基于PLC的立体车库程序的设计.docx
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基于PLC的立体车库程序的设计
基于PLC的立体车库控制程序的设计
摘要随着国民经济的高速发展，我国轿车保有量直线上升，因此，停车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。
为了解决停车难的问题，车库开始向高层发展，充分利用土地资源，提高城市土地的利用率,在有限的土地上停放更多的车辆,于是便发展出了立体车库.在科技发展迅速的今天，自动化控制技术越来越多的应用到了人们的生活生产中,而PLC控制技术已经成为了自动化控制的主要方式之一，本文以三菱PLC控制为例，结合3X3升降横移式立体车库来介绍PLC控制技术在立体车库控制方面的应用。
立体车库的控制面板是利用MCGS组态软件制作而成的.
关键字立体车库、PLC控制系统、升降横移、MCGS
AbstractWiththerapiddevelopmentofnationaleconomy，Chinesecarincreasessharply。
therefore,Parkingproblemhasgraduallybecometheurgentproblemofsomebigcity.Inordertosolvetheproblemofparking,thegaragebegantodevelopthehighlevel，madefulluseoflandresourcesandimprovethelandutilizationrate。
Weshouldparkmorecarsonthelimitedland.Peopleinventedstereogarage。
Withtherapiddevelopmentoftechnology,automaticcontroltechniquewasappliedtopeople’slifeandproduction。
PLCcontroltechnologyhasbecomeoneofthemainmethodsofautomaticcontrol。
ThispaperbasedontheMITSUBISHIPLCcontrolandcombinedwiththetypical3X3up-downandtranslationstereogaragetointroducePLCcontroltechnologyintheapplicationofstereogaragecontrol。
stereogaragecontrolpanelisbasedonMCGSsoftwaretomake。
Keywordstereogarage、PLCcontrolsystem、up—downandtranslation、MCGS
第一章绪论
1.1课题研究的目的和意义
随着国民经济的高速发展，我国轿车保有量直线上升。
据中国汽车工业协会公布的数据表明，1997年全国汽车保有量1100万辆，其中轿车万400辆，当年轿车生产量48。
2万辆，微型车生产量38。
2万辆，1998年轿车生产量50万辆，1999年55万辆,2000年57万辆。
2002年中国汽车产量达到了325万辆，比上年增长38%，全球排位由2001年的第八位上升至第五位。
2005年的轿车保有量已达到1108万辆。
由于中国加入世贸关税进一步降低，2008年北京奥运及2010年上海世界博览会等重大事件的影响，以及国内需求的进一步拉动和“费改税"等政策的驱动,我国的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展.按前述数据预测，2010年将达到2000万辆。
城市中停车位需求按1：
1.2（100％的基本停车位和20％的公共停车位计算，将增加停车位480万个，平均每年需求96万个。
因此，停车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。
城市和已建小区有限的地面面积己无法提供足够的停车车位，向空间发展成为当前解决问题的一条重要途径。
在现在这个社会，随着经济的不断发展，科技的不断进步，人们的生活水平越来越高,慢慢的，人们开始选择汽车作为出行工具，因此私家车日益增多。
随着私家车的不断增加，渐渐地，人们发现，城市里的停车位越来越少了,经常会出现开着车没地方停的尴尬局面。
由于现在城市发展很快，土地越来越紧缺，于是,如何让停车场能停更多的车而不占用更多的土地便成为了一个问题，于是，立体车库便成为了一种可能的选择。
立体车库拥有占同样的土地面积，却能容纳更多汽车的特点，它可以在大厦林立的小区中摆放，也可以大面积的组合使用,还能和地下停车场，车库等组合使用，能有效的解决停车难的问题.在当今社会，自动化控制技术使用的地方越来越多，而PLC技术已经成为了自动化控制的主要方式之一.将PLC控制技术应用到立体车库上，可以大大的方便人们停车的过程。
本文中立体车库控制面板是利用MCGS组态软件制作的触摸屏控制面板，利用触摸屏控制的话可以使立体车库的操作变得更加简单易懂，一目了然。
1.2论文的主要研究内容
立体车库的出现，很好的解决了大城市停车难的问题。
但是利用什么来控制立体车库呢？
答案就是PLC。
PLC可靠性高，抗干扰能力强,能实现很复杂的动作,这使得PLC在立体车库控制系统中的应用十分广泛。
在程序设计之前，我首先是利用MCGS组态软件设计立体车库的控制面板及动画。
我可以根据我所制作的控制面板来设计程序。
整个车库由一台PLC对其进行管理，由PLC来控制载车板升降横移电机正反转，完成车辆的存取操作，各车位车辆的存取按照相应的策略来调动载车板，以存取车辆。
本文所用PLC型号为三菱FX2N—48MR。
本文设计的程序要求完成立体车库自动运行功能如：
自动/手动切换、载车板升降横移、延时自动运行、快速切换、载车板切换、急停等。
第二章PLC、GXDeveloper软件及MCGS软件简介
2。
1PLC简介
2.1。
1PLC的定义
可编程控制器,简称PLC,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置.在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“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及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
2。
1。
2PLC的编程语言
不同的商家的PLC有不同的编程语言，但就某个商家而言，PLC的编程语言也就那么几种。
1、顺序功能图（SFC）
这是位于其它编程语言之上的图形语言，用来编程顺序控制的程序（如：
机械手控制程序）。
编写时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。
2、语句表（STL）
是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言，由多条语句组成一个程序段。
语言表适合于经验丰富的程序员使用,可以实现某些梯形图不能实现的功能。
3、梯形图（LAD）
这是使用最多的PLC编程语言。
因与继电器电路很相似,具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字量逻辑控制。
梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令构成.触点代表逻辑输入条件,线圈 代表逻辑运算结果，常用来控制的指示灯,开关和内部的标志位等。
指令框用来表示定时器、计数器或数学运算等附加指令.
在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左向右流动的，不适合于编写大型控制程序.
正因为梯形图具有直观易懂的特点，所以本文中的PLC程序就是运用梯形图来编写的。
2.2GXDeveloper编程软件简介
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于三菱Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、顺序功能图程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
2。
2。
1GXDeveloper编程软件的特点
1、软件的共通化
GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列,A系列（包括运动控制（SCPU）），FX系列的数据,能够转换成GPPQ，GPPA格式的文档。
此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP（DOS）,FXGP（WIN）格式的文档。
2、利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel，Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。
3、程序的标准化
（1）标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。
用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。
（2）功能块（以下称作FB）FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。
把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易.此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。
（3）宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了.
4、能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定.
5、能够用各种方法和可编程控制器CPU连接
（1）经由串行通讯口
（2）经由USB
（3）经由MELSECNET/10（H）计算机插板
（4）经由MELSECNET（Ⅱ）计算机插板
（5）经由CC-Link计算机插板
（6）经由Ethernet计算机插板
（7）经由CPU计算机插板
（8）经由AF计算机插板
6、丰富的调试功能
（1）由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。
（2）在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。
（3）数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息,所以数据制作的时间能够大幅度缩短.
2。
3MCGS组态软件简介
MCGS嵌入版组态软件是基于RTOS实时多任务操作系统的专门应用于嵌入式操作系统的组态软件，通过简单的模块化组态就可构造用户自己的应用系统，使用户从繁琐的编程中解脱出来，让用户在使用嵌入式系统时得心应手。
2。
3。
1MCGS嵌入式组态软件的特点
MCGS嵌入式系统体系结构MCGS嵌入式体系结构分为组态环境和运行环境两部分，组态环境相当于一套完整的工具软件，可以在PC机上运行,用简单的模块化设计帮助用户构造自己的应用系统，组态好的应用系统通过串口线或以太网下载到嵌入式系统中实时运行。
MCGS嵌入版组态软件分为人机界面组态和控制流程组态两部分,用户可以根据实际情况裁减所需内容。
其中人机界面组态与通用版类似,可以组态出动画窗口、曲线、报表，并可以设置用户权限，安全级别等等。
控制流程组态是嵌入式组态系统特有的功能，主要用于组态实现各种控制流程和控制逻辑。
系统提供了丰富的功能模块和控制逻辑，来帮助用户快速的实现各种控制功能，是构成用户应用系统实时控制的核心.在控制流程中可以利用MCGS提供的100多种功能模块组成各种应用系统，嵌入式系统中的MCGS实时数据库可以用作人机界面和控制流程数据交换的枢纽,控制流程可以通过实时数据库在人机界面上显示控制过程，并实现数据后处理.组态好的应用系统下载到内嵌了实时多任务嵌入式操作系统中实时运行,从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性、安全性。
第三章立体车库控制组态的设计
本文中立体车库控制面板及演示画面的设计是运用MCGSE组态软件制作的。
MCGSE组态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面，实时性强，有良好的并行处理性能和丰富多彩的多媒体画面。
该组态软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
3.1工程的新建
3。
1.1触摸屏型号选择
MCGS组态软件有“MCGS组态环境"和“MCGS运行环境”两部分组成，双击桌面上的“MCGS组态环境”图标，单击文件菜单中“新建工程”选项,弹出如图3-1所示对话框，TPC选择为“TPC7062K”，单击确认。
图3-1新建工程设置
3。
1。
2设备组态
在工作台中激活设备窗口，如图3—2所示。
鼠标双击“设备窗口”进入设备组态画面，如图3—3所示。
图3-2工作台激活设备窗口
图3-3设备组态画面
在设备工具箱中按先后顺序双击“通用窗口父设备”和“三菱_FX系列编程口”，把它们添加到组态画面,如图3—4所示。
图3—4添加设备后的设备组态画面
提示是否使用三菱FX系列编程口默认通讯参数设置串口父设备参数，选择“是”，如图3-5所示。
图3—5是否默认参数
所有工作完成后关闭设备窗口，返回工作台.
3。
1.3窗口组态
在工作台中激活用户窗口,鼠标单击“新建窗口”按钮，建立新画面“窗口0"，接下来单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性设置”对话框，在基本属性页,将“窗口名称”修改为“立体车库控制面板”，点击确认进行保存，如图3—6所示。
图3-6建立用户窗口
3.1。
4基本元件的建立
按钮：
从“工具箱”中选中“标准按钮"构件，在窗口编辑位置按住鼠标左键，拖放出一定大小后，松开鼠标左键，这样一个按钮就绘制在窗口画面中了,接下来双击该按钮,打开“标准按钮构件属性设置”对话框,在基本属性页中将“文本”修改为“1号车位”，背景色改为浅绿色，如图3—7所示.
图3—7按钮属性设置
按照同样的方法依次绘制另外按钮，如图3—8。
图3-8全部按钮
标签：
单击选中工具箱中的“标签”构件，在窗口按住鼠标左键，拖放出一定大小的“标签”,双击进入该标签弹出“标签动画组态属性设置”对话框，在扩展属性页，在“文本内容输入”中输入“立体车库模拟演示”，在属性设置页,填充颜色选择“没有填充”，边线颜色选择“没有边线”，点击确认，如图3—9所示.
图3—9标签绘制
“立体车库控制面板”窗口就完成了，如图3-10所示。
图3-10立体车库控制面板
“动画演示画面”和“限位开关"两个用户窗口中的按钮按照上述方法绘制，然后“动画演示画面"中的小车通过以下步骤绘制。
鼠标单击工具箱中的“插入元件”按钮，打开“对象元件库管理”对话框，选中图形对象库车中的一款,点击确认添加到画面窗口中，调整到适当大小,利用复制再添加里六个小车，如图3—11所示。
图3-11小车绘制
3.1。
5基本元件数据的链接
按钮：
双击“1号车位”按钮，弹出“标准按钮构件属性设置”对话框,在操作属性页，点击“按下功能”,勾选“数据对象值”操作，选择“清0”操作，勾选“打开用户窗口”，选择“动画演示画面"，如图3—12所示.
图3—12按钮数据链接
点击问号弹出“变量选择”对话框，选择“根据采集信息生成”,通道类型选择“M辅助寄存器"，通道地址为“81”,读写类型选择“读写”，点击确认，如图3—13所示.
图3-13变量选择
通过以上设置后如图3—14所示。
图3-14按钮设置完成
3.2动画脚本程序的设计
3.2。
1移动属性设置
双击1号车位中的小车，在属性设置页中的“位置动画链接"选中“水平移动”,这时会自动生成一个水平移动页，点击水平移动页,在表达式中输入“车位1水平移动”，如图3—15所示。
图3-15水平移动属性设置
点击图3-15中确认，这时会弹出一个窗口，如图3-16所示.
图3—16组态错误
接下来单击“是”按钮，弹出一个窗口，如图3-17所示,单击确认。
图3—17添加水平移动数据对象
其它小车设置可按照上述方法设置.
3.2.2动画脚本程序设计
双击窗口空白处，进入“用户窗口属性设置”对话框，在循环脚本页添加1号车位小车水平移动的脚本，如图3-18所示.
图3-18水平移动脚本设置
比如3号车位呼叫时动画演示时的脚本程序如下：
if设备0_读写M0003=1then
if车位1水平移动〈130then
车位1水平移动=车位1水平移动+3
endif
endif
if设备0_读写M0120=1then
if车位3垂直移动<90then
车位3垂直移动=车位3垂直移动+3
endif
endif
if设备0_读写M0121=1AND车位3垂直移动>0then
车位3垂直移动=车位3垂直移动—3
endif
if设备0_读写M0003=0AND车位1水平移动>0then
车位1水平移动=车位1水平移动-3
endif
第四章立体车库PLC控制程序的设计
PLC在控制系统的应用中，外部硬件接线部分较为简单,对被控对象的控制作用,都体现在PLC的程序上。
因此，PLC程序设计的好坏,直接影响控制系统的性能。
4.1设计思路
本文中设想的立体车库是一个3X3型七车位的升降横移式立体车库,其工作原理是：
第三层载车板可以做升降运动,第二层载车板可以做升降运动和横移运动，第一层载车板只能做横移运动。
通过第二层和第一层的空位，利用载车板横移变换空位，将汽车停到第二、第三层或降至第一层，第一层的汽车可直接开进和开出，无需变换位置，如图4-1所示。
图4—1立体车库模拟图
因为本文中设计的是立体车库的PLC控制程序,所以立体车库的硬件构造我们就不考虑了.
立体车库存车时，如果第一层有空的车位，那就先停在第一层车位，第一层车位停满之后停第二层车位，第二层车位停满之后再考虑停第三层车位.
立体车库存取车过程：
小车从出入口处进入立体车库主通道，我们在出入口处设有一个触摸屏显示面板和道闸，驾驶员可以根据立体车库的停车情况按下相应的车位呼叫按钮，然后道闸打开，这时相应的出入库通道指示灯点亮，小车按照指示灯驶入立体车库出入库通道，将车开进车位载车板上后,停放在合适的位置，拉好手刹,然后驾驶员下车，立体车库就可以根据车位呼叫的信息将车停放在相应的车位。
我们就拿5号车位存取车的过程来举例说明立体车库存取车过程,5号车位存车时，驾驶员按下触摸屏上面的5号车位呼叫按钮,道闸打开，小车从出入口进入立体车库主通道,出入库通道指示灯点亮，小车停在1号车位前面.立体车库中，1号车位载车板向右移动至空位,3号车位载车板也向右移动至空位，然后5号车位载车板向下移动至第一层，接下来小车开到5号车位载车板上，5号车位载车板又向上移动复位,最后依次是3号载车板左移复位,1号载车板左移复位，这样,5号车位存车就完成了；当5号车位取车时，1号车位载车板向右移动至空位，2号车位载车板也向右移动至空位，然后5号车位载车板向下移动至第一层，小车从立体车库内开出，最后从出入口处开出.
1号车位和2号车位载车板分别用一台电机来控制其左右横移，3号车位和4号车位载车板各用两台电机控制，一台电机控制其左右横移，一台电机控制其升降移动,5号车位、6号车位和7号车位载车板分别用一台电机控制其升降移动。
小车停车情况是通过装在每个车位载车板上的传感器来显示的，当车位上有车时，控制面板指示灯显示红色，并指示该车位有车，当车位上无车时,指示灯显示绿色。
为了防止汽车在载车板上面滑动而造成损失,应该在载车板后端和前端位置各装一个高25mm左右的阻车挡板,司机在将车开到载车板上时，应该将车停在合适的位置上，并拉好手刹。
本文所设计的PLC存取车控制程序只针对第2层和第3层的载车板,而对于底层车位载车板，存取车直接开进开出即可.第二层车位以上的载车板上都装有一个防坠挂钩，是由电磁铁控制的,当载车板要下降时，电磁铁得电，防坠挂钩就收回，载车板可以下降；当载车板上升到原来位置后，电磁铁就失电，防坠挂钩就弹出，挂住载车板防止其掉落。
程序中车位载车板的到位停止是通过16个限位开关完成的，限位开关位置图如图4-2所示.图中三角形表示限位开关.
图4—2限位开关位置图
4。
2流程图
图4-3手动模式立体车库流程图
图4-4自动模式立体车库流程图
4。
3分配表
PLC内部辅助触点分配表：
PLC内部元件
组态按钮
输入
组态按钮
M119
自动/手动
M125
5号限位开关
M0
急停
M120
6号限位开关
M129
10号限位开关
M126
7号限位开关
M130
11号限位开关
M127
8号限位开关
M131
12号限位开关
M128
9号限位开关
M132
13号限位开关
M81
1号载车板呼叫
M133
14号限位开关
M82
2号载车板呼叫
M134
15号限位开关
M3
3号载车板呼叫
M135
16号限位开关
M4
4号载车板呼叫
M136
快速切换
M5
5号载车板呼叫
M138
上升
M6
6号载车板呼叫
M139
下降
M7
7号载车板呼叫
M140
左移
M8
1号车位传感器
M141
右移
M9
2号车位传感器
M137
手动载车板切换
M110
3号车位传感器
M121
1号限位开关
M111
4号车位传感器
M122
2号限位开关
M112
5号车位传感器
M123
3号限位开关
M113
6号车位传感器
M124
4号限位开关
M114
7号车位传感器
PLC输出分配表：
输出
输出设备
输出
输出设备
Y0
1号载车板左移
Y14
5号载车板上升
Y1
1号载车板右移
Y15
5号载车板下降
Y2
2号载车板左移
Y16
6号载车板上升
Y3
2号载车板右移
Y17
6号载车板下降
Y4
3号载车板左移
Y20
7号载车板上升
Y5
3号载车板右移
Y21
7号载车板下降
Y6
3号载车板上升
Y22
3号防坠电磁铁
Y7
3号载车板下降
Y23
4号防坠电磁铁
Y10
4号载车板左移
Y24
5号防坠电磁铁
Y11
4号载车板右移
Y25
6号防坠电磁铁
Y12
4号载车板上升
Y26
7号防坠电磁铁
Y13
4号载车板下降
Y27
报警
4。
4主程序设计
主程序的设计我就利用3号车位存取车程序的设计来简单说明.
3号车位载车板呼叫，M3得电：
1号载车板右移:
1号载车板右移到位后，6号常闭限位开关断开，停止右移:
6号常闭限位开关闭合,3号载车板下降，3号防坠电磁阀得电，挂钩收回，3号载车板下降到位后，1号常闭限位开关断开，停止下降:
1号限位开关闭合，计时器T2得电开始计时，计时时间到之后，3号载车板上升：
3号载车板上升到位后，12号限位开关断开,3号载车板停止上升，3号防坠电磁阀失电，弹出挂钩：
1号载车板向左移动，当移动到位后，4号限位开关打开，停止左移：
3号呼叫周期结束：
3号车位存取车程序设计完成.
完整主程序见附录。
4。
5功能程序设计
4。
5。
1快速切换程序设计
当车位3、4、5、6
升级会员 