基于三菱FX2N-80MR PLC的立体车库设计

ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
本科毕业论文
基于三菱FX2N-80MR PLC的立体车库设计The Design of Stereo Garage Based on Mitsubishi
FX2N-80MR PLC
系（院）名称：电子信息与电气工程学院
专业班级：自动化2008级1班
学生姓名：xx
学号：2008020100xx
指导教师姓名：xxx
指导教师职称：讲师
2012 年5 月
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明
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作者签名：日期：
目录
摘要 (I)
Abstract (Ⅱ)
引言 (1)
第一章立体车库简介 (2)
1.1 课题的背景和意义 (2)
1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状 (2)
第二章立体车库机械部分设计 (4)
2.1 升降横移式立体车库的基本结构 (4)
2.1.1 立体车库的工作原理 (4)
2.1.2 立体车库部分机械构件及其功能 (5)
2.2 立体车库中的安全防护装置 (7)
第三章立体车库控制系统硬件设计 (8)
3.1 电气控制系统整体设计 (8)
3.2 硬件系统配置 (9)
3.2.1 PLC的介绍 (9)
3.2.2 其他资源配置 (10)
第四章立体车库控制系统软件设计 (12)
4.1 PLC的I∕O资源配置 (12)
4.2 电气控制系统PLC接线图 (13)
4.3 PLC控制程序设计 (16)
第五章控制系统程序图及仿真图 (18)
5.1 控制系统程序梯形图： (18)
5.2 控制系统仿真图 (22)
结论 (27)
致谢 (28)
参考文献 (29)
基于三菱FX2N-80MR PLC的立体车库设计
摘要：立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。

随着城市汽车拥有量的不断增加，停车难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地上资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

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的双重因素。

本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。

升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的力学分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。

在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用三菱公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器(PLC)作为控制系统简单易行。

其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。

为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

关键词：立体车库；控制系统；可编程序控制器
The Design of Stereo Garage Based on Mitsubishi FX2N-80MR PLC
Abstract: Stereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. 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, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically.
On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage. Including intension of the framework structure and axes, etc. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of Mitsubishi company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth. Keywords：Stereo garage; Control system; PLC
引言
立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的储存设施，随着城市汽车拥有量的不断增加，停车难问题已经成为大中城市的一个普遍现象。

机械式立体车库可充分利用地上资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑制造成本和运行效率的双重因素。

本设计主要是对车库的控制系统设计及设备总体结构设计，确保客户停车取车方便快捷和安全。

详细论述了控制系统设计的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。

升降横移式立体车库就组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

依据升降横移式立体车库的运行原理，在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用三菱公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程控制器（PLC）作为控制系统简单易行。

第一章立体车库简介
1.1 课题的背景和意义
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，距今已将近二十年的历程。

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。

在现代，随着社会经济的不断发展，科技的不断进步，人们的生活水平在不断的提高，慢慢的，人们开始选择汽车作为出行工具，而随着汽车的不断增加，渐渐地，人们发现，城市里的停车位越来越少，经常会出现找不到停车场这种难题。

由于现在土地越来越紧缺，于是，如何让停车场能停更多的车而不占用更多的土地便成为了一个问题，于是，立体车库便成为了一种可能的选择。

立体车库拥有占地面积小，汽车容纳能力强的特点，它可以在大厦林立的小区中摆放，也可以大面积的组合使用，还能和地下停车场，车库等组合使用，能大大的解决停车难的问题。

在当今社会，自动化控制技术使用的地方越来越多，而PLC技术已经成为了自动化控制的主要方式之一。

将PLC控制技术应用到立体车库上，可以大大的方便人们停车的过程。

1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状
早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。

自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，拥有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。

以日本、美国、德国等为代表的发达
国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。

目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。

机械方面，应用了许多新材料、新工艺。

设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。

控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。

控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。

安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。

在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。

解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。

政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。

市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。

鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。

第二章立体车库机械部分设计
2.1 升降横移式立体车库的基本结构
2.1.1 立体车库的工作原理
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。

图2.1 七车位升降横移式立体车库工作原理图
如图2.1所示：1 、2号车位可以直接存取车辆；7 号车位需下降后再存取车辆；3 号车位，则需先将1 号和2号载车板右移，再将3号载车板下降后才能存取车辆；4号车位，则需先将2号载车板右移，再将4号载车板下降后才能存取车辆；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降后才能存取车辆；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板下降后才能存取车辆。

由于升降横移式立体车库对场地的适应强性，可根据不同的地形和空间进行相应的组
合，规模可大可小，对场地的要求比较低，因此，应用非常广泛。

2.1.2 立体车库部分机械构件及其功能
以三层三列升降横移式立体车库为例，其主要有六大部分组成，分别是：结构框架部分，载车板部分，横移部分，升降系统，控制系统，安全防护系统。

1．框架
立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在本文中，选择用钢结构。

钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。

构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。

拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。

施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。

由于钢结构具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。

2．一层载车板横移传动系统（链传动系统）
第一层车位设置在地面上，汽车的存取可以直接在对应的位置进行，车辆驶上载车板后，只能实现水平移动的方式，如图2.2所示。

图2.2 一层载车板横移链传动结构
传动方式为电动机带动主动链轮，使链条带动从动链轮从而带动主轴，进而驱动行走轮带动载车板在导轨上做横移运动，采用这种链传动方式与齿轮齿条传动方式相比，结构简单，成本低。

同样可以达到传动准确，效率高的目的。

3．二层载车板升降横移运动的传动系统（链传动系统）
第二层车位是由一个横移矩形框架及一个悬挂载车板组成，汽车驶上载车板后不光要进行横移运动，还要进行垂直升降运动。

如图2.3所示。

图2.3 二层载车板升降横移传动结构图
横移传动方式为：横移电动机带动横移主动链轮，使链条带动横移从动链轮从而带动横移主轴，进而驱动行走轮带动横移框架，实现二层载车板的横移运动做横移运动。

升降传动方式为：升降电动机带动升降主动链轮，使链条带动升降从动链轮从而带动升降主轴，进而驱动升降链轮带动升降链条，从而带动载车板，实现二层载车板的垂直升降运动。

4．三层载车板垂直升降运动的传动系统（链传动系统）
第三层车位是由一个焊接在立体车库骨架上的框架和一个悬挂载车板组成的。

当汽车驶上载车板后，只能进行垂直升降运动。

如图2.4所示。

图2.4 三层升降传动结构图
升降传动方式为：电动机带动主动链轮，使链条带动从动链轮从而带动主轴，进而驱动升降链轮带动升降链条，从而带动载车板，实现二层载车板的垂直升降运动。

5．安全装置
在立体车库上层停车位和下层停车位的纵梁处装有上下行程限位开关，在中间层和底层车库横梁两端装有左右行程限位开关。

上载车板上装有防坠落安全装置，防坠落安全装
置安装在纵梁和上载车板停泊位置之间，在纵梁两边各安装两只电磁铁控制的挂钩，载车板两侧相应位置装两只勾环，当上载车板上升到位后，纵梁上安装的四只挂钩便会自动勾住四只勾环，以防止当升降电机制动器失灵后，上载车板汽车和上载车板坠落，从而压毁下层的汽车。

行程限位开关的作用是当载车板到达位置是自动停止。

6．控制系统
升降横移式立体车库的控制系统采用PLC控制，主要有自动，急停，两种控制方式，立体车库一般采用自动控制方式工作，当出现紧急异常的情况时候使用急停控制。

2.2 立体车库中的安全防护装置
车库是用来存放汽车的，汽车的价格是很昂贵的，所以车库一旦发生事故，所造成的损失会很大，为此，我们要将事故防范于未然。

为此车库的安全防护措施应该做到以下几点，并安装相应的防护设备。

1．急停措施：在控制盒上安装红色的紧急停止开关，当发生异常情况时，按下急停开关能使立体车库立即停止运转。

2．阻车装置：为了防止汽车在载车板上发生滑动，应该在载车板后端和前端安装一高25mm以上的阻车挡块，司机在停车时应将汽车停在载车板合适的位置上，并拉好手刹。

3．限位保护：立体车库的载车板在升降和横移过程中是靠定位开关来定位的，为了防止定位开关出现故障而导致事故，所以在上升定位上方，下降定位下方，左移定位左边，右移定位右边分别装有限位开关。

当定位开关出现故障时，一旦限位开关触碰到载车板时，限位开关立即使车库停止工作。

4．载车板固定装置：当载车板到达指定位置后，为防止载车板下滑或因故坠落，损害其下方的车或人，所以安装电磁铁控制的挂钩形式的防坠装置。

当载车板停靠到位时，电磁铁由通电状态转为失电状态，驱动挂钩勾住铁环。

当载车板要下脱离铁环。

电磁铁由失电状态转为通电状态，按下急停按钮使车库立即停止。

第三章立体车库控制系统硬件设计
3.1 电气控制系统整体设计
整个车库由一台PLC对其进行管理和监控，由PLC来控制载车板升降横移传动装置，完成车辆的存取操作，各车位车辆的存取由PLC根据当前各车位的停放情况，按照相应的策略来调动载车板，以存取车辆。

立体车库的自动控制系统包括弱电和强电两套系统，弱电系统主要是各种信号的采集和控制输出，例如：通过PLC输出信号给接触器线圈，以此来控制接触器的通断，从而来控制强电系统。

强电系统主要包括载车板电机控制线路，控制电机正反转的接触器等。

车库采用面板按钮呼叫车位存取车，用升降横移装置将汽车输送到位。

控制系统在面板上设有急停按钮，当发生意外时，按下急停按钮将使车库立即停止运行。

系统输出控制信号包括控制电机运行和方向的信号，控制电磁铁得、失电信号。

升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。

它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。

升降横移式立体车库的系统控制原理：操作者通过控制面板把操作信息传送给控制系统，经过系统处理后通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库的运作。

立体车库系统控制原理框图如图3.1所示。

图3.1 原理框图
由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。

国内外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车位、大容量的现代化升降横移式立体车库中。

在升降横移式立体车库中，控制系统的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统要使它们在不同的时间内实现正反转；其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。

为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了限位开关。

一般小型车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行对其控制。

3.2 硬件系统配置
本节主要介绍升降横移式立体车库的控制系统和所需的各种硬件设备。

3.2.1 PLC的介绍
入出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。

入出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。

PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。

系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。

用户程序由用户按控制要求设计，什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。

可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。

PLC的I/O电路，都是专门设计的。

输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。

而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。

输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。

输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。

I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。

PLC有多少个I/O
用点，一般也就有多少个I/O用电路。

但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。

输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。

每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。

输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。

输出锁存器与输出点也是一一对应的这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。

它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。

把输入暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。

PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。

这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。

这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。

由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。

输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。

一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。

靠运行系统程序，输出继电器。