本科毕业设计（论文）
题目 基于PLC的立体车库控制系统设计
学 院 电气与自动化工程学院
年 级 2011 专 业 自动化
论文提交日期 2013-05-20
常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书
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基于PLC的立体车库控制系统设计
摘要
随着城市汽车保有量的不断增加，停车难的问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用土地资源，发挥空间优势，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本文以升降横移式立体车库为研究对象，采用PLC和组态软件设计了立体车库监控系统。首先，本文分析了升降横移式立体车库的架构和传动方式，在此基础上给出了立体车库控制要求，采用三菱PLC设计了汽车存取、手自动等控制程序。然后利用组态王软件设计了欢迎界面和汽车存取监控画面，通过动画连接和脚本语言编写完成了汽车的存取过程动态效果和状态显示。所设计的立体车库监控系统操作简单，存取方便，组态画面形象直观，达到了设计目标。
关键字：立体车库 升降横移式 PLC
The design of Three-dimensional garage control system based on the PLC
Abstract
As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, It has become an important way for static traffic problem of cities. This article takes lifting and transferring stereo garage the traversing control as the object of study, Using PLC and configuration software design stereo garage control system. First, this paper analyzes the structure of the lifting and transferring parking architecture and transmission mode, gives parking control requirement on this basis, then used mitsubishi PLC to design the vehicle access and hand automatically and other control procedures. Using the kingview software design welcome contact surface and automobile monitoring picture, Through the animation and scripting languages completed access process dynamic effect and the states of the vehicle display. Stereo garage control system design is simple in operation, convenient access, configuration screen visual image, to achieve the design goals.
Keywords: stereo garage; lifting and transferring;PLC
随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。“车库”在大中城市是一个热门话题，国家经济贸易委员会将“城市立体车库”列为最近工业科技发展重点，随着国内汽车的增加，车辆在公共场所及社区的停车问题将会日益突出，因为人们对生活质量和环境意识的日益增长之时“车库”的关注度逐渐增高，自动化立体车库将在新开发的项目和企业中大显身手。
当前随着汽车工业的发展和人们购买力的增强，汽车已经逐渐走入普通家庭，特别是私家车的数量迅速增长，一些大型城市面临“车多位少”的困境，对于渴望“车者有其位”的车主来说成为了一种奢侈，迫使很多车主只能直接把车停在道路上，一方面影响了道路交通的畅通，给道路交通带来了不少安全隐患的问题，另一方面也非常不利于车辆的管理，车辆很容易被人为破坏或者被盗，给车主带来了许多不必要的财产损失。
车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30-40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于80年代末开始研究开发机械立体停车设备，距今已将近三十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比率为1:1，为了解决小区停车位占地面积与住户商用面积之间的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。
机械车库与传统的自然地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流，而且也在许多其他方面显示出优越性。
1. 国外立体车库研究情况
在20世纪中后期，立体车库的发展在国外就稍有成就，慢慢家庭开始引入双层停车设备；利用家中的住宅空地建起升降横移式立体停车库；而距离市中心较近的地方则使用停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自80年代初起，经济持续发展，汽车开始逐渐进入千家万户，汽车的增长速度越来越快，迫使地少人多的一些发达国家开始研究开发和应用机械式停车技术。部分发达国家的技术水平已处于世界领先地位，并开始向外输出技术和出口产品。
2. 国内立体车库研究情况
我国在机械式车库方面的早期研究开发工作是从80年代中期开始的，90年代开始逐渐引进国外生产停车设备，在北京、上海、广州等地都有所使用。参照日本等国的标准制定出我国行业标准。目前国内停车设备生产厂越来越多，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已经开始向外出口。但在我国的立体停车产业的发展中还存在一些弊端，如没有制定统一的技术标准；大多数产品是引进国外设备进行模仿技术制造，技术水平还处于学习阶段；缺少具备一定实力的企业，在生产能力上感觉有些力不从心；市场竞争激烈，一些企业为了能够在市场上能够占有一席之地，采取低价竞争的方式；科研设计单位的参与较少，技术的创新能力严重滞后；国家政策不配套，还存在很多缺陷。为了解决上述所列问题，我们在政策、市场、管理和技术多方面还需要做出很大的努力。
目前我国经济正处在高速发展时期，由于我国的城市化水平加快和人民生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐也在不断加快，由此与汽车相关的产业进入了人民的眼球。立体车库行业急需突破，车位平均造价高，成本回收比较困难，这是比较难以突破的。最关键的是，立体车位对于大部分人来说还是一个新鲜事物，人民对它的了解太少，还需进一步推广。
立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等。
升降横移式：是利用载车板的升降或（和）横向平移存取停放汽车的机械式停车设备。适用于住宅小区、小型公司、大楼地下室、立交桥下。空间利用率高，存取车方便快捷，采用PLC控制，自动化程度高，人机界面友好，多种操作方式可选则，操作简便。
垂直循环式：是用一个垂直循环运动的载车板系统存取停放汽车的机械式停车设备 ，节省空间。使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车方便快捷。动作迅速存取方便。
简易升降式：一个车位可以泊两台车，最适宜多车型家庭用。构造简单实用，无需特殊地面基础要求。适合装置于工厂、别墅、住宅停车场，可任意迁移，搬迁安装容易或根据地面情况，独立及多台设备。
垂直升降式：占地面积少，容车量大，并且可以提供多车位进出口，等待时间短，智能化程度高，操作简单方便。
平面移动式：每层车库的载车板和升降机分别动作，提高了车辆的存取车速度，地下空间利用自由，停车场的规模可以达到几千台。在部分区域发生故障的时候，不会影响其他区域的正常运行。保险措施安全可靠。通过计算机和触屏界面进行综合管理，可对车库的运行情况全面监视，并且操作简单。
巷道堆垛：是用巷道堆垛机或特种起重机将汽车水平且同时垂直移动到预定泊车位置或相反取出汽车的机械式停车设备。适用于大规模社会公用停车楼及地下停车库 。
综合考虑，最终我将对升降横移式立体车库进行设计，通过了解升降横移式立体车库的原理及控制要求，对其提出合理的控制方案，然后采用三菱PLC进行控制程序的编写，再运用组态王软件画出组态监控画面，对汽车的存取过程全程监控。
本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率两大因素，对立体车库的传动部分和控制部分进行设计。在合理分析和选择传动机构的基础上，采用PLC实现立体车库的存取车控制；并采用组态王软件设计立体车库监控界面，完成动画设计和组态，直观形象的模拟立体车库运作过程。
后续内容安排：
第一章节介绍了课题研究背景及意义、国内外立体车库研究情况、立体车库的发展形式及设计目标和主要内容。
第二章节对升降横移式立体车库进行一个总体概述，在总体概述中又对其控制系统、工作原理、主要组成、运动规律以及升降系统和横移系统的传动原理进行一一介绍；
第三章节对比其控制方式，提出控制方案，然后对其进行硬件选型；
第四章节对其控制程序提出方案，进行设计，介绍各个控制程序流程；
第五章节仿真界面的设计，从建立到监控进行总体的详解。
上一章节的介绍使我们对立体车库有了一个简单的认识，这一章节就对其控制系统、传动原理进行深入的了解，并提出控制要求。
升降横移式立体车库的控制系统必须保证车库的各个运动机构能够在规定的时间内准确无误的完成系统所要求的动作，确保对车库现场的工作情况进行实时的监控，并把监控信息安全准确的反馈到系统的控制中心，由它对系统机构的运行动作进行补正，确保车库在整个系统的正常状态下稳定运行。所以，在确定车库控制系统的时候，首先要明确系统的控制任务。
升降横移式立体车库每个车位上均有载车板，所需存取车辆的载车板只需通过升、降、左右横移运动到达地面层，驾驶员驾驶车辆进入车库，存取车辆，完成存取过程。在这类车库地面停泊的车只需做横移运动，不必升降，上层车位则需要下层车位横移出空位，将载车板降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。
运行特点: 最下层只能进行平移运动, 顶层只能进行升降运动, 中间层既可平移又可升降。除顶层以外, 中间层和底层必须留出一空车位,以此保证上下车通道的畅通。总的原则：升降复位, 平移不复位。
升降横移式立体车库的主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护措施等五大部分组成。
升降横移式立体车库车位的结构为N×M而为矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为：P=N×M-(N-1)
其中：N为车库的层数，M为车库的列数 。
由于受收链装置及进出车时间的限制，一般设计为2-4层，以2，3层者居多，可根据泊车的多少决定停车的规模。假如要设计一座能够提供9车位的两层升降横移式立体车库。由公式可知，N=2，P=9则M=5，及设计2×5立体车库可以实现其要求。本论文就以2×5地面上布置的升降横移立体车库为例子，介绍其运行原理。
图2.1是全地上布置型式的2×5升降横移式立体车库，共有10个车位，9个载车板，最多可以停9辆车，载车板上面有车库号。车在车库内的运行情况是这样的：图中一楼的车库是直接存取车的；10号车在初始状态下可以直接下降到地面层后存取车辆；其他的车库则需要通过一楼的车库载车板横移出空位后下降到地面层存取车辆。如需在6号车位存取车，则要将1、2、3、4号车库的载车板向右依次移动，当检测移动到位后，6号车位下降即可。同样n层m列的存取车原理都是大同小异的。
图2.1 升降横移式立体车库
1.上载车板及其提升系统
每块上载车板都配有一个自己独立的电机与链传动组合的传动系统。如图2.2所示，电机顺时针旋转，载车板上升；电机逆时针旋转，载车板下降。根据载车板及车重的情况确定链条所需要的传动力，根据链条所需要的传动力及载车板的移动速度可以进行电机功率的选择，根据所设计允许进入车的车身高度确定上下载车板之间的距离，再根据这个距离确定链条的长度，最后根据传动力确定链轮的大小，链节形状及大小。
1—车位高层横移导轮 2—定长链条 3—载车板 4—链轮 5—地面横移导轮
6、9—车位架 7—升降链条 8—升降电机
图2.2 链条传动型式升降机构示意图
2.下载车板及其横移系统
如图2.3所示，由于下载车板不需要悬挂链条，在考虑经济的情况下，下载车板可以比上载车板要短。每块下载车板后部都配有独立的电机，藏于载车板内。在下载车板的底部装有四只钢轮，可以自由的在导轨上行走，其中两个为主动轮，装于长传动轴的两侧，另外两个为独立安装的从动轮。电机驱动长传动轴转动，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板可以作横移运动。根据载车板及车辆的重量、滚动速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。
1—横移导轨 2—横移行走轮 3—轴 4—伺服电机 5—交流异步电机 6—测速器 7—链条、链轮 8—制动器
图2.3 横移传动系统
1．将选择开关置于手动位置（此时程序跳入到手动程序的位置），操作面板上分别有上、下、左、右四个选择。如果想把二层的某车库载车板移下来，只需要将其对应一层车库的载车板移开即可。运行要平稳，在接近极限位置的时候，应执行限位保护。
2．将选择开关置于自动位置，程序进入初始化状态，等待存取车。
通过前面对升降横移式立体车库的一些基本介绍，我们也已经对其运动规律、传动原理以及升降、横移系统和控制要求有了一个直观的了解，下面就要对其进行控制方案的设计，通过提出一个合理的方案，然后对其进行设计，验证。
在PLC还没出现之前，继电器、接触器控制在工业领域中占有主导地位。以继电器、接触器为核心元件的自动控制系统也有许多固有的缺陷。按照以往的设计思路，采用一般的继电器控制或单片机控制也不是未曾不可，但随着科技的不断进步，社会的不断发展，采用PLC控制已经逐渐成为现代工业设计与应用的主流。通过下面的比较我们就可以知道为什么在本次设计中采用PLC控制。
● 继电器控制系统：
继电器控制系统采用硬接线逻辑，利用继电器机械点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，需要大量的机械触点，当生产工艺流程改变时要改变大量的硬件接线，同时也会受到机械触点寿命的限制；一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难；同时还需要定期的更换继电器，维修不方便，为此要耗费许多人力，物力和时间；另外，继电器触点数目有限，每只继电器一般只有4-8对触点，因此灵活性和扩展性很差；而且在工业现场的工作环境差，会降低系统的可靠性，使系统工作不稳定；安装时的接线工作量比较大，图样多种多样，安装，调试周期比较长；功能局限性大，体积大，功耗多。
● 单片机控制系统：
目前国内市场上的单片机芯片品质参差不齐，种类数不胜数，很多的其实还是国外已经淘汰出局的次等产品，批量小的那部分产品想让它经过严格的技术筛选配对也是一件很难达到的事，因此想要得到很好的一致性和高可靠性的控制系统也是很难做到的，因为无论任何一个元件的参数稍有偏差都会引起系统运行的不可靠。再加上系统中其它外围元件（如电感、电容、电阻等）的参数不稳定性也很大，对于系统的调试工作会出现很多因各个元件之间的相互干扰而带来的调试不成功，带来很多不必要的麻烦。除此之外，对于单片机的抗电源干扰能力来说也是很弱的，而国内设计的电源也都有着这样或那样的毛病，再加上变频器对电源的干扰，因此，会更可能引起单片机系统工作的不稳定。由于单片机的线路设计是根据一定的功能要求而进行设计的，因此如果想要对其增加一个新的功能就要重新设计线路，而且与之相对应的程序也都要重新设计。如果想要再增加功能，则会增加单片机的开发成本和周期。一旦单片机运行系统出现故障，就很难诊断出故障元件和故障原因，可能为了检测出故障所在而要对线路进行逐一排查。
● PLC控制系统：
PLC所采用的CPU都是由生产厂家专门设计的，每个元件都可以直接向生产厂家购买，都是经过严格筛选的工业级元件。当你要增加一个新的功能的时候，只要对其增加相应的模块和修改对应的程序即可，而且PLC的编程方法也相对比较简单易懂，这样开发周期就会大大缩短。PLC本身还具有很强的自诊断功能，一旦PLC运行系统出现故障，可以根据自诊断很容易诊断出故障元件及故障原因，即使非专业人员只要能看懂也是可以维修的，如果故障是由于编程人员对程序设计的不合理所引起的，而且它还提供了完善的调试工具，在运行状态下，对程序进行监控，也是比较容易找出到底程序上是因为哪里不合理而造成的故障。
由于PLC控制与其他控制方式相比编程与控制还是相对容易的，设计周期更短，成本相比较之下也更加低廉，检查维护与调试工作也变得更加游刃有余。因此，根据现有条件综合考虑之后，我将选用PLC的控制方式对其进行设计。
在本次设计的系统硬件的设计中包括检测单元、执行单元和控制单元部分的设计，他们之间互相联系，缺一不可，共同组成一个完整的系统。
在过程控制系统中，检测环节还是一个相对比较重要的环节。设计中涉及到限位的检测，将检测的结果送给PLC，通过PLC执行相应的动作。如果检测单元出来问题的话，就会造成整个系统可能都无法动作，还可能会带来意想不到的后果。
执行单元是构成自动控制系统不可缺少的重要组成环节之一，它接收来自检测单元的输入信号，并使相应的元件得电动作，使PLC进入相应的子程序，以便执行下一步动作，从而控制整个系统的安全可靠运行。
控制单元是整个系统的核心。在系统中，PLC是控制系统的中心元件，没了它整个系统将会瘫痪，它的选择是控制单元设计的重要部分。系统应用的三菱FX2N系列的PLC，其结构简单，使用灵活，编程方法通俗易懂，易于维护。它采用模块化设计，本系统主要包括CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和电源模块。
立体车库的整个控制系统由上位机监控系统和下位机PLC控制系统组成，图3.1为该系统的组成框图。该系统由上位机（计算机）、三菱FX2NPLC 和现场操作机构构成，以计算机为核心。在控制方式上有三种方式，一是现场手动控制，主要用于现场设备检修、调试或当出现异常情况的处理；二是通过PLC单独控制，操作PLC 控制面板上的按钮可对其实现自动逻辑控制，在车库容纳量不大，节约成本的情况下可以考虑单独采用这种方式控制；其三是上、下位机通信连接机构成监控系统的控制方式，由计算机给出存取命令，然后把命令传送给PLC执行, 同时车库的整个运行状态实时的反映在上位机的监控画面上。三种方式可以任意选择。如果车库的规模足够大，还可以考虑配备操作器、触摸屏和IC卡磁卡机实现智能化自动控制。
图3.1 系统组成图
系统工作过程如下：
（1）PLC上电，程序开始进入初始化状态，扫描一层载车板的位置；
（2）当有人按下操作面板上的车库号按钮时，PLC就进入相应的子程序，就执行该车库相应的动作，车库挡车杆打开，使车辆能够进入；
（3）按下按钮的同时显示相应的车库号，并且显示剩余车库数，当存车到位后安全防坠挂钩会动作；
（4）当执行完相应的存取车程序后，会有对应的指示灯显示车库的有无车情况（绿灯代表无车，红灯代表有车）；
（5）当按下手动按钮时，就跳入手动程序；按下自动按钮，又跳回自动控制程序；当出现故障，按钮急停按钮，全部电机断电，报警指示灯闪烁。
1.PLC的选型
根据系统的控制要求及复杂程度，需要对所用到的I/O口要进行初步的估算。PLC的输入输出点数是有限的，通常在设计关于PLC控制系统时可能会遇到其I/O口的点数问题，我们根据所需的I/O点数选择适合的PLC或增加其扩展单元。
经过计算统计，本次设计一共需要36个输入口（X）和37个输出口（Y），结合我自己所学的知识（我在学校所学的PLC系统以三菱系列为主），因此我决定选择三菱公司生产的FX2N-80MR PLC,它是220VAC电源输入、24VDC晶体管输出的主控制器。
2.I/O口的确定
下面分别列出输入、输出点的使用情况，如表3-1，3-2所示：
表3-1 输入点
续表3-1
表3-2 输出点
续表3-2
PLC的接线设计：在升降横移式立体车库中，控制系统中的主要控制对象首先就是一层车库内的横移电机和二层车库内的升降电机，为了能够保证一层的载车板横移到所设定位置以及二层载车板能够上升或下降到所设定位置，就要求控制系统的程序设计能使它们在不同的情况下实现电机的正反转，是否达到设定位置采用接近开关实现。判断载车板上是否有无车辆，而采用了光电开关。最后就是立体车库内的各种辅助装置的选择，如存取车和车库指示灯及其安全设施装置等。同时在车库中还采用了一些传感器以及安全预警装置，图3.2为其简化的PLC外部接线图，整体外部接线图见附录一。
图3.2 PLC部分外部接线
电机控制及其接线设计：在进行存取车时，升降停车位的车在同一时间不能同时进行升降和横移，这两个动作必须进行互锁，否则PLC将不知道程序如何执行，造成程序的跑飞，可能会带来不必要的事故发生，造成一定的财产损失。所以当上层车库的载车板升降，下层车库的载车板就不能移动，反之亦然，并且上层车库的车位进行升降运动的只能有一个。这些控制的方法可以在程序中可采用联锁或互锁的方法来解决。由于我所设计的程序是用步进的方式编写，因此有效的避免这一问题的发生。
由于电动机的种类良莠不齐，可以用不同的方法进行分类，如按结构、安装方式、电源电压、外壳保护、绝缘等级、功率大小、电源频率，运行特性，用途等各种方法分类，但在不同的分类之间都有着千丝万缕的相互连接。我国目前以功率大小为前提进行总的划分，并且把结构特点、用途、主要性能和型式等作为一个补充条件。
对于两层五列立体车库的安装原则是：底层的四个载车板各自装有一个电动机，以控制载车板的左右水平横移；上层的五个载车板也各自装有一个电动机，只需在相应地列下层有空车库时控制载车板的升降运动。
1．升降电机的选择
升降电机可以选用YZ系列，YZ系列为鼠笼型异步电动机，具有很大的启动转矩和过载能力，能够进行频繁的起动，转差率也比较高，并且还具有良好的防护特性。它适用于短时或断续运转、启动、制动频繁、有时过载以及有过强振动的一般起重设备上。对于上层载车板来说，它的大部分时间都处于静止状态，只有在升降过程中电机才会动作,所以适合采用YZ系列电机。
由于底部载车板大约重370Kg，小车重量大约在1.4Kg-1.8Kg之间，载车板升降移动速度V=4m/min，而一般电机效率为0.75，通过公式计算得知，选用YZ132M1-6型号电机，功率为2.2KW，转速935r/min，堵转电流倍数4.74，额定电压380V，堵转转速倍数3.11，效率75.5%，频率50HZ，功率因素0.77。
2.横移电机的选择
由于驱动载车板横向移动所需克服的载荷不像升降电机所需那么大，故在这里选用小功率的异步电动机即可。小功率的异步电动机具有结构简单，造价低廉，噪声低，运行安全可靠，对无线电干扰小等特点，是广泛应用的驱动动力。
由于底部载车板大约重300Kg，小车重量大约在1.4Kg-1.8Kg之间，滚轮与导轨之间的摩擦系数为f=0.005，载车板横向移动速度V=10m/min，链传动效率为0.96，电机效率为0.6，通过公式计算可知，选用YS系列三项异步电动机，型号为YS6324，功率为180W，转速1440r/min，额定电流0.64A，额定电压380V，效率64%，频率50HZ，功率因素0.66。
1.车位认址信号
在升降横移式立体车库中，通过载车板的升降横移运动就可实现车辆的存取操作。设计的两层九车位系统中，一层的载车板只有左右横移运动，二层的载车板只有升降运动。因此，一层车位载车板的横移运动需左右限位信号，则二层车位载车板的升降动作需上下限位开关。
在本次设计中，车位认址信号的选用是在车库中安装接近开关来实现，接近开关具有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高等特性。接近开关感元件安装在载车板上随载车板一起运动，将接近开关触点安装在车库的制动点上固定起来。
本次设计选用的接近开关为上海坤式RDQF118，动作距离20mm，输出电流200MA，图3.3所示：
图3.3 接近开关
2．车位停车信号
在升降横移式立体车库中，载车板上是否有停放车辆通过采用光电开关实现。在本次设计中采用红外对射式光电开关，在载车板的对角线上安装。当有车辆停放时，阻挡了红外对射信号的接收，光电开关无输出，当无车停放在载车板上时，存在红外对射信号，光电开关有输出。
本设计选用的光电开关为上海坤式GBL41X系列对射式，作用距离5M，直流2线输出，电流1000MA，如图3.4所示：
图3.4 光电开关
上一章节已完成了控制方案的设计、控制系统的硬件选型以及传动方案的确定，下面就要对其设计控制程序，以完成对小车的存取控制。
根据控制要求，利用GX Developer Version编程软件进行控制系统的编程设计，所用的编程语言为梯形图，整体程序见附录二。下面介绍程序的编写过程及部分控制程序。
根据车库的运行控制要求，控制程序采用步进结构编程，由主循环程序和若干子程序状态构成。用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，存取车的流程如图4.1，4.2所示：
图4.1 存车程序流程图
图4.2 取车流程图
程序设计方案如下：
（1）初始化程序恢复各个电机、指示灯、防坠（安全）挂钩的信息，扫描各到位开关信号；
（2）主控制程序是按照进车优先的原则，将最多的车位保持在进车位置。每个用户可以根据操作面板上的车库空位情况进行选取车库号，有车的车库，其所对应的灯就会变红。判断一层载车板是否到位是根据横移电机所对应的接近开关动作信息来确定的。二层升降系统的启、停动作也是根据相应的接近开关动作信息来确定。
（3）控制程序采用模块化编程形式，当载车板需要运行的时候，只须根据程序执行跳入到相应的状态下，这样就会使程序的复杂程度得到有效的降低，即使你PLC编程不怎么强，只要能看懂程序，程序的调试与修改也会很容易上手，且为车库的下一步拓展也提供了不少便利条件。整个设计程序中包括程序的初始化模块、手动按键子程序模块、自动停车程序模块、紧急停车程序模块、空车位号显示模块、存取车位号赋值程序模块与移动车位号赋值程序模块。
当按下急停按钮时，就会中止目前系统的运行状态并保存现场断点信息，当发生机械或电气故障时，如出现运行过程中电机的过载、过热时，系统就会自动中止运行，与此同时系统发出声光报警，提示工作人员系统已出现故障，这时要对其进行检修，然后人工选择手动方式进行故障处理。
由于PLC和组态王连接的时候出现通信失败，经过调试发现，只有把所用的输入（X）都换成了辅助（M），才可以实现PLC与组态王的通信，所以最终我把程序中所有涉及到的输入量都换掉了。
每个程序在编写之前都会考虑到手动控制，防止在出现故障时维修人员可以进入手动方式对出故障的车库进行检修、调试。下面只以2F1#车库为例，对程序进行解析，图4.3为手动控制程序：
图4.3 手动控制程序
程序的控制流程如图4.4所示：
图4.4 程序的控制流程
当想要进行手动控制的时候，首先按下手动按钮（M111），此时程序会自动跳入S80状态下（即手动控制状态）。然后按下2F1#选号按钮，中间继电器（M7就会得电自锁），即使2F1#选号按钮复位，也保证了选中的是2F1#车库载车板，再通过按下向上或向下按钮，就可对其载车板进行上升、下降控制。
在车库正常运行的情况下，程序大部分时间是在自动控制程序下运行的，所以自动控制程序是主要设计部分，下面以2F1#车库为例介绍，下面是其自动控制程序流程图，如图4.5所示，其他的车库与此类似，就不对其一一介绍。
图4.5 2F1#自动控制流程
当想要进行自动动控制的时候，首先按下自动按钮，这时程序会自动跳入S20状态下（即自动控制状态），与此同时检测程序也将检测出的一层空出库号送到D1里。然后按下2F1#选号按钮，存取车指示灯闪烁，此时将选号送入D2中，然后按下存车或是取车按钮，程序就会进入2F1#号车库存取车状态下，再将D1和D2中的数进行比较，然后开始执行相应的程序，当D1=D2的时候，就跳到S30状态，二层1号车库载车板开始下降，下降到位后，小车上到载车板上，然后载车板复位，回到原来的位置，到位后防坠安全挂钩下降锁住载车板，存取车指示灯停止闪烁，2F1#号车库存取车完成。其对应PLC程序如图4.6所示：
图4.6 2F1#自动控制程序
当按下按钮时，把数送到寄存器中去比较，然后跳入相对应的状态下。其控制流程如图4.7所示：
图4.7 二层车库选号流程
按下二层任一按钮，然后把车库号送入D2中即可，为下面的执行成作准备，PLC控制程序如图4.8所示：
图4.8 二层车库选号程序
检测一层车库载车板在哪个车库，因为我所设计的是一层不复位控制，所以要进行一层车库载车板检测设计，如图4.9所示：
图4.9 一层车库载车板检测程序
一层载车板检测程序不熟任何状态，在程序执行过程中一直处在扫描，为下一次存取车做好准备。
当系统出现故障的时候，按下急停按钮就会断开所有的电机和辅助继电器，防止出现人员受伤或是车辆损坏情况，程序如图4.10所示：
图4.10 急停程序
由于学校实验室条件有限，本次设计是通过组态王仿真实现，还有部分控制程序是通过在组态王里编程实现。
当PLC控制程序设计完成后，就开始着手进行组态监控画面的设计，对其进行动画连接，与PLC进行通信，监控小车的整个存取过程。
在电脑上安装好组态王之后，双击桌面的组态王应用图标，打开工程管理器，然后建立一个新的工程，并对其进行命名，选择好存储路径即可。如图5.1所示，最下面的一行是我新建的工程，工程名称为“立体车库”。
图5.1 建立工程
然后双击工程管理器中的工程名，就会跳出工程浏览器对话框。在工程浏览器中，双击新建图标，可以新建画面，命名画面名称，调好相应的配置，如图5.2所示。我新建了立体车库欢迎界面和监控画面。
图5.2 新建画面
当PLC程序设计完成后，就开始着手监控组态画面的设计，起初由于对组态王软件不熟悉，只是想画几个按钮，有指示灯，然后再设计出小车的动态即可。随着对课题和组态王的不断深入了解，还有通过许老师的指导，我开始慢慢向里面加入一些新的元素，组态画面也在不断美化，使其看起来更加具有立体感。
完成的效果：一层车库只需按下车库号就可完成小车的动态监控；当选好二层车库号时，按下存车按钮，操作面板上会显示所选车库号与剩余车库数，存车指示灯闪烁，与此同时车库阻挡杆打开，小车运行到指定的车库下，一层载车板同时也移动到指定位置，然后二层载车板下降，到达一层限位时小车移动上去，然后随着载车板一起运动到二层，待车停好，防坠安全挂钩下降锁住载车板，存车指示灯复位，操作面板上对应指示灯亮。
此界面只是作为进入监控画面跳板，画面上有字体左右滚动和时间及日期的显示，如图5.3所示：
图5.3 欢迎界面
根据设计要求，设计升降横移式立体车库的监控界面，设计有控制面板和车库的整体构架，还有动态运行的时候可以看到整个运行效果，设计界面如图5.4所示：
图5.4 立体车库监控画面
在设备配置中设置三菱PLC的通信参数设置，具体内容如图5.5所示：
图5.5 串行通信接口参数设置
单击工程浏览器中COM1，然后双击新建逻辑设备，此时会蹦出如上图所示的对话框，然后选择“PLC-三菱-FX2-编程口”，单击下一步，给设备取一个逻辑名称，单击下一步，选择COM1口-地址2，尝试恢复间隔和最长恢复时间不用改它，最后完成PLC与组态王之间的数据通信连接。
只是这样还不能进行PLC与组态王之间的数据传送，还要对其波特率、数据位、校验、停止位进行选择，对应的选择分别为：9600、7、偶校验、1。设置完成后就可对PLC与组态王之间进行数据传送了。
打开组态王，进入工程浏览器，单击“数据词典”，进入建立变量界面，点击“新建数据库变量”，I/O离散变量要设置变量名、变量类型、连接设备、寄存器、数据类型和读写属性。内存变量则只需设置变量名和变量类型即可。变量名不能重复，而且在设置前最好把所需要用到的变量罗列出来，连接的时候与之一一对应起来。需要和PLC进行通信的设置为I/O离散，只需在组态王中实现的（如车的动态演示）设置为内存整型即可，部分需要设置为内存离散（如选择按钮）和内存整型。由于组态王中变量点数的限制，还有部分变量建立不了，所以最终我选择演示四个车库的整体动画效果，即一层1F2#和1F4#车库，二层2F1#和2F3#车库的动画演示情况。新建变量界面如图5.6所示：
图5.6 新建变量
所建变量列表见附录三。
定义动画连接是指在画面中的图形与数据库里定义的数据变量之间建立一种内在的关系，当变量值发生改变的时候，画面中的图形对象就会以动画的效果表现出来。
1.画面的切换
两个画面之间要实现切换也需要对其进行动画连接，如图5.7所示：
图5.7 画面切换动画连接
2.小车的动画连接
在本次设计中，定义动画连接是必不可少的，小车、载车板以及防坠安全挂钩都需要对其作动画连接，下面我只以小车的动画连接做个例子，其他都大同小异。
为实现在画面中小车的动画效果可作如下操作：双击小车，可弹出“动画连接”对话框，选择“位置与大小变化”中的“水平移动”和“垂直移动”，可弹出“水平移动连接”和“垂直移动连接”对话框，其中表达式选择“\\本站点\车”和“\\本站点\车上”，设置如图5.8所示：
图5.8 小车的动画连接
监控画面中的动态效果需要进行组态语言的编写，程序在工程浏览器中的“应用程序命令语言”中编写。下面只以2F1#车库为例，下面是存取车程序。
//1F2#号车库进车
if(\\本站点\一楼二开关==1 && \\本站点\存车开关==1 &&\\本站点\一楼一开关==0 &&\\本站点\一楼三开关==0 &&\\本站点\一楼四开关==0 &&\\本站点\一楼五开关==0)
{if(\\本站点\字体移动1<=69 && \\本站点\有车标志==0 &&\\本站点\急停按钮==0)
{\\本站点\字体移动1=\\本站点\字体移动1+70;}
if(\\本站点\车>=280 &&\\本站点\急停按钮==0)
\本站点\字体移动1=\\本站点\字体移动1-70;
if(\\本站点\车<=409 &&\\本站点\急停按钮==0)
\\本站点\车=\\本站点\车+20;
Else
{ if(\\本站点\车上<=120 &&\\本站点\急停按钮==0)
\\本站点\车上=\\本站点\车上+20;}
if(\\本站点\车上==140)
\\本站点\有车标志=1;
if(\\本站点\车上==140 || \\本站点\急停按钮==1)
{\\本站点\存车开关=0;
\\本站点\一楼二开关=0;}}
//2F1#号车库取车
if(\\本站点\二楼选号==1 && \\本站点\取车开关==1)
{ \\本站点\取车限位=0;
if(\\本站点\车上==0)
{if(\\本站点\字体移动1<=69)
\\本站点\字体移动1=\\本站点\字体移动1+70; }
if(\\本站点\车<=20)
\\本站点\字体移动1=\\本站点\字体移动1-70;
\\本站点\二层1安全挂钩=\\本站点\二层1安全挂钩-60;
if(\\本站点\二板1下移==1)
{if(\\本站点\车上>=141)
\\本站点\车上=\\本站点\车上-10;}
if(\\本站点\一层1下限位==1)
{if(\\本站点\车上>=0)
{ \\本站点\车上=\\本站点\车上-35;}}
if( \\本站点\车上==0)
{if(\\本站点\车>=0)
\\本站点\车=\\本站点\车-70;
if(\\本站点\二层1上限位==1)
\\本站点\取车限位=1;}
if(\\本站点\二层1上限位==1 && \\本站点\车==0)
{\\本站点\二楼选号=0;
\\本站点\取车开关=0;
\\本站点\有车标志2=0; }}
3.欢迎界面的的编写设计
在欢迎界面里，我让字体能够左右滚动，当到达右极限的时候就往左走，到达左极限的时候再往右走，如此做循环往复运动。
编写语言如下：
//欢迎界面程序
if(\\本站点\字体移动==0)
\\本站点\xianwei=0;
if(\\本站点\字体移动==100)
\\本站点\xianwei=1;
if(\\本站点\xianwei==0)
\\本站点\字体移动=\\本站点\字体移动+20;
if(\\本站点\xianwei==1)
\\本站点\字体移动=\\本站点\字体移动-20;
下面以2F1#号车库存车为例，对监控画面进行仿真，仿真结果如图5.9所示：
图5.9 2F1#号车库仿真调试
进入VIEW运行监控，当按下2F01按钮，操作面板上会显示车库号，并显示剩余车库数；按下存车按钮时，存车指示灯闪烁，车库挡车杆打开，小车进入预定轨道，运行到如上图所示位置停下，等待2F01车库载车板下降到1F01车库内，同时一层载车板通过PLC控制一个接着一个想右横移，待四个载车板都移动完成，2F01车库载车板下降，1F01车库内画有接近开关，当车板下降到位，限位灯会亮，然后小车运行到载车板上，再随着载车板一起上升到二层车库，二层限位检测到信号，安全防坠挂钩动作，向下运动锁住载车板，保证载车板不坠落，保护楼下车辆的安全。不管载车板上是否有车辆都不影响载车板的移动，所以就算车库中全部停满车辆，取车的时候也是这样执行的。
想要使小车动作，就要进行命令语言的编写。在设计时，命令语言的编写也不是一次成功的，经过多次调试，才有了最后的动态效果。
在调试过程出现过当取车完成后，二层载车板再来回上下移动，看到PLC上对应的输出在来回跳，通过和同学的研究和向老师请教，解决了这一问题，即在组态王中加了一个限位，在PLC中对其进行打断。
本次设计采用PLC控制，利用组态王监控，实现对整个立体车库的控制与监控。用户只要选择想要停的车库号，通过操作面板上的按钮，就可以完成汽车的存取车过程。在本次设计中我利用三菱PLC对其控制程序进行编程、调试。利用组态王软件设计出立体车库欢迎界面和监控画面，在监控画面里又设计了控制面板操作区、存取车控制区、车库指示区。控制面板区设计有：一层、二层车库的选择按钮；车库是否有无车辆的指示；车库号和剩余车位数的显示；手自动和急停按钮的切换。存取车控制区设计有：立体车库整体框架结构；限位开关的指示；防坠安全挂钩的动作；存取车指示灯；车库指示区设计有：车库挡车杆；车库的运行轨道。
本次设计完成的主要工作有：
1、系统整体设计方案；
2、硬件的电路设计及PLC程序的编写；
3、人机界面组态王软件的监控以及命令语言的编写。
通过本次设计，使我对“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”这句话理解的更加深刻。只有理论是万万不行的，理论和实际相比还是有一定的差距的，有时候并不是我们所想象的那样，所以“实践是检验真理的唯一标准”这句话已深深地印在了我的脑海里。我们要把学习过的理论知识与实践相结合起来，也算是检验自己这两年在学校学习成果的一次机会。
在本次设计中也存在很多的不足，还有好多内容没有考虑进去，尤其是机械方面的问题，程序的编程也有些不严谨，组态画面的效果也有待改善，如果有机会在以后的工作中还能继续接触到立体车库，我会去对其深入的了解，为以后的立体车库发展出一份力。
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1.I/O离散变量
2.内存整型变量
3.内存离散变量
本研究及学位论文是在我的导师许仙珍老师的悉心指导下完成的。她严肃的教学精神，不断激励着我。在课题的设计和论文的写作过程中我遇到了许多的困难和障碍，但这些问题都在同学和老师的帮助下一一解决。尤其要强烈感谢我的论文指导老师许仙珍老师，她对我进行了无私的指导和帮助，每星期都和我进行一次交流，帮我解答一些设计上的问题。在程序设计中帮我指出错误，和我一起研究，全身心的帮我解决问题，不厌其烦的帮助我进行论文的修改和改进。老师不仅在论文上给我精心的指导，同时还也关心我的工作问题。不仅是我的良师也是益友。在此向帮助和指导过我的各位老师表示感谢！感谢帮助过我的同学和朋友，在论文的撰写和排版过程中热情的帮我修改，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。同时也要特别感激关于升降横移式立体车库的研究者。在各位学者的研究基础上，我受到很多启发并顺利完成了本篇论文的写作。
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正！
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