(完整版)基于PLC立体车库毕业设计论文

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哈尔滨理工大学

毕业设计

题目：基于PLC的立体车库控制系统设计院系：机械学院

机械设计制造及其自动化

姓名：毕磊

指导教师：乔玉晶

系主任：赵新通

2013年6月20日

哈尔滨理工大学毕业设计（论文）任务书

学生姓名：毕磊学号：

学院：机械动力工程专业：机械制造及其自动化

任务起止时间：2013年 2 月 25 日至 2013 年 6 月 21日

毕业设计（论文）题目：

基于PLC的立体车库控制系统设计

毕业设计工作内容：

本课题为自拟题目，主要设计内容为：绘制C型立体车库结构图，确定控制对象和控制方案；设计基于S7-200PLC的控制电器原理图并绘制；编制对应的顺序功能图和梯形图。

进度安排：

（1） 3.3-3.20：明确设计任务，查阅相关文献资料，确定功能参数，完成开题报告；

（2） 3.20-4.10：绘制立体出库结构图，确定控制对象和控制方案。

（3） 4.11- 5.30:设计电器控制原理图并绘制；

（4） 5.2- 6.01:编制顺序功能图和梯形图；

（5） 6.02- 6.27:撰写毕业设计报告，翻译文献，准备毕业答辩。

资料：

[1] 常斗南．PLC运动控制实例及解析[M].北京：机械工业出版社，2010

[2] 吕景泉．可编程控制器技术教程［M］.北京：高等教育出版社，2001

[3] 王永华.现代电气及可编程控制技术［M］.北京：北京航空航天大

学出版社，2002

[4] 张培志.电气控制与可编程序控制器［M］.北京：化学工业出版社，2007

[5] 阳胜峰．西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程［M］.北京：中国电力出版社，2009

指导教师意见：

签名：

年月日系主任意见：

签名：

年月日

教务处制表

哈尔滨理工大学毕业设计（论文）评语学生姓名：毕磊学号：

学院：机械动力工程专业：机械设计及其自动化任务起止时间：2013 年 2 月25 日至2013 年 6 月21日

毕业设计（论文）题目：

基于PLC的立体车库控制系统设计

指导教师对毕业设计（论文）的评语：

指导教师签名：指导教师职称：

评阅教师对毕业设计（论文）的评语：

评阅教师签名：评阅教师职称：

答辩委员会对毕业设计（论文）的评语：

答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为：

答辩委员会主席签名：职称：

年月日

教务处制表

基于PLC的立体车库控制系统设计

摘要

随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是随着改革开放以来，我国进入了汽车拥有率迅速上升时候。以往那种单层平面停车场也越来越不能满足市场的需求。对多停车位、少占空间、使用操作简单、安全可靠的“立体停车库”的建设，是解决目前寸土寸金的大都市内停车难的有效办法。

立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库，通过可编程控制器(Programming Logic Controller，简称PLC)控制车位空间位置的变动，使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。升降横移式立体车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来存取车辆。

本文主要通过对升降横移式立体车库原理的研究，探讨了应用可编程控制器PLC实现车库的控制系统，介绍了3×3立体车库模型实现情况。在结构方面完成了升降横移式车库的总体结构设计，在控制方面从软硬件对系统进行设计，并绘制了动作功能图和运行梯形图。完整地实现了立体车库的设计。

关键词立体车库；升降横移式；可编程控制器

Design of Control and Simulation System for Lifting and Translation Stereo Garage

Abstract

Along with the our country economy rapid development，the urban population increases day by day，specially since along with the Reform and open policy，the automobile total quantity is more and more. Formerly that kind of Single-Layer plane parking lot could not satisfy the demand of the market. To the multi- parking spots，little occupies of the space，the use operation is simple. "Three-Dimensional Garage” is the effective solution of stops difficult in the present big city.

The Three-Dimensional Garage，which takes the single-layer plane parking lot as the core，is the multi-dimensional space parking garage. It uses the programmable controller (Programming Logic Controller，also called PLC) to realize multiple monolayer plane stops by controlling the berth space position the change. Vertical- deposits and withdraws the vehicles by shifting the tray to produce the vertical channel.

The article researches the theory of the Three-Dimensional Garage，it situation of 3×3 three-dimensional garage. The system simulation uses controls configuration software MCGS，which is based on the WINDOWS platform. Through establishing the database of configuration software constructs，connecting the animation，preparing the control flow and debugging the procedures，it practice significance in the area of applying the PLC in the computer control system, which raises the level of industrial automation.

Keywords Three-Dimensional Garage；Lifting and transferring parking；Programmable Controller

目录

摘要...................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................. I I

第1章绪论 (1)

1.1 立体车库概述 (1)

1.1.1 立体车库简介 (1)

1.1.2 立体车库的分类及其特点 (1)

1.2 立体车库的国内外发展状况 (4)

1.2.1 立体车库国外的发展状况 (4)

1.2.2 立体车库国内的发展现状 (5)

1.3 本设计主要内容 (6)

第2章立体车库工作原理、结构特点和主要技术参数 (7)

2.1 升降横移式立体停车库的运行原理 (7)

2.2 立体车库主要构件及其功能 (8)

2.3 升降横移式体停车库主要技术参数 (10)

第3章立体车库控制系统硬件设计 (12)

3.1 控制系统方案的确定 (12)

3.2 系统硬件设计及PLC选型设计 (14)

3.2.1 IO地址分配表 (15)

3.2.2 PLC外部接线图 (16)

3.3 系统其他硬件资源配置 (16)

第4章立体车库控制系统软件设计 (20)

4.1 控制系统程序的设计原理 (20)

4.1.1 存取车程序流程 (20)

4.1.2 各车位动作功能图 (21)

4.2 系统软件设计及调试过程 (23)

4.2.1 各车盘运行梯形图及语句表 (23)

4.2.2 停、取车的调试 (33)

结论 (36)

致谢 (37)

参考文献 (38)

附录外文翻译 (39)

第1章绪论

1.1立体车库概述

1.1.1立体车库简介

机械式立体车库就是以立体化的方式用机构来存取、停放车辆的整个停车设施，即用机械设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位取出的方式。机械式立体停车库是近几十年顺应市场经济发展，在市场需求的迫切影响下应运而生的一种新型停车系统，与传统的自走式停车库不同，在用地紧张，车多位少的状况下，将车辆多层存放，其最大的优点是能够大量节省有限的地表面积，将停车位向空间和地下发展，采用光机电方式存取汽车，自动化程度较高，代表了停车场的发展方向。

1.1.2立体车库的分类及其特点

机械式立体车库种类较多，运行原理和结构组成各有特点，目前我国把机械式停车设备共分为九大类，代码4D10—4D90，即：升降横移类(psh)，垂直循环类(pcs)、多层循环类(pds)、平面移动类(ppy)、巷道堆垛类(pxd)、水平循环类(psx)、垂直升降类(pcs)、简易升降类(pjs)、汽车专用升降机类(pqs) [1]。上述各种类型的停车设备，采用不同的工作原理和技术，适用于不同的场地条件，各有其特点和优势。

1．升降横移类采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫升降横移机械式车库。升降横移式立体车库采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可采用，能利用多种场地条件，运用多种组合方式，有效利用场地现有空间，也能广泛使用于地下停车场及地面停车场的改造，主要应用在住宅社区的公用停车场、机关单位、商用写字楼、

宾馆饭店的地上、地下停车场，如图1-1所示。

2．垂直循环类采用垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆的停车设备直循环类立体车库。这种停车库设备动力单一、控制简单、占地面积小，适散地块，小规模停车场，也可用于机关单位及车辆不多、停车区域小又分散车场，如图1-2所示。

3．水平循环类采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆的机械式设备的存车库叫做水平循环类立体车库，如图1-3所示。

4．多层循环类多层循图环式机械立体车库是通过使载车板作上下循环运动，来实现车辆多层循环式停车的，从而实现减少占地面积，提高存取车自动化程度的机械式立体车库。多层循环式立体车库最适宜建造于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所，如建筑的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面，如图1-4所示。

图1-1升降横移类立体车库图1-2垂直循环类立体车库

图1-3水平循环类立体车库图1-4多层循环类立体车库5．平面移动类采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取停放车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类立体车库，如图1-5所示。

6．巷道堆垛类巷道堆垛机械式停车库采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。这种停车库的设备是20世纪60年代后欧洲根据自动化立体仓库原理设计的一种专门用于停放小型汽车的立体停车库。该种立体车库的设备采用先进的计算机控制，是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停车库，它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题：全封闭车库，存车安全等特点。巷道堆垛机械式立体车库主要适用于需要大型密集式存车的地方，如图1-6所示。

图1-5平面移动类立体车库图1-6巷道堆垛类立体车库

7．垂直升降类垂直升降类汽车停车库亦称为塔式机械立体停车库，它是通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。它又称为塔式立体停车库或电梯式立体停车库。垂直升降类停车库在我国发展比较快，特别是一些电梯企业因这类设备的升降机构部件与电梯类似，而对其进行了大量的研发上作，并大量生产，如图1-7所示。

8．简易升降类将停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机械式停车设备。简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式，如上图1-8所示。

图1-7垂直升降类立体车库图图1-8简易类立体车库9．汽车专用升降机汽车专用升降机是专门用于处于不同平面汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无自接存取的作用。当前，由于土地资源的稀缺，建设立体车库时，往往会遇到土地狭小而无法采用建设自走式坡道车库的情况，这个时候，就可以采取利用汽车升降机的办法，将汽车自接升降，替代汽车进入车库的斜坡道，大大节省了空间，提高了车库的利用效率。汽车升降机适用于小区、医院、酒店、写字楼、空港等多层车库，替代汽车自走坡道，节省了大量的土地，如下图1-9所示。

图1-9汽车专用升降机

因此，改进清洗系统的现状，提高效率、减小劳动强度，提高人员的安全性等方面，成了企业亟需的关键性技术。故而本论文对此系统设计的价值性可想而知，对企业的发展和整体行业以及环境等方面的改善都是显而易见的。

1.2立体车库的国内外发展状况

1.2.1立体车库国外的发展状况

机械立体停车是解决大都市出现的停车难问题的有效方法。土地资源紧张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场都在亚洲的日本、韩国、中国等地。

亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十几年的历史。目前在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产机械式停车设备的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上。目前全日本已经投入使用机械式停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。

德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较好的公司有：意大利Sotefin、Interpark、德国Palis等。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品，多层升降横移式产品应用很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上[2]。

韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。

1.2.2立体车库国内的发展现状

随着我国汽车工业和房地业的快速发展和轿车进入家庭速度的加快，从二十世纪八十年代开始在我国使用机械式停车设备经过近20年的发展，尤其是2000年以后得到了高速发展，机械式停车设备行业已从不为人知到目前已形成朝阳产业。

1．我国机械停车设备的发展二十世纪80年代，我国的国民经济进入了高速发展阶段，人们在修建楼堂馆所和房地产开发中，开始注意到与建筑物配套的停车位的建设。1988年我国第一个采用二层升降横移式机械停车设备的地下车库建成。两年后，首座竖直循环式机械车库建成；这两个机械车库的建成，揭开了我国机械式停车设备行业的开篇，为解决城市停车难的问题开了新的途径。

从1999年开始，国内城市的汽车保有量开始大幅增加，再加上国内房地产开发不断的升温，城市停车难的问题日益突出。在此情况下，我国的机械式停车设备行业行到了一个高速发展的机遇，行业年销售机械车位数由1000多个，迅速增加到50000多个；生产企业也由最初的3-4家猛增到100多家，据统计截止到2004年底，已获得国家质量监督局颁发的生产许可证的主机生产厂为52家。

市场的需求，推动了行业的发展，同时也促进了产品技术的更新。我国机械停车设备从最初简单的两层升降横移式，发展到现在技术含量最大的平面移动类，已拥有了九大类多种规格的停车设备。机械停车设备是一种机电一体化的产品，根据其使用的场合和数量，分为多种形式，每一种设备其结构不同，动作过程不同，它的控制复杂程度也不同，技术含量也不同。我国机械停车设备技术发展经过了三个阶段，第一个阶段为自主开发阶段，此阶段为行业发展初期，市场较小，主要靠生产企业根据客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；第二阶段是技术引进阶

段，当停车设备市场的需求加大时，国内外许多企业都开始看好这个行业，为了弥补各自的不足，开始寻求合作，于是国内出现了许多合资企业，或一些有实力的企业引进国外的技术，利用国外的成熟技术、国内的廉价的生产成本，加入到行业的竞争中；第三阶段就是消化与创新阶段，从2005年开始，市场竞争加剧，开始在降低产品成本，提高产品技术水平方面下功夫，对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。

我国机械停车设备经过了十多年的研制、开发与使用，现有产品可以说已基本上能够满足国内的需求，而且产品的质量也有很大的提高尤其是变频调速、激光测距、PLC、IC卡触摸屏等新兴智能控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用，大大提高了产品的高技术含量和现代化水平。

2．未来机械式停车设备与技术的展望随着社会的发展，人们对城市的交通状况越来越重视。面对各大中城市日益增加的汽车，在解决动态交通问题的同时，也要加强对静态交通的管理。据有关部门统计，2004年，我国城市汽车保有量已突破1000万辆，到2012年将达到2000万辆。就北京市而言，汽车的保有量已超过了230万辆。数量如此众多的汽车停放，将对城市的交通和环境起着重大的影响。而停车难问题的出现，也给我们机械停车设备行业带来了巨大的市场，我国的机械停车设备行业也将从快速发展阶段进入稳定发展阶段。

未来市场是巨大的，但对产品的需求，将会向两个极端发展：一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，这一部分的市场份额预计将达到70%-80%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷

的存取速度。

1.3本设计主要内容

立体车库是一种多平面的空间立体停车车库，它以单层平面停车场为核心，通过可编程控制器(Programming Logic Controller，简称PLC)控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。

论文在查阅大量资料的基础上，以立体车库车位设备控制为研究对象，通过对可编程控制器PLC的学习和研究，实现了用可编程控制器PLC对3X3升降横移式立体车库模型控制系统的控制。

主要研究的内容包括:

1升降横移式立体车库存取车策略的研究。

2可编程控制器PLC在升降横移式立体车库模型中的研究与实现。

第2章立体车库工作原理、结构特点和主要技术参数2.1升降横移式立体停车库的运行原理

升降横移式立体车库每个车位都有载车板，车辆就停在载车板上，最下层的载车板只做左右横移，不能升降，中间层车位可以左右横移和升降，上层车位只能升降，不能横移，若中间层车位需要存取车，则需下层车位移出空位，才能降至底层，上层车位需要存取车，则需要中间层车位和下层车位移出空位方能下降至底层，存车时，当载车板到位后，驾驶员将车开上载车板后下车离开，中间层和上层载车板自动升至所在层位，取车时，下层车位直接开出，上层和中间层则是载车板降至底层后，等驾驶员进入车库开走汽车后，载车板自动回至所在层位。下图为一个地上3×3型七车位的升降横移式立体车库，其工作原理是:上层载车板可以做升降运动，中间层载车板可以做升降运动和横移运动，下层载车板只能做横移运动。通过中间层和下层的空位，利用载车板横移变换空位，将汽车停到上层或降至下层，第一层的汽车可直接开进和开出，无需变换位置[3]。