立体车库控制设计.doc

福州职业技术学院
毕业设计

设计题目
系 别
年级专业
学 号
姓 名
指导教师
职 称

2010年3 月 26 日

目录
内容摘要 ………………………………………………………………………2
关键词 ……………………………………………………………………………2
一、可编程控制器的简介 ………………………………………………………2
（一）可编程控制器的定义………………………………………………………2
（二）可编程控制器的应用………………………………………………………3
（三）可编程控制器的特点………………………………………………………3
二、立体车库的构成及工作原理…………………………………………………4
三、双层立体车库控制要求………………………………………………………5
四、双层立体车库的硬件设计……………………………………………………6
（一）输入/输出（I/O）地址分配………………………………………………6
（二）PLC的选型…………………………………………………………………6
（三）PLC外部接线图……………………………………………………………6
五、双层立体车库控制系统软件设计……………………………………………7
（一）流程图………………………………………………………………………7
（二）梯形图程序…………………………………………………………………8
六、指令表…………………………………………………………………………16
结论 ………………………………………………………………………………22
参考文献 …………………………………………………………………………22

立体车库控制设计

【内容摘要】升降横移式立体车库由机电机构和控制系统构成，本文对其控制系统的工作原理进行了分析，控制系统主要由车位扫描、叫车、车位移动等部分构成。设计采用三菱FX2n系列PLC为主控单元，应用三菱编程软件，完成梯形图的编写及仿真调试，并通过试验调试、运行，证明采用可编程控制器可以很好的对立体车库实现自动控制，具有稳定、可靠、操作方便、性价比高等优点。

【关键词】立体车库 控制系统 可编程控制器

随着汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化,而作为解决城市静态交通的有效措施向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。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。其车位结构为2维矩阵形式,可设计为多层和多列。由于受收链装置及进出车时间的限制,一般为2~4层(国家规定最高为4层),2层、3层者居多,现以典型的地上2X2升降横移式为例,说明停车库的运行原理。本系统采用三菱FX2N-40MR-D作为主控设计一种横移式立体车库的自动控制系统。
一、可编程控制器的简介
（一）可编程控制器的定义
早期的可编程控制器主要是用来代替继电器控制系统的，因此功能较为简单，只能进行开关量逻辑控制，称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC。 随着微电子技术，计算机技术和通信技术的发展，20世纪70年代后期位处理器被用作可编程控制器的中央处理单元（Central Processing Unit,简称CPU），从而大大扩展了可编程控制器的功能，除了进行开关量逻辑控制外，还具有模拟量控制、高速计数、PID回路调节、远程I/O和网络通信等许多功能。1980年，美国电气制造协会正式将其命名为可编程控制器简称PC，其定义为：PC是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。
（二）可编程控制器的特点
编程方法简单易学[HTSS] PLC配备了梯形图语言进行程序设计,梯形图语言的表达方式与继电器电路原理图中电路符号的表示法极为相似，且某些仅有开关量逻辑控制功能的PLC只有十几条指令。工程技术人员能够很快熟悉并掌握梯形图语言的使用方法并用他来编制用户程序,这就为使用者快速的编制出本单位所需要的控制程序提供了非常便捷的条件。
PLC的硬件配套齐全,接线端子一目了然，便于用户使用[HTSS] 由于PLC的设计和生产大多是系列化和模块化的，其硬件配置相当灵活，可以组合成多种规模的，满足用户各种控制要求的控制系统。
（三）可编程控制器的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、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。可归纳如下几类
1、开关量的逻辑控制
这是PLC最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制。
2、模拟量控制
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器能够处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换，使可编程控制器用于模拟量控制。
3、运动控制
PLC可用于圆周运动或直线运动的控制。如应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4、过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5、数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸业、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6、通信及联网
PLC通信包含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。
二、立体车库的结构及工作原理
立体车库有双层五个车位，由底盘、仓位、运动机械及电气控制四个部分组成。机械部分由滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、支流电动机作为拖动元件。控制部分采用三菱FX型可编程控制器、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等元件组成。
立体车库的工作原理如图1所示，PLC是车库控制系统的核心，当用户对操作平台进行动作时，PLC会接受并分析指挥用户的操作，判断检测元件的状态，读取执行元件的信息，然后通过软件作出合理的工控安排，反馈信息到执行元件、操作平台，拖动车位移动到相应的水平位置，实现车位的位置移动到相应的水平位置，实现车位的移动
车位执行单元
PLC
操作平台
用户
状态检测单元

图1立体车库工作原理图
三、双层立体车库控制要求
1、1、2、3号车位只能上下移动，不能左右移动，4、5车位只可左右移动不可上下移动。
2、4、5号车位可直接将车开出。
3、如要呼叫上层车位，自动运行时，先按下车位编号按钮，再按下取车按钮，可自动运行将车移至下排车位。

图2立体车库配置图

四、双层立体车库的硬件设计
（一）输入/输出（I/O）地址分配
输入信号

输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
叫车按钮
SB0
X0
1号车位平台上升
KM0
Y0
1号车位呼叫
SB1
X1
1号车位平台下降
KM1
Y1
2号车位呼叫
SB2
X2
2号车位平台上升
KM2
Y2
3号车位呼叫
SB3
X3
2号车位平台下降
KM3
Y3
1号位限位开关
SQ1
X10
3号车位平台上升
KM4
Y4
2号位限位开关
SQ2
X11
3号车位平台下降
KM5
Y5
3号位限位开关
SQ3
X12
4号车位平台左移
KM6
Y6
4号位限位开关
SQ4
X13
4号车位平台右移
KM7
Y7
5号位限位开关
SQ5
X14
5号车位平台左移
KM10
Y10
6号位限位开关
SQ6
X15
5号车位平台右移
KM11
Y11
（二）PLC的选型
根据控制功能需要及输入输出点数选择三菱FX系列PLC：FX2N-64MR。
（三）PLC外部接线图

图3 立体车库电气控制原理图
五、双层立体车库控制系统软件设计
（一）流程图
开始
输入要存取的车位号
调程序并启动相应传动机构
托盘到位 否
发出存取车的信号
搬运器复位
车停好否
报警灯闪
托盘上升
托盘到位否
车已停好
存取车完成
完成

图4双层车库控制流程图

（二）梯形图程序
1、车位扫描（0～32）
当X10的常闭触点闭合X11和X12常开触点闭合时表明1号位为空位号，2号和3号位不为空，已停放了车，则输出M10。其它车位同理。

2、车位按键及叫车按键（36～59）
当按下对应的车位号按键时M1、M2、M3形成互锁，再按叫车。如按下1按钮，再按叫车按钮SB0，1号车位就将下降到底层。

3、车位移动控制（63～212）
本段程序以叫1号车位为例说明具体的控制过程。
按1号车位键SB1，X1常开触点闭合、M1接通并自锁，按叫车键SB0，X0常开触点M100常开触点闭合并自锁。
1) 4号车位没车位（X13常闭触点闭合X14，X15常开触点闭合或M13闭合）
M200接通并自锁、Y1接通，1号车位下行。当1号车位下行至4号位时，X13常闭触点断开，M200，Y1失电，1号车位停止，完成车位移动控制过程。
2) 4号位有车位、5号位没车位（X14常闭触点闭合X15，X13常开触点闭合或M14常开触点闭合）
M201常开触点闭合并自锁，Y7接通，4号车位右移。当4号车位右行至5号位时，X14常闭触点断开，M201、Y7失电，4号车位停止。M201的下降沿触发M301使M200接通并自锁，Y1接通，1号车位下降。当1号车位下降至4号位时，X13常闭触点断开，M200、Y1失电，1号车位停止。
3) 4号位有车位、5号位有车位、6号位没车位（X15常闭触点闭合X14、X13常开触点闭合或M15常开触点闭合）：
M202常开触点闭合并自锁，Y11接通，5号车位右移。当5号车位右移至6号位时，X15常闭触点断开，M202、Y11失电，5号车位停止。M202的下降沿触发M302使M201接通并自锁，Y7接通，4号车位右移。当4号车位右移至5号位时，X14常闭触点断开，M201、Y7失电，4号车位停止。M201的下降沿触发M301使M200接通并自锁，Y1接通，1号车位下降。当1号车位下降至4号位时，X13常闭触点断开，M200、Y1失电，1号车位停止。
4) 4号位5号位6号位均有车位且2号位没车位（X11常闭触点闭合X12、X10常开触点闭合或M11常开触点闭合）：
M203常开触点闭合并自锁，Y2接通，5号车位上升。当5号车位上升至2号位时,X11常闭触点断开，M203、Y2失电，5号车位停止。M203的下降沿触发M303使M201接通并自锁，Y7接通，4号车位右移。当4号车位右移至5号位时，X14常闭触点断开，M201、Y7失电，4号车位停止。M201的下降沿触发M301使M200接通并自锁，Y1接通，1号车位下降。当1号车位下降至4号位时，X13常闭触点断开，M200、Y1失电，1号车位停止。
5) 4号位5号位6号位均有车位且3号位没车位（X12常闭触点闭合X10、X11常开触点闭合或M12常开触点闭合）：
M204常开触点闭合并自锁，Y4接通，6号车位上升。当5号车位上升至3号位时，X12常闭触点断开，M204,Y4失电，6号车位停止。M204的下降沿触发M304使M202接通并自锁，Y11接通， 5号车位右移。当5号车位右移至6号位时，X15常闭触点断开，M202、Y11失电，5号车位停止。M202的下降沿触发M302使M201接通并自锁，Y7接通，4号车位右移。当4号车位右移至5号位时，X14常闭触点断开，M201、Y7失电，4号车位停止。M201的下降沿触发M301使M200接通并自锁，Y1接通，1号车位下降。当1号车位下降至4号位时，X13常闭触点断开，M200、Y1失电，1号车位停止。
同理可分析“叫2号车位” “叫3号车位”时的控制过程。

4、输出（216～251）

八 指令表

25

0 LDI X10
1 AND X11
2 AND X12
3 OUT M10
4 LD X10
5 ANI X11
6 AND X12
7 OUT M11
8 LD X10
9 AND X11
10 ANI X12
11 OUT M11
12 LDI X13
13 AND X14
14 AND X15
15 OUT M13
16 LD X13
17 ANI X14
18 AND X15
19 OUT M14
20 LD X13
21 AND X14
22 ANI X15
23 OUT M15
24 LDI X13
25 ANI X14
26 ANI X15
27 OUT M16
28 LD X13
29 ANI X14
30 ANI X15
31 OUT M17
32 LD X13
33 AND X14
34 AND X15
35 OUT M18
36 LD X1
37 OR M1
38 ANI M2
39 ANI M3
40 OUT M1
41 LD X2
42 OR M2
43 ANI M1
44 ANI M3
45 OUT M2
46 LD X3
47 OR M3
48 ANI M1
49 ANI M2
50 OUT M3
51 LD M1
52 AND X0
53 OR M100
54 OUT M100
55 LD M2
56 AND X0
57 OR M101
58 OUT M101
59 LD M3
60 AND X0
61 OR M102
62 OUT M102
63 LD M13
64 OR M200
65 OR M301
66 AND M100
67 ANI X13
68 OUT M200
69 LD M200
70 PLF M300
73 LD M14
74 OR M201
75 OR M303
76 OR M302
77 AND M100
78 ANI X14
79 OUT M201
80 LD M201
81 PLF M301
84 LD M15
85 OR M202
86 OR M304
87 AND M100
88 ANI X15
89 OUT M202
90 LD M202
91 PLF M302
94 LD M11
95 OR M203
96 AND M100
97 ANI X11
98 OUT M203
99 LD M203
100 PLF M303
103 LD M12
104 OR M204
105 AND M100
106 ANI X12
107 OUT M204
108 LD M204
109 PLF M304
112 LD M14
113 OR M205
114 OR M306
115 OR M307
116 AND M101
117 ANI X14
118 OUT M205
119 LD M205
120 PLF M305
123 LD M13
124 OR M206
125 OR M308
126 AND M101
127 ANI X13
128 OUT M206
129 LD M206
130 PLF M306
133 LD M15
134 OR M207
135 OR M309
136 AND M101
137 ANI X15
138 OUT M207
139 LD M207
140 PLF M307
143 LD M10
145 AND M101
146 ANI X10
147 OUT M208
148 LD M208
149 PLF M308
152 LD M12
153 AND M101
154 ANI X12
155 OUT M209
156 LD M209
157 PLF M309
160 LD M15
161 OR M210
162 OR M311
163 AND M102
164 ANI X15
165 OUT M210
166 LD M210
167 PLF M310
170 LD M14
171 OR M211
172 AND M102
173 ANI X14
174 OUT M211
175 LD M211
176 PLF M310
179 LD M14
180 OR M211
181 AND M102
182 ANI X14
183 OUT M211
184 LD M211
185 PLF M311
188 LD M13
189 OR M212
190 OR M314
191 AND M102
192 ANI X13
193 OUT M212
194 LD M212
195 PLF M312
198 LD M11
199 OR M213
200 AND M102
201 ANI X11
202 OUT M213
203 LD M213
204 PLF M313
207 LD M10
208 OR M214
209 AND M102
210 ANI X10
211 OUT M214
212 LD M214
213 PLF M314
216 LD M200
217 ANI X13
218 OUT Y1
219 LD M208
220 OR M214
221 ANI X10
222 OUT Y0
223 LD M203
224 OR M213
225 ANI X11
226 OUT Y2
227 LD M205
228 ANI X14
229 OUT Y3
230 LD M204
231 OR M209
232 ANI X12
233 OUT Y4
234 LD M210
235 ANI X15
236 OUT Y5
237 LD M212
238 OR M206
239 ANI X13
240 OUT Y6
241 LD M201
242 ANI X14
243 OUT Y10
244 LD M211
245 ANI X14
246 OUT Y10
247 LD M202
248 OR M207
249 ANI X15
250 OUT Y11

结论
经过三个月的梯形图编写及仿真调试，通过试验调试、运行，成功的实现了立体车库控制系的设计目标。设计中也考虑到了立体车库的控制功能和使用要求。在硬件方面选择三菱FX系列PLC：FX2N-64MR，为系统的控制核心。
通过这次的毕业设计不但把PLC原理与应用完整的复习了一遍而且还学习到了很多课堂上没学到的知识。设计过程中不断的把实践与应用结合起来，曾强了我的动手能力，培养了查阅资料的能力；通过查阅课本和文献资料，进一步熟悉常用设备的类型和特性，并掌握合理选用的原则，配养了独立分析与解决问题的能力，也曾进了师生之间的感情交流，同时也使我更熟悉了有关PLC的开发设计的过程，加深了我对PLC的理解和运用。

参考文献
[1]王也仿.《可编程控制器应用技术》.机械工业出版社.2008年
[2]张玉华.《可编程控制器原理及应用》.北京大学出版社.2009年
[3]洪志育.《例说PLC》.人民邮电出版社.2006年

福州职业技术学院技术工程系毕业设计任务书
系 别
技术工程系
指导教师
王晶晶
职 称
助教
学 生 姓 名
张龙辉
专业（班级）
07级应用电子技术1班
设 计 题 目
立体车库控制设计
设计内容
和目标

双层立体车库由运动机械及电气控制等部分组成，采用步进电机、支流电动机作为拖动元件。采用三菱FX2n型可编程控制器为主控单元，实现车辆存取的自动控制。
呼叫上层车位时，按下车位编号按钮，再按下取车按钮后，系统自动判断路径并移动搬运器，自动完成车辆搬运动作，并刷新记忆车位状态。

设计要求

1、通过分析得出控制过程的具体流程图；
2、根据流程图编写梯形图程序并进行软件仿真；
3、绘出可编程控制器外部接线图并进行实验调试；
4、编写设计论文。

进度安排

2010.1.4—2010.1.11 布置设计任务；
2010.1.12—2010.2.28 查阅相关资料，熟悉课题相关内容；
2010.3.1—2010.3.7 确定设计方案，编写程序；
2010.3.8—2010.3.21 调试并修改程序，最终确定设计程序；
2010.3.22—2010.3.31 撰写毕业设计论文。

教研室审核

签名： 年 月 日
系审核

签名： 年 月 日
说明：此表一式两份，系和学生本人各一份
次数
指 导 意 见
第
一
次
确定设计小组人员分组，确定设计课题，分析讲解设计内容及要求，布置各人设计任务。
2010 年 1 月 12 日
第
二
次
检查所查阅的资料及课题进度，讨论并确定课题设计方案，初步完成软件程序的编写，给出修改建议。
2010年 3 月 5日
第
三
次
检查设计进度，辅导修改软件程序，指导程序的实验调试，最终确定设计程序。
2010年 3 月 18 日
第
四
次
检查毕业论文的编写，从论文结构、内容以及格式等方面、提出修改建议，最终完成毕业设计论文。
2010年 4 月1 日
指导教师定稿意 见
基本完成设计任务，论文格式规范。同意提交毕业设计说明书。

指导教师（签名）：
年 月 日