吴晓瑞毕业设计说明书Word文档下载推荐.docx
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并联系电气设计和生产实际，独立完成电器控制的plc编程、调试、外设的链接，熟练plc的基本指令，应用指令的应用。
锻炼学生分析和解决问题的能力使学生掌握电气自动控制设计的基本方法，受到初步的工程设计训练，达到较熟练的应用plc的能力，为更快的适应和胜任今后将从事的电气控制工作打下良好的基础。
在这次设计中，使我们更进一步的熟练掌握plc的编程设计，扩大了专业知识面。
在编程设计的过程中，遇到了各种技术困难和问题，锻炼了我们分析问题和解决问题的能力。
通过以立体车库的plc控制技术为课题，通过具体的，实际的例子来学习plc电气控制自动化领域的应用。
由此可见，我们的设计课题发展空间大，灵活性高，具有极大的现实意义，让我们受益非线。
1.2PLC在工业控制中的应用
在本设计中，需要使用到大量的开关量，这些控制主要使用继电器或分立的电子线路来实现。
但是随着科学生产的飞速发展，人民对这些自控装置提出了更通用、易变、可靠、经济的要求。
固定接线的老装置显然不能适应这种要求。
随着电子工业的发展，人们已经开发出了各种各样可以满足上述要求的控制装置，其中可编程控制器PLC就是具有代表性的一种控制装置。
可编程系统其核心是可编程控制器，简称PLC。
它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术，新电子器件，逐步形成了具有特色的系列产品。
由于PLC控制技术具有功能齐全，应用灵活，操作方便，维修容易等优点，所以PLC控制技术在许多领域中都有应用。
在此设计的四层电梯控制系统中，我们采用了DMRON公司生产的CPM1A-40型PLC，对系统进行控制，保证系统运行安全、可靠。
第2章可编程控制器的原理与应用
2.1可编程控制器概述
可编程控制器的概述可编程控制器是以自动控制技术、微机算计技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。
早期的可编程控制器只能进行计数、定时以及对开关量的逻辑控制。
因此，它被称为可编程逻辑控制器，简称plc。
后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已经远远超过逻辑控制器的范围，于是人们又将其称为ProgrammableController,简称pc。
但个人计算机也简称pc，为了避免混淆，可编程控制器仍被称为plc。
2.2PLC的基本组成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
一、中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
二、存储器
存储器可分为三种：
1.系统程序存储器。
系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了plc的功能。
系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。
2.用户程序存储器，根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。
不同机型的plc，器用户程序存储器的内容可能差异较大。
3.工作数据存储器。
用来存储工作数据的区域叫作数据区。
工作数据数经常变化的、经常存取的，所以这种存储器必须可读写。
三、输入/输出单元
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
常用的I/O分类如下：
开关量：
按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：
按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制
四、电源部件
PLC的电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
五、I/O扩展口
当主机上的I/O点数或类型不能满足用户需要时，主机可以通过I/O扩展口链接I/O扩展单元I/O点。
没有I/O扩展口的plc是不能进行I/O点扩展口。
另外，通过I/O扩展口还可以连接各种单元，扩展plc的功能。
六、外设端口
每台plc都有外设端口。
通过外设端口，plc可与外部设备连接。
例如，连接编程器以输入，修改用户程序或监控程序的运行；
有的plc可与通过外设端口于其他plc、计算机或终端设备pt等链接进行通信，或连成各种网络等；
连接打印机以打印用户程序，打印plc运行过程中的状态，打印故障报警的种类和时间等；
连接EPROM写入器，讲调试好的用户程序写入EPROM，以免被误改动等；
连接外存储器存储用户程序等。
七、编程工具
编程工具是开发应用和检查维护plc以及监控系统运行不可缺少的外部设备，编程工具的主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试plc的内部状态和参数，与plc进行人机对话等。
编程工具可以是专业编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机。
其中手持编程器是plc生产家提供的配套的编程工具，手持编程器分为简易编程器和图像编程器两种；
计算机辅助编程软件是plc与装有编程软件的计算机链接通信时，可进行计算机辅助编程。
编程软件的功能很强，它可以编辑、修改用户的程序，监控系统运行，打印文件，采集和分析数据等。
2.3PLC的发展历史
起源：
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14
1971年，日本研制出第一台DCS-8
1973年，德国研制出第一台PLC
1974年，中国研制出第一台PLC
发展：
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
2.4PLC技术发展呈现的新动向
1：
产品规模向大、小两个方向发展大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2：
PLC在闭环过程控制中应用日益广泛3：
不断加强通讯功能4：
.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5：
编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统6：
发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7：
追求软硬件的标准化。
2.5PLC的优点
1．实现成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。
2．范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。
PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。
3．高速率PLC能够提供高速的传输。
目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M~45Mbps之间。
远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！
足以支持现有网络上的各种应用。
更高速率的PLC产品正在研制之中。
4．永远在线PLC属于"
即插即用"
，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！
5．便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受！
2.6PLC的工作原理
一.扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段在输入采样阶段
PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；
或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；
相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
2.7PLC常用的应用指令
原型指令
脉冲型指令
输出型指令
块指令与堆栈指令
主控指令与结束指令
NOP：
空操作指令。
空操作指令“NOP”是无元件的空指令，程序全部清除后，程序的全部指令就变成“NOP”。
有时，在程序的调试中，会用空操作指令“NOP”替换程序中某一指令，以方便程序的修改。
在FX2N中,产生时钟脉冲功能的特殊继电器有四个：
1、M8011：
触点以10毫秒的频率作周期性振荡，产生10ms的时钟脉冲。
2、M8012：
触点以100毫秒的频率作周期性振荡，产生100ms的时钟脉冲。
3、M8013：
触点以1秒的频率作周期性振荡，产生1s的时钟脉冲。
4、M8014：
触点以1分钟的频率作周期性振荡，产生1min的时钟脉冲。
普通型定时器（FX2N）与计时单位
地址号
数量
计时单位
时间设定值范围
T0～T199
200个
100ms（0．1s）
0．1s～3276．7s
T200～T245
46个
10ms（0．01s
0．01s～327．67s
第3章立体车库概述
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90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。
由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:
1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，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，在许多方面都显示出优越性。
首先，机械车库具有突出的节地优势。
以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。
机械车库与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。
在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。
机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。
这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。
这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。
3.1立体车库的主要几种形式
目前，立体车库主要有以下几种形式：
升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式。
1、升降横移式
升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。
此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。
产品特点如下：
1） 节省占地，配置灵活，建设周期短。
2） 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。
3） 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。
4） 存取车迅速，等候时间短。
5） 运行平稳，工作噪声低。
6） 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。
7）安全装置：
防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。
2、巷道堆垛式
巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用
3、垂直循环式
垂直循环式产品特点：
①占地少，两个泊位面积可停6"
10辆车。
②外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。
③格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。
④可采用自动控制，运行安全可靠。
3.2立体车库自动控制系统（立体车库的构成）
现代大型建筑的主流是智能化大厦和小区，因此自动化立体停车设备或车库的自动控制系统将成为智能化大厦和小区的一个重要组成部分。
操作简单、迅速，使用方便，安全可靠，维护量小，为用户提供一个安全、简易的使用环境，这是自动化立体停车设备的基本特点。
停车设备的一切运行状况，车辆停放的时间，车辆存放交费情况，车库库容量，车辆存放高、低峰情况，等信息均可通过网络传送到智能化控制中心，通过智能化控制中心运算处理，与广播系统和各分部管理办公室相连，达到提前发布相关控制、管理信息，从而全部实现智能化管理。
通过大厦和小区的智能化控制中心还可与社会相关职能部门联网，将有关信息发布出去或收集进来，扩大车库的社会利用率和经济效益。
这也将是自动化车库的发展方向和趋势。
3.2.1立体车库自动化控制系统主要五个子系统
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。
3.2.2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内，每次停车读卡自动从卡中扣除费用。
3.2.3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及车辆的安全。
3.2.4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，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。
3.2.5自动道闸
在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈及道闸，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。
3.2.6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。
系统简介如下：
视频监控功能：
在车库各出入口，值班室和车库内主要区段安装定焦摄像机，在大范围车位区安装球形云台，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。
第4章PLC的多层立体停车库控制系统设计
4.1升降横移立体车库运行原理
升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。
其车位结构为2维矩阵形式,可设计为多层和多列。
由于受收链装置及进出车时间的限制,一般为2~4层（国家规定最高为4层）,2层、3层者居多,现以典型的地上3×
2升降横移式为例,说明停
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