PLC立体车库控制系统

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毕业设计(论文)

立体停车库PLC 控制系统设计

CONTROL SYSTEM DESIGN OF THE CUBIC

GARAGE BASED ON PLC

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[1**********] 吴培方信电工程学院电气控制及其自动化韩成春

2013年 6月 10日

徐州工程学院学位论文原创性声明

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论文作者签名：日期：年月日

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论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日

摘要

目前我国越来越多的人拥有私家车，以前那种露天的停车场越来越不能满足市场的需求。对于多停车位，少占空间，使用操作简单，安全可靠的“立体停车库”的建设，是解决目前寸土如金的大都市内停车难的有效方法。用可编程控制器PLC 来控制车位空间位置的变动，让车可以实现多重单层平面停车的功能。本研究课题利用CPU226编程并对垂直升降横移式立体车库进行研究与设计，通过一定的机械结构实现车库的半自动化运行。关键词立体车库；控制系统；可编程序控制器

Abstract

Now more and more people have individual cars in our country. The open-parking ground couldn’t meet the needs of the markets. Owning a construct of mechanical parking system which has more parking space, less room, simple method of operation, Safe and reliable performance is an effective method to solve the problem of parking. This system controls the change of the empty wagon position by PLC, which will reach the aim that makes the car realize the function of multiple single plane parking. This research programs by CPU226, and set up a research of the vertical lifting and transferring parking whose aim is to achieve semi-automatic operation through the design of certain mechanical structure of the garage .

Keywords Stereo garage Control system PLC

1 绪论 . ............................................................................................................................................ 1

1.1课题的背景及意义 . .............................................................................................................. 1

1.2立体车库类型 . ...................................................................................................................... 1

2升降横移式立体车库 . ................................................................................................................. 4

2.1 升降横移式立体停车库简述 . ............................................................................................ 4

2.2 升降横移式立体停车库的运动规律 . ................................................................................ 4

3升降横移式立体车库的控制系统 . ............................................................................................. 5

3.1 立体停车库的控制原理及控制系统组成 . ......................................................................... 5

3.2 立体停车库的控制形式的选择 . ......................................................................................... 5

3.3立体停车库控制系统运动结构的分析 . .............................................................................. 6

3.4 立体停车库控制系统硬件设计及确定 . ............................................................................. 9

4升降横移式立体车库PLC 控制的程序设计 . ........................................................................... 11

4.1车库控制系统软件设计 . .................................................................................................... 11

4.1.1控制程序流程图 . ......................................................................................................... 11

4.1.2 PLC 设计要求 . ............................................................................................................. 14

4.1.3 PLC 输入输出点分配 . ................................................................................................. 14

4.1.4 PLC 外部端口连接图 . ................................................................................................. 17

4.2PLC 梯形图设计 . .................................................................................................................. 18

5用MCGS 设计监控界面 . ............................................................................................................. 29

5.1MCGS 与外部PLC 之间的联接 . ............................................................................................ 29

5.2建立工程并设计其画面流程 . ............................................................................................ 29

结论 . .............................................................................................................................................. 34

致谢 . .............................................................................................................................................. 35

参考文献 . ...................................................................................................................................... 36

附录 . .............................................................................................................................................. 37

1 绪论

1.1 课题的背景及意义

自从改革开放之后，汽车业得到了迅速的发展，汽车增多的同时，也带来了一系列的社会问题。城市中，交通拥挤已经成为各地政府关心的社会问题。城区内交通及车辆的停放管理越来越难，特别是在城区的高级酒店、宾馆、大型百货商场那些车辆密集区，受到原有占地面积影响而不能增加停车位，停放困难以及交通阻塞已成为一大难题。据统计：在北京，每天都有50多万辆汽车停在马路的两边；而在上海，每天也有80万多辆汽车无处停放，这些问题都将会阻碍汽车工业的迅速发展。

立体车库跟传统的地下车库相较而言，在很多方面显示出它的优越性。首先，该车库具有非常突出的节地优势。以前的那些地下车库，需要留出充足的行车通道，每辆车大概要占据40平方米左右的面积，如果采用双层立体车库，可使地面的使用率提高将近90%。如采用地上多层立体车库的话，50平方米的土地面积上便可以存放至少40辆车。这样可节省我们有限的土地资源，并且节省了土建开发的成本。其次，立体车库与地下车库相比较而言更加有效地保证人身和车辆的安全。人在车库中或者车不能停放的位置，用电子控制的整个设备便不会运行。立体停车设备可用很小的面积停放较多数量的车，免去了坡道式停车库的坡道设计等问题。将停车库设计中的建筑空间类问题转换为机械方式的研究，并且采用新技术解决停车问题。采用计算机控制，车库区无人进入，将有效地防止盗窃和损坏。只是因为机械式停车设备的占地节省，停车灵活，既可以大面积的使用，也能见小面积的设置，还能跟地面停车场，地下停车库组合实施的优点，已经成为解决城市停车难最有效的手段之一，是停车产业发展的必经之路。而从某种意义上来说，立体停车库在管理上已经彻底做到了人车分流。

大城市地价的不断上涨，使固定停车场成本不断增加，而汽车增长的速度，却远远的超过停车场的新建。所以占地面积小并且停车数量大的立体停车库受到了许多大城市的热爱。

1.2立体车库类型

立体停车库是集机电为一体的大型科技综合产品，机械的那部分类似于人的身体，而电器的那部分类似于人的神经。机电相合一，让立体停车库成为了现代科技的复杂产品。

现在市场上常见的立体停车库有：升降横移类停车库，垂直循环类停车库，多层循环类停车库，水平循环类停车库和平面移动类停车库等五种立体停车库，其中升降横移类立体停车库以其操作简单，成本低廉，可靠放心等优点，在国内市场占据较大的市场份额。

(1)升降横移类(代号：SH)

用载车板升降横移来存取车辆的立体停车库叫做升降横移类停车库。其工作原理为：一层车位只作横移，中间车位既可横移又能升降，上层车位只能升降，这类车库是通过各

层车位的移动从而实现车辆的存取。

(2)垂直循环类(代号：CH)

通过在垂直方向作循环运动的车库系统来存取车辆的立体车库叫做垂直循环类停车库。该车库的工作原理是：在牵引装置的—链条上，相隔一段距离装一个存车的托架，启动电机之后，存车托架跟随链条做循环运动，来存取车辆。

(4)多层循环类(代号：DX)

通过载车板作上下循环运动，从而可以达到车辆多层存放的停车目的，节约了占地面积的同时还使存取车辆的自动化程度提高了。

(5)平面移动类(代号：PY)

该车库的原理是：在同一层上让载板平面平移从而来实现存取车辆，或者将搬运台车跟升降机相配合使用从而实现多层平面的移动，来实现存取停放车辆的目的。

1.3 本课题的主要任务和解决方法

(1)控制系统总体设计

立体停车设备有各种各样的形式，升降横移式立体停车库是中小型立体车库中典型的集机电于一体的产品，因为占地面积很小，型号又比较多，而且规模既可大又可小，对于场地的适应性极强，这类车库在国内的应用已经非常广泛，是很多单位建造车库的理想选择。本文中就两层的升降横移式立体停车库的控制系统的设计做详细讨论以及研究。整个控制系统将由PLC ，组态监控部分，电机传动装置，检测装置，手动控制部分，支架模型组成，用开关来控制设备的手动，自动运行和正常停止。

(2)用组态软件设计控制界面

本系统用MCGS 组态软件来设计监控界面，用数据通信手段，实时接收和处理PLC 从现场采集的各状态以及报警信号，并利用这些信号来驱动PC 机控制界面中各种图形，从而实时显示现场的各种状况，在操作员跟停车库之间构造出直观的界面，操作运行和故障时候及时给出提示及报警。

(3)PLC电路的设计

PLC 是一种在PC 机上开发结构的控制系统，它具有在功能，可靠性，速度，故障查找等方面的特点，用软件技术可将标准的工业PC 转换为全功能的PLC 过程控制器。软件PLC 综合了计算机跟PLC 的开关量控制，数值处理，数学运算，网络通信，模拟量控制，PID 调节等功能，通过一个多任务的控制内核，快速而准确的扫描周期，可靠的操作，提供强大的指令集和可连接各种I/0系统的跟网络的开放式结构。根据设计的输入和输出点数选择适合的PLC 型号。

(4)PLC梯形图的程序设计

用STEP7 Micro/win编写梯形图，PLC 用于可编程控制器的编程软件，可在WindowS

XP 及win7系统下运行，在STEP7 Micro/win软件中，你可通过线路符号，助记符来创建顺控指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据，并可将其存储为文件。

(5)其他标准件的选型设计

结构设计在整个车库中占着非常重要的比重，主体框架结构，载车板部分和传动系统是立体停车库的主要组成部分。

2升降横移式立体车库

2.1 升降横移式立体停车库简述

升降横移式立体停车库因为适应性强而很受欢迎，这类车库每个车位都有载车板，通过电机升降和横移所需存取车辆载板到达地面层，完成存取过程。停放在下层车库内的车只作横移而不必升降，上层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升下降到地面层，司机才能进车库内停放所需车辆，升降由一台电机驱动，通过钢锁拖动搬运器来垂直升降，横向移动通过导轨，也是利用一台电机便能实现车位的移动，该车库的主要优点在于同一层的车位独立移动，可作自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。

2.2 升降横移式立体停车库的运动规律

图2-2是全地上布置型式的2×3升降横移式立体停车库，总共有6个车位，有5个托盘，最多可停放5辆车，其中n 号托盘上是n 号车。车是如此运动的：图中的1，2号车可以直接存取车；而3，4号车是通过1，2号车横移出空位后下降到地面层后存取车，之后再返回顶层，1，2号车归位；5号车则可以直接下降进行存取车，执行完后再返回顶层。例如如果先要取3号车，首先必须将1，2号车位横移，然后3号车位下降，最后取出。

该类立体车库结构特点是：底层只进行平移运动，顶层只进行升降运动。如果底层车位要存取车时，那么无需移动托盘就能直接进出车; 顶层进出车时，底层需要进行相应的平移处理，直到下方为空位才能进行下降和进出车动作，进出车后托盘再上升到原来位置，

图2-2升降横移式立体停车库运动规律

3升降横移式立体车库的控制系统

3.1 立体停车库的控制原理及控制系统组成

升降横移式立体停车库是一种非常典型的集机电于一体化的大型科技产品。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。升降横移式立体停车库的控制系统在整个车库系统中占着非常重要的比重，是车库控制系统的核心。它指挥车库的整个运作过程，并对车库系统的状态过程进行实时监控。

图3-1车库系统控制原理框图

该立体停车库的整个系统的控制原理:操作人员可以通过控制系统信息的交流平台将操作信息传送到车库的控制系统，经过系统处理，通过辅助设备驱动执行机构处理有效的控制信息，来实现车库运行。车库系统控制原理框图，如图3-1所示。

本文中车库的控制系统主要有这几部分组成:控制核心单元、接口、驱动单元和界面。控制核心单元是整个车库控制系统的大脑，控制形式的不同控制核心单元也不同，可以是继电器组成的逻辑电路，也可以是可编程控制器PLC （Programmable Logic Controller）或单片机系统。可编程控制器是现有车库控制系统的首选。

接口在车库的控制系统中是不可缺少的。它在驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间起着连接点的作用。

在整个车库控制系统中，驱动单元的选择比较单一，只有一个专用减速机用来减速。由此可见，整个车库的智能控制系统的运动是靠驱动元件来驱动运行的。

界面起着操作人员与车库控制核心单元之间交流信息的作用。操作人员可以通过界面向车库系统发送动作意图，车库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。

3.2 立体停车库的控制形式的选择

在众多车库的控制系统中最常见的三种控制形式分别为:继电器逻辑电路控制，单片机控制和可编程控制器控制。现在对这三种控制形式优缺点分别作下简单的分析。

继电器逻辑电路控制：它主要利用多个主交流接触器、中间接触器和过载热继电器等电器元件经过合理的联接，构成简单控制功能的逻辑电路。较多的运用于小型低成本的升降横移式立体停车库。

优点：控制元件较少，专用性较强，利用继电器控制，其电路也比较简单，电路搭载用时少，成本低，适合家用升降横移式立体停车库。

缺点：智能模块化控制难以实现，不适合在大规模立体停车库中应用，元器件比较容易损坏，车库运行不可靠，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。对于大中型的升降横移式立体停车库，其控制形式就不太适合运用继电器的控制形式。

单片机控制：单片机控制在机电设备中是比较常见的一种控制形式，因为它的控制功能强、成本低、功耗小和使用方便，可以直接安装到仪器设备上。虽然在理论上可应用在立体停车库系统中，但实际应用于立体停车库的控制系统中的时候，单片微机控制得不到广泛的推广应用，其主要原因有以下几点：

1. 单片微机控制时，系统在调时候试耗较多，开发周期也比较长； 2. 单片微机对现场工作环境要求较高，抗干扰能力不强；

3. 单片微机自身因为是弱电驱动，但停车库系统的执行部件是电机，属强电系统，这就需要用弱电来驱动强电，因为驱动环节的增加，系统的可靠性也就大大的下降了； 4. 单片微机控制系统，它的控制程序基本上都是汇编语言，虽然功能比较强大，可是程序编制工作量比较大。

可编程控制器(Programmable LogicController)：可编程控制器控制，特别是在智能化要求程度高、大容量、多车位的现代化升降横移式立体停车库中应用较广。可编程控制器跟继电器跟单片微机相比有着许多优点： 1. 通用、灵活

2. 抗干扰能力、强可靠性高 3. 使用方便、编程简单 4. 功能强 5. 接线简单

6. 体积小、重量轻易于实现机电一体化

但是，可编程控制器控制也有其不足之处，在性价比方面普遍的高于继电器控制和单片微机控制；它的开发潜力也比单片机来的差，单片机功能灵活多样，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用的。

通过对三种控制形式的分析比较以及在实际中的应用程度，立体停车库的发展中可编程控制器发挥着越来越重要的作用。本文中的立体车库系统就采用可编程控制器控制形式。

3.3立体停车库控制系统运动结构的分析

升降横移式立体停车库中控制系统必须使车库的各运动机构能够在规定的时间内准确无误完成所要求的动作，确保对车库现场的工作状况进行实时监控，并将监控信息反馈到系统的控制核心，让它对系统机构的运作进行修正，保证整个车库系统在稳定状态下进

行工作。

本文以2*3升降横移式立体车库控制系统为例，进行以下分析。如下图（3-2,3-3,3-4）所示，如果需要要取二号车，那么首先应该检测它的下方是否有空位，图中二号车位下方的五号车位有车，所以先要将五号车位向左横移四号车位再下降，执行取车动作之后二号车位再上移，最后五号车位归位，。

图3-2

车库控制系统运动结构分析图

图3-3车库控制系统运动结构分析图

图3-4车库控制系统运动结构分析图

如果要向三号车位存车，那么需要先将三号车位下移，存车完毕后三号车位再上移，如下图（3-5,3-6）所示：

图3-5车库控制系统运动结构分析图

图3-6车库控制系统运动结构分析图

根据以上的运动规律，容易发现，存取车过程中，涉及到三个方面： 1、如果要让出空位，必须将托盘横移； 2、如果要存取车，必须将托盘的升降；

3、先将托盘左右横移至所需停车位和然后再下降到准确的位置。

可以看出，控制系统的任务主要是进行横移、升降和定位的控制。在该立体停车库中，每个车位都有一组独立的横移，一组独立的升降系统，分别由一个专用横移减速小电机，一个专用升降大电机组成。安装在横移导轨位置的行程开关来完成车库横移的定位，通过安装在地面和车位架位置的行程开关来完成车位升降定位。分别控制横移电机和控制升降电机可看作是控制系统的输出量或者开关量输出，行程开关则可以看作是控制系统的信号输入或者开关量输入。

3.4 立体停车库控制系统硬件设计及确定

系统主要由：PLC 、电气传动部分、手动控制部分、检测部分、组态监控部分、支架模型系统图如图3-7所示。

图3-7立体停车库硬件图

3.4.1 PLC 核心控制部分

（1）PLC 的选择

常见的PLC 有德国西门子PLC 和日本三菱PLC 。三菱PLC 拥有便宜适用面广，结构灵活，带宽稳定，范围广，低成本, 传输质量高，速度快等特点，但是目前用的很少, 兼容性比较差。

西门子PLC 比较贵但是用的较多，操作方便，资料易找，可靠性相当好。西门子是真正的PLC ，存储区每位都是周期扫描。因为西门子PLC 应用的比较多，和其他设备如软件

组态监控，触摸屏等也比较好兼容，为以后改造提供了可能。SIMATIC S7-200，PLC 是超小型化的PLC ，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，还是连接网络都能实现复杂的控制功能。

新一代的CPU 模块按照I/O点数不同，以及效能的不同而分为五种不同结构配置的品种，即CPU221，CPU222，CPU224，CPU224XP ，CPU226，其中CPU 226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，有7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点，在2*3立体停车库的设计中，有47个输入点，23个输出点，所以用CPU226外加2个扩展模块分别是EM221，其类型为16点24VDC 输入；EM223，其类型为16点24VDC 输入/16点24VDC 输出。

结合上面分析的输入、输出点的数量可知，选择西门S7-200CPU226模块。该CPU 是S7-200系列中资源最多的，具有24个输入和16个输出，通过扩展I/O口可以满足设计的要求。

（2）光电传感器的选择

升降横移式立体停车库控制系统中主要通过光电开关来检测车库中有没有车辆和检测车辆在车库中是否停靠到位。光电开关是由受光器，投光器和电源所组成的。光敏元件用于受光器，发光二级管常用于投光器。它的工作原理是使投光器和受光器相对，如果被测物体挡住投光器射出光线时，受光器就得到控制信号。一般在停车库控制系统中所应用的光电开关均有这两种形式。（3）驱动电机

升降电机部分：在主接触器后分别导出两路电路，接到升降电机组和横移电机组中，控制系统通过控制电动机的正转反转来实现车板的升降。每个接触器后都接一个热继电器FR2，其作用是用来保护电机。分别与3个电机相接的接触器，用于对各个电路的控制，即控制电机是否转动。

横移电机部分：跟升降电机部分相似，在主接触器后并接KM1和KM2两个接触器来控制车般的左右横移。在每个接触器后都有1个热继电器FR1保护电机。和2个电机分别相连的接触器，用来控制各个电路的通断。

4升降横移式立体车库PLC 控制的程序设计

4.1车库控制系统软件设计

本立体车库控有手动和自动两种控制方法。手动是指在现场手动控制每个载车板：自动控制是在操作面板上由PLC 自动逻辑控制。

本系统中主要用PLC 来检测各载车板的位置及其运行状态并控制电机的启动和停止。分别利用光电开关和行程开关来检测载车板的位置，用接触器和继电器来控制电机的启动和停止。如果要存取车辆时，首先PLC 根据控制面板上输入的指令，判断各个检测元件的状态，然后将读取车库机械装置部分的信息反馈到电机，让载车板实现升降或横移。整个过程中，通过光电检测、限位开关和过载保护等装置，来确保整个系统的平稳安全的运行。

PLC 控制程序采用梯行图编写。整个程序包括各个车位的停车位安排程序，存取车程序，手动存取车程序等几个模块。

存车时，入车口处安装有信号灯，显示车位有无情况，红灯表示车位已满，绿灯表示还有空车位，从而节省时间。

当有车进入停车场先经过入车口处只对汽车起作用的红外感应装置，其向PLC 输入停车信号，系统开始为司机安排停车位。离此处前2米出设计一个道闸，停车位没安排好前，道闸不打开。安排好车位后车辆才可以进入。

停车时为了避免二层车因停放位置不当而造成在升降的过程不必要的事故发生，在底层左边立柱上各安放一对红绿警示灯（用于底层及二层车辆，绿灯表示停放到位，红灯表示停放不到位）。工作过程：车辆开上停车板，指示灯开始工作引导司机正确停车。当指示灯为绿色时司机可从车上下来离开停车位。其中灯的点亮由安装在停车板前后两端的红外感应装置来给PLC 发出输入信号。

4.1.1控制程序流程图

以图3-3-1为例，将一号车存入，画出流程图

1号载板下降

4号载板移到5号车位

图4-1-1将车存于1号车位的流程图

以图3-3-1为例，将一号车取出，画出流程图

图4-1-2将1号车位上的车取出的流程图

分析说明：

存车时，车辆进入车库时操作人员按下存车键1，先确定4号车板上是否有车辆。如果4号车板上停有车辆，那么系统会自动将4号载车板横移至5号车位，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，当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，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。

取车时要移动1号载车板，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。1号车取走后，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。

下层的车辆如果要取走，可直接开出车库。

不用停车库时，为了节省电源，要将系统处于卸荷状态。即，上层的停车板需要下降到下限位。当启动整个车库系统时，需要用到上层的在停车板，车辆开到载车板上，载车板再上升。

如果出现电气故障或机械故障这种情况，自动终止系统运行，并且发出报警信号，当电机过载，动力电源欠相，逆相时或松链，人/车误入时，紧停线圈立即得电，自动终止车库系统运行，并使报警蜂鸣器报警。

4.1.2 PLC设计要求

（1）1，2，3号车位, 只能上下移动，不能左右移动；（2）4，5号车位只作左右移动不作上下移动；

（3）顶层的车，想要开出必须先按下相应车位标号呼号按键，再按下叫车按键，底层车位左右移动，让出空位，使顶层的车下降到底层，由工作人员开出。（4）底层的车可以直接开入或者开出。

4.1.3 PLC输入输出点分配

（1）输入点分配如下面的表4-1,4-2所示：

表4-1输入点分配

其中： I0.3-I1.4是限位开关，I1.5-I1.7及I2.3为控制面板上的操作开关；I2.0-I2.2 I2.4和I2.6为光电开关;I2.5为烟雾检测开关；I0.0为启动开关；I0.1为停止开关；I0.2为急停开关。

（续表4-2）

4.1.4 PLC外部端口连接图

根据上文PLC 输入输出点分配表4-1,4-2,4-3,4-4可进行PLC 外部端口的连接，如下面图4-5所示

1M 0.0 0.1 0.2 0.3 2M 0.4 0.5 0.6 0.7 3M 1.0 1.1 1.2 1.3 4M 1.4 1.5 1.6 1.7 5M 2.0 2.1 2.2 2.3 6M 2.4 2.5 2.6 2.7 M L+

SB1SB2SB3SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SQ9SQ10S5S6S7

DC24

S1S2S3A C L 1 N 地 1. 7 1. 6 1. 5 1. 4 4L . 1. 3 1. 2 1. 1 1. 0 3L . 0. 7 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 2L . 0. 2 0. 1 0. 0 1L

启动开关急停开关停止开关

1号车位上限位开关

KM1KM3

1号车位上升2号车位上升3号车位上升

2号车位上限位开关3号车位上限位开关1号车位下限位开关2号车位下限位开关

KM4KM5KM6KM7KM8

1号车位下降2号车位下降3号车位下降4号车位左移6号车位左移

3号车位下限位开关4号车位左限位开关6号车位左限位开关4号车位右限位开关

KM94号车位右移6号车位右移绿灯红灯

6号车位右限位开关

KM13报警信号灯1号防坠电磁阀2号防坠电磁阀3号防坠电磁阀

CPU226

前方光电开关后方光电开关

检测4车位是否有车的光电开关 1、2、3车位上升开关

120/240 AC

检测6车位是否有车的光电开关

烟雾检测开关

检测5车位是否有车的光电开关

图4-5PLC 外部端口连接图

4.2PLC 梯形图设计

（1）主程序梯形图，按下启动按钮，程序启动，若有故障则急停，若有火灾则报警。启动按钮，按一次取车，按二次存车。M0.1接通取车，M0.2接通存车。

（2）一号车取车梯形图，防坠电磁阀松开，如果四号位有车则移动否则一号位下降，左移到一号位，下降到位车开出后停止上升，上升到位，四号车位回原位。

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（3）二号取车梯形图，防坠电磁阀松开，延时时间到二号车板下降，下降到位，车开出后停车板上升，上升到位程序结束。

（4）三号取车梯形图，防坠电磁阀得电松开，如果六号有车则移动，否则三号车板下降，右移到三号位下降，下降到位车开出后停止上升，六号车板回原位。

（5）一号存车梯形图，防坠电磁阀得电松开，如果四号有车则左移，否则一号车板下降，左移到位一号下降，下降到位停车板停止，车停好后按上升开关停板上升。

（6）二号取车梯形图，防坠电磁阀得电松开，延迟时间到二号车板下降，下降到位停车板停止，车停好后按上升开关停车板上升，上升到为程序停止。

（7）三号存车梯形图，防坠电磁阀得电松开，如果六号有车则移动否则三号下降，右移到位三号下降，下降到位停车板停止，车停好后按上升开关停车板上升，上升到位，六号车板回原位，程序结束。

5用MCGS 设计监控界面

5.1 MCGS与外部PLC 之间的联接

MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统) 是北京昆仑有限公司研发的一套基于Windows 平台的，用于快速构造以及生成上位机监控系统的组态软件系统，主要用于完成现场数据采集与监测，前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。

根据控制系统所用的PLC 类型以及特征, 首先设置其相关设备属性; 再来设定和配置PLC 设备的输入以及输出通道，建立系统中数据对象间所对应关系，即建立系统实时数据库与PLC 输入端口和输出端口之间的连接, 使得控制系统能读取外部设备的数据并控制外部设备的工作状态；最后对整个控制系统进行调试, 检查组态设置和编程是否正确、硬件是否正常、计算机图形动画显示是否与现场实际动作同步等。

完成整个工程的组态编程并测试现场工程各部分的工作情况后, 即可实现工程现场PLC 及被控对象工作状态的计算机图形实时监控功能, 此时上位机图形监控界面中的仿真工作流程与现场的实际生产动作同步。

5.2建立工程并设计其画面流程

双击“MCGS 组态环境”的图标，进入到MCGS 组态环境的工作台。

选择“文件”，“新建工程”的选项，再选择“文件”，“工程另存为”的选项，如图7-2所保存界面所示，文件名为：“立体车库控制系统”，然后点击“保存”按钮，工程存在D:\MCGS\WORK下，工程名设为“立体车库控制系统.MCGS ”，图7-3的用户界面为修改工程后所打开的工程。

图7-2 保存界面

图7-3 用户窗口

(1)建立立体车库控制的用户窗口

在图7-3那个用户窗口中，点击“用户窗口”，在“用户窗口”工作台中打开“新建窗口”，产生新“窗口0”，如图7-4新建窗口所示。如再次单击“新建窗口”时，就会再产生一个用户窗口。

图7-4 新建窗口

用鼠标双击“窗口0”，打开“窗口属性”，进入到“用户窗口属性设置”这个界面，如图7-5用户窗口属性设置所示。

图7-5 用户窗口属性设置

将“窗口名称”设为“立体车库控制”；将“窗口标题”设作：“立体车库控制”；在“窗口位置”处点击“最大化显示”，然后点击“确定”完成设置。这时新建的窗口名称已经变成“立体车库控制”这个名称了，如图7-6标题更改所示。

图7-6 标题更改

双击“立体车库控制”对话框，打开动画组态制作窗口，如图7-7动画界面设置所示。

图7-7 动画设置界面

(2)立体车库控制工程的画面设计

对图形对象进行放置，在图7-7动画设置界面中，点击工具栏中“工具箱”按钮，单击打开工具箱。点击“插入元件”这个按钮，打开“对象元件库管理”对话框。选择“对象元件库管理”中“车”的文件夹，如图7-8对象元件列表中所示，选取自己所需车辆。

图7-8 对象元件列表界面

选好需要的车辆，单击“确定”按钮，选中的车辆将会出现在桌面的左上角。可以用鼠标改变其人小跟位置。

使用同样的方法，从“对象元件库管理”中选取其他元素构成立体车库控制画面如图7-9动画监控界面所示。

图7-9 动画监控界面

通过对本设计的研究，我意识到面对着日益增长的汽车数量所带来的城市停车位紧缺的社会问题，以及基于PLC 的立体停车库设计这个课题对于优化空间结构，解决现实问题具有积极作用。

在本设计中，通过对立体停车库种类的了解，根据5车位设计的实际情况选用升降横移式立体停车库，通过查阅资料，翻阅书籍，确定了停车库的总体结构，并对钢架结构，载车板，传送结构，安全装置做以简单的介绍，根据设计的方向，重点对立体停车库的控制系统的工作原理，控制方法，车位的运动规律，硬件的选择及连线以及程序的编制做以介绍和设计。

其中在控制方面，用到自动和手动双重操作，这样既可以在自动运行中出现故障时紧急停车实现手动操作，也为以后停车库的维修与管理提供了便利。但是由于自己知识水平所限，整个设计过程当中的细节不能准确的把握，导致设计还存在许多漏洞和不完善的地方，而这恰恰也是自己在今后的工作中需要学习的地方。

完善的立体停车库不仅可以为不断增长的汽车提供一个停靠的港湾，而且也最大程度的节约了空间，为本已拥挤的城市显得更加的开阔。而现在自动化的立体停车库在我国研发还属于起步阶段，因而可以说立体停车库研制在我国具有广阔的前景。

一个完整的毕业设计，仅仅依靠自己一个人的力量是不够的，因为在完成设计的过程中你总会遇见各种困难，这时候老师给你一个简单提示或许就可以让你茅塞顿开。在完成整个毕业设计的过程中，同学的帮助也必不可少，让我深深体会到团队精神的重要性。

在此，我衷心地向我的毕业设计指导老师韩成春老师，还有其他各位给我帮助的老师和同学表示感谢。非常感谢他们在完成毕业设计时给我的无私帮助，让我在面对困难的时候勇猛前进，坚定目标。

参考文献

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[2]胡清明. 立体车库的结构优化与智能控制[M].广州:华南理工大学，2010.

[3]谭青. 电梯式立体车库能耗最优化控制决策[J].起重运输机械，2003,(2):15-18.

[4]张伟中. 智能立体车库设计方案优化及监控管理系统研究[D].长安：长安大学，2004.

[5]廖庆. 垂直升降式机械立体停车系统的研究[D].武汉:武汉理工大学，2005.

[6]曹卫东. 谈垂直升降类机械式停车库的设计[J].机械科学，2002,(3):41-46.

[7]贺玲芳. 液压升降横移式全自动立体车库运动控制系统. 机械科学与技术[J].2001,(4):50-55.

[8]荆友录. 电梯升降式立体停车库的研究与设计[D].山东:山东科技大学，2003.

[9]张云生，刘炜，张寿明等. 多层升降平移式立体车库监控系统[J].电气传动，2000. (5):22-25.

[10]蒋圣平等.PLC 在立体车库系统控制中的应用[J].华北工学院测试技术学报，2000, (2):76-80.

[11]谭仁人. 基于PLC 的升降横移式自动化立体车库系统研究与设计[D].北京:电子科技大学，2011.

[12]李志辉沈利华. 机械立体车库概论[M].北京:中国电梯，2003.

[13]李伟. 电气控制与PLC[M].北京:北京大学出版社，2009.

[14]邓则名. 电器与可编程控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社，1997.

[15]李国厚.PLC 原理与应用[M].北京:清华大学出版社，2005.

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[17]刘鸿文. 材料力学[M].北京:高等教育出版社，1999.

[18]廖常初.S7-200基础教程[M].北京:机械工业出版社，2009.

[19] 葛金印. 机械制造技术基础[M].北京:高等教育出版社，2004.

[20] 张晓明等. 机械设计手册[M].北京:机械工业出版社，2005.

附录

程序语言表：

MAIN: IN:

TITLE=PROGRAM COMMENTS

Network 1 // 启动和急停

// Network Comment

LD I0.0

O M0.0

AN I0.1

= M0.0

Network 2 // 若有火灾则报警

LD I2.5

= Q1.4

Network 3 // 停止

LD I0.2

R S0.0, 2

Network 4 // 按一次取车；按两次则存车

LD I0.0

= M0.1

Network 5

LD M0.1

AN M0.2

LDN M0.1

A M0.2

OLD

= M0.2

Network 6 // 取车

LD M0.1

S S0.0, 1

Network 7 // 存车

LD M0.2

S S0.1, 1

Network 8 // 取车

LSCR S0.0

Network 9

LD M0.0

LPS

A I1.5

CALL SBR_0:SBR0

LRD

A I1.6

CALL SBR_1:SBR1

LPP

A I1.7

CALL SBR_2:SBR2

Network 10

SCRE

Network 11 // 存车

LSCR S0.1

Network 12

LD M0.0

LPS

A I1.5

CALL SBR_3:SBR3

LRD

A I1.6

CALL SBR_4:SBR4

LPP

A I1.7

CALL SBR_5:SBR5

Network 13

SCRE

一号车取车程序：

TITLE=一号车取车程序

Network 1 // 防坠电磁阀得电松开

LD I1.5

O Q1.5

AN T37

= Q1.5

TON T37, 100

Network 2 // 如果四号有车则移动否则一号车板下降

// Network Comment

LD T37

LPS

A I2.2

AN I1.1

S Q1.0, 1

LPP

AN I2.2

AN I0.6

S Q0.3, 1

Network 3 // 左移到位一号下降

LD I1.1

LPS

AN I0.6

S Q0.3, 1

LPP

R Q1.0, 1

Network 4 // 下降到位车开出后停车板上升

LD I0.6

R Q0.3, 1

AN I2.2

AN I0.3

S Q0.0, 1

Network 5 // 上升到位后四号车板回原位

LD I0.3

AN I1.3

S Q1.1, 1

R Q0.0, 1

Network 6 // 程序结束

LD I1.3

R Q1.1, 1

CRET

二号车取车程序：

TITLE=二号车取车程序

Network 1 // 防坠电磁阀得电松开

// 网络注释

LD I1.6

O Q1.5

AN T40

= Q1.6

TON T40, 100

Network 2 // 延时时间到二号车板下降

LD T40

AN I0.7

S Q0.4, 1

Network 3 // 下降到位车开出后停车板上升

LD I0.7

R Q0.4, 1

AN I2.6

AN I0.4

S Q0.1, 1

Network 4 // 上升到位后程序结束

LD I0.7

R Q0.1, 1

CRET

三号车取车程序：

TITLE=三号车取车程序

Network 1 // 防坠电磁阀得电松开

// 网络注释

LD I1.7

O Q1.7

AN T41

= Q1.7

TON T37, 100

Network 2 // 如果六号有车则移动否则一号车板下降

LD T41

LPS

A I2.4

AN I1.4

S Q1.1, 1

LPP

AN I2.4

AN I1.0

S Q0.5, 1

Network 3 // 右移到位三号下降

LD I1.4

LPS

AN I1.0

S Q0.5, 1

LPP

R Q1.1, 1

Network 4 // 下降到位车开出后停车板上升

LD I0.6

R Q0.5, 1

AN I2.4

AN I0.5

S Q0.2, 1

Network 5 // 上升到位后四号车板回原位

LD I0.5

AN I1.2

S Q1.3, 1

R Q0.2, 1

Network 6 // 程序结束

LD I1.2

R Q1.3, 1

CRET

一号存车程序：

TITLE=一号存车程序

Network 1 // 防坠电磁阀得电松开

// 网络注释

LD I1.5

O Q1.5

AN T38

= Q1.5

TON T38, 100

Network 2 // 如果四号有车则移动否则一号车板下降

LD T38

LPS

A I2.2

AN I1.1

S Q1.0, 1

LPP

AN I2.2

AN I0.6

S Q0.3, 1

Network 3 // 左移到位一号下降

LD I1.1

LPS

AN I0.6

S Q0.3, 1

LPP

R Q1.0, 1

Network 4 // 下降到位停车板停止

LD I0.6

R Q0.3, 1

Network 5 // 车停好后按上升开关停板上升

LD I2.0

A I2.1

A I2.3

AN I0.3

S Q0.0, 1

Network 6 // 上升到位后四号车板回原位

LD I0.3

AN I1.3

S Q1.1, 1

R Q0.0, 1

Network 7 // 程序结束

LD I1.3

R Q1.1, 1

CRET

二号存车程序：

TITLE=二号存车程序

Network 1 // 防坠电磁阀得电松开

// 网络注释

LD I1.6

O Q1.6

AN T42

= Q1.6

TON T42, 100

Network 2 // 延时时间到二号车板下降

LD T42

AN I0.7

S Q0.4, 1

Network 3 // 下降到位停车板停止

LD I0.7

R Q0.4, 1

Network 4 // 车停好后按上升开关停板上升

LD I2.0

A I2.1

A I2.3

AN I0.4

S Q0.1, 1 Network 5 // 上升到位后程序结束

LD I0.4

R Q0.1, 1

三号存车程序：

TITLE=三号存车程序

CRET

Network 1 // 防坠电磁阀得电松开

// 网络注释

LD I1.7

O Q1.7

AN T43

= Q1.7

TON T43, 100

Network 2 // 如果六号有车则移动否则一号车板下降 LD T43

LPS

A I2.4

AN I1.4

S Q1.1, 1

LPP

AN I2.4

AN I1.0

S Q0.5, 1

Network 3 // 右移到位三号下降

LD I1.4

LPS

AN I1.0

S Q0.5, 1

LPP

R Q1.1, 1

Network 4 // 下降到位停车板停止

LD I1.0

R Q0.5, 1

Network 5 // 车停好后按上升开关停板上升 LD I2.0

A I2.1

A I2.3

AN I0.5

S Q0.2, 1

Network 6 // 上升到位后六号车板回原位

LD I0.5

AN I1.2

S Q1.3, 1

R Q0.2, 1

Network 7 // 程序结束 LD I1.2