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1、浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文2013屆基于PLC的立體車庫設(shè)計控制學(xué)生姓名 高軍劍 學(xué) 號 分 院 電氣工程分院 專 業(yè) 電氣自動化技術(shù) 指導(dǎo)教師 姜磊 完成日期 2013年 4 月 16 日論文題目：基于PLC的立體車庫設(shè)計控制摘 要 立體停車庫生產(chǎn)在中國是個新興行業(yè)，立體停車庫可緩解城市動、靜態(tài)交通問題，改善居住環(huán)境，有效利用土地價值。本系統(tǒng)采用PLC、計算機結(jié)合組態(tài)畫面監(jiān)控，按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成汽車存取過程，操作簡單，存取方便。控制電路部分采用交流接觸器傳統(tǒng)方式，使運行安全可靠。設(shè)計采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護使用方便，造價低等特點。關(guān)鍵詞 立體車庫 PLC 組
2、態(tài)監(jiān)控 目 錄第一章 車庫的總類41.1 升降橫移式51.2 巷道堆垛式5第二章 雙層立體車庫功能介紹62.1 立體車庫系統(tǒng)組成62.2 PLC核心控制部分62.3 立體車庫控制要求7第三章 立體車庫系統(tǒng)設(shè)計83.1 PLC選擇83.2 三菱FX2N 系列PLC的性能指標(biāo)和分類83.3 可編程序控制器的工作方式及編程語言113.4 I/O口分配133.5 PLC外部接線端口圖143.6 車位檢測部分143.7 手動控制部分153.8 軟件設(shè)計15附錄1: 立體車庫原理圖16附錄2: 立體車庫總程序17結(jié) 論29 引 言 車輛無處停放的問題是城市的社會、經(jīng)濟、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立體停
3、車設(shè)備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近3040年的歷史，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設(shè)備，距今已將近二十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設(shè)備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的
4、土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設(shè)立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。 第一章 車庫的種類1.1 升降橫移式 升降橫移式立體車庫采用模塊化設(shè)計，每單元可設(shè)計成兩層、三層、四層、五
5、層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。1.2巷道堆垛式 巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術(shù)要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。垂直提升式立體車庫垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側(cè)布置車位，一般地面需一個汽車旋轉(zhuǎn)臺，可省去司機調(diào)頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。 第二章 雙層立體車庫功能介紹2.1立體車庫系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由：PLC
6、、組態(tài)監(jiān)控部分、電氣傳動部分、檢測部分、手動控制部分、支架模型系統(tǒng)圖見(2.1-1)：圖2.12.2 PLC核心控制部分系統(tǒng)核心部分采用三菱FX2N-48MR為控制元件，它是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時間高達0.08us，遠遠超過了很多大型可編程控制器。它功能強大實用，價格便宜，工作穩(wěn)定可靠，24點輸入，16點輸出，采用繼電器輸出形式，可驅(qū)動交直流負載，負載電流在2A左右。220V AC供電。并且輸入端內(nèi)部自帶24V直流電源，還可為負載提供直流電源。2.3 立體車庫控制要求 本系統(tǒng)通過檢測車位運行狀態(tài)和其它參數(shù)，控制電機輪流工作，合理調(diào)度電機運行。系統(tǒng)通過
7、計算機以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實時地 反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及車位位置等 參數(shù)，并通過PLC通訊模塊與監(jiān)測監(jiān)控主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，該系統(tǒng)具有運行可靠、操作方便 、自動化程度高等特點。如圖2.3-1圖2.11. 號車位、2號車位、3號車位只能上下移動，不能左右移動；2. 4號車位、5號車位只能左右移動，不能上下移動；3. 下排車位上的汽車可以直接開出；4. 上排車位的汽車，要想開出需要先按下相應(yīng)車位標(biāo)號呼叫按鍵，再按下叫車按鍵，然后下排車位先左右移動，讓出位置，上排車位降至下層，再進出車輛。 第三章 立體車庫系統(tǒng)設(shè)計3.1 PLC選擇本系統(tǒng)采用三菱公司的型號為FX2N-48MR的P
8、LC,是一種具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強、使用方便、同類產(chǎn)品價格便宜等優(yōu)點。隨著電子科技發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之需要，PLC的功能也日益強大，例如位置控制及網(wǎng)絡(luò)功能等。3.2 三菱FX2N 系列PLC的性能指標(biāo)和分類3.2.1 PLC的主要性能指標(biāo)輸入輸出點數(shù)（IO點數(shù)）IO點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個開關(guān)、按鈕和可以控制多少個負載。存儲容量存儲容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。1.掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)一步指令所需時間來計算的，單位用s/步。功
9、能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如AD模塊、DA模塊、位置控制模塊等。2.指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標(biāo)。3.PLC的分類通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。4.PLC系統(tǒng)的組成PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。5.PLC的硬件結(jié)構(gòu)一套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本
10、單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、IO擴展單元及外部設(shè)備組成。圖2-1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖圖2-2為三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機示意圖。本課題中FX2N48MR為基本單元，(24入、16出)，M表示主機、R表示該單元為繼電器輸出型。3.3可編程序控制器的工作方式及編程語言1.PLC的工作方式 (1)PLC的掃描工作方式 圖2-3 PLC的掃描過程可編程序控制器在進入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始
11、掃描，并周而復(fù)始地重要進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-3所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。 (2)PLC的程序執(zhí)行過程輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入 .輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X001Y001Y001M1讀讀PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-4所示。圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過程 (3)PLC的掃描周期在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程
12、序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時間。 (4)PLC的IO響應(yīng)時間PLC采用集中IO刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號變化滯后于輸入信號變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。3.4 I/O口分配針對本課題要求，我們規(guī)定了PLC輸入點分配。其中，X0到X2為呼叫開關(guān)；X3到X6為功能開關(guān)；X10至X20為限位開關(guān)。表3-11號車位上限開關(guān)X103號車位下限開關(guān)X202
13、號車位上限開關(guān)X111號車位呼叫開關(guān)X03號車位上限開關(guān)X122號車位呼叫開關(guān)X14號車位上限開關(guān)X133號車位呼叫開關(guān)X25號車位上限開關(guān)X14 復(fù)位開關(guān)X36號車位上限開關(guān)X15叫車開關(guān)X41號車位下限開關(guān)X16停止開關(guān)X62號車位下限開關(guān)X17關(guān)于輸出點的定義，它們兩兩成對，構(gòu)成控制交流接觸器吸合條件。表3-21號車平臺上升Y01號車平臺下降Y12號車平臺上升Y22號車平臺下降Y33號車平臺上升Y43號車平臺下降Y54號車平臺左移Y64號車平臺右移Y75號車平臺左移Y105號車平臺右移Y113.5 PLC外部接線端口圖根據(jù)I/O分配,及電路原理圖(見附錄1),本系統(tǒng)外部接線如圖:圖3.1
14、3.6車位檢測部分FX2N-48MR可編程控制器采用直流輸入形式，車庫所有車位到位及限位檢測采用了光電對管，檢測電路電源使用PLC內(nèi)部提供的24V直流電源，其最大驅(qū)動電流可達400mA.光電對管的導(dǎo)通電流在30mA左右，內(nèi)阻為600，為滿足光電對管的性能指標(biāo)，我們將可編程控制器的內(nèi)置24V直流電源上串聯(lián)了一個200/1W的大功率電阻。立體車庫共有6個上下到位檢測光電對管和3個左右到位檢測光電對管，總驅(qū)動電流為9*30mA=270mA，小于可編程控制器24V直流電源的最大輸出電流，滿足設(shè)計要求。3.7手動控制部分程序所用狀態(tài)元件、定時器及數(shù)據(jù)存儲器均選用具有掉電保護功能的元件,當(dāng)系統(tǒng)掉電時元件保
15、持掉電前的狀態(tài),以保存現(xiàn)場信息,待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作;當(dāng)發(fā)生意外情況時,按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現(xiàn)場斷點信息;當(dāng)出現(xiàn)如電機過載、過熱電氣或機械故障時,自動中止系統(tǒng)的運行,并發(fā)出聲光報警,同時系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動方式進行故障處理?？紤]到組態(tài)控制可能出現(xiàn)上述問題，系統(tǒng)也設(shè)計了最基本的手控控制，設(shè)計了車庫上層三個車位的選擇按鈕、呼叫車位按鈕和復(fù)位按鈕，并且考慮到如果車位動作出現(xiàn)錯誤，設(shè)計了急停按鈕，這樣能使車庫系統(tǒng)無論處于何種運行狀態(tài)都能立即停止運行，避免事故的發(fā)生。3.8 軟件設(shè)計PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合
16、被采用。本設(shè)計所采用的編程語言為梯形圖語言。完整的梯形圖程序見附錄2附錄1: 立體車庫原理圖附錄2: 立體車庫總程序結(jié) 論近幾年，隨著人民生活水平的提高，及汽車價格的一降再降，有車在老百姓看來已是越來越平常的事?？墒?，如果你住在一些較老的小區(qū)，會發(fā)現(xiàn)，買車容易，停車可就難了；更有甚者，有些人為了能在市中心上班地找到一個泊車位，不得不比擠公車起得還早。為什么會這樣，這既有歷史原因，人們沒想到國人會如此快的擁有自己的家庭轎車，也有中國過于太快的城市化，使城市本就薄弱的基礎(chǔ)設(shè)施捉襟見肘，所以，國家不能承受城市無限度的外擴，也就不允許在每個建筑外面留下大塊的空地作為停車場。因此，“車庫”是大中城市的熱
17、門話題，國家經(jīng)貿(mào)委將“城市立體車庫”列為“近期行業(yè)技術(shù)發(fā)展重點”，隨著家用汽車的不斷增加，公共場所及社區(qū)內(nèi)存車矛盾、車擠綠地的問題將會越來越突出，在人們對生活質(zhì)量和環(huán)境意識不斷增強之時“車庫”日漸成為熱門話題，機械自動化立體車庫將會在新開發(fā)的樓盤及商業(yè)里大顯身手。 隨著汽車的急增致使城市停車難問題不斷惡化,而作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施向空間、向高層發(fā)展的自動化立體停車設(shè)備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。目前市面上常見的機械式立體停車庫有：升降橫移類、垂直循環(huán)類、多層循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類和簡易升
18、降類等8種,其中升降橫移類以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價低等優(yōu)點,在國內(nèi)車庫市場占有絕對優(yōu)勢的市場份額。本文介紹了立體車庫發(fā)展?fàn)顩r以及立體車庫的主要功能與優(yōu)越性，并進一步結(jié)合給出了一個物業(yè)小區(qū)內(nèi)地下三層升降橫移式立體車庫的設(shè)計與實現(xiàn)方案的實踐操作來闡述PLC的應(yīng)用。升降橫移類立體車庫的控制系統(tǒng)通過采用PLC和Profibus現(xiàn)場總線控制,使整個控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,滿足了車庫的控制功能與使用性能的要求,完全實現(xiàn)了進出車的智能控制。系統(tǒng)還在硬件設(shè)計上采用了手動、半自動和全自動多級冗余控制方式,配合軟件/硬件連鎖保護,大大提高了系統(tǒng)的可靠性;同時,由于PLC軟件設(shè)計上的優(yōu)化處理,使得本
19、系統(tǒng)對于車位的擴展實現(xiàn)較為簡便;此外,軟件設(shè)計還采用了“并行分支與匯合”的技巧,從而大大縮短了進出車時間,提高了工作效率。同時，本文還介紹了基于可編程控制器(PLC)和Profibus總線的車庫控制系統(tǒng),簡述了多層升降橫移立體停車庫工作原理和結(jié)構(gòu)特點，通過PLC軟件設(shè)計及其優(yōu)化,實現(xiàn)了立體車庫的自動控制。升降橫移類立體車庫的控制系統(tǒng)通過采用PLC和Profibus現(xiàn)場總線控制,使整個控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,滿足了車庫的控制功能與使用性能的要求,完全實現(xiàn)了進出車的智能控制。本文的一些觀點和實際操作是根據(jù)具體的實際情況不同而不同，存在一定差異性，還有就是希望能多和同行業(yè)的同仁通交流探討。 致 謝
20、本論文是在姜老師的悉心教誨指導(dǎo)下完成的，在整個畢業(yè)設(shè)計期間，得到了導(dǎo)師的認真指導(dǎo)和幫助，導(dǎo)師的嚴(yán)謹學(xué)風(fēng)和淵博學(xué)識使本人受益匪淺，在此表示誠摯的敬意和由衷的感謝。同時要感謝分院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我們提供了良好的環(huán)境和熱心指導(dǎo)。在軟件編程中，還得到某某某等同學(xué)的積極幫助，在此一并表示感謝。 感謝在百忙中評閱論文和參加答辯的各位領(lǐng)導(dǎo)和老師，由于首次作CAPP系統(tǒng)的開發(fā)，錯誤、漏洞一定不少，望各位老師不吝賜教。 參考文獻1黃莉等.州市機械式立體停車庫應(yīng)用規(guī)劃研究R.起重運輸機械.2006.2王永華.代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版）M.北京航空航天大學(xué)出版社.3王炎玉.展田.升降移位立體停車庫控制中的應(yīng)用J.林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報.2007.4周奇才等.魔方式停車庫自動控制系統(tǒng)設(shè)計J.起重機與運輸機械.2006.5胡瑜.基于組態(tài)控制技術(shù)的智能立體停車庫J.起重機與運輸機械.2006.6程懷洲.基于PLC的多層升降橫移立體停車庫控制系統(tǒng)設(shè)計J.電子設(shè)計應(yīng)用.2005.7郝艷芳等. 自動化立體停車設(shè)備的安全技術(shù)J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2001.8于海樓.立體車庫:城市交通發(fā)展之必然J.2005.9蔣圣平.顏景龍.裴煥斗.PLC在立體車庫系統(tǒng)中的應(yīng)用J.2000.10鄭寶舉.永康.超.能立體停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.計算機測量與控制.2003.
基于PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計
