横移升降式立体车库控制系统设计

1、PAGE 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：随着我国经济快速发展，汽车数量的不断增长，停车难的问题也越来越严重，立体车库停车技术的出现很好的解决了这个问题，并且这种技术有着广阔的发展前景。现在大部分停车设备都已经自动化，逐步进入自动化管理模式，也必将成为停车产业的主流。横移升降立体车库主要用于停车需求较大的场所，该设备通过电动机带动载车板实现横移升降操作来达到自动停取车的目的，它具有完善的保护措施保障人和车辆的安全。本文采用西门子S7 -200PLC对三层横移升降式立体车库的电气控制系统进行了设计，并用MCGS组态软件模拟了运行过程和人机界面，保障立体车库的安全、可靠运行。关键词：升降横移式

2、 立体车库 控制系统 PAGE 2- PAGE 43 -毕业设计说明书（论文）英文摘要Title The Design of Control System for Traversing lift Garage AbstractWith Chinas rapid economic development, a growing number of cars, parking problems increasingly serious, appear three-dimensional parking garage technology a good solution to this problem

3、, and this technology has broad prospects for development. Now most of the parking facilities have been automated, and gradually into automated management mode, will also become the mainstream of the parking industry. Lifting and transferring three-dimensional parking garage is mainly used for the n

4、eeds of larger establishments, the device is driven by a motor carrier vehicle sliding plate to achieve the lifting operation to achieve the purpose of automatic stop pick up the car, it has a perfect safety protection measures to protect persons and vehicles. In this paper, Siemens S7 -200PLC of th

5、ree sliding lift Garage electrical control system has been designed with MCGS configuration software simulates the operation and man-machine interface to ensure safe and reliable operation of the parking garage.Keywords：Lifting and transferring Stereo Garage Control System目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLI

6、NK l _Toc451455415 前 言 PAGEREF _Toc451455415 h 1 HYPERLINK l _Toc451455416 第一章 绪论 PAGEREF _Toc451455416 h 2 HYPERLINK l _Toc451455417 1.1立体车库概述 PAGEREF _Toc451455417 h 2 HYPERLINK l _Toc451455418 1.2立体车库的研究现状 PAGEREF _Toc451455418 h 2 HYPERLINK l _Toc451455419 1.2.1国外研究及应用情况 PAGEREF _Toc451455419 h

7、2 HYPERLINK l _Toc451455420 1.2.2国内研究及应用情况 PAGEREF _Toc451455420 h 3 HYPERLINK l _Toc451455421 1.3课题的研究内容及意义 PAGEREF _Toc451455421 h 4 HYPERLINK l _Toc451455422 第二章 立体车库的分类及结构 PAGEREF _Toc451455422 h 5 HYPERLINK l _Toc451455423 2.1立体车库的分类 PAGEREF _Toc451455423 h 5 HYPERLINK l _Toc451455424 2.2 横移升降式

8、立体车库的结构 PAGEREF _Toc451455424 h 7 HYPERLINK l _Toc451455425 2.2.1载车板 PAGEREF _Toc451455425 h 8 HYPERLINK l _Toc451455426 2.2.2横移系统 PAGEREF _Toc451455426 h 8 HYPERLINK l _Toc451455427 2.2.3升降系统 PAGEREF _Toc451455427 h 9 HYPERLINK l _Toc451455428 2.2.4主体框架 PAGEREF _Toc451455428 h 10 HYPERLINK l _Toc45

9、1455429 2.2.5安全设备 PAGEREF _Toc451455429 h 10 HYPERLINK l _Toc451455430 第三章 控制系统硬件设计 PAGEREF _Toc451455430 h 12 HYPERLINK l _Toc451455431 3.1 控制系统总体设计 PAGEREF _Toc451455431 h 12 HYPERLINK l _Toc451455432 3.2硬件设备的选择 PAGEREF _Toc451455432 h 12 HYPERLINK l _Toc451455433 3.2.1限位开关 PAGEREF _Toc451455433 h

10、 12 HYPERLINK l _Toc451455434 3.2.2光电开关 PAGEREF _Toc451455434 h 12 HYPERLINK l _Toc451455435 3.3.3横移电机 PAGEREF _Toc451455435 h 13 HYPERLINK l _Toc451455436 3.4.4升降电机 PAGEREF _Toc451455436 h 13 HYPERLINK l _Toc451455437 3.3可编程逻辑控制器的选择 PAGEREF _Toc451455437 h 13 HYPERLINK l _Toc451455438 3.3.1可编程逻辑控制器

11、简介 PAGEREF _Toc451455438 h 13 HYPERLINK l _Toc451455439 3.3.2可编程逻辑控制器的分类 PAGEREF _Toc451455439 h 14 HYPERLINK l _Toc451455440 3.3.3可编程逻辑控制器的工作原理 PAGEREF _Toc451455440 h 14 HYPERLINK l _Toc451455441 3.3.4可编程逻辑控制器的选型 PAGEREF _Toc451455441 h 14 HYPERLINK l _Toc451455442 3.3.5 I/O扩展模块的选择 PAGEREF _Toc451

12、455442 h 15 HYPERLINK l _Toc451455443 3.4硬件接线图 PAGEREF _Toc451455443 h 16 HYPERLINK l _Toc451455444 第四章 横移升降式立体车库的软件设计 PAGEREF _Toc451455444 h 18 HYPERLINK l _Toc451455445 4.1 横移升降式立体车库存取车原理 PAGEREF _Toc451455445 h 18 HYPERLINK l _Toc451455446 4.2 控制系统流程图 PAGEREF _Toc451455446 h 19 HYPERLINK l _Toc4

13、51455447 4.3 I/O分配表 PAGEREF _Toc451455447 h 21 HYPERLINK l _Toc451455448 4.4 PLC程序 PAGEREF _Toc451455448 h 22 HYPERLINK l _Toc451455449 第五章 组态软件对于立体车库的监控 PAGEREF _Toc451455449 h 34 HYPERLINK l _Toc451455450 5.1 MCGS组态软件的介绍 PAGEREF _Toc451455450 h 34 HYPERLINK l _Toc451455451 5.2 MCGS组态软件和S7-200通信 PA

14、GEREF _Toc451455451 h 34 HYPERLINK l _Toc451455452 5.3MCGS用户窗口的设计 PAGEREF _Toc451455452 h 35 HYPERLINK l _Toc451455453 第六章 立体车库控制系统的调试 PAGEREF _Toc451455453 h 37 HYPERLINK l _Toc451455454 5.1 MCGS和S7-200的模拟调试 PAGEREF _Toc451455454 h 37 HYPERLINK l _Toc451455455 5.2 S7-200和硬件调试 PAGEREF _Toc451455455

15、h 39 HYPERLINK l _Toc451455456 5.3 故障分析及诊断 PAGEREF _Toc451455456 h 40 HYPERLINK l _Toc451455457 结 论 PAGEREF _Toc451455457 h 42 HYPERLINK l _Toc451455458 致 谢 PAGEREF _Toc451455458 h 43 HYPERLINK l _Toc451455459 参考文献 PAGEREF _Toc451455459 h 44前 言进入二十一世纪以来，随着科技的不断发展，人们的生活水平的提升，汽车保有量也在不断提升，但与此同时，停车位的增长却

16、不能同步，停车位和汽车数量严重不协调，停车位数量不够便成了一个难题，甚至导致了一系列的乱停车等问题，为了解决这个问题，我国引进了立体车库停车技术。立体车库是实现智能化停取车的手段，现在立体车库的种类也是多种多样的，可以适用于不同的场合，本次研究的是对横移升降式立体车库控制系统的设计。横移升降立体车库系统通过电动机驱动载车板做水平或者垂直方向的移动，来实现用户停取车的目的，挺高了停车效率，降低了使用成本，有着稳定的安全可靠性，在性能上也大大他挺高了，并且可以满足市场的需求。显然，相对于传统的自然停车位来说，立体车库作为新一代的停车设备有着很好的前景，而且具备自动化控制，并且越来越受到人们的重视，

17、停车技术也将不断地创新。第一章 绪论1.1立体车库概述随着科技的发展，人们生活水平的提升，交通也越来越便捷。在中等城市中基本上每个家庭都至少具备一辆私家车，但是随着车辆的不断增长，停车位的数量却远远不能满足停车的需求，随之而来的就是停车难的问题，有许多车主甚至将自己的车随意停放在马路边，这样乱停车有时会导致交通严重堵塞等一系列的问题，由此可见停车位的重要性。随着汽车产业的高速发展，从2000年以来，汽车产量就大跨步向前，每年的汽车保有量增长指数都在15%左右。据统计，截止2015年底，国内具有汽车驾驶证的就有2.8亿人，2015年新注册的汽车数量更是达到2385万辆，但是随着汽车数量的不断增长

18、暴露出停车位不够等问题，难道要遏制汽车行业的发展吗？立体车库的出现很好的解决了这一问题。现在大部分的停车位还都是在自然的空地上划分出来的，或者是建造地下停车场来满足停车的需求，立体车库的出现很好的解决了这个问题，立体车库可以更有效的利用空间，这样就可以大大的节约土地面积，这在一些大型的城市的优点是非常突出的，因为这些城市随着经济的发展大部分的土地都用来做商业开发，立体车库可以节约土地面积这一点尤为重要，立体车库还可以节约建造车库的成本，立体车库相对于其他车库有着更完备的安全系统，可以更加完美的保护用户车辆和用户安全，安全系统保证了只要有人在车库内设备便不会运转，最大程度的做好了安全措施，立体车

19、库存取车的流程也十分的简单、快捷，不需要用户进行太复杂的操作就可以实现而且立体车库的智能化程度也相当的高，基于电脑控制的基础上，无需太多的管理人员，而且有效的实现了节能减排的目的，这样可以做到环保，基于以上的基础，立体车库的使用率一定会大大的的提升，对于可持续发展也有一定的促进作用。1.2立体车库的研究现状1.2.1国外研究及应用情况立体车库在世界各地的发展层次不齐，德国是最早研究立体车库的，技术也处于领先，意大利等欧洲国家也研究立体车库也比较早，日本因为自身领土面积原因而使用的最为广泛。德国在两层和多层立体车库的研发中已经形成了H型、U型还有V型。日本从1959年到1983年引进立体车库技术

20、之后，发展十分迅速，一共建造了25454座不同种类的立体车库，到随着日本的发展，周边地区的中国、韩国也都陆续从日本引进了这种技术。国外的立体车库在1918年在美国芝加哥市的一家宾馆里被建造，直至2005年才被拆除。国外相对于国内明显处于领先，譬如现在的德国沃尔夫斯堡全自动停车塔（如图1.1所示），在这个车库中，汽车被停放在一个20层的矩阵，并且通过SWIFT机器人来搬运汽车，而且你不会在这个车库中发现行人。再比如美国芝加哥马里纳城市车库（如图1.2所示），塔的自身结构就包含了车库，65层的他楼下面三分之一螺旋上升型的车库，并且每层可容纳896辆车，由此可见立体车库发展之迅速。图1.1德国沃尔夫

21、斯堡全自动停车塔图1.2美国芝加哥马里纳城市车库1.2.2国内研究及应用情况我国对于立体车库的技术来源于日本，而且我国对于立体车库的使用比较晚，一直到1988年在北京才真正拥有了第一个立车车库，但是由于自身人口和经济发展的原因，我国对立体车库的研究发展极为重视，尤其是最近几年以来随着经济迅猛发展，对立体车库的需求呈直线上升，我国也慢慢在从大城市开始进行对立体车库进行逐步推广。到2013年为止，我国使用立体车库的城市达到403个，且立体车库的年生产、使用安装和出口量都为世界第一，并且我国也多次举办了与停车设备相关的展览会来促进交流和提升，2006上海国际停车设备和智能系统展览会就引来了德、日、美

22、等多个世界知名的停车设备制造商。立体车库与普通停车位相比，节约了土地济源，节约了成本，在与普通车库同等面积下建造立体车库，立体车库所能停车的数量是普通车库的两倍以上。并且现在在车辆密集的地方有广泛的使用，例如医院、商业大厦、小区和飞机场等。1.3课题的研究内容及意义本课题针对三层横移升降式立体车库进行研究，主要内容包括：第一章：主要介绍了立体车库以及立体车库的国内外研究及应用现状。第二章：介绍了立体车库的分类，横移升降立体车库的结构进行了介绍分析。第三章：对控制系统硬件进行设计，了解PLC的功能，并画出硬件接线图。第四章：对横移升降式立体车库存取车进行设计，阐述程序流程，使用S7-200PLC

23、进行对程序的编写和解释，最后罗列出I/O分配表。第五章：MCGS组态软件的介绍，了解MCGS和S7-200如何通讯，并如何使用MCGS制作按钮开关和图片等功能。第六章：结合软件和硬件进行调试，先使用了MCGS组态软件和S7-200PLC进行调试，然后使用硬件和S7-200进行混合调试立体车库是目前解决停车问题的主要手段，具有很大的使用价值，在国外，这些停车技术已经十分先进，但是在国内虽然也有这种技术，但是远远不及国外，所以对立体车库的研究是十分必要和迫切的。第二章 立体车库的分类及结构2.1立体车库的分类目前，立体车库的形式主要有：横移升降式（PSH）、垂直提升式（PCS）、垂直循环式（PCX

24、）、巷道堆垛式（PXD）、多层循环式（PDX）、平面移动式（PPY）等，以下介绍几种常见的立体车库形式。（1）横移升降式横移升降式立体车库（如图2.1所示）是通过载车板的横移或者升降运动来进行存取车操作，成本较低。这类立体车库底层载车板只做横移操作，顶层载车板只做升降操作，中间层既做横移操作，也做升降操作，通过电机控制其他载车板的移动来让目标停车位下降到地面位置，然后用户可以进行停取车动作，结束之后载车板复位到初始位置。图2.1横移升降式图2.2垂直循环式（2）垂直循环式垂直循环式立体车库（如图2.2所示）通过在垂直方向用电动机带动机构，载车板安装都相隔一定的位置，最终由电机拖动做循环动作来达

25、到用户停取车的操作，其优点为只需要较小的占地面积，结构简单，存取车方便快捷，十分灵活，可以独立运行，也可以安装在建筑物里面，一般来说小型的停车位是8-10个，大型的停车位大概有12-34个左右。（3）垂直提升式垂直提升式立体车库（如图2.3所示）亦称之为塔式或电梯式立体车库，工作原理和电梯比较相似，它是将载车板通过升降操作来移动到预定的位置，然后通过横移操作把载车板和载车板上面的车辆从停车位中放入或者取出来完成停取车操作，占地面积很小，但空间的利用率想的高，在占地面积为50平方米的土地上可以停放30-60辆车子，但是造价却比较昂贵。（4）巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库（如图2.4所示）智能化程度

26、较高，一般使用巷道堆垛机或者是桥式起重机将载车板上面的车子升降或横移移动到停车位来完成停取车操作，它的升降和横移运动可以同步运行，操作便捷，但是这种设备的建造成本比较高，一般适用于停车需求量大的地方。图2.3垂直提升式图2.4巷道堆垛式图2.5多层循环式图2.6平面移动式（5）多层循环式多层循环式立体车库（如图2.5所示）按照型式分又分为箱体水平循环式和圆形水平循环式，其工作原理是通过让载车板做上下水平循环动作，在实现车辆的停取或存放，这种车库适用于只有一个出入口的地方，箱体水平循环式对停车位数量要求较多，圆形水平循环式则要求不多，车库的特点是节约土地面积，存取车简单便捷，适用于场地狭小，只能

27、有一个出入口的地方。（6）平面移动式平面移动式立体车库（如图2.6所示）的工作原理是指在同一平面上使用起重机或者是搬运小车来移动载车板或者车子来进行单层平面移动，或者在加上升降机构来达到多层平面移动，来达到停取车操作的目的，有效的利用了空间，提高了停车数量，而且每个停车位都互相独立，单个停车位故障不会波及到其余停车位，运行安全平稳，有很好的安全保护措施。2.2 横移升降式立体车库的结构横移升降立体车库的整体结构（如图2.7和2.8所示）主要由载车板、横移系统、升降系统、主要框架和安全设备等组成。本课题是针对三层三列七车位结构的立体车库进行研究，主要针对于中小型车，假定车辆的尺寸长为5500mm

28、，宽为2000mm，高为1600mm，载车板的规格长为6000mm，宽为2400mm，高为1900mm，所以框架大小宽为8000mm，高为6000mm。图2.7立体车库主视图图2.8立体车库侧视图2.2.1载车板图2.9拼板式载车板 立体车库的载车板按结构形式分成拼板式和框架式两种，拼板式的载车板是用镀锌钢板一次性冲压或滚压整体成形，然后拼装起来，用螺栓来使他们固定。在拼装前，先对其组件进行表面处理，使载车板的外观看起来轻巧、美观，在这使用拼板式载车板（如图2.9所示）。 2.2.2横移系统图2.10立体车库横移系统原理横移系统用来控制载车板的左右运动，主要由横移电机、导轨、主动轮、从动轮和载

29、车板等组成（如图2.10所示）。横移电机主要安装在底层和中间层，底层的横移电机可以安装在载车板的底部，中间层的横移电机可以安装在托架上，每块载车板的底部都有两个主动轮和两个从动轮，用横移电机来驱动主动轮带动从动轮转动来让载车板进行横移动作。2.2.3升降系统升降系统中的升降方式主要有液压传动、链传动、钢丝绳传动和螺杆传动这几种，以下为这些传动方式的优缺点。（1）液压传动液压传动的承载能力大，符合立体车库对的要求，液压传动可以实现无极调速，传动也十分平稳，而且液压传动的精确度较高，但是它能满足的工作层数比较少，存取车时间也比较长，对一切基础的要求而比较高，液压元件的制造和密封性要求很高，而且造价

30、也比较昂贵。（2）链传动链传动的成本较低，能在低俗、重载和高温条件或者成土飞扬的工作条件下运行，有着准确的平均传动比，传动效率高，对基础设施的要求比较低，工作方式下的存取车时间也比较短，但是支持的传动层数在三层左右，在运行过程中存在冲击和振动，磨损过大时会导致节距变大，进而脱落。（3）钢丝绳传动钢丝绳在机械行业中使用十分广泛，成本低，工作寿命周期比较长，运行过程中基本上没有噪声产生，对于工作层数限制很小，但是占地面积相对于其他传动方式大一些，传动工作时间较短，对设施要求较低，钢丝绳具有很好的抗拉强度、抗疲劳强度和抗冲击韧性，而且自身的耐锈蚀性能较好，可以在恶劣的环境中运转，但是所需要的卷筒价格

31、较高。（4）螺杆传动螺杆传动在立体车库中使用的很少，它的优点是传动比大，外形轮廓尺寸小，在运行过程中低噪音，运行稳定且能够形成自锁，但是自身效率太低，所需要的零部件和对设施的要求很高，所以也就增加了成本。在本次设计的位3乘3结构的立体车库中，综合上面的传动方式，在满足本传动机构的要求的基础下，对四种传动方式进行比较，液压传动的成本较高，钢丝绳传动在三层以上的立体车库中性价比较高，螺杆传动的效率太低成本太高，所以我们在这里最终选择链传动。升降系统用来控制载车板的上下运动，主要由升降电机、链轮、链条和载车板等组成。升降电机主要安装在中间层和顶层，顶层的升降电机可以安装在顶层的框架上，中间层的升降电

32、机可以安装在托架上。图为升降系统的原理图，载车板的两侧各有四个固定的链轮，两根链条的一端固定在主链上，另一端固定在载车板上，使载车板处于水平状态。由升降电机驱动主动链轮转动来带动主链条转动，两侧一共四根固定在主链条上的链条也随之带动载车板进行上升或下降运动。图2.11立体车库升降原理2.2.4主体框架立体车库在现实中的受力情况比较复杂，它的受力包含自己结构的重量，每个载车板和载车板上的车子的重量，电动机的重量，升降系统的所产生的惯性力和自身受外界温度因素影响的应力等等。立体车库的结构主要由横梁、纵梁和立柱连接组成而成，基于满足要求的基础我们选择钢架结构，钢结构和其他材料相比优点在于重量轻，强度

33、高，所以在载荷相同的情况下，钢更加适合组装和运输；而且钢不会因为载荷急剧增大而突然断裂，它的塑性和韧性都很好，钢由于自身重量轻的优点十分利于建造施工，可以缩短建造时间，自身也装拆方便，连接处通常采用螺栓；大部分的立体车库由于种种原因可能建造在室外，随着天气等原因可能会造成钢产生锈蚀，所以一般都进行喷漆或者是镀锌等手段防锈，而且必须定期进行维护操作。2.2.5安全设备（1）载车板防坠落装置图2.12 载车板防坠落装置由于除了第一层之外的停车位都需要进行上下移动，所以为了防止升降电动机的制动突然失灵导致载车板下坠压坏下层车辆，载车板防坠落装置安装在纵梁的两侧，共计四个挂钩，由电磁铁驱动，当上层的载

34、车板到达指定的位置之后，四个挂钩会自动勾住挂环，从而预防上层载车板发生事故，保证了车库的稳定运行。图2.12载车板防坠落电磁铁挂钩（2）急停开关和警示灯急停开关:立体车库在运行过程中，如果发生紧急故障或者是威胁人生安全的紧急情况下可以按下急停开关，按下急停开关之后，红色报警指示灯亮，并且立体车库其他运行装置都处于急停状态，无法运作，以防止事故的发生。警示灯：在用户存取车的过程中，黄色警示灯会亮起，用以提示用户立体车库正在运行中。第三章 控制系统硬件设计3.1 控制系统总体设计升降横移式立体车库控制系统是由PLC控制，主要由PLC读入输入之后运行控制程序，再将输出状态读出，输入部分主要由安全挂钩

35、、限位开关、光电传感器、急停开关和面板操作按钮组成。输出部分主要由升降电机、横移电机和光电指示灯组成。 图3.1 立体车库控制系统结构图3.2硬件设备的选择3.2.1限位开关图3.2限位开关限位开关又称之为行程开关，是用机械部件的碰撞的方式来实现接通或者断开来达到控制电路的目的，在这里我们把行程开关装在载车板移动的极限位置，根据这些要求选择了欧姆龙行程开关D4N-1120。3.2.2光电开关安装在载车板的前面和后面，用来检测载车板上的车辆是否停放到位，根据这些我们选择了E3F-5DN1-5L，工作电压为DC 636V，直流三线NPN常开，最大检测距离为5米。光电传感器通常是由光源、光学通路和光

36、电元件三部分组成的，工作原理为将被测物体的对发生出去的光进行遮挡或者反射变成光信号的变化，然后将光信号转换为电信号，通过一系列的动作最终反馈给PLC，把它安装在每个载车板上用来检测载车板上面是否有车辆存放，根据这些要求在这里选择欧姆龙光电传感器E3Z-D62，感应距离为8-50cm。图3.3光电开关3.3.3横移电机除了顶层载车板之外，其他载车板都装有横移电动机，用来控制载车板水平方向的移动，假定车辆重2500KG，载车板为500KG，根据要求在这里选择了4个明椿减速电机CLPK22020403功率为0.2KW。3.4.4升降电机除了底层载车板之外，其余的载车板都装有升降电动机，用来控制载车板

37、的上下移动，假定车辆重2500KG，载车板为500KG，根据要求在这里选择了5个日立减速电机GA48-220-75，功率位2.2KW。3.3可编程逻辑控制器的选择3.3.1可编程逻辑控制器简介图3.4西门子s7-224可编程逻辑控制器，缩写为PLC，可编程逻辑控制器在最初的时候是由分立元件和集成电路组成的，只具备一些基本的逻辑运算功能。在20世纪60年代的时候，为了寻找可以替代继电器控制的产品，可编程逻辑控制器进入人们的眼球，与传统的继电器控制系统的输入输出相比，PLC控制系统大致一样，他们主要的区别在控制部分，继电器控制方式是把很多继电器通过一定的方式联接起来，最后实现逻辑运算功能，这种方式

38、比较稳定但是结构固定，一旦出现了故障之后，排除变得十分困难。但是PLC控制方式灵活多变，他是通过运行存储器中的程序来达到控制功能，而程序是由用户自己编写，修改十分便捷，取代了继电器电路，在进行逻辑运算的基础上，还能够完成一系列的复杂功能，不仅连线便捷，而且在不用改变接线的情况下，就可以实现不同的控制要求。3.3.2可编程逻辑控制器的分类PLC根据结构形式可以划分为整体式、模块式和叠装式三种，根据安装方式可以划分为集中式、远程I/O使和多台PLC联网的分布式。整体式PLC把CPU模块、I/O模块、内存模块、显示面板、电源等部件集中起来，体积小，价格便宜，一般应用在低档PLC中。模块式PLC相对于

39、整体式来说比较灵活，它是将各个单元做成独立的模块，譬如CPU模块，I/O模块和电源模块等一系列模块。用户可以根据不同的要求选择不同的模块来满足自己的需求，而且安装便捷，方便拓展和维修，所以一般中型和大型PLC系统都采用模块式。叠装式PLC是多个模块的组合，基本单元模块是CPU，其余I/O模块为扩展模块，在需要安装扩展模块时只需要用电缆把他们连接在一起。3.3.3可编程逻辑控制器的工作原理PLC工作原理是基于计算机之上的，通过扫描用户编写的程序来实现对控制要求，CPU是以分时操作的方式来处理用户程序的，也就是说一次性只能做一件事情，所以PLC的工作方式是从第一条指令开始执行不断循环的顺序扫描，完

40、成用户程序的一次完整扫描成为一个扫描周期，PLC就是在不断地重复以上的扫描。PLC的工作工程基本上可以分成三个阶段，读入输入阶段、程序运行阶段、结果输出阶段。一开始通过I口对外部状态进行读入操作，读入了之后CPU开始运行扫描程序，在所有的程序扫描运行之后，把最后的结果状态通过Q口输出去。3.3.4可编程逻辑控制器的选型西门子S7-200系列是由德国西门子公司研发制造，是小型可编程逻辑控制器中性价比较高的一种，并且在多个领域有着广泛的应用。SIMATIC系列有大型PLC系统S7-400,中型PLC系统S7-300，小型PLC系统S7-200三种，在这里我们使用的S7-200。S7-200的PLC

41、的CPU类型主要有221、222、224和226四中类型，所以对应的不同需求需要的功能也不相同，选择CPU的类型是主要考虑CPUC的数字量输入输出和扩展模块的功能等方面，以下为这几种CPU类型的介绍。CPU221的I/O口一共有10个，具有6个数字量输入口和4个数字量输出口，没有拓展功能。CPU222的I/O口一共有14个，具有8个数字量输入口和6个数字量输出口，具有拓展功能，最大可以拓展两个模块，拓展到78个数字量输入/输出口。CPU224的I/O口一共有24个，具有14个数字量入口和10个数字量输出口，最多可以拓展7个模块，拓展到168个数字量输入/输出口。CPU226的I/O口一共有40

42、个，具有24个数字量入口和16个数字量输出口，最多可以拓展7个模块，拓展到248个数字量输入/输出口。通过对上述CPU的分析和程序对于输入输出口的要求，最后结合实验室内的实际情况，我们最终选定了CPU224作为控制器。CPU224具有了24个数字量输入输出点，I0.0I0.7、I1.0I1.5一共14个输入点，Q0.0Q0.7/Q1.0Q1.1一共10个输出点；最多可以拓展7个I/O模块；最多可以拓展到168个输入输出点，还具有两个高速脉冲输出端，分别为Q0.0和Q0.1，可以用脉冲串输出（PTO）或者脉冲宽度调制技术（PWM）实现对这两个口的输出，另外还有6个高速计数脉冲输入端，为I0.0I

43、0.5。结合实际使用情况，我们选择的是CPU224。3.3.5 I/O扩展模块的选择本次设计中，主要以数字量输入输出为主，CPU附带的输入输出口不能满足本次设计的需求，所以需要增加拓展模块来完成对程序设计的要求。S7-200目前可以增加的数量自输入输出模块有三种，分别是输入模块EM221，输出模块EM222和混合输入输出模块EM223，下面是对这三种模块的简单介绍：EM221拓展模块的数字量输入有八个口，24伏直流工作电压，且具有光电隔离功能。 EM222拓展模块的数字量输出有八个口。EM222模块的数字量输出模块8点24V直流输出型和8点继电器输出两种类型，这两种类型均有光电隔离功能。EM2

44、23拓展模块数字量混合模块一共有六种类型，分别是直流24V ，4个数字量输入和4个输出口，直流 24V，4个数字量输入和4个继电器输出口，直流 24V ，8个数字量输入和8个输出口，直流 24V, 8个数字量输入和8个继电器输出口，直流 24V， 16个数字量输入和16个输出口，直流 24V， 16个数字量输入和16个继电器输出口。 通过对上面三种类型的PLC拓展模块的分析，我们最终选择了EM223可扩展模块。3.4硬件接线图S7-200和步进电机硬件接线图下图为S7-200和步进电机驱动器和步进电机的接线图，Q0.0和步进电机驱动器脉冲相连，Q0.1和步进电机驱动器方向相连，Q0.2和步进电

45、机驱动器始能相连，因为CPU224使用的电源是24V的，但是驱动器的方向脉冲始能为5V的，所以在中间要串上2.5K的电阻，驱动器电源和S7-200的电源并联。图3.5 S7-200和步进电机驱动器接线图S7-200和硬件接线图 图2.17为S7-200和硬件接线图，有图可见I/O口分别对应着输入输出，通过输入开关量的变化来执行程序产生对应的输出，并且通过Q来输出这些量。图2.18中Q2.0到Q2.6和Q3.0到Q3.6连接的是七段数码管，对应的是A到G不同的发光二极管，通过输出模拟信号来使二极管亮，来组成不同的数字。图3.6 S7-200和硬件接线图图3.7 七段数码管和S7-200接线图第四

46、章 横移升降式立体车库的软件设计4.1 横移升降式立体车库存取车原理横移升降式立体车库的每个车位都有对应的载车板，目标操作车位通过电机驱动钢丝绳来拖动载车板来进行横移或者升降操作到达底层，然后用户只需要将车子停进或者驶出载车板就可以了。立体车库的顶层车位只做升降操作，不做横移操作，底层车辆只做横移操作，不做升降操作，中间层既要可以横移，也要能升降操作。立体车库的控制要求为升降电机正转，载车板要垂直下降；升降电机反转，载车板要垂直上升。横移电机正转，载车板要水平左移；横移电机反转，载车板要水平右移。用户在面板上按下所需存取的车位号，摁下存车或者取车之后，就可以进行存取车操作。 （1）第一层车位的

47、存取车过程图3.1第一层车位存取车流程底层车辆的存取：对于底层车辆不要进行横移或者升降操作就可以将车辆停入停车位中，用户只需要在停车面板上输入底层的停车位号，然后就可以进行停取车操作。（2）第二层车位的存取车过程图3.2第二层车位存取车流程二层车辆的存取如图2.2，如果想要取出第二层车位的车子则需要进行横移升降操作，这里以21车位为例，第一步先将11车位向左移动到预留空位，第二步将21车位的载车板下降到底层，然后用户可以进行停取车操作，停取车操作结束以后，第三步就是将21车位上升到原来的车位，然后将11车位向右移动到原来的位置，这就是完成的存取车流程。（3）第三层车位的存取车过程三层车辆的存取

48、：如果想取出第三层车辆也需要进行横移升降操作，这里以31车位的车子为例，第一步是要先将21车位和11车位的车子先向左移到预留空位；第二步是将31车位的载车板下降到底层，然后用户进入车位就可以完成取车操作，取车完成之后；第三步是先将31车位上升图3.3第三层车位存取车流程到顶层，然后将21车位和11车位向右移动到原来的位置，以上就是取车流程。如果要将车子存入31车位的话，第一步和取车相同；第二步是将31车位的载车板下降到底层，然后用户将车子驶入底层中间位置；第三步将31车位升到顶层，21和11右移恢复到初始位置就可以了。4.2 控制系统流程图图4.1横移升降式立体车库的控制要求是用户在面板上摁下

49、车位号，再摁下停取车按键时，5秒之后立体车库开始动作，再次期间面板上不能再进行存取车操作，还有一种停车方式是直接摁下存车按钮，系统会自动从下往上按顺序帮你选择空车位，5S之后立体车库进行存车操作，下降通道只有除了底层之外的上层车位才会涉及到，上层车辆要下降到地面需要下层车辆建立一个可运动空间，即下降通道，对电动机的要求是升降电机正转，载车板要垂直下降；升降电机反转，载车板要垂直上升。横移电机正转，载车板要水平左移；横移电机反转，载车板要水平右移。报警系统包括了急停开关、限位开关、载车板横移或者升降时间内没有到达指定位置，用户没有在指定时间内完成停取车操作和停取车完毕之后挂钩没有闭合起来。由于实

50、验室设备的实际情况，本次设计有9个电动机，但是实际情况没有那么多I/O拓展模块可供使用，所以最终使用S-7200的Q0.0高速脉冲输出口控制一个电机来演示，通过八段数码管来表示不同的电动机和正反转情况。图2.14第三层车位存取车流程4.3 I/O分配表对程序的编写之前要先进行输入输出量的分配，输入信号主要包括硬件上的按钮和模拟界面的按钮所对应的寄存器地址，输出信号是指PLC将接收到的输入信号放在程序中运行最后转换的对应的输出，根据最后分配所需要的输入输出量来选择PLC的类型以及扩展模块，本次设计的I/O分配表如下图所示。表4.1：I/O分配表I0.0选择一号车位I2.5光电传感器六Q1.0六号

51、车位状态I0.1选择二号车位I2.6光电传感器七Q1.1七号车位状态I0.2选择三号车位I2.7车辆存取完成Q2.0数码管AI0.3选择四号车位I3.0存车Q2.1数码管BI0.4选择五号车位I3.1取车Q2.2数码管CI0.5选择六号车位I3.3急停Q2.3数码管DI0.6选择七号车位I3.4限位开关Q2.4数码管EI0.7取消/复位Q2.5数码管FI1.0三号车位挂钩Q2.6数码管GI1.1四号车位挂钩Q2.7车库运行（黄灯）I1.2五号车位挂钩I3.7Q3.0数码管AI1.3六号车位挂钩Q0.0脉冲Q3.1数码管BI1.4七号车位挂钩Q0.1方向Q3.2数码管CI1.5车位移动到位Q0.

52、2使能Q3.3数码管DI2.0光电传感器一Q0.3一号车位状态Q3.4数码管EI2.1光电传感器二Q0.4二号车位状态Q3.5数码管FI2.2光电传感器三Q0.5三号车位状态Q3.6数码管GI2.3光电传感器四Q0.6四号车位状态Q3.7故障报错（红灯）I2.4光电传感器五Q0.7五号车位状态M20.0组态界面选择一号车位M21.2组态界面五号车位挂钩M22.6组态界面光电传感器七M20.1组态界面选择二号车位M21.3组态界面六号车位挂钩M22.7组态界面车辆存取完成M20.2组态界面选择三号车位M21.4组态界面七号车位挂钩M23.0组态界面存车按钮M20.3组态界面选择四号车位M21.5

53、组态界面车位移动到位M23.1组态界面取车按钮M20.4组态界面选择五号车位M22.0组态界面光电传感器一M23.3组态界面急停按钮M20.5组态界面选择六号车位M22.1组态界面光电传感器二M23.4组态界面限位开关M20.6组态界面选择七号车位M22.2组态界面光电传感器三M20.7组态界面取消/复位M22.3组态界面光电传感器四M21.0组态界面三号车位挂钩M22.4组态界面光电传感器五M21.1组态界面四号车位挂钩M22.5组态界面光电传感器六4.4 PLC程序下面介绍的是PLC程序，本次设计的PLC程序主要由主程序、初始、自动存车、面板功能、车位状况、故障报错、存取车和电机等功能组成

54、，下面列举几个功能进行解释说明。（1）面板功能下面的这段程序是面板程序，选择车位分别有I0.0到I0.6分别对应着1到7号车位，摁下车位号之后，通过MOV指令把车位号信息存在VB5中，然后通过SEG 功能指令在数码管上显示出用户选择的车位号，并且将选择的车位信息通过MOV指令存入VB1中，光电传感器检测到的车位状况也都通过MOV指令存在VB2之中，然后使VB1和VB2相与，如果相与之后得出的数据为0则存车有效，取车无效，如果得出的数据为1的话则取车有效，存车无效，在这里还设置了一个定时器，如果在10秒之内用户输入车位号但是没有选择存取车操作的话，那么面板会刷新复位并且显示0。（2）用户自动存车

55、功能下面介绍的是用户自动存车功能，在这里，用户不需要摁下车位号，只需要摁下存车按钮，那么就会自动运行下面这段程序，程序通过1到7顺序车位的扫描方式运行，通过I2.0到I2.6的状态来判断车位是否有车存在，如果有车的话则继续往下扫描，如果没有车的话，那么扫描程序就结束，直接跳入下一段运行程序之中，就是之前的面板程序，M14.0到M14.6在面板程序中分别对应着1到7号车位自动存车，选定车位号之后在运行面板程序就可以了，如果1到7号车位都有车的话，那么屏幕上右侧数码管会报错，显示7号故障，即所有空车位都已停满。（3）车位状况 下面的是车位状况功能，在每个车位中都装有光电传感器，1到7号车位的光电传

56、感器对应着I2.0到I2.6，1到7号车位的车位状况通过Q0.3到Q1.1或者M22.0到M22.6顺序显示出来，通过I口或者M口的通断来控制Q0.3到Q1.1亮灯的情况，同时把车位是否有车的状况通过MOV指令存入VB2中，如果该车位没有车的话，那么使用取反指令把该车位的和VB2总车位信息通过相或指令相或后存入VB2中，如果有车的话，那么和VB2总车位信息通过相与指令相与之后存入VB2中就可以了。（4）故障报错功能 有运行必然有出错的可能，为了保证用户更好的使用和专业维修人员可以很好的排除故障，在程序中添加了故障报错功能，如下图，车辆存取车完毕10秒后，如果挂钩还是没有锁定的话，显示故障代码为

57、3，如果立体车库在运行过程中，在规定时间内，车位没有横移或者升降到位的话，也会报警，显示故障代码4，车位在横移或者升降操作时，碰到限位开关时，立体车库也会进行报警，显示故障代码5，还有就是用户在紧急情况下摁下急停按钮之后，车库会进行报警，显示故障代码6，这些报警代码通过SEG指令显示在数码管上，可以帮助维修人员快速的找到故障原因，并有效的解决这些报警信息，保证立体车库可以可靠的运行。（5）电动机设置程序 下面这段是电动机设置，对应的M5.0到M7.1分别对应着1到9号电动的正反转，电动机运行工程中，通过MOV指令把电动机号数存入VB5之中，然后通过SEG指令显示出来，电动机的正反转通过Q0.1

58、的通断来表示，并且把0和1通过SEG指令在QB3上显示出来。第五章 组态软件对于立体车库的监控5.1 MCGS组态软件的介绍在信息化时代的今天，随着技术的不断发展，组态软件随之诞生。在自动化生产的今天，通过计算机信号来对自动化设备进行监视、控制和管理已经成为主流，组态软件有着完备的设备驱动，能和大部分工业设备进行通信，在组态软件没出现之前，用户通过手工或者别写HMI应用或者购买工业控制系统，这几种方式可靠性差，成本高，选择余地很小，不能满足大部分人的需求，组态软件可以根据不同的功能，设计出不同的控制系统，满足了不同的需求，开放性比较好。随着不断地发展，组态软件软件主要有数据库，实时控制，实时通

59、讯等功能，在今后的发展过程中，组态软件一定会不断地添加新的内容。MCGS软件功能强大，运行可靠，有着强大的仿真界面，全中文的界面让用户操作简单，现在已经在水处理、交通运输、环境监控、工业行业等多个领域有着广泛的应用，可以方便的实现对自动化工业进行监控，对于立体车库涞说，用户可以远程对现场进行监控，十分方便，用户可以将用户窗口创建的图形和数据库里面的数据对象连接起来，通过对输入对象的控制或者是读出输出状态，来控制图形的动画显示，通过对图形设置不同的状态属性，可以在程序运行中表现出生动的动画效果。5.2 MCGS组态软件和S7-200通信通过MCGS和S7-200通信步骤如下，先打开设备窗口，在上

60、面找到工具箱，在里面你可以看到设备管理，先添加通用串口父设备，然后找到西门子S7-200PPI添加，添加完成之后双击通用串口父设备进行基本属性设置，把通讯波特率和串口端口号设置成和S7-200一样，然后确认，双击西门子S7-200PPI，在右侧可以增加设备通道，因为软件对于I寄存器是只读状态，所以控制输入信号我们添加了M寄存器，添加完成之后可以快速连接变量，或者可以启动设备调试，通过控制你的输入，你可以在调试数据窗口中看到数据的变化。图4.1 选择S7-200设备通过对用户界面的编辑完成之后，实现和S7-200的通讯，点击文件，进入运行环境，在现在配置中电机工程下载，下载完成之后再电机模拟运行