停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来取车辆。

本文介绍了基于可编程控制器(PLC)的车库控制系统，简述了3层3列式7车位升降横移式立体停车库的工作原理、结构特点、并通过PLC软件设计及其优化，实现了立体车库的自动控制。整个系统由载车部分、传动系统、控制系统等组成。用PLC内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动实现存取车的自动化。该系统又具有以下保护功能：急停、断电保护。

关键词：立体停车库 可编程控制器 PLC 自动控制

I

目 录

1 绪 论 ............................................................. 1

1.1 课题设计的目的及意义 ........................................ 1 1.2 国内外研究现状 .............................................. 2 1.3 课题设计的内容 .............................................. 3 2 PLC的简介与立体车库的概述 ........................................ 4

2.1 可编程控制器的介绍 .......................................... 4 2.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 ............................. 5 2.3 立体停车库概述 .............................................. 7 3 升降横移立体车库硬件的设计 ....................................... 10

3.1 升降横移式立体车库的基本结构 ............................... 10 3.3 主电路图 ................................................... 12 3.4 器件选型 ................................................... 14 4 立体车库控制系统软件的设计 ....................................... 19

4.1 PLC设计流程图 .............................................. 19 4.2 PLC的端子接线图 ............................................ 21 4.3 立体车库的I/O分配表 ....................................... 23 4.4 梯形图设计 ................................................. 24 4.5 程序仿真 ................................................... 26 5 结论与展望 ........................................................ 29

5.1 结论 ....................................................... 29 5.2 展望 ....................................................... 29 致谢 ................................................................ 30 参考文献 ............................................................ 31 附录 ................................................................ 32

II

基于PLC的立体车库控制系统设计

1 绪 论

1.1 课题设计的目的及意义

随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，截至2011年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。其中，汽车保有量首次突破1亿辆。而早在2000年，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。通过以上数据可以看出，短短10年里，中国的机动车辆增加了17倍汽车增加了16倍。而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止2007年底，市区仅有公共停车场828处，共计车位5.7万个，仅占市区机动车拥有量的8.6万，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的229个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现状的调查城市机动车保有量与停车位之比平均为4：84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万—80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍

北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为20%—30%[1] 。

停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。

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1.2 国内外研究现状 1.2.1 国内现状

我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。 1.2.2 国外现状

日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。

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1.3 课题设计的内容

介绍了基于可编程控制器的车库控制系统，简述了3层3列式7车位升降横移式立体停车库的工作原理、结构特点、并通过PLC软件设计及其优化，实现了立体车库的自动控制。整个系统由载车部分、传动系统、控制系统等组成。用PLC内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动实现存取车的自动化。该系统又具有以下保护功能：急停、断电保护。

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2 PLC的简介与立体车库的概述

2.1 可编程控制器的介绍

2.1.1 可编程控制器的概述

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 2.1.2 可编程控制器的结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

(1)电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%~+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

(2)中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

(3)存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器

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称为用户程序存储器。

(4)输入输出接口电路：现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

(5)功能模块：如计数、定位等功能模块。

(6)通信模块：如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。 2.1.3 可编程控制器的的特点及应用

(1)PLC的特点

①可靠性高，抗干扰能力强 ②通用性强，控制程序可变，使用方便。 ③功能强，适应面广 ④编程简单，容易掌握。 ⑤减少了控制系统的设计及施工的工作量。 ⑥体积小、重量轻、功耗低、维护方便。 (2) PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、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，使用情况大致可归纳为如下几类：

①开关量的逻辑控制 ②模拟量控制 ③运动控制 ④过程控制 ⑤数据处理 ⑥通信及联网

2.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤

2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点：

(1)完整性原则：最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。

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(2)可靠性原则：确保计算机控制系统的可靠性。 (3)经济型原则：力求控制系统简单、实用、合理。

(4)发展性原则：适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地[5]。

2.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤

PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行：

(1)熟悉被控对象

深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护；电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网；系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。

(2)硬件选择

①系统I/O设备的选择:输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等；输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。

②选择PLC：PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。 ③PLC的I/O端口分配：在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。

④绘制PLC外围硬件线路图：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图,到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

⑤计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 (3)编写应用程序

根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容：

①初始化程序：在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的

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准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

②检测、故障诊断和显示等程序：这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

③保护和连锁程序：保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

(4)程序调试

程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。

程序模拟调试：以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

①硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

②软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

现场调试：当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。 2.3 立体停车库概述

根据立体车库的修建位置在空间伸缩方向的不同，立体停车库的主要类型有：升降横移式，垂直升降式，巷道堆垛式，水平循环类机械式和垂直循环式等。它们的类型众多，设计各有不同，库容量变化比较打，可满足不同用户要求。但它们都具有建筑面积小，停车层数多，地上河底下空间利用率高的优点。听相同数量车的情况下，在车辆流量打的繁华地段建一座立体停车场比建一地面停车场节省将近50%—70%的投资。严格的车库管理还保证了车库运行的安全性和可靠性，为存车人提供了最大的方便，存车人只需把车开到指定的位置，下面的事都可以由车库控制系统来完成。

(1)升降横移式立体车库

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升降横移式立体停车库是指利用载车版在升降或横向平移存取停放车辆在机械式停车设备。升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆在载车板通过升、降横移运动到地面层，驾驶员进入车库，存取车，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只做横移，不必做升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位。将载车板升货降到地面层，驾驶员才可以进入车库将汽车开进货开出车库。其形式较多，规模可大可小，对场地的适应性较强。

(2)垂直升降式立体停车库

垂直升降式立体停车库习惯上称为电梯式立体停车库亦称为塔式立体车库，它是通过提升机的升降和装在提升机升的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。

(3)垂直循环式停车库

垂直循环式立体车库，采用了链传动带动轿厢在垂直方向上循环运转，汽车停在轿厢上，轿厢随传动系统做升降运动，或者将所要存车的空间降到地面，循环往复地将轿厢或空车位送到车库出入口，完成车辆的存取工作。该类型车库非常适用于土地资源比较紧张，而停车位需求却很大的场所使用。

(4)巷道堆垛式停车库

巷道堆垛式停车库由三个系统组成，即机械系统，堆垛机搬运系统和计算机监控管理系统。采用以巷道堆垛机或桥式起重器将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到村车位，是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停车库，它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题：全封闭车库，存车安全等特点。巷道堆垛式立体停车库主要适用于大型密集式存车的地方。

(5)水平循环式立体车库

水平循环立体停车库主要由机械系统、电气系统两部分组成，机械系统由起升机构、交接机构、评议机构、和车位载车板等组成。电气系统由出入口检测系统和搬运控制系统等组成，分别完成汽车停车位置检测和载车板搬运工作。

(6)多层循环式立体停车库

多层循环式立体停车库主要由钢结构框架，车板旋转机构，车板升降机构，载车板，载车板横移机构，自动控制系统组成。是采用了同U哦使载车板做剩下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，从而实现减少占地面积，提高存取车自动化程度的机械式停车库。此类停车库最适宜建于地形细长且地面只允许设置一

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3.4 器件选型

3.4.1 PLC的选型

(1)选择PLC机型的基本原则

在满足控制要求的前提下，保证工作可靠，使用维护方便，以获得最佳的性能价格比。

PLC的型号种类很多，对于开关量控制的应用系统，当选用小型PLC就能满足要求。这里选用FX2N系列。

(2)PLC容量的估算

I/O的点数和用户存储器的容量。

①I/O点数是衡量PLC规模大小的重要指标，根据控制任务估算出所需I/O的点数是硬件设计的重要内容。

一般来说，输入点与输入信号、输出点与输出控制是一一对应的。输入信号有多少输入点选多少，输出信号有多少输出点也应与之对应。

②PLC用户程序所需内存容量一般与开关量输入、输出点数，模拟量输入、输出点数及用户程序的编写质量等有关。

对控制较复杂、数据处理较大的系统，要求的存储容量就要大些。对于同样的系统，不同的用户编写的程序也可能会使程序长度和执行时间差别很大。

本设计根据实际情况要求和PLC选型的原则，选出PLC的型号为FX2N-128MR可以满足控制要求。

它表示的含义包括如下几部分：基本单元，内部包括CPU、存储器、输入输出口及电源；其输入输出总点数为128点，其中输入点数为64点，输出点数为64点；输出类型为继电器型。 3.4.2 光电开关

光电开关也称光电传感器，是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光

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束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管LED、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。

接收器有光电二极管或光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号[8]。

本设计选型为E3F-5DN1 5L光电开关：电源电压:DC:6-36V AC:90 V -250V，输出方式：电压；使用环境温度：常温。 3.4.3 行程开关的选型

行程开关又称限位开关，可以安装在相对静止的物体上或者运动的物体上。当物体接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的及诶单分段或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。根据需要选用YKXX1-111(T)适用用于热电流为5A的控制电路中。 3.4.4 电机的选型

电机是最终的执行机构，最终功能的实现要依靠电机。本设计选用三相异步电机带动，电机表示如图

图3.3 异步电机表示

车库升降电机一般要求功率为2.2KW.根据功率选择三相异步电机Y90L-2，额定功率2.2KW，额定电流4.83A。横移电机一般要求功率为0.2KW，选择三相异步电机Y801-2额定功率0.75KW，额定电流1.83A。

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3.4.5 其他硬件的选择

(1)熔断器的选型 熔体额定电流的选择：

保护单台电动机，熔体的额定电流按(3.1)所示选取。

IfN?(1.5~2.5)IN (3.1)

式中：IN为电动机的额定电流。

熔断器类型的选择：根据负载保护特性的短路电流大小及安装条件来选择。保护多台电动机，若各台电动机不同时启动熔体的额定电流按下式（3.1）选取。

IfN?(1.5~2.5)INmax??IN (3.2)

式中：INmax为容量最大一台电动机的额定电流；?IN是除容量最大的电动机之外，其余电动机额定电流之和。

根据计算和实际情况的分析，本设计控制系统中电源熔断器FU的额定电流应大于35A所以熔断器FU选用XRNM1-10额定断开电流40A。保护升降电机的熔断器额定电流在7.3A~12A，选择RC1A-15型熔断器，其熔体额定电流为10A。保护横移电机的熔断器额定电流在2.8A~4.6A，选择RT18-32/4A型熔断器，其熔体额定电流为4A

(2)交流接触器的选型

选择时主要考虑主触点的额定电压与额定电流、辅助触点的数量、吸引线圈的电压等级、使用类别、操作频率等。

额定电压与额定电流：

选择交流接触器，其主触点的额定电流应等于或大于负载或电动机的额定电流；额定电压应不小于负载的额定线电压，其额定电压可由公式（3.3）计算选型，额定电流由公式（3.4）计算。

UKMN?UCN (3.3)

IKMN?IN?PMN?103??KUMN? (3.4)

式中：UKMN为接触器的额定电压；UCN为负载的额定线电压；IKMN为接触器的额定电流；IN为接触器主触点电流；PMN为电动机额定功率；UMN为电动机额定线电压；K为经验常数；K取1~1.4。

吸引线圈的电流种类及额定电压：

对于频发动作的场合，宜选用直流励磁方式，一般情况下采用交流控制。线圈额

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定电压应根据控制电路的复杂程度，维护、安全要求，设备所采用的控制电压等级来考虑。

考虑辅助触点的额定电流、种类和数量，根据使用环境选择有关系列接触器或特殊用的接触器。

根据计算和实际情况，本设计控制系统中横移电机启动、停止交流接触器KM的额定电流大于2.4A到3.4A 所以选用选用CJX2-09型接触器，其额定电流为9A。

升降电机启动、停止交流接触器的额定电流大于7.2A到10A 所以选用CJX2-12，其额定电流为12A。

(3)热继电器的选型

热继电器结构形式的选择主要取决于电动机绕组接法及是否要求断相保护。热继电器热元件的整定电流可按下式（3.5）选取：

IFRN?(0.95~1.05)Ied (3.5)

式中：IFRN为热元件整定电流；Ied为电动机的额定电流。

在工作环境恶劣、电动机频繁启动情况下，热继电器也可根据公式（3.6）选取：

I?(1.15~1.5)Ied FRN (3.6) 在本设计电气控制系统中，横移电机上的热继电器FR大于1.74A小于2A最大不超过2.7A。升降电机的热继电器FR大于4.59A小于5.07A最大不超过7.2A。选用 NR2-25G/Z 0.1-10A

(4)按钮的选择

本次设计选用YKXY6，主要用于交流工作电压至380V和直流工作电压至220V的控制电路，作控制、信号、联锁之用。

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3.4.6 主要电气元件目录表

根据选型，本设计的主要电气目录表如表3.1所示。

表3.1 电气元件目录表

名称

横移电动机 升降电动机 交流接触器 交流接触器 熔断器 熔断器 熔断器 热继电器 限位开关 按钮 光电开关

型号规格 Y801-2 Y90L-2 CJX2-09 CJX2-12 XRNM1-10 RC1A-15

数量

4 5 4 5 1 5 4 9 23 21 7

RT18-32/4A

NR2-25G/Z YKXX1-111(T) YKXY6 E3F-5DN1 5L

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4 立体车库控制系统软件的设计

根据车库的运行控制要求，应用程序采用模块化结构， 由主循环程序和若干子程序构成。控制程序采用模块化编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且为车位的拓展提供了便利条件。

4.1 PLC设计流程图

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图4.1 控制系统流程图

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4.2 PLC的端子接线图

PLC的端子接线图就是PLC的外围接线图，分输入与输出端口，本控制系统中，输入端子有按钮、光电开关、限位开关；输出端子有中间继电器、报警灯、灯泡显示。PLC端子接线图如图4.2。

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图4.2 PLC端子接线图

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4.3 立体车库的I/O分配表

根据PLC的端子接线图输入有61个输入端子，26个输出端子。I/O分配表如表4.1。

表4.1 I/O分配表 输入点分配 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10-X12 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X65-X67

启动按钮 断电按钮 停止按钮 存车按钮 取车按钮 3 车位按钮 202车位按钮 4车位按钮 5-7车位按钮 1号车位左限开关 1号车位下线开关 2号车位右限开关 2号车位下限开关 3号车位左限开关 3号车位上限开关 3号车位下限开关 4号车位右限开关 4号车位上限开关 热继电器 X25 X26 X27 X30 X31 X32 X33 X34 X35 X36 X37 X40 X41 X53 X42-X47 X50 X54-X57 X60-X64 X70-X74 4号车位下限开关 4号车位右限开关 4号车位上限开关 4号车位下限开关 5号车位上限开关 6号车位上限开关 7号车位上限开关 102号车位右限开关 102号车位左限开关 102号车位下限开关 202号车位右限开关 202号车位左限开关 202号车位下限开关 202号车位上限开关 车位光电开关 车位光电开关 检测托盘按钮 检测托盘按钮 热继电器 23

输出点分配 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 电源灯 存车运行灯 取车运行灯 1号电机右转 1号电机左移 2号电机右移 2号电机左移 3号电机右移 3号电机左移 3号电机上移 3号电机下移 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y26-Y27 Y30-Y34 4号电机右移 4号电机左移 4号电机上移 4号电机下移 5号电机上移 5号电机下移 6号电机上移 6号电机下移 7号电机上移 7号电机下移 车位显示灯 车位显示灯 4.4 梯形图设计

系统的控制过程是：按下启动按钮， 等待取车或存车的信号，当取车(存车)按钮按下时，判断该层与其它层的状态，执行相应的子程序。

4.4.1 启动及存取车信号

按下启动按钮，系统供电等待存取车信号，如图4.3。

图4.3 启动及存取车信号

按下启动按钮X0，X1为断电按钮，X3为存车按钮，X4为取车按钮，X2为存取车完成后的断开存取车信号，为下一次的信号做准备。

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4.4.2 车位状态显示

每个车位上装有一个光电开关与灯泡用于显示车位是否空闲，如图4.4。

图4.4 车位状态显示

4.4.3 取车程序

由于车位的对称，车位的程序大部分相似。所以介绍取3号车位的程序 (1)3号车位主程序，如图4.5。

图4.5 3号车位的主程序

当X5按下时，代表输入了取3号车位的车的信号，当上层托盘下降时需要下层为空。所以，首先判断1号车位是否有托盘，当1号托盘有托盘时，在判断102车位是否有托盘，当1号车位无托盘时，3号托盘可以直接下降。 (2)3号车位的子程序

① 1号和102号都有托盘时，如图4.6。

图4.6 3号车位的子程序

首先让2号车位的托盘右移当碰到2号车位的右限开关X16时，停止转动然后1号托盘右移当碰到102号车位的右限开关X34时停止转动，3号车位托盘开始下降当碰到1号车位

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的下限开关X15停止转动，当车取完成后光电开关X42闭合3号托盘开始上升碰到3号车位的限位开关X21停止转动代表复位完成。 ② 1号有托盘102号无托盘时，如图4.7。

图4.7 3号车位的子程序

1号托盘右移当碰到102号车位的右限开关X34时停止转动，3号车位托盘开始下降当碰到1号车位的下限开关X15停止转动，当车取完成后光电开关X42闭合3号托盘开始上升碰到3号车位的限位开关X21停止转动代表复位完成。 ③ 1号和102号无托盘时，如图4.8。

图4.8 3号车位的子程序

3号车位托盘下降当碰到1号车位的下限开关X15停止转动，当车取完成后光电开关X42闭合3号托盘开始上升碰到3号车位的限位开关X21停止转动代表复位完成。

4.5 程序仿真

当按下启动按钮X0，Y0运行，按下取车按钮X4时，Y2运行。当取车按钮X5按下时判断下层处于哪种情况。如图4.9显示1号车位有车102号车位无车。1号车位右移。

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图4.9 仿真图

当碰到102号车位的右限X34开关M1停转3号电机右转，3号车位下降，

如图4.10。

图4.10 仿真图

当碰到一号车位的下限开关X15，电机下降到位等待车主取车。取车完成后3号车位复位，如图4.11。

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图4.11 仿真图

碰到3号车位的上限开关，电机停转代表复位完成，如图4.12。

图4.12 仿真图

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5 结论与展望

5.1 结论

立体车库是一种多平面的空间立体停车库，它以单层平面停车场为核心，通过可编程控制器PLC控制的车位的空间变动使车位能够实现空间到平面的转化，实现了多重单层平面停车的功能。

本次设计采用可编程控制器PLC和电机的结合来达到控制立体车库自动手动运行目的，由于PLC的安全可靠性强和停车系统的智能化，大容量的要求，PLC的特点很适合作为这样的控制系统，本次设计采用PLC的梯形图设计，直观易懂，易于扩展，更容易合理的安排编程模块，设计中采用PLC仿真，也很直观的观察到设计的可靠性，正确性。通过本次设计，将课堂上的理论知识转化成实践设计，通过所学的专业知识，做出软件和硬件方面的设计，进一步理解了PLC与电机的结合控制方法，也进一步学会了程序的编程以及程序的调试仿真方法和技巧。

5.2 展望

在我国，立体车库的发展还处于初级阶段，并且车库的控制大多处于员工到现场手动控制阶段，随着模糊控制、可编程控制器PLC等先进控制理论的不断发展更新有助于控制系统向智能化方向发展。由于知识局限，本次系统的仿真实现是基于现有的软件，但是作为车库控制系统设计与仿真系统的一部分，它不仅需要针对某种类型硬件的仿真硬件的仿真能力还需要根据所选硬件的情况动态生成生成相应的虚拟仿真环境进行仿真，从这个意义上说，较完整地开发相应的仿真软件是很有必要的，本文所做的工作只是一个开端。

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致谢

紧张充实的毕业设计就要结束了，我们的生活也到了尾声。

回想起以往的美好时光，此时感慨万千，首先感谢指导教师方翔老师在毕业设计中对我的帮助，鼓励和精心指导，方老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄廓，关键是指导有方严格要求，为我营造了一种良好的精神氛围。

老师渊博的知识、严谨的治学态度、孜孜不倦的钻研精神以及平易近人的作风为我树立了榜样，激励着我奋发向上，努力学习。置身方老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令我如沐春风，倍感温馨。微言寸语岂能祥诉感激之情，只好铭记心中。

同时，也将祝福送给每一位帮助我的老师。同时感谢我的同学在我的毕业设计过程其中对我莫大的鼓励。毕业设计的完成也算是对我们学习生涯的一个句号，回想在学时光，与老师和同学们的点点滴滴，你们给与我的种种帮助，使我得以今天能顺利完成毕业设计，完成学业。谢谢你们，我所有的老师与同学。最后衷心的祝愿你们工作顺利、家庭幸福、身体健康！感谢我的朋友和同学们在我的生活和学习中对我的帮助，再次感谢各位老师和同学，希望大家以后工作顺利。谢谢！

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参考文献

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附录

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