畢業(yè)論文(設計)-基于plc的自動化立體停車庫自動控制系統(tǒng)

1、<p>　　PLC控制的立體車庫系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　立體停車庫生產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?？刂齐娐凡糠植捎媒涣鹘佑|器傳統(tǒng)方式，使運

2、行安全可靠。設計采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護使用方便，造價低等特點。</p><p>　　關鍵詞：立體車庫 可編程控制器 組態(tài)監(jiān)控</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　畢業(yè)設計(論文)任務書 2<

3、;/p><p>　　摘要 5</p><p>　　1 引言 8</p><p>　　1.1升降橫移式

4、 8</p><p>　　1.2巷道堆垛式 8</p><p>　　2 三菱PLC簡介 10</p>

5、;<p>　　2.1三菱FX2N 系列PLC的性能指標和分類 10</p><p>　　2.1 PLC模塊介紹可編程序控制器的工作方式及編程語言 11</p><p>　　3 雙層立體車庫功能介紹 14<

6、;/p><p>　　3.1立體車庫系統(tǒng)組成 14</p><p>　　3.2 PLC核心控制部分 14</p><p>　　3.3立體車庫控制要求

7、 14</p><p>　　4 立體車庫系統(tǒng)設計 16</p><p>　　4.1 PLC選擇 16</p><p>　　4.2

8、I/O口分配 16</p><p>　　4.3 PLC外部接線端口圖 17</p><p>　　4.4車位檢測部分

9、 17</p><p>　　4.5手動控制部分 18</p><p>　　4.6軟件設計 18</p><p>　　結論與討論

10、 19</p><p>　　主要參考文獻 21附錄1立體車庫原理圖 22</p><p>　　附錄2立體車庫總程序

11、 24</p><p><b>　　1、引言</b></p><p>　　車輛無處停放的問題是城市的社會、經濟、交通發(fā)展到一定程度產生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30~40年的歷史，無論在技術上還是在經驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已將

12、近二十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內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。</p><p>　　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80％—

13、90％，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的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。</p><p>　　在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，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立機械停車樓。這對眼下

14、車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。</p><p>　　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。</p><p><b>　　(一）　升降橫移式</b></p><p>　　升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形

15、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。</p><p><b>　?。ǘ∠锏蓝讯馐?lt;/b></p><p>　　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要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式</p><p>　　立體車庫適用于車位數(shù)需要較多

16、的客戶使用。</p><p><b>　　垂直提升式立體車庫</b></p><p>　　垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。</p><p>　?。ㄈ〈怪毖h(huán)

17、式 </p><p>　　產品特點： 1)　占地少，兩個泊位面積可停6~10輛車。 2)　外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。 3)　價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短。 4)　可采用自動控制，運行安全可靠。</p><p>　　本課題以二層五車位為研究對象,采用三菱FX2N-48MR為控制元件,進行模擬,結合所學專業(yè)知識,成功的設計出二層五車位PLC控制系統(tǒng).&l

18、t;/p><p><b>　　2 三菱PLC簡介</b></p><p>　　2.1 三菱FX2N 系列PLC的性能指標和分類</p><p>　　PLC的主要性能指標</p><p>　　輸入／輸出點數(shù)（I／O點數(shù)）</p><p>　　I／O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。它標志

19、著可以接多少個開關、按鈕和可以控制多少個負載。</p><p><b>　　存儲容量</b></p><p>　　存儲容量是指可編程序控制器內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。</p><p><b>　　掃描速度</b></p><p>　　一般以執(zhí)行10

20、00步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用µs/步。</p><p><b>　　功能擴展能力</b></p><p>　　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，以適應各種特殊應用的需要，如A／D模塊、D／A模塊、位置控制模塊等。</p><p><b>　　指

21、令系統(tǒng)</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　PLC的分類</b></p><p>　　通常，PLC產品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。按結構形式不同, 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PL

22、C三種類型。</p><p><b>　　PLC系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結構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。</p><p><b>　　PLC的硬件結構</b></p><p>　　一

23、套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入／輸出接口、內部電源）、I／O擴展單元及外部設備組成。圖2-1為PLC的硬件結構圖。</p><p>　　圖2-1 PLC的硬件結構圖</p><p>　　圖2-2為三菱FX2N小型PLC產品主機示意圖。本課題中FX2N－48MR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。</p>&l

24、t;p>　　2.2可編程序控制器的工作方式及編程語言</p><p><b>　　PLC的工作方式</b></p><p>　　PLC的掃描工作方式</p><p>　　圖2-3 PLC的掃描過程</p><p>　　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，在無中斷或跳轉控制的

25、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，直到程序結束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重要進行。可編程序控制器工作時的掃描過程如圖2-3所示，包括五個階段：內部處理、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。</p><p>　　PLC的程序執(zhí)行過程</p><p>　

26、　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。</p><p>　　圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過程</p><p><b>　　PLC的掃描周期</b></p><p>　　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、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設（如編程器、

27、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。</p><p>　　PLC的I／O響應時間</p><p>　　PLC采用集中I／O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)的內容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產生了PLC的輸入輸出響應滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。&l

28、t;/p><p>　　3 雙層立體車庫功能介紹</p><p>　　3.1立體車庫系統(tǒng)組成</p><p>　　系統(tǒng)主要由：PLC、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</p><p>　　系統(tǒng)圖見(2.1-1)：</p><p><b>　　圖2.1-1</b></p&

29、gt;<p>　　3.2 PLC核心控制部分</p><p>　　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，可驅動交直流負載，負載電流在2A左右。220V AC供電。并且輸入端內部自帶2

30、4V直流電源，還可為負載提供直流電源。</p><p>　　3.3 立體車庫控制要求</p><p>　　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，合理調度電機運行。系統(tǒng)通過計算機以圖形、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

31、.3-1</p><p><b>　　圖3.1-1</b></p><p>　　① １號車位、2號車位、3號車位只能上下移動，不能左右移動；</p><p>　　② 4號車位、5號車位只能左右移動，不能上下移動；</p><p>　?、?下排車位上的汽車可以直接開出；</p><p>　?、?上排

32、車位的汽車，要想開出需要先按下相應車位標號呼叫按鍵，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。 </p><p>　　4 立體車庫系統(tǒng)設計</p><p><b>　　4.1 PLC選擇</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用三菱公司的型號為FX2N-48MR的PLC,是一種具有結構緊湊、抗干擾能力強、使

33、用方便、同類產品價格便宜等優(yōu)點。隨著電子科技發(fā)展及產業(yè)應用之需要，PLC的功能也日益強大，例如位置控制及網絡功能等。</p><p>　　4.2 I/O口分配</p><p>　　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；X3到X6為功能開關；X10至X20為限位開關。</p><p>　　關于輸出點的定義，它們兩兩成對，構成控制交流

34、接觸器吸合條件。</p><p>　　4.3 PLC外部接線端口圖</p><p>　　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:</p><p><b>　　圖4.3-1</b></p><p><b>　　4.4車位檢測部分</b></p><p>　

35、　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內部提供的24V直流電源，其最大驅動電流可達400mA.光電對管的導通電流在30mA左右，內阻為600Ω，為滿足光電對管的性能指標，我們將可編程控制器的內置24V直流電源上串聯(lián)了一個200Ω/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，總驅動電流為9*30mA=270mA，小于可編程控制

36、器24V直流電源的最大輸出電流，滿足設計要求。</p><p><b>　　4．5手動控制部分</b></p><p>　　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,當系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(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;當出現(xiàn)如電機過載、過熱電氣或機械故障

37、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)也設計了最基本的手控控制，設計了車庫上層三個車位的選擇按鈕、呼叫車位按鈕和復位按鈕，并且考慮到如果車位動作出現(xiàn)錯誤，設計了急停按鈕，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。</p><p><b>　　4.6 軟件設計</b></p>&l

38、t;p>　　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被采用。本設計所采用的編程語言為梯形圖語言。</p><p>　　完整的梯形圖程序見附錄2</p><p><b>　　5 結論與討論</b></p><p>　　近幾年，隨著人民生活水平的提高，及汽車價格的一降再降

39、，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設施捉襟見肘，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”是大中城市的熱門話題，國家經

40、貿委將“城市立體車庫”列為“近期行業(yè)技術發(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

41、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：</p><p>　　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軟件設計上的優(yōu)化處理,使得本

42、系統(tǒng)對于車位的擴展實現(xiàn)較為簡便;此外,軟件設計還采用了“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。</p><p>　　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構特點，通過PLC軟件設計及其優(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)

43、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軟件設計上的優(yōu)化處理,使得本系統(tǒng)對于車位的擴展實現(xiàn)較為簡便;此外,軟件設計還采用了“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。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

44、希望能多和同行業(yè)的同仁通交流探討。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 　李雪雪, 柯尊忠. PLC在立體車庫自動控制中的應用研究 J .機電產品開發(fā)與創(chuàng)新, 2003 (3)</p><p>　　2 　郭建江, 于有生. PLC 在塔式立體車庫控制系統(tǒng)中的應用 J . 機電工程技術, 2003 (5

45、)</p><p>　　3 　鄭晟, 鞏建平. 現(xiàn)代可編程序控制器原理與應用 M . 北京: 科學出版社, 1999</p><p>　　4 　趙躍華. 可編程序控制器及其應用 M . 成都: 電子 科技大學出版社, 1998</p><p>　　5 SIMATIC S7 - 200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊</p><p&g

46、t;　　6 　西門子SIMATIC S7 - 200 可編程序控制器選型手冊</p><p>　　7 　西門子MicroMaster440 通用型變頻器使用大全</p><p>　　8 　殷際英. 機電一體化基礎 M . 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1997</p><p>　　9 　任伯淼. 機械式立體停車庫 M .北京: 海洋出版社, 2001</p

47、><p>　　10　皮壯行, 宮振鳴, 李雪華. 可編程序控制器的系統(tǒng)設計與應用實例 M . 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000</p><p>　　11 王新生 , 張華強，基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設計[工業(yè)控制計算機 Industrial Control Computer]</p><p>　　12 張華強 , 王陶 , 蘇曉良 , 王蕾，基于HMI和PL

48、C的立體車庫自動控制系統(tǒng)[電氣傳動 Electric Drive] </p><p>　　13 程懷舟基于PLC的多層升降橫移立體停車庫控制系統(tǒng)設計[電子設計應用 Electronic Design & Application World-Nikkei Electronics China] </p><p>　　14 戴士杰 , 李斌 , 師占群 , 岳宏，基于PLC控制的液

49、壓立體車庫的設計[機床與液壓 Machine Tool & Hydraulics] </p><p>　　15 宋勝濤 , 李瑞琴PLC在機械式立體車庫控制系統(tǒng)中的應用[太原師范學院學報（自然科學版） Journal of Taiyuan Teachers College(Natural Science Edition)] </p><p>　　附錄1: 立體車庫原理圖</

50、p><p>　　附錄2.立體車庫總程序</p><p><b>　　八、學習心得</b></p><p>　　經過將近兩周緊鑼密鼓的設計與制作，自動化立體停車庫自動系統(tǒng)。</p><p>　　通過學習，我們了解了用PLC設計立體停車庫的系統(tǒng)，電子、信息技術于一體。我們通過對立體停車庫原理的分析，探討了用可編程控制器PLC實現(xiàn)

51、車庫控制系統(tǒng)的基本方法，實現(xiàn)了對立體車庫模型的控制，對PLC在復雜控制系統(tǒng)中的靈活應用有一定的理論意義和較大的實際價值。雖然在期間也曾出現(xiàn)了諸多問題，但在自己研究和公司員工指點下和悉數(shù)解決了，并順利完成了設計。</p><p>　　兩周的學習時間就這樣悄然而去，但在設計與制作過程中所學到的方法、積累的經驗，會成為我們以后學習生涯的一大財富。不僅豐富了我們的知識，增長了我們的見識，更提高了我們的動手操作能力，以及培