基于PLC的立体车库设计-毕业设计论文Word下载.doc
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1．引 言 1
1.1研究意义 1
1.2主要方法和研究进展 1
1.3主要内容 2
1.4解决的关键问题 2
第1章立体车库总方案选择 3
1.1五车位立体车库总方案分析 3
1.2空车位的选择 4
1.3控制环节设计 5
第2章立体车库的电气控制部分设计 6
2.1工作原理 6
2.2车库控制系统硬件设计 6
2.3检测系统设计 8
2.3.1车位认址信号 8
2.3.2车位停车信号 9
2.3.3车位正确停放信号 9
2.3.4车位信号检测 10
2.3.5火灾报警信号 10
2.4PLC控制系统设计 10
2.5控制流程及PLC选择 10
2.5.1控制流程图 10
2.5.2PLC设计要求 13
2.5.3PLC输入、输出点分配 13
2.5.4PLC的选择 16
2.5.5PLC接线图 17
第3章程序 17
3.1梯形图 18
3.2指令表 21
第4章MCGS组态设计及仿真 21
4.1MCGS组态介绍 21
4.2基于MCGS仿真实现的意义 22
4.3MCGS界面的设计及仿真 23
第5章结论 26
5.1总结 26
5.2展望 27
致谢 28
参考文献 29
附录一 30
附录二 31
附录三 38
第38页
1．引 言
1.1研究意义
停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。
因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。
传统的停车场不仅越来越不能满足现代人们的需求，而且占用了大量空间，浪费了土地资源。
[2]
现代先进的自动化机械立体车库是一种多平面的空间立体车库，它以单层平面停车库为核心，通过计算机对车库进行统一的管理与监控加上PLC控制来进行车位的空间位置变动，使车位由空间转化为平面，从而实现多层平面停车的功能[2]
通过国内外机械停车设备研究及使用的经验总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车时，首先追求的是存取车速度、等待时间以及方便程度。
随着我国经济持续快速的发展，城市规划的完善，机械停车设备行业将成为一个充满生机的朝阳行业，机械停车设备的技术也将得到长足的发展。
立体车库作为一种机械停车方式，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。
[6]
1.2主要方法和研究进展
对研究课题的详细的分析思考，制定明确的设计大纲。
去图书查阅与该项目有关的书籍，利用网络资源对立体车库相关的信息检索，收集有关资料，并对收集到的材料进行归纳分析，为论文作铺垫。
通过已有的案例来分析学习三菱FX2N的可编程控制器（PLC）工作原理及应用，编制PLC控制程序。
应用力控组态软件对PLC进行监控设计。
提出自己的观点，运用软件多进行模拟试验操作，收集相关的实验数据，做到理论与实际相结合，在实验中寻求科学有效的方法来完善相应的理论并解决问题。
在自己没办法完成的时候，积极向指导老师请教。
1.3主要内容
本课题的主要内容是立体车库控制系统的设计，系统核心部分采用三菱FX2N-48MR为控制元件，它是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。
升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。
现以两层升降横移式为例,说明停车库的运行原理。
此系统设计的车位分为上下两层，上下层都有三个车位，上层的三个车位可全用于停车，下层的车位要有一个空位，用于上层所停车辆的上与下。
根据设计任务书的基本要求和给出的相关依据，列出了三种方案进行比较，以供选择选择。
a）底层边位作为出入口兼周转空车位。
b）底层中间位作为出入口兼周转空车位。
c）底层中间座位出口兼周转空位，其余两个也可作为出口。
经过比较后：
方案c）底层中间座位出口兼周转空位，其余两个也可作为出口，移动的车辆最少，省去了很多麻烦，所以是最适合的方案。
控制环节：
1、停车：
当车辆要进入停车库时，此时在控制面板上点击空车位，如果空车位刚好位于下层，车辆进入停车库进行停车；
如果空车位位于上层，载车板会自动下降到下限位，此时，车辆进入停车库开始停车。
2、取车：
取车时，在操作面板上点击所取车辆所在的车位，若车辆位于下层停车位，直接将车辆取走即可；
如果车辆位于上层停车位（以取3号车位上的车为例），上层停车板下降到下限位之前先判断6号车位是否有车辆：
若检测开关检测到6号车位没有停有车辆，上层载车板直接下降到下限位；
若检测开关检测到6号车位停有车辆，6号车位的载车板先横移到5号车位上，移动到位，遇到限位开关，3号载车板开始下降。
车辆取走后，3号载车板回到原来的位置，6号载车板从回到5号车位回到6号车位的位置。
1.4解决的关键问题
程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件,当系统掉电时元件保持掉电前的状态,以保存现场信息,待上电后继续完成被中断的动作;
当发生意外情况时,按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息。
第1章立体车库总方案选择
1.1五车位立体车库总方案分析
方案分析图1-1
图1-1方案分析图
升降横移类机械式停车设备：
采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备，每组设备必须留有至少一个空车位。
此车位分为上下两层，上下层都有三个车位，上层的三个车位可全用于停车，下层的车位要有一个空位，用于上层所停车辆的上与下。
车位的编号如上图所示。
下面列出了四种方案进行比较，以供选择：
a）底层边位作为出入口兼周转空车位；
b）底层中间位作为出入口兼周转空车位；
c）底层3个车位均为出入口，其中任意一个均可用于周转；
d）底层中间座位出口兼周转空位，其余两个也可作为出口。
以上四种方案的示意图如图1-2所示。
图1-2四种方案的示意图
对这四种方案的比较如下表1-1：
方案比较表1-1
1方案
2方案
3方案
4方案
（1）存取车最多/最少移动的车辆数
5/1
3/1
3/0
3/0
（2）横移机构数目
2
1
3
（3）升降机构数目
由表1-1第
（1）项——满载时存取车时最多/最少移动的车辆数的分析结果可知:
方案3、4在存取某一辆车时,对其他车位上车辆的影响最小。
这样车库工作时就最安全，速度最快，顾客满意度最高。
由表1-1第
（2）项——横移机构数目的分析结果可知：
方案3、4的横移机构只有底层的一套，前两个方案则在二层也须设计安装横移机构。
而在二层安装横移机构一方面要考虑该横移机构与升降机构的合理过渡，另一方面对车库的整个框架建筑也提出了更高的承载和结构要求。
这都给设计及施工带来一定的困难，也必然增加相应的建设资金。
方案3与方案4相比：
存车时，若4、5号车位都有车，若要在3号车位停车，需要4、5号载车板都横移来提供四号空位。
若空车位兼周转车位留在5号车位，只需移动一个载车板即可。
由此看来，将空车位留在5号车位更经济划算。
因而，采用方案4.
1.2空车位的选择
以取车为例：
方案
（1）：
将4、6车位任何一个作为空车位
以4车位作为空车位进行说明：
若3号车位的正下方没有停有车辆，若要取3号车位上的车，只需让3号在车板垂直下降即可：
若3号车位的正下方刚好停有车辆，且5号车位也停有车辆，要取3号车位上的车时，首先要将要5号车位上的车横移至4号车位上，再将6号车位上的车横移至5号车位上空出6号车位，此时，再将3号载车板下降。
方案
（2）：
将5号车位作为空车位
若要取2号车位上的车，直接让2号在车板下降即可.若要取1号或是3号车位上的车.如果它们的下方刚好是空车位，直接让载车板下降即可；
如果正下方停有车辆（以取3号车为例进行说明），只需将3号车正下方的6号停车位的车横移至5号空位，将3号载车板下降即可。
（1）、
（2）方案相比较很容易看出，将5号车位设置为空车位移动的车辆最少，节省了电源，省去了很多麻烦。
因而，空车位的选择采用方案
（2）。
1.3控制环节设计
停车：
取车：
第2章立体车库的电气控制部分设计
2.1工作原理
立体车库的工作原理如图所示。
控制器是车库控制系统的核心，由单片机,PLC完成。
当用户对操作平台进行动作时，单片机或PLC会接收并分析用户操作，判断检测原件的状态，读取执行元件的信息，然后做出合理的工控安排，并反馈信息到执行元件，操作平台，以拖动车位移动到相应的水平和垂直位置，实现车位的位置移动。
工作原理示意图如下图2-1：
[9]
状态检测单元
车位执行单元
操作平台
控制器
图2-1立体车库工作原理
2.2车库控制系统硬件设计
立体车库控制系统包括硬件和软件两方面的设计内容。
硬件集中安放在控制箱内，控制箱采用的金属外壳起到屏蔽作用，以保护系统运行的可靠性。
本研究控制系统采用PLC控制器。
PLC是计算机技术及微电子技术结合形成的微机系统，很适合逻辑控制，特别是PLC的梯形图编程语言。
PLC在设过程中考虑了对工业环境的适应性，因而抗干扰行强，稳定性好。
车库控制系统硬件主要分为4个部分：
（1）电源部分：
在第一个空气开关前设有熔断器，以防止过高的电流流入电路而烧坏电气元件，起到保护整个电路的作用。
取220V的交流电供给PLC，而这个220V的交流电又并接到一个PSW上，从而得到24V的直流电供给操作面板和行程开关等低压元件。
这个220V交流电的取得是在接第一个接触器即主接触器KO前完成的，是PLC得电工作而升降电机和横移电机不得电工作，更安全的控制升降电机和横移电机。
在主接触器之前接有相序保护器，起作用时在交流电发生相序不正常是使电路发生断路，从而保护电气元件不被破坏。
[7]
（2）PLC部分：
PLC由220V交流供电，并与操作面板直接连接。
本研究采用三菱FX2N-48MR（24点输入/24点输出，220V交流/24V直流输入）控制。
（3）安全防坠部分：
上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。
坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两侧各装有两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装有两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面得四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。
下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。
行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。
防碰撞板得作用是：
下载车板横移时，如果碰到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电源，横移停止。
[7]防坠机构的简图2-2所示：
图2-2防坠机构的简图
工作原理：
默认状态下挂钩被弹簧片弹向右侧，防止载车板坠落；
电磁铁通电挂钩被拉向左侧释放载车板。
（3）升降电机部分：
在主接触器后导出两路电路分别接到升降电机组和横移电机组，控制电动机的正反转，以实现车板的升降。
在每个接触器后各接有一个热继电器FR2其作用是保护电机。
与3个电机分别相接的接触器，用于控制各个电路的通断，即控制电机是否转动。
[1]
（4）横移电机部分：
与升降电机部分相似，在主接触器后并接两个接触器KM1和KM2以控制车般的左右横移。
在接触器后皆有1个热继电器FR1用于保护电机。
与2个电机分别相连的接触器，用于控制各个电路的通断。
实现正反转的两个交流接触器如图2-3所示。
图2-3正反转接线图
2.3检测系统设计
在自动化立体车库中，车库检测信号是控制程序执行的重要依据。
控制程序根据检测到的信号顺序执行，控制输出。
在本设计中，检测系统有：
车位限位信号检测（载车板上下左右移动位置检测）、车位是否停有车辆信号检测、正确停放信号检测、是否有空车位信号检测、烟雾报警检测。
2.3.1车位认址信号
升降横移式立体车库，通过载车板的升降横移运动实现车库存取车操作。
在本设计的二层五位立体车库设计中，一层车位只有横移动作，二层车位只有升降动作。
因此，一层车位载车板横移动作需要左右限位信号，二层车位载车板升降动作需要上下限位信号。
在本设计中，车位认址信号选用在车库中安装接近开关来实现。
相比传统的限位开关，接近开关具有工作可靠、寿命长、功耗的、复定位精度高、操作频率高等优点。
接近开关感测元件安装在载车板上随载车板运动，将接近开关触点安装在车库制动点上固定。
2.3.2车位停车信号
立体停车库中，载车板上是否停放车有车辆，通过采用光电开关实现。
在此采用红外对射式光电开关，在载车板的对角线上安装。
当有车辆停放时，阻挡红外对射信号，光电开关无输出，当无车辆停放时，存在红外对射信号，光电开关有输出。
红外光电开关是一种对射式光电传感器，其物体不限于金属。
该传感器具有探测距离远、可调节测量范围的优点。
如示意图2-4所示：
水平高度差不多为1米
图2-4示意图
2.3.3车位正确停放信号
立体停车库中，为保证系统正常的运行以及车辆的停放安全，对车辆的停放有一定的要求，要求只有车辆正确停放在载车板的一定区域内系统才能正确的运行。
在此设计中，亦采用在载车板中安装红外对射式光电开关实现对车辆正确停放的信息的检测。
将开关布置于载车板正确停放区域的边线上。
当有车辆停放时，车辆在载车板正确停车区域内，车辆没有阻挡红外对射信号，检测器不产生输出；
当车辆错误停放时，车辆就会阻挡红外对射信号，检测器产生输出报警信息。
[3]
2.3.4车位信号检测
当有车辆进入停车系统时，为了能够很快得判断是否有空车位，来显示车辆的存放情况。
在设计中有一个满车位信号的红色指示灯，并且还有各个车位的指示灯，指示灯亮则表示该车位停有车辆。
2.3.5火灾报警信号
立体停车库中，为保证车库的正常安全运行，在检测系统中采用了烟雾探测器，进行火灾报警。
报警信号接入控制系统中，当车库内的烟雾达到一定的浓度时，传感器会检测到并产生报警信号，人员接到信号后进行灭火。
2.4PLC控制系统设计
本系统中PLC主要检测各载车板位置及运行状态并控制电机的启动和停止。
利用光电开关,行程开关检测载车板位置状态：
用接触器，继电器控制点击的启动和停止。
当要对车辆进行存取操作时，PLC根据在控制面板上输入的指令，首先判断各检测元件的状态，然后读取车库机械部分的反馈信息到电机，带动载车板实现升降或横移。
在整个过程中，通过光电检测、限位开关、过载保护等装置，来确保整个系统的安全、平稳运行。
2.5控制流程及PLC选择
2.5.1控制流程图
（以存取1号车为例）
将车存于1号车位的流程图如图2-5所示：
N
Y
4号载车板横移到5号车位
1号载车板下降
判断4号车位是否停有车辆
按下1车位下降键
判断1号载车板上的车是否停好
1号载车板不运动
1号载车板上升
4号车板回原位
N
图2-5将车存于1号车位的流程图
将1号车位上的车取出的流程图如图2-6所示：
4号载车板从5号车位回到4号车
1号载车板不运动
判断1号载车板上是否有车辆
按下1车位下降按键
图2-6将1号车位上的车取出的流程图
分析及说明：
存车时，当车辆进入车库时按下1号车位存车按钮，首先要确定4号车板上是否停有车辆。
若4号车板上停有车辆，系统会自动将4号载车板横移至5号车位，当4号载车板碰到限位开关时停止运动，1号停车板下降。
将车辆开进1号载车板，光电开关检测到车辆停放后，1号载车板会自动上升，上升到位后，4号载车板从5号车位回到4号车位，完成停车过程；
若关电检测开关检测到4号车位没有车辆时，1号载车板直接下降，当车辆停放在1号载车板上，光电开关检测到停放好后，1号载车板直接上升。
完成停车过程。
取车时当按下1号车位取车按钮，首先要确定4号车板上是否停有车辆。
若4号车板上停有车辆。
系统会自动将4号停车板向左移动，当4号停车板碰到左限位开关时停止运动，1号停车板下降。
光电开关检测到车辆取走后，1号停车板会自动上升，遇到上限位开关停止运动。
此时，4号停车板回到原来的位置。
若4号停车板上没有停有车辆，1号停车板直接下降，取走车后，1号停车板仍要回到原来的位置。
对于下层的车辆，若要取走，可直接开出车库。
当不用停车库时，为了节省电源，要将这个系统处于卸荷状态。
即，上层的停车板也
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