自动立体停车库的控制系统设计说明

1、 . . . 第1章绪论21.1 本课题的研究意义、目的21.2 自动化立体车库目前发展状况21.3 本课题的主要问题4第2章车库自动控制系统总体方案设计52.1 车库方案确定52.2 车库整体结构设计82.3 托盘的初定位和形状设计102.4 托盘上的信号检测方案112.5 托盘升降方案确定12第3章车库控制系统硬件选择133.1 PLC模块选取133.2 开关的选择153.3 执行装置183.4 其他装置选择19第4章车库电气原理图的绘制204.1 PLC204.2 PLC的控制输出20第5章 PLC的通信与网络235.1 通信网络的简介235.2 工业局域网简介235.3 网络系统设计基

2、本原则255.4 OMRON PLC上位机网络设计25第6章人机界面分析和设计316.1 PLC 应用系统的人机界面简介316.2 人机界面设计时应考虑的几个问题316.3 自动化立体车库触摸屏的组态32第7章车库控制程序的编制34最终实现车库自动化的还是PLC中的控制程序。控制程序关系到车库运行的效率，运行时的安全性，控制的方式等等。因此。控制程序的好坏直接关系到整个车库的状态。347.1 软件设计简介347.2 车库托盘运动分析347.3 车库控制程序说明357.4 车库程序举例详细说明36结论43主要参考文献44附录1 PLC 信号输入图45附录2 PLC 信号输出图46附录3 控制电路

3、图47附录4电机控制图48第1章 绪论1.1 本课题的研究意义、目的随着社会发展和人民生活水平的提高，城市中的平面式停车场已经远不能满足越来越多的车辆需要，停车难造成的交通堵塞和废气污染问题日益严重。据有关资料介绍，目前我国停车库面积与道路面积之比不足1:100，而国外是1:10，停车库严重不足；由于城市地价日益昂贵，修建大型露天停车场将越来越困难。从中国重机协会停车设备管理委员会了解到，在日本等车位紧、地价昂贵的发达国家，立体停车产业已经发展成为年产值数十亿美元的大产业。据专家初步分析，国市场目前每年需求电梯式自动化立体停车库在80100 座左右，21 世纪初叶每年需求90110 座左右，市

4、场的前景相当好。解决城市停车难问题而采用立体化停车措施是世界各个国家的普遍做法，尤其是全自动化的机械式立体停车库得到了快速的发展。立体停车充分迎合了城市发展的需要，确保汽车安全停放，创造了取车时的方便快捷，符合环保需要，减少了大气污染城市立体车库的广泛使用是对现代静态交通的全新革命，并能显著改善恶化的城市动态交通状况。机械式立体停车库主要由机械式立体停车设备和其他相关的附属设施组成，其中机械式立体停车设备是集光、机、电和自动化技术于一体的成套设备，是车库的主体设施。1.2 自动化立体车库目前发展状况立体车库自动化控制系统主要包含以下五个子系统：自动收费管理系统，自动存取车系统，远程诊断系统，自

5、动道闸，监控安保系统。以上子系统均由中央控制室统一控制，可为客户规划停车库管理形式，发布车库库存容量，控制车流方案。（一）自动收费管理系统自动收费采用非接触式IC卡。IC 卡分长期卡与储值卡两种。对固定用户，发行长期卡，费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳；对临时用户，发行储值卡，即：用户交纳的费用存在卡，每次停车读卡自动从卡中扣除费用。（二）自动存取车系统自动存取车系统一般由小型可编程控制器PLC控制，包括卡号识别与移动载车盘两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到PLC控制系统，PLC系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置，开启车库门，缩短存取车

6、的时间。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。存取车完成后，车库门自动关闭。移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行动作，若检测到急停信号，将停止一切动作，直至急停信号消失。以上信号均为硬件信号，除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时保证主体设备与车辆的安全。（三）远程诊断系统现场控制器可以通过网卡、Hub等网络设备与控制中心的局域网相连接，

7、可以通过MODEN实现远程管理，监测现场运行情况，当现场出现故障时，在控制中心即可进行解决，方便管理人员、安保人员异地办公。（四）自动道闸在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈与道闸，用户在车库出入口处刷卡后，系统自动判别该卡是否有效，若有效，则道闸自动开启，通过感应线圈后，自动栅栏自动关闭；若无效，则道闸不开启，同时声光报警。（五）监控安保系统监控安保系统是指在中央控制室进行监视控制车库现场的运行状况。它具有运动检测、车牌识别、网络连接、各种类型的报警系统实现连动等功能，可以实现无人看守。系统简介：视频监控功能：在车库各出入口，值班室和车库主要区段安装定焦摄像机，在大围车位区安装球形云台

8、，以便实现对车库全方位的实时监控。如果在车库光照条件不好的情况下，可选用黑白摄像机。运动检测功能：可以在夜间设置车库的运动检测区域，当检测区有移动目标时，运动检测功能发出报警信号，提醒值班人员。车牌识别功能：它能够设置车库参照车辆的车牌、车型。当参照车辆进入车库监视区域，系统自动对比参照车辆图像，有异常情况，发出报警信号，并自动切换和记录相关图像。报警连动功能：可以连动各类报警主机，如启动继电器发出声光报警通知安保人员自动放下道闸拦截车辆出入。数字录像功能：可以连续记录一个同在车库所发生事件，可以同步回放多个图像，可选择任意图像进行整体放大和局部放大，记录、回放、备份可同步进行各种信息。1.3

9、 本课题的主要问题本课题的主要任务是：设计魔方式自动化立体停车库的自动控制系统；确定自动控制系统方案；设计系统的电气线路并选择所用的元器件，画出其电气原理图；对车库与车库监控系统进行数据交换的数据格式与车库的人机界面进行分析和设计，对触摸屏进行组态；编制立体车库控制软件。要求控制系统方案合理。各车位托盘运行安全、正确、平稳，触摸屏操作界面直观易懂，操作简便，单动操作设置权限和密码。确定车库设备与车库监控系统进行交换的容和格式。第2章 车库自动控制系统总体方案设计2.1 车库方案确定目前的自动化立体车库主要有：升降横移式、仓储式、垂直循环式、电梯式、简易式。图21（一）升降横移式对不同要求的客户

10、，其适应性很强，灵活性很大，根据地形，车的数量，可在室、室外设立二层至五层，可以建在地面、半地面或底下。特点：结构简单，安全可靠，运行平稳，噪声低，能耗小，寿命长。图22（二）仓储式车库是由输送小车将待停泊的轿车自动送至库位，取车也是由输送小车从库位取出，自动送到取车点，这一过程全部由电脑与测检系统自动完成，无需人员参与。是当今自动控制科技的结晶。特点：自动化程度高，运行速度快，存取方便运行平稳，存车量大，安全性好。图23（三）电梯式车库是利用电梯将车送往塔的周边车位上，它所占地面积小、土地利用率高、存车容量大，特别适合于城市商业繁荣，停车流量大的中心区，可以独立成塔，也可以与高层大厦溶成一体

11、，是地小车多的最佳选择。特点：外形美观，停车安全，运行迅速，振动小，噪声低。图24（四）简易式车库结构简单，一般为两层，上层用机械或液压传动提升，而下层为自走进入，取上层车时，下层必须先开走因此，较适合于单家别墅式住宅，在已有单个车位情况下需增加车位或汽车商临时存放车辆用。图25我设计的立体停车库采用升降横移式（又称魔方式），上层托盘只能升降，下层托盘只能横移。以PLC作为自动控制的控制系统，由触摸屏实现人机交互。PLC 通过传感器来监控车库中各种状况，收集各种信息。然后由PLC来处理这些信息，控制车库的运行。管理员可以通过触摸屏来了解车库状态，调整车库运行，对车库进行维护。图26 车库简图图

12、26为车库结构简图。其中4、5号托盘可直接使用。若要使用9、10号托盘，则只需要将4号、5号托盘向中间移动。若要使用1号托盘，需要先将4号托盘向中间移动，再降下1号托盘。而要使用6号托盘的话，需要将4号、9号托盘向中间移动后再降下6号托盘。3号、8号托盘使用方式与1号、6号相似。2号、7 号托盘降下后即可使用。2.2 车库整体结构设计整个立体停车库是由多个2 排2 层3 列的车库单元形成的。当用户来停车时，由管理员负责为其寻找车位，发放IC卡。当车辆进入时，出入检测光电开关会检测信息：包括车辆形状是否符合要求；车库目前的容量等。上位机能够对车库目前容量进行判断，在放满的时候能够进行报警。在用户

13、停好车后，在出口处使用IC卡，此时车库各托盘复位，下一位用户可以进行存取。在取车的时候，当车辆驶出车库时，通过PLC控制使车库自动复位，保证高效，安全。考虑到在停车的时候，各人所需时间不一，安全检测不易，如果也采用自动复位的话，易引起事故。故采用读卡机检测信号使其复位，而读卡机安放的位置选在出口处，因为只使用一台读卡机的话，出口处是最佳位置。安装在此处虽然可能使车库的运行效率降低，但是可以方便管理员进行管理防止客户忘记拉卡等事情发生。此外，在车库中还可以安装摄像头，对车库进行安全监测。在车库中采用非接触式读卡机，来实现车库的计时与收费。用户在存车、取车时，只需要在读卡机面前晃动一下IC卡，读卡

14、机就会将信息送到上位机，由上位机进行收费计算，保证准确，快捷。同时上位机也将信息送到PLC，控制车库的运行。图27 车库整体结构图图28 车库使用流程图2.3 托盘的初定位和形状设计托盘初定位就是车库在使用前，各托盘所处在的位置。当车库的电源一旦接通时，由PLC自动将各托盘置于初始位置。合理的初始位置的选择不仅可以提高车库的运行效率，在编制控制程序时也能使控制程序简化。本课题车库具体方案为2排2层3列式，因此有以下几种初始车位方案：图29 托盘初定位方案AA方案4号、5号托盘可直接使用。若要使用2号托盘，需要现将5号托盘移开，再将2号托盘降下。若要使用1号托盘，则需要将4号、5号托盘移开，再降

15、下1号托盘。由于A方案在使用中涉与到的托盘比较多，故不采用此方案。图210 托盘初定位方案BB方案4号、5号托盘也可直接使用。当要使用上层任一托盘时，下层只需要移动1个托盘即可，这样可以提高车库运行的效率。简化车库控制程序的编制，故本设计采用B方案的托盘初定位。自动化立体停车库中，对于托盘形状也有特殊要求。由于整个自动化过程由光电开光检测信号量，托盘必须便于光电开关的检测。另外，托盘也应该便于用户停放车辆。图211 托盘形状设计托盘形状设计如上图所示，在托盘上设计前后2个凸起的部位。一方面，司机停车的时候可以自觉的减速，保证安全。另一方面，可以保证司机顺利，准确的停好车。同时可以在停好车后，对

16、车辆有一定的保护功能。此外，在托盘前方也有一处凸出部位，这是下层托盘左右移动时，让光电开关检测的部分。上层托盘不用此部分。2.4 托盘上的信号检测方案图212 托盘上的光电开关安装图上文已经提与，整个自动化过程由光电开关检测信号量。在一个车位上，应该具备的信息包括：托盘是否到位；托盘上车辆有无；车辆停放是否准确。另外还应该进行一些安全方面的措施。本设计中采用了如图212的信号检测方式。其中，2号为上下限光电开关，控制托盘的上升、下降位置。3号为下位托盘检测光电开关，控制下层托盘的左右移动。4 号为车辆检测光电开关，用于检测托盘上的车辆。考虑到车辆停放时位置变化，车辆底盘高度不一，故采用斜线式检

17、测。1 号为接近传感器，有过位保护作用，万一上限光电开关失灵，接近传感器可以保证托盘上升时不至于发生事故。此外在托盘入口处还安装安全检测光电开关（5 号），检测车辆是否停放准确，如果没有正确停放，车库的机能将停止，同时触摸屏将报警。2.5 托盘升降方案确定一般来说，托盘的升降方式有2种：铰链式和钢丝绳式。由于铰链式在使用过程中可能会引起铰链缠绕在一起，从而有事故隐患。故本方案采用钢丝绳式，并且在上层托盘下方设置安全钩。安全钩的作用设计为：平时以它的重心保持在竖直位置或偏里一些的位置。当上层托盘需要下降时，电磁铁先得电，将安全钩打开，此时托盘能顺利的下降。在上升时，则无需启动电磁铁就可以直接上升

18、到指定位置。当电机发生故障或钢丝绳突然断裂时，安全钩能对上、下层托盘起到保护作用，防止上层托盘的落下，提高安全系数。安全钩的示意图如下：图213 安全钩形状示意图第3章 车库控制系统硬件选择为了实现车库的自动化控制，必须选择相应的元器件来进行信号的检测、处理与电机的控制。本设计中采用光电开关进行信号检测，通过PLC处理信号，再由接触器来控制电机的运转。3.1 PLC模块选取PLC是一种通用型的工业控制设备，PLC控制系统的规模、模块的划分、功能的设置是面向各种各样的应用。因此选择一台合适的PLC组成经济实用的控制系统尤为重要。3.1.1 PLC模块介绍（1）主控模块主控模块就是人们通常所说的C

19、PU模块。在计算机系统中，CPU是整个系统的核心，控制着整个系统有条不紊的进行工作。同样在PLC控制系统中，主控模块也是系统中最重要的模块，绝对不可缺少，PLC程序的输入、运行和输出都离不开该模块。主控模块包括CPU、存储器、通信口、电池和LED指示器。（2）开关量I/O模块PLC最擅长的控制就是开关量顺序控制，在工业领域中，大多数控制也是开关量控制，因此I/O模块是最常用的模块。通常开关量I/O模块的产品分为：输入模块、输出模块以与输入/输出模块。（3）模拟量I/O模块在工业控制中，除了大量的开关量控制以外，还有许多模拟量控制，例如对电压、电流、湿度、压力、流量的控制。有时，在同一个控制系统

20、中既要对开关量控制还要对某些模拟量进行控制。因此为了适应生产实际的要求，PLC 各生产厂家各种专用的模拟量输入模块和模拟量输出模块。模拟量I/O模块的主要功能就是完成模数（A/D）转换和数模(D/A)转换，一般都自带CPU和存储器，只要PLC一上电，PLC 主控模块就将控制字装入其部存储器中，模拟量I/O模块就能独立工作并且与主控模块共享存储器，主控模块只需用读写指令便可对模拟量I/O模块进行操作。一般来讲模拟量I/O模块提供有一定数量的I/O点，可供用户使用。（4）智能模块模块化后的PLC除了主控模块外，还配备各种专用的、高级的智能模块，以适应现代工业大型系统的快速、复杂的控制和管理的要求。

21、常用的有：温度控制模块、高速计数模块、位置控制模块以与用于联网通信的LINK模块等。3.1.2PLC模块选取的基本原则对主控模块的选择之前，应对被控对象和生产过程的生产工艺与PLC的工作环境有足够的了解，明确控制要求，确定控制输入、输出点数和性质等，然后才能针对具体的实际情况选择PLC的主控模块。对于以开关量为主，只有少数的模拟量控制，可以考虑采用小容量、高性能的PLC，如：西门子公司的S7-200系列或OMRON公司的CQM1。对于比较复杂的控制系统，开关量数目较多，对模拟量要求也较高，并且要求较快的相应速度。此时可以考虑较高档的PLC，如：西门子S7-300或S7-400。对于控制要求很复

22、杂，控制点数多并且分布较分散，不仅要进行快速的实时处理和控制，而且要求PLC控制系统能够进行分析、决策和具有一定生产管理功能，这是必须考虑采用多个PLC此外在选择主控模块时，还必须考虑用户程序存储器容量，通信联网功能，通信口，外围设备借口等等。3.1.3车库PLC的选择在立体停车库中，PLC的功能主要是接收由光电开关检测到的开关量信号，然后通过部程序的处理，以此来顺序控制托盘的升降横移，实现车库自动化。由于其要求输入的信号并不复杂，数量也不多；其输出主要是控制接触器，通过接触器控制电机的正转反转。因此选用小型PLC即可。此外，PLC中还需要存储一些车库相关信息，如托盘上车辆的有无，各托盘在程序

23、中的代码等等。但是，PLC对模拟量的检测几乎没有要求。因此在PLC的选择上选取了OMRON的C200H, 配合CPU 模块C200HW-CPU34-E，电源模块C200HW-PD024 以与底板C200HW-BC081。如果要进行模拟量检测，也可通过增加模块达到目的。3.2 开关的选择按钮和开关时自动控制系统中常用的元器件，由于按钮、开关常用于发送控制指令，所以常称他们为主令电器。用于开关量控制的PLC 控制系统的信号输入部分，就是由主令电器构成的。3.2.1控制按钮控制按钮常常用作短时间接通或断开小电流电路的开关。通常将用于紧急故障处理按钮的帽子做成蘑菇形状，配以醒目的红色。将电源总开关做成

24、钥匙形状的旋式按钮。一般来说，红色作为停止按钮，绿色作为启动按钮。在立体停车库的控制电路设计中，需要有总电源开关、启动开关和紧急故障处理开关。通过它们来控制整个控制电路。3.2.2接近开关接近开关是无触点开关。按照接近开关的工作原理，可以分为电容型、霍尔效应型、感应电桥型、高频振荡型、磁铁型等多种。高频振荡型接近开关是人们常常选用的一种接近开关，其工作原理是当装在运动部件上的金属体接近高频振荡器的感应头（振荡线圈）时，由于金属体部产生涡流损耗，使振荡回路的等效电阻变大，能量损耗增加，从而使振荡变弱，直至停止，于是开关输出控制信号。接近开关工作稳定可靠、寿命长、重复定位精度高、动作迅速、操作频率

25、高，在PLC 控制系统中广泛应用。在本设计中，考虑到接近开关工作稳定可靠、寿命长、定位精度高，因此将它作为托盘上升项目/型号型号：TL-W20ME1型号：TL-W20ME2检测距离20mm±10%设定距离016mm应差距离检测距离的115%检测物体响应频率40Hz以上电源电压（使用电压围）DC1224V脉动（pp）10%以下消耗电流15Ma/12V，15Ma/24V控制输出开关容量DC12V时100mA以下DC24V时200mA以下残留电压1V以下（负载电流200mA）时的保护开关。我采用了OMRON 的TL-W20ME1 接近传感器，其主要技术指标如下表所示：表31 接近传感器主要

26、技术指标此接近传感器检测距离为20mm，误差10，在检测到物体时，输出为“0”，这样就可以作为安全保护开关。它的电源电压是24VDC，输出方式为NPN，这便于安装人员的操作。此外，其工作环境温度为2575，对于车库这种热源较多场所能够适应，因此作出上述选择。3.2.3光电开关光电开关可分为两类：透射型和反射型。透射型是发射器（光源）与接收器相对放置，发射器发射的红外线直接照射到接收器上，当有物体将红外线光源切断时，接收器收不到红外光，于是就发出一个信号。反射型根据红外光反射方式的不同，又分为镜反射（简称反射型）和被测物体反射（简称散射型）两种。反射型的接受部分和发射部分合做在一起，发射部分发射

27、红外光，由反射镜反射回来，被接收部分接收。散射型是依靠被测物体对光的反射，接收器接收到物体反射的红外线，从而给出信号。散射型安装简单，不仅可以检测物体的有无，还可以检测物体的颜色，但是它的检测距离最小。透射型检测距离较大，但是调整频繁。在本设计中，需要用光电开关检测的量比较多，如托盘是否到位，车辆的有无，车辆是否停放准确等等。其中，对于车辆是否停放准确的检测可使用安全光幕，它的工作原理同光电开关。但考虑到成本关系，并且用光电开关同样可以达到一样的功能，所以本设计中均采用光电开关代替。由于车库中托盘的反复运动势必带来震动，因此在选择光电开关时需考虑防震性。在检测托盘是否到位时，光电开关的响应速度

28、必须快速、准确。此外所选元器件最好能使用统一电源，方便接线。因此，我选择了OMRON 的E3G-R13 回归反射型光电开关，其主要性能指标如下：其相应速度快，动作、复位各1ms，耐震动（1055Hz），并且带有安全保护结构。其最大特点是输出方式PNP/NPN 可调，并且LIGHT ON/DARK ON 可调，这在程序设计和电器原理图设计上都带来了便利。（具体调节方式可参考OMRON 官方资料）检测方式回归反射型（带反射板）项目型号E3G-R13E3G-R17E3G-MR19E3G-MR19T设定距离/标准检测物体18mm以上的不透明时应差距离/指向角本体15°反射率物性（黑白误差）/

29、光源（发光波长）红色发光二极管（700mm）投光光点直径/电源电压DC1030V包括脉动（pp）10%DC12240V±10%脉动（pp）10%以下AC12240V±10% 50/60Hz消耗电流/电力50mA以下2W以下控制输出负荷电源电压DC30V以下负荷电流100mA以下（残留电压NPN出力，1.2V以下PNP出力，2V以下）集电极开路NPN/PNP输出关转换式L.ON/D.ON开关转换式继电路出口1C接点 AC250V 3A（COS=1）以下DC30V 3A以下L.ON/D.ON开关转换式寿命（继电器输出）机械式/5000万次以上（开关频率18000次/h）电动式/

30、10万次以上（开关频率18000次/h）保护回路电源逆相连接保护负荷短路保护防止相互干扰功能防止相互干扰功能响应时间动作/复位：各1ms动作/复位：各30ms灵敏度调节单转可调式表32 光电开关性能指标3.3 执行装置3.3.1电机选择电机是最终的执行机构，最终功能的实现要依靠电机。由于所需功率不同，在水平和垂直托盘上采用不同的电机。本设计中水平托盘要求的功率为0.2KW,升降托盘要求的功率为2.2KW。根据功率选择三相异步电机Y801-2,额定功率0.75KW,额定电流1.83A 和Y90L-2,额定功率2.2KW,额定电流4.83A（大中电机）。3.3.2接触器接触器的选择是根据所控制的电

31、动机和负载的电流类型，即交流负载使用交流接触器，直流负载使用直流接触器。一般触点的额定电流应选大一点。由于本设计中采用三项异步电机，额定电流分别为1.83A 和4.83A.因此选用接触器CJX2-09-32(人民电器公司)。3.3.3热继电器热继电器用于保护电机，防止电机过热烧坏。其工作原理为：一般为双金属片式，热元件与被保护对象的主电路串接，负载电流通过热元件和双金属片（复式加热）利用热效应使双金属片弯曲，当负载电流达到预置值的1.2倍或发生断相时，热继电器的动作机构脱扣将电源切断，使被保护对象得到保护。一般所选择热继电器的额定电流为电路的额定电流的1.5倍左右。由额定电流来选择热继电器。在

32、本设计中对于升降电机选用的热继电器为LR2(JR28)8（人民电器公司），额定电流8A。对于水平移动的电机，选择额定电流小一些的热继电器。另外电路中还要配以熔断器，选择熔断器时只需将电流与安全系数相乘，通常取56倍的安全系数因此选择熔断器为RT1600-20(人民电器公司)，额定电流20A。3.4 其他装置选择本设计中还需要运用的有读卡机、蜂鸣器、触摸屏。其中读卡机选用玺玛克智能科技的SKRD-M1/R1读卡机。这是一种非接触式（Mifare）读卡机，采用12V电源，有防水设计，ABS树脂密封，比较适用于停车场的环境。蜂鸣器采用华颖电器公司的24V电源的产品。触摸屏采用easyview公司的M

33、T510T。第4章 车库电气原理图的绘制车库的电气原理图主要有PLC的信号输入、控制输出图，电机接线图，控制电路图。4.1PLC信号输入图PLC的信号输入主要有：托盘是否到位，车辆的有无，车辆是否停放安全，车库车辆的计数，车辆过高检测。对于各信号设定如下：对于托盘到位检测，在托盘不到位时，信号输入“0”， 反之为“1”；对于车辆有无的检测，托盘上无车时信号输入“0”，反之为“1”；对于车辆是否停放安全的检测，信号输入“0”为安全，“1”为不安全；对于车辆过高检测，信号输入“0”为可以通行，“1”为车辆过高，不可停放；对于车库车辆的计数，在出入口分别安装了光电开关对应PLC 部计数器的加减，当有

34、车辆通过的时候计数器就会工作。各信号的输入采用NPN 输入方式。（见附录1 PLC 信号输入图）4.2PLC的控制输出PLC的输出方式可分为：晶体管输出和继电器输出。PLC的输出为晶体管时，阻断状态也有漏电流通过，为了避免对负载的影响，可并联电阻R把漏电流I减小为I1,如图41所示：图41减小漏电流对负载的影响PLC的输出为继电器时，为了减小火花放电对接点的损害，可以在继电器的接点上或负载上并以附加电路。对于直流供电的负载在PLC输出接点上并以R、C串联放电电路。（如图42所示）对于交流电源或直流电源电压较低的电路，在负载上并R、C串联放电电路。C的作用是当接点打开时释放感性负载电能，R的作用

35、是接点闭合时限制充电电流。（如图43所示）此外还可以通过负载上并联二极管，负载上并稳压管和二极管的串联，负载或接点上并联双向瞬变电压抑制二极管等方法来达到目的，在此我就不一一列举了。在本设计中，PLC的输出采用继电器输出。主要是控制接触器，通过接触器线圈，来控制相应的触点，由此控制电机的正反转。（见附录2 PLC信号输出图）图42接点并以RC 减小放电火花图43负载并以RC 减小放电火花4.3 控制电路图控制电路主要为整个控制系统提供电源。它的设计要求控制简单、快捷，并有一定的安全保护措施。在电路控制图中，K25为总电源开关，我将它设计成一钥匙开关，以防被人乱动。K22为紧急故障处理按钮，当发

36、生紧急事件时，按下K22，所有电源全部切断。K23为启动按钮。K24是为了保证启动按钮按下后电路一直接通的线圈，灯L0是标志启动的信号灯。在图中，220V的电压在经过变压器后成为24VDC的直流电压，并对PLC触摸屏，光电开光和接近开关进行供电。通常情况下，管理员首先用钥匙打开总开关，即K2闭合。然后按启动按钮K23，此时线圈K24通电，从而使对应的触点闭合。这样就能使电路保持接通，对其他元器件进行供电，管理员可以通过灯L0观察控制电路状态。（见附录3 控制电路图）4.4 电机控制图电机控制图是对电机正反转的电路设计，其中也包扩电机的保护措施。在电机控制图中，首先运用的是空气开关和熔断器。这是

37、为了防止电路中电流过大。由于车库中的升降托盘是单一运行的，在同一时间一般只有一台电机运转（水平运动的电机可能2 台同时工作，但此时功率还是小于一台升降电机），故只根据升降运动的电机选择一个熔断器安装在总线路中。对于每个电机则根据功率采用热继电器保护。当电路中热量过大时，热继电器开始工作，此时PLC信号输出电路中的热继电器相应结点断开，导致接触器电源断开，从而使电机停止运转，起到保护电机的作用。电机的正反转是通过PLC控制的接触器来实现的。（见附录4电机控制图）第5章 PLC的通信与网络随着计算机通信网络技术的日益成熟与企业对工业自动化程度要求的提高，自动控制系统也从传统的集中式控制向多级式控制

38、方向发展。智能停车场管理系统单独成为一个局域网，通过网线与物业管理其他局域网联系，此时停车场管理系统为物业管理局域网中的一个结点，可以对外交换信息。此处主要设计停车场管理系统的局域网，因为它涉与的金额多、实时处理要求高，故要求上位机能进行计时与收费处理，还要能监控车库状态，对于异常情况进行报警。5.1 通信网络的简介无论是计算机还是PLC，他们都是数字设备。它们之间交换的信息是由“0”和“1”表示的数字信号。通常把具有一定的编码、格式和位长度要求的数字信号称为数据信息。数据通信就是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。这里的机器可以是计算机、PLC或是有数据通信功能的其他数字

39、设备。数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC与其他数字设备连接起来，高效的完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。数据通信系统一般由传送设备、传送控制设备和传送协议与通信软件等组成。5.2 工业局域网简介5.2.1局域网4大要素网络的拓扑结构、介质访问的控制、通道利用方式，传送介质是局域网的4大要素。（一）网络拓扑结构网络拓扑结构是指网络信线路和结点间的几何布置，用以表示网络的整体结构外貌，它反映了各个模块间的结构关系，对整个网络的设计、功能、可靠性和成本都有影响。常见的拓扑结构有星形网络，环形网络和总线形网络。（二）介质访问控制介质访问控制是指对网络通道占有权的管理和控制。局

40、域网上的信息交换方式有两种：一种是线路交换，即发送结点与接收结点之间有固定的物理通道，且该通道一直保持到通话结束。第二种是“包交换”。这种交换方式把数据编组，从一个转换结点传到另一个转换结点，直到目的站。发送结点和接收结点之间无固定物理通道。介质访问的控制方法主要是：令牌传送法和争用方式。（三）通道的利用方式通道的利用方式为基带方式和频带方式。5.2.2网络协议和体系结构（一）通信协议PLC的网络如同计算机网络一样也是由各种数字设备（其中也包括PLC、计算机）和终端设备等通过通信线路连接起来的复合系统。这个系统中由于数字设备型号、通信线路类型、连接方式、同步方式、通信方式等的不同给网络各结点间

41、的通信带来了不便，不同系列、不同型号的计算机、PLC通信方式各有差异，造成了通信软件需要依据不同情况进行开发。为确保通信双方能正确而自动的进行通信，制定了一整套的约定，这就是网络系统的通信协议。通信协议用来规定有关功能部件在通信过程中的操作。通常至少应有2种功能，一是通信，二是信息传输。（二）体系结构网络的结构通常可以从3个方面来描述：网络体系结构、网络组织结构和网络配置。网罗组织结构是指从网络的物理实现方面来描述网络的结构；网罗配置指从网络的应用来描述网络的布局、硬件、软件等；网络的体系结构指从功能上来描述网络的结构，至于体系结构中的功能如何实现，由网络生产厂家解决。（三）网络的参考模型为了

42、保证通信的正常运行，除需具有良好、可靠的通信通道外，还需要通信各方遵守共同的协议才能保证高效、可靠的通信。通信协议一般采用分层设计的办法。1979 年国际化标准组织（ISO）提出了开放系统互连参考模型OSI/RM。该模型规定了7 个功能层，每层都使用自己的协议，目的就是使各设备之间实现标准化。这7 层协议为：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。5.3 网络系统设计基本原则进行网络设计时要考虑网络的可靠性、可用性、先进性、可扩展能力、抗干扰能力、性能价格比等因素。对于一个实际的网络工程而言，设备选型也是一个十分重要的问题，它直接涉与到设备供应商。因此在选择供应商时，应考虑：合

43、法性、设备先进性、性能价格比、售后服务、厂商信誉、对新技术的适应性、软件升级和人员培训等因素。5.4 OMRON PLC上位机网络设计将计算机与控制系统中的PLC连接起来，计算机作为上位机，PLC作为下位机进行通信，就构成了PLC网络的上位连接系统。计算机作为上位机可以提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理；PLC作为下位机，执行可靠有效的分散控制。由于立体车库系统不大，上位机与各现场处理机（PLC）间通信不频繁，而对信号的处理速度要求快捷。准确，因此考虑以星形网络作为网络拓扑结构。其特点是：结构简单，便于管理控制，建网容易线路可用性强，效率高，网络延时时间短，便于程序集中开发和资源共享。

44、这些比较符合立体车库的控制网络要求。上位计算机通过点到点的方式与各现场处理机（PLC）进行通行。网络以双绞线作为传送介质。其结构如图51 所示：图51 星形网络拓扑结构5.4.1系统的构成上位机连接系统是由上位通用计算机（或工业计算机）、PLC的上位模块（HOST LINK模块）、LINK适配器、电缆以与PLC构成的。一般来说，上位机就是个人电脑，只要具有RS-232接口即可。LINK适配器在系统中常用于HOST LINK模块与上位机之间的分支连接；或是作为光缆的接口；或是2 种功能兼而有之。PLC与计算机之间采用的时串行通信，而PLC和计算机的数据信息是并行传送的。因此要实现PLC与计算机的

45、通信就必须要有并行信号和串行信号间的转换，以与相应的传送协议，能起这样作用的在计算机方面是RS-232串行口，在PLC方面就是PLC的上位机模块（HOST LINK模块）。因此上位模块在网络中起了重要作用。5.4.2系统的结构图52 网络图PLC上位机网络系统结构如上图所示。其中B500-AL004 适配器起将RS-232C 与RS-422电平转换的功能。RS-422 适配器是将信号电平转换到PLC。整个网络最多可连接32 台PLC，并且为了保证数据的正常传送，从适配器到HOST LINK的分支不超过10m。5.4.3计算机与PLC的通信硬件部分是基础，而要实现上下位机的通信则需要通过软件来进

46、行。一般上位机的操作系统选用WINDOWS NT，用BASIC，C语言或机器的汇编语言来编写通信软件。利用NT和SQL SERVER 7.0的权限管理功能实现网络和数据库的权限管理，利用BLKT2003的IC卡权限管理和密码权限管理实现终端的权限管理。BLKT2003主要由IC卡管理模块、人事资料管理模块、通信管理模块、系统设置管理模块、查询管理模块等模块组成，模块化设计便于系统组合和升级，同时系统也将更加稳定，因为单个模块的故障不会影响整套系统的正常运作。上位机和PLC之间的通信实际上是计算机与PLC通信模块HOST LINK之间交换命令和响应。HOST LINK能够对从计算机发送来的字符串

47、进行分析、检查数据的格式、分析指令代码，然后根据指令代码进行相应的操作，并向计算机发出响应信号，通知计算机已完成的操作或反映通信重的错误、FCS错误、代码错误。当从上位机发出一个命令时其命令格式如下：图53 命令格式1表示命令的开始2设备号上位机识别所连接的PLC设备，不同型号的PLC设置设备号的方法也不同，有的通过HOST LINK上的SW1进行设置，有的通过外部设备（如编程器）在DM 中设置。3识别码命令代码，占两个字符。4正文设置命令参数。5FCS帧检查序列。占两个字符。一旦通信出错，通过计算FCS可以与时发现。6结束符“*”和CR码回车表示命令的结束。在收到命令后，对于命令的相应格式如

48、下：图54 响应格式图中设备号、识别码的含义同命令格式中的解释。其余的解释如下：1异常码返回命令执行状态有无错误等。2正文仅在有读出数据时有返回。3结束符“*”和CR码表示相应结束。5.4.4上位机需要进行通信的数据在车库运行时，上位机需要对一些数据进行处理，来监测车库运行状态。首先，上位机需要检测车库各车位的状态，对应我所编制的程序，上位机需要检测PLC的LR1.00-LR1.11 的数据。其命令为：设备号RL00010001FCS*其含义是：RL表示读PLC的LR区，前一段“0001”表示起始通道为LR01，后一段“0001” 表示只读一个通道。当命令到达HOST LINK 后,其相应格式

49、如下：设备号RL 异常码011000FCS*其中“011000”表示各托盘上车辆的有无，“0”表示无车, “1”表示有车。上位机也需要检测车库运行是否安全，在我的程序中，这一部分容也被放置在LR 区，上位机在检测时，发出命令如下：设备号RL00020001FCS*其中“0002”表示所读通道为LR02，“0001”表示读1 个通道。响应格式为：设备号RL异常码011000FCS*其中“0”为安全，“1”为不安全。此外，上位机还需要对车库的容量进行控制，在车库的出入口，我已经设计了计数用光电开关，当计数达到计数器的预设值时，PLC 部计数器被置“1”，上位机只需检测这一计数器即可。其命令格式为：

50、设备号RG00100001FCS*其中“0010”表示读计数器10，“0001”表示读1个通道。响应格式为：设备号RG 异常码0/1FCS*车库未满的状态为“0”，车库满后为“1”。最后，当读卡机工作时，上位机也需要将对应信息传送给PLC。此处，我使上位机对DM区赋值，来实现信息的传送，其命令为：设备号DM001FCS*命令中“0098”表示命令操作对象为通道DM0098，“00001”表示1 号托盘。对于2号托盘，我以“0010”表示，以此类推，将所有10个托盘编号。当读卡机读到对应的卡后，上位机就会将相应的数据传送到PLC 的DM98通道。第6章 人机界面分析和设计自动化立体停车库中的人机

51、界面要能反映车库中的车位状态，对车库中的异常状态进行报警。不仅如此，它也要能使管理员直观的对车库进行控制，使维护人员能通过触摸屏对车库故障进行修复。6.1 PLC 应用系统的人机界面简介对于一个有实际应用价值的PLC系统来讲，除了硬件和控制软件之外，还应有便于用户操作的方便的人机界面。用户可以通过人机界面随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发送出故障警报，进行人工干预。因此人机界面可以看作是人与硬件、控制软件的交叉部分，人可以通过人机界面与计算机、PLC进行信息交换，向PLC控制系统输入数据、信息和控制命令，而PLC控制系统又可以通过人机界面，在计算机

52、上回送控制系统的数据和有关信息给用户。综上所述，所谓人机界面指的是介于人与PLC控制系统之间的一个界面。操作人员可以通过人机界面与PLC控制系统进行信息、数据的处理和交流。6.2 人机界面设计时应考虑的几个问题人机界面设计的根本出发点是为了使用户更方便、更容易的操作和使用PLC控制系统。人与机器打交道有各种各样的人机交互方式，每种方式都有各自的不同性能、特点和适用围。在进行人机界面设计时，必须充分了解各种交互方式的优缺点和使用限制，按照不同的对象，任务类型选择和设计适当的人机交互方式。通常在设计之前要考虑：使用对象；学习的难易程度；操作响应速度；人机界面的控制方式。在人机界面设计时，应该让用户

53、以最快的方式学会使用，响应速度要快，控制要安全、可靠。通常人机界面的交互方式有：对话方式；命令语言方式；菜单界面方式；功能键方式等。6.3 自动化立体车库触摸屏的组态在本设计中，人机界面主要是由触摸屏来实现的。我所选用的触摸屏是easyview 的MT510T触摸屏。通过触摸屏，操作人员能进行车库单动和自动的切换。可以了解车库托盘上有无停车的信息，并可以对车库的安全情况进行监测。触摸屏的主画面是自动操作画面（图61）。在进入画面后，上面2排显示灯是对车库托盘上有无停车的显示，同时，在使用时管理员能够通过按相应的指示灯来选中相应的车位。这一功能是通过触摸屏的位状态切换开关来实现的。一方面，位状态

54、切换开关能显示PLC部结点的状态。另一方面，它还可以改变PLC部结点的状态。在设计上，我使这些显示灯显示车辆检测信号，而控制的是托盘的运动。在下方，有一“READY”指示灯，这是一个状态显示开关。当车库托盘恢复初始状态时（详见第二章托盘初始状态分析），此指示灯会亮起，提示管理员下一位用户可以进行使用。“READY” 指示灯旁边是车库的报警灯。当车库的车辆未按规定正确停放时，此灯会亮起。此时管理员要提醒用户停好车。右下方的键是车库复位键。这是一个位状态设定开关。当程序出错时，可由此键将车库恢复到初始状态。左下方的键是画面切换开关。可以通过此按钮来实现单动/自动的转换。在此键上，我对它进行了加密，

55、即对单动操作进行了权限设置。需要先在左下方隐藏的密码输入键盘中输入密码，才能使用此键。图62 是触摸屏的单动操作画面。在此画面中，操作者首先要切换自动/单动操作方式，然后通过上排的位状态设定开关选中对应的托盘，才可以通过下方的方向键来控制托盘的运动。如果要选择另一个托盘，则需要先按CANCEL键，然后再继续选择托盘进行操作。单动画面主要用于车库的维护和检修。以上只是对整个车库中的一个子车库的控制设计，如果要对多个子车库实现控制，则可以设计一个主画面，在主画面上对子车库进行选择，然后再按照以上的方式编制对应子车库的组太软件。图61 触摸屏自动操作画面图62 触摸屏单动操作画面第7章 车库控制程序

56、的编制最终实现车库自动化的还是PLC中的控制程序。控制程序关系到车库运行的效率，运行时的安全性，控制的方式等等。因此。控制程序的好坏直接关系到整个车库的状态。7.1 软件设计简介PLC的应用软件设计是一项十分复杂的工作，它要求设计人员既要有PLC、计算机程序的设计基础，又要有自动控制技术，还要有一定的现场实践经验。首先设计人员必须深入现场，了解并熟悉被控对象的控制要求。明确PLC控制系统必须具备的功能，为应用软件的编制提出明确的要求和技术指标。在此基础上进行总体设计，将整个软件根据功能要求分成几个独立部分，分析他们之间在逻辑上，时间上的相互关系，使设计出的软件总体上结构清晰、简洁、流程合理，保证后继各个开发阶段与其软件设计规格说明书的完全性和一致性。7.2 车库托盘运动分析将2排2层3列车库的托盘编号如下：图71 托盘编号此处以6号托盘为例，因为此托盘的运动涉与到最多的其他托盘。其余的托盘的运动都可以看成是运用此托盘运动程序的一部分。首先由管理员在触摸屏上选中6号托盘，此时由程序控制4号托盘和9号托盘右移向中间位置。当9号托盘到达中间位置时，由光电开关给出信号，此时6号托盘安全钩先打开，然后再开始