基于PLC 的立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(kù)設(shè)計(jì)控制學(xué)生姓名 高軍劍 學(xué) 號(hào) 分 院 電氣工程分院 專 業(yè) 電氣自動(dòng)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(kù)設(shè)計(jì)控制摘 要 立體停車庫(kù)生產(chǎn)在中國(guó)是個(gè)新興行業(yè)，立體停車庫(kù)可緩解城市動(dòng)、靜態(tài)交通問題，改善居住環(huán)境，有效利用土地價(jià)值。本系統(tǒng)采用PLC、計(jì)算機(jī)結(jié)合組態(tài)畫面監(jiān)控，按動(dòng)按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成汽車存取過程，操作簡(jiǎn)單，存取方便?？刂齐娐凡糠植捎媒涣鹘佑|器傳統(tǒng)方式，使運(yùn)行安全可靠。設(shè)計(jì)采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護(hù)使用方便，造價(jià)低等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 立體車庫(kù) PLC 組態(tài)監(jiān)控 目 錄第一章 車庫(kù)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(kù)功能介紹62.1 立體車庫(kù)系統(tǒng)組成62.2 PLC核心控制部分62.3 立體車庫(kù)控制要求7第三章 立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(cè)部分143.7 手動(dòng)控制部分153.8 軟件設(shè)計(jì)15附錄1: 立體車庫(kù)原理圖16附錄2: 立體車庫(kù)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(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立體停車設(shè)備的發(fā)展在國(guó)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(yàn)上均已獲得了成功。我國(guó)也于90年代初開始研究開發(fā)機(jī)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(jī)械停車設(shè)備以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性，已被廣大用戶接受。機(jī)械車庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車庫(kù)相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的地下車庫(kù)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(jī)械車庫(kù)，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(kù)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。在地下車庫(kù)中采用機(jī)械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車庫(kù)低得多。機(jī)械車庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)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(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車樓。這對(duì)眼下車庫(kù)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(kù)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(kù)的種類1.1 升降橫移式 升降橫移式立體車庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。此立體車庫(kù)適用于地面及地下停車場(chǎng)，配置靈活，造價(jià)較低。1.2巷道堆垛式 巷道堆垛式立體車庫(kù)采用堆垛機(jī)作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫(kù)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(kù)垂直提升式立體車庫(kù)類似于電梯的工作原理，在提升機(jī)的兩側(cè)布置車位，一般地面需一個(gè)汽車旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可省去司機(jī)調(diào)頭。垂直提升式立體車庫(kù)一般高度較高（幾十米），對(duì)設(shè)備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價(jià)較高，但占地卻最小。 第二章 雙層立體車庫(kù)功能介紹2.1立體車庫(kù)系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由：PLC、組態(tài)監(jiān)控部分、電氣傳動(dòng)部分、檢測(cè)部分、手動(dòng)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(qiáng)、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了很多大型可編程控制器。它功能強(qiáng)大實(shí)用，價(jià)格便宜，工作穩(wěn)定可靠，24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，采用繼電器輸出形式，可驅(qū)動(dòng)交直流負(fù)載，負(fù)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(fù)載提供直流電源。2.3 立體車庫(kù)控制要求 本系統(tǒng)通過檢測(cè)車位運(yùn)行狀態(tài)和其它參數(shù)，控制電機(jī)輪流工作，合理調(diào)度電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實(shí)時(shí)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(cè)監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便 、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。如圖2.3-1圖2.11. 號(hào)車位、2號(hào)車位、3號(hào)車位只能上下移動(dòng)，不能左右移動(dòng)；2. 4號(hào)車位、5號(hào)車位只能左右移動(dòng)，不能上下移動(dòng)；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(hào)呼叫按鍵，再按下叫車按鍵，然后下排車位先左右移動(dòng)，讓出位置，上排車位降至下層，再進(jìn)出車輛。 第三章 立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC選擇本系統(tǒng)采用三菱公司的型號(hào)為FX2N-48MR的PLC,是一種具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便、同類產(chǎn)品價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。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(qiáng)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(diǎn)數(shù)（IO點(diǎn)數(shù)）IO點(diǎn)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(gè)開關(guān)、按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)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(chǔ)器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制16位即一個(gè)字為一步。1.掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)一步指令所需時(shí)間來計(jì)算的，單位用µs/步。功能擴(kuò)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(kuò)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(tái)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(qiáng)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(jìn)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(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)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)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、IO擴(kuò)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(jī)示意圖。本課題中FX2N48MR為基本單元，(24入、16出)，M表示主機(jī)、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(jìn)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(chǔ)的地址號(hào)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?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始地重要進(jìn)行。可編程序控制器工作時(shí)的掃描過程如圖2-3所示，包括五個(gè)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(shí)間稱為掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)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(gè)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(shí)際工作過程中，每個(gè)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(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時(shí)間。 (4)PLC的IO響應(yīng)時(shí)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(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變，還會(huì)影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號(hào)變化滯后于輸入信號(hào)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(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。3.4 I/O口分配針對(duì)本課題要求，我們規(guī)定了PLC輸入點(diǎn)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(hào)車位上限開關(guān)X103號(hào)車位下限開關(guān)X202號(hào)車位上限開關(guān)X111號(hào)車位呼叫開關(guān)X03號(hào)車位上限開關(guān)X122號(hào)車位呼叫開關(guān)X14號(hào)車位上限開關(guān)X133號(hào)車位呼叫開關(guān)X25號(hào)車位上限開關(guān)X14 復(fù)位開關(guān)X36號(hào)車位上限開關(guān)X15叫車開關(guān)X41號(hào)車位下限開關(guān)X16停止開關(guān)X62號(hào)車位下限開關(guān)X17關(guān)于輸出點(diǎn)的定義，它們兩兩成對(duì)，構(gòu)成控制交流接觸器吸合條件。表3-21號(hào)車平臺(tái)上升Y01號(hào)車平臺(tái)下降Y12號(hào)車平臺(tái)上升Y22號(hào)車平臺(tái)下降Y33號(hào)車平臺(tái)上升Y43號(hào)車平臺(tái)下降Y54號(hào)車平臺(tái)左移Y64號(hào)車平臺(tái)右移Y75號(hào)車平臺(tái)左移Y105號(hào)車平臺(tái)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3.13.6車位檢測(cè)部分FX2N-48MR可編程控制器采用直流輸入形式，車庫(kù)所有車位到位及限位檢測(cè)采用了光電對(duì)管，檢測(cè)電路電源使用PLC內(nèi)部提供的24V直流電源，其最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)400mA.光電對(duì)管的導(dǎo)通電流在30mA左右，內(nèi)阻為600，為滿足光電對(duì)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(gè)200/1W的大功率電阻。立體車庫(kù)共有6個(gè)上下到位檢測(cè)光電對(duì)管和3個(gè)左右到位檢測(cè)光電對(duì)管，總驅(qū)動(dòng)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(jì)要求。3.7手動(dòng)控制部分程序所用狀態(tài)元件、定時(shí)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均選用具有掉電保護(hù)功能的元件,當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)元件保持掉電前的狀態(tài),以保存現(xiàn)場(chǎng)信息,待上電后繼續(xù)完成被中斷的動(dòng)作;當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí),按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運(yùn)行并保存現(xiàn)場(chǎng)斷點(diǎn)信息;當(dāng)出現(xiàn)如電機(jī)過載、過熱電氣或機(jī)械故障時(shí),自動(dòng)中止系統(tǒng)的運(yùn)行,并發(fā)出聲光報(bào)警,同時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)方式進(jìn)行故障處理。考慮到組態(tài)控制可能出現(xiàn)上述問題，系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了最基本的手控控制，設(shè)計(jì)了車庫(kù)上層三個(gè)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(dòng)作出現(xiàn)錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)了急停按鈕，這樣能使車庫(kù)系統(tǒng)無論處于何種運(yùn)行狀態(tài)都能立即停止運(yùn)行，避免事故的發(fā)生。3.8 軟件設(shè)計(jì)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(chǎng)合被采用。本設(shè)計(jì)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(kù)原理圖附錄2: 立體車庫(kù)總程序結(jié) 論近幾年，隨著人民生活水平的提高，及汽車價(jià)格的一降再降，有車在老百姓看來已是越來越平常的事。可是，如果你住在一些較老的小區(qū)，會(huì)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(gè)泊車位，不得不比擠公車起得還早。為什么會(huì)這樣，這既有歷史原因，人們沒想到國(guó)人會(huì)如此快的擁有自己的家庭轎車，也有中國(guó)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(guó)家不能承受城市無限度的外擴(kuò)，也就不允許在每個(gè)建筑外面留下大塊的空地作為停車場(chǎng)。因此，“車庫(kù)”是大中城市的熱門話題，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委將“城市立體車庫(kù)”列為“近期行業(yè)技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)”，隨著家用汽車的不斷增加，公共場(chǎng)所及社區(qū)內(nèi)存車矛盾、車擠綠地的問題將會(huì)越來越突出，在人們對(duì)生活質(zhì)量和環(huán)境意識(shí)不斷增強(qiáng)之時(shí)“車庫(kù)”日漸成為熱門話題，機(jī)械自動(dòng)化立體車庫(kù)將會(huì)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(dòng)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(jià)比高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),越來越受到人們的青睞。目前市面上常見的機(jī)械式立體停車庫(kù)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(dòng)類、巷道堆垛類、垂直升降類和簡(jiǎn)易升降類等8種,其中升降橫移類以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)車庫(kù)市場(chǎng)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)份額。本文介紹了立體車庫(kù)發(fā)展?fàn)顩r以及立體車庫(kù)的主要功能與優(yōu)越性，并進(jìn)一步結(jié)合給出了一個(gè)物業(yè)小區(qū)內(nèi)地下三層升降橫移式立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案的實(shí)踐操作來闡述PLC的應(yīng)用。升降橫移類立體車庫(kù)的控制系統(tǒng)通過采用PLC和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線控制,使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,滿足了車庫(kù)的控制功能與使用性能的要求,完全實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出車的智能控制。系統(tǒng)還在硬件設(shè)計(jì)上采用了手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)多級(jí)冗余控制方式,配合軟件/硬件連鎖保護(hù),大大提高了系統(tǒng)的可靠性;同時(shí),由于PLC軟件設(shè)計(jì)上的優(yōu)化處理,使得本系統(tǒng)對(duì)于車位的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)便;此外,軟件設(shè)計(jì)還采用了“并行分支與匯合”的技巧,從而大大縮短了進(jìn)出車時(shí)間,提高了工作效率。同時(shí)，本文還介紹了基于可編程控制器(PLC)和Profibus總線的車庫(kù)控制系統(tǒng),簡(jiǎn)述了多層升降橫移立體停車庫(kù)工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過PLC軟件設(shè)計(jì)及其優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了立體車庫(kù)的自動(dòng)控制。升降橫移類立體車庫(kù)的控制系統(tǒng)通過采用PLC和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線控制,使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,滿足了車庫(kù)的控制功能與使用性能的要求,完全實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出車的智能控制。本文的一些觀點(diǎn)和實(shí)際操作是根據(jù)具體的實(shí)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 謝本論文是在姜老師的悉心教誨指導(dǎo)下完成的，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，得到了導(dǎo)師的認(rèn)真指導(dǎo)和幫助，導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)和淵博學(xué)識(shí)使本人受益匪淺，在此表示誠(chéng)摯的敬意和由衷的感謝。同時(shí)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(píng)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(cuò)誤、漏洞一定不少，望各位老師不吝賜教。 參考文獻(xiàn)1黃莉等.州市機(jī)械式立體停車庫(kù)應(yīng)用規(guī)劃研究R.起重運(yùn)輸機(jī)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(kù)控制中的應(yīng)用J.林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2007.4周奇才等.魔方式停車庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.起重機(jī)與運(yùn)輸機(jī)械.2006.5胡瑜.基于組態(tài)控制技術(shù)的智能立體停車庫(kù)J.起重機(jī)與運(yùn)輸機(jī)械.2006.6程懷洲.基于PLC的多層升降橫移立體停車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電子設(shè)計(jì)應(yīng)用.2005.7郝艷芳等. 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