毕业设计基于三菱PLC的立体车库控制.doc

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题目基于三菱PLC立体车库控制

摘要

立体停车库生产在中国是个新兴行业，立体停车库可缓解城市动、静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地价值。

本系统采用PLC、计算机结合组态画面监控，按动按钮或控制组态画面即可完成汽车存取过程，操作简单，存取方便。

控制电路部分采用交流接触器传统方式，使运行安全可靠。

设计采用可分组合，模块式安装，方便灵活，具备维护使用方便，造价低等特点。

针对都市住宅小区、商业区、写字楼等繁华地带短时间停车难的问题,提出了采用三菱Q00J-PLC作为主控器控制立体车库的方案,设计开发一种塔式立体车库的自动控制系统并构建研制了实验模型牌,提高经济。

它可以实现利用空间多层停车,不但节省占地空间,而且塔楼外观可设计成多用途的商业广告效益和实用性,塔式立体车库对于解决现代化密集型城市的汽车停放问题具有重要的开发价值和广泛的应用前景。

该系统具有操作简便,自动化程度高,运行速度快、可靠性高等特点。

关键词立体车库/可编程控制器/组态监控

PLCcontrolthree-dimensionalgaragesystemdesign

ABSTRACT

Three-dimensionalstopsthegarageproductioninChinaisanemergingprofession,three-dimensionalstopsthegaragetobepossibletoalleviatetheurbantendency,thestatictransportationquestion,theimprovementenvironment,usesthelandvalueeffectively.ThissystemusesPLC,thecomputerunionconfigurationpicturemonitoring,pressesthebuttonorthecontrolconfigurationpicturethencompletestheautomobileaccessprocedure,thesimplicityofoperator,thedepositisconvenient.Thecontrolcircuitpartselectstheexchangecontactdevicetraditionmethod,causesthemovementsafereliable.Thedesignusestheseparablecombination,themoduletypeinstallment,facilitatesnimbly,hasthemaintenanceeasytooperate,theconstructioncostlowstatuscharacteristic.

Aimingaturbanresidential,commercial,officebuildingsandbusydistrictshorttimeparkingproblem,thepaperintroducesthemitsubishiQ00J-PLCasthemasteriscontrolledbythethree-dimensionalgaragescheme,designanddevelopatowerthree-dimensionalgarageautomaticcontrolsystemandconstructingexperimentalmodelwasdeveloped.Itcancarryuseofspace,notonlysavecoversanareaofmultilayerparkingspace,andtowersappearancecanbedesignedintoamulti-purposecommercialbillboards,toimprovetheeconomicbenefitandpracticability,towerthree-dimensionalgarageforsolvingthemodernintensivecityparkedhiscarisessentialdevelopmentvalueandbroadapplicationprospect.Thissystemhassimpleoperation,highautomation,fastoperation,highreliabilitycharacteristic

KeywordsParkingProgrammableLogicControllerConfigurationMonitoring目录

摘要 2

ABSTRACT 3

目录 4

1引言 1

1.1　升降横移式 1

1.2　巷道堆垛式 1

1.3　垂直循环式 2

2三菱PLC工作状态 2

2.1PLC工作原理 2

2.2PLC内部运作方式 3

2.3PLC接入方式 4

2.4PLC发展新动向 5

2.5PLC平面光波导技术（通信） 7

3双层立体车库功能介绍 7

3.1立体车库系统组成 7

3.2PLC核心控制部分 8

3.3立体车库控制要求 8

4立体车库系统设计 9

4.1PLC选择 9

4.2I/O口分配 9

4.3PLC外部接线端口图 10

4.4车位检测部分 11

4.5手动控制部分 11

4.6软件设计 12

5结论与讨论 12

致谢 14

参考文献 15

附录 16

附录1:

立体车库原理图 16

附录2.立体车库总程序 17

1引言

车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。

我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已将近二十年的历程。

由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:

1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。

首先，机械车库具有突出的节地优势。

以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。

机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。

这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。

这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。

目前，立体车库主要有以下几种形式：

升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式。

1.1　升降横移式

升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。

此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。

1.2　巷道堆垛式

巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。

垂直提升式立体车库

垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。

垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。

1.3　垂直循环式

产品特点：

1）　占地少，两个泊位面积可停6~10辆车。

2）　外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。

3）　价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。

4）　可采用自动控制，运行安全可靠。

本课题以二层五车位为研究对象,采用三菱FX2N-48MR为控制元件,进行模拟,结合所学专业知识,成功的设计出二层五车位PLC 控制系统。

2三菱PLC工作状态

2.1PLC工作原理

一扫描技术

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

二用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

三输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

2.2PLC内部运作方式

虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。

因此能大大减少控制器所需之硬件空间。

实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。

在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：

步骤一“输入状态检查”：

PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。

步骤二“程式执行”：

将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。

输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。

步骤三“输出状态更新”：

将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。

此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。

每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”结构框图如图2-1所示。

图2-1PLC内部运作架构图

2.3PLC接入方式

电力线通信技术，英文简称PLC，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。

该技术是把载有信息的高频加载于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机或电话上，以实现信息传递。

该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载，也就是实现四网合一。

终端用户只要插上电源插头，就可以实现因特网接入。

PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。

在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。

目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M～45M之间。

PLC设备分为局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。

在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

随着计算机硬件、软件的快速发展，特别是网络技术的快速发展，著名工控厂家及系统集成商都大力开发以太网产品，关注PLC的直接上网问题。

现在国际上知名的PLC厂家产品均能够实现直接上网，如施耐德公司全线的Quantum系列、Premium系列等、通用电气公司GE90-70系列、GE90-30系列、VersaMAX系列等、西门子公司的有关PLC、罗克韦尔PLC的有关系列控制器等。

采用直接上网的结构，必须妥善解决PLC直接上网后智能设备的接入问题。

采用直接上网的结构，坚持分层分布（单元）式的结构原则，就是要达到与LCU有关的各种数据采集和控制都必须由LCU来实现的目标。

现在，LCU一般都需要与一定数量的智能设备进行通讯。

在有工控机结构的LCU结构中，通讯实现是比较容易的，通讯的方式也比较灵活。

但在采用PLC直接上网的结构后，就必须考虑各种PLC产品特性对接入LCU智能设备的影响。

PLC与工控机相比，通讯接口少，方式比较少。

LCU智能设备接入问题，解决的总的方法有两种，一种是直接或经转换接入PLC，一种是直接接入以太网。

由于各种PLC产品分别产于不同的公司，它们的特性也各不相同，因此实现智能设备接入PLC的方法有多种多样。

在比较国外主要PLC产品特性基础上，在满足分层分布（单元）式的结构原则前提条件下，对智能设备接入LCU的方法进行分析对比，从它们的特性中，力图找出共性的方法，侧重于通讯速率、实现方式、是否需要编程、接入智能设备的数量、是否易于维护等方面。

1直接接入PLC

每种PLC CPU上的串口或一般通讯模块的串口所支持的普遍方式是从（Slave）方式，即使它支持主（Master）方式，相应通讯协议也是专有协议,不是开放的协议。

对于一些PLC如GE90系列PLC，它有一种模块，该模块通讯方式为主方式，可以使用不同通讯协议编程，与智能设备通讯，这是解决方法之一。

结构图如图二所示。

这种方法智能设备与PLC的数据交换的速率是串口的速率，智能设备采集的数据可以在PLC控制流程中使用。

设备通讯协议一致且数量不多时，比较适合这种方式。

因为智能设备多，总的通讯速度就会较慢，通讯协议不一致，就会占用该模块较多内存。

2通过现场总线直接接入PLC

对于部分PLC，一些智能设备可以通过现场总线直接接入PLC。

这种方式较好，因为现场总线的方式，其可靠性、速率与直接插入PLC机箱的模块是相同的，而且接入的地点比较灵活，距离可以比较远。

这种方式不需要编程，可以接入较多设备，非常方便，是一种很好的方法。

3间接接入PLC

直接接入PLC的方法不具有普遍性，不是每一种PLC都可以实现的。

下面两种方法可以在更大范围使用。

尤其是经串口接入PLC的方法，是一种普遍的方法。

4经串口转换接入PLC

PLC一般具有丰富的通讯模块可供选择，多数PLC的CPU模块具有一到两个串口。

由于这些串口多支持从（Slave）方式通用协议，智能设备也多为从方式，两者通讯不能实现。

有些串口虽支持主（Master）的通讯方式，但通讯协议多为不公开的专有协议，智能串口设备很少能支持这些协议。

因此，解决方法之一是采用一种装置，它一侧接入PLC串口，另一侧接入智能设备。

该装置起协议转换作用，而且它对两侧都可以是主方式。

这种方式可以接入较多串口设备。

这是一种很有前途的、比较经济的方式，可以适用每一种PLC产品。

其结构图如图三。

5经转换接入现场总线进入PLC

为了解决PLC串口从方式不能直接接入PLC的问题，有些PLC厂家如施耐德，它开发一种网桥装置，一边接串口设备，一边接PLC的现场总线MB+。

它有两种，一种支持同一种开放的协议如MODBUS，不需编程，另一种支持各个串口协议可以不同，但需要编程。

参见结构图三。

6串口设备经转换（不经PLC）上网

前面几种方法都直接或间接通过PLC接入智能设备。

现在，通过一种串口以太网转换器装置，它的一侧接入串口设备，另一侧接入局域以太网。

串口设备侧不需任何改变，上位系统直接采集串口设备的信号。

这样一个LCU需要有几个IP地址。

这种方式可以接入大量的智能设备。

是一种很有前途的方法。

其结构图见图四。

　7智能设备直接接入以太网

随着时间的推移，越来越多的设备将可以直接上网，因此可以采取智能设备直接上网的方式,速率可以达到10Mbps或100Mbps，将会很有应用前景。

但一个LCU需要有几个IP地址。

其结构图见图五。

8几种方式的比较

将PLC直接上网模式下，智能设备接入LCU情况按速率、方式、编程进行比较，并给出总体评价，见下表：

特性

方式

典型速率

方式

编程

总体评价

1.直接接入

PLC

9.6KBPS

通讯方式

需编程

接入较多串口设备时，通讯速度要降低。

部分PLC可以使用这种方式。

2.直接接入现场总线

153KBPS,

1.0MBPS.

现场总线

无需编程

速率较快。

是一种综合性能比较好的方式。

不足的是一般PLC现场总线开放的较少，支持各PLC现场总线的产品较少。

3.经串口

转换接入PLC

9.6KBPS

通讯方式

需编程

每一种PLC需要专门外购或开发转换装置。

是一种比较经济的方法，可以接入较多的智能设备。

4.经转换

接入现场总线

9.6KBPS

通讯方式

根据通讯协议而定

只有在部分PLC可以使用。

有两种转换装置,一种支持同一种开放的通讯协议，不需编程。

另一种可以支持不同的通讯协议，需要编程。

该转换装置一般是PLC配套产品。

5.经串口转换上网

9.6KBPS

通讯方式

需编程

可以进行工程化研究，很有潜力。

值得关注与研究。

与PLC相独立，不受PLC种类影响，应用范围广,接入设备多。

6.智能设备直接上网

10MBPS,

100MBPS.

以太网

有待研究

目前可以直接上网的智能设备较少，但很有发展潜力。

与PLC相独立，不受PLC种类影响，应用范围广,接入设备多,通讯速度快。

值得引起注意和关注。

　　上表给出了六种方式接入智能设备的方法，本文作者认为：

（1）PLC直接上网的LCU结构优于经过工控机上网LCU结构；因为LCU整体可靠性得到提高；

（2）智能设备以直接接入PLC现地总线方式从比较好，因为应用简单、速率快等，在可以选择直接接入现场总线的设备时，尽量采用这种方式。

（3）智能设备经串口转换接入PLC方式，是一种较优的方法，它虽然与PLC产品有关，但可以在每种PLC产品上使用，接入智能设备数量也较多，经济性能也较好。

（4）智能设备经串口转换上网方式和智能设备直接上网方式是很有应用前景的两种方式。

因为这两种方法都与具体的PLC产品无关，是一种具有普遍意义的方法，值得引起注意。

2.4PLC发展新动向

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已经广泛应用于钢铁、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，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。

1：

产品规模向大、小两个方向发展大：

I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2：

PLC在闭环过程控制中应用日益广泛3：

不断加强通讯功能4：

.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：

编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统6：

发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7：

追求软硬件的标准化。

PLC发展历史

起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更