基于PLC 的立体车库监控系统设计

江苏科技大学本科毕业设计(论文)(2011届)论文题目 基于PLC 的立体车库监控系统设计 (英文) 所在学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 指导教师 职称 完成日期 年 月 日基于PLC 的立体车库监控系统设计2011年5月江苏科技大学南徐学院本科毕业论文 35摘 要立体车库在国内是个新兴行业，立体车库可缓解城市动、静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地价值。本系统采用PLC、计算机结合组态画面监控，按动按钮或控制组态画面即可完成汽车存取过程，操作简单，存取方便。控制电路部分采用传统电气控制方式，使车库运行安全可靠。设计采用可分组合，模块式安装，方便灵活，具有维护使用方便，造价低等特点。采用三菱FX2N-40MR PLC和组态王6.53版监控软件实现基于PLC 的立体车库监控系统，具有立体车库的监控、存取、管理等功能。针对立体车库的特点，提出了各类提供监控系统运行可靠性的措施。关键词：立体车库；PLC控制；组态王AbstractThree-dimensional garage in domestic is a new profession, three-dimensional garage can relieve urban dynamic and static traffic problems, improve the residential environment, the effective utilization of land value. This system use PLC, computer combination configuration screen monitoring, push buttons or normal control group picture can complete automobile access process, the operation is simple, access convenient. Control circuit part adopts traditional electrical controlling method, the garage safe and reliable operation. Design uses divide combination, module type installation, flexibility and with the maintenance convenience, cost low characteristic.Adopt mitsubishi FX2N - 40MR PLC and kingview 6.53 edition monitoring software realization based on PLC three-dimensional garage supervisory system, with three-dimensional garage monitoring, access, management, and other functions. According to the characteristics of three-dimensional garage, puts forward all kinds of providing monitoring system operation reliability measures.Key Words: Three-dimensional garage ; PLC control ; microprocessor目 录摘 要3Abstract41立体车库概述71.1 立体车库的背景和意义71.1.1国内立体车库的现状91.1.2 升降横移式车库简介101.1.3 升降横移式车库的安全装置101.2 立体车库监控系统101.2.1 立体车库监控系统的特点101.2.2 立体车库监控系统的主要功能111.2.3 立体车库监控系统的系统组成111.3 PLC控制系统121.3.1 PLC的概念121.3.2 PLC的特点131.3.3 PLC的内部工作方式141.3.4 PLC的应用162基于三菱PLC和组态王的监控系统182.1 三菱FX2N系列的编程元件182.1.1输入继电器（X）192.1.2输出继电器（Y）192.1.3辅助继电器（M）192.1.4定时器（T）192.1.5计数器（C）202.1.6数据寄存器202.2 三菱FX2N系列的基本逻辑指令212.2.1输入输出指令（LD/LDI/OUT）212.2.2触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）212.2.3电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）222.2.4程序结束指令（END）222.3 组态王软件的特点222.4组态王软件组态步骤232.4.1建立新工程232.4.2定义I/O设备232.4.3构造数据库242.4.4创建组态画面252.4.5建立动画连接262.4.6实现控制（PID）272.4.7运行和调试272.5 三菱FX2N系列与组态王软件的连接273 立体车库监控系统的设计283.1立体车库监控系统组成283.2 核心控制部分283.4 控制策略283.5 监控软件部分283.6 IO清单293.7 PLC控制系统配置303.8 控制方式303.9 程序清单314 立体车库监控系统的实现324.1 上位监控工程建立324.2 图形界面设计324.3数据库构造334.4建立动画连接334.5运行调试345 总 结351立体车库概述1.1 立体车库的背景和意义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。停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。图1.1 国外现代立体车库随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。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8090，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。近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。1.1.1国内立体车库的现状我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。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。1.1.2 升降横移式车库简介升降横移式立体车库以钢结构框架为主题，采用电机驱动链条带动载车板做升降横移运动，实现存取车辆。其工作原理为：每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在车库内地面层的车辆：只作横移，不必升降；而停泊在顶层的车辆：只作升降，不作横移；中间层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆。三层升降横移式的运行原理：该停车设备的出入口在第一层，最高层的停车板只可做升降动作，最底层的停车板只可做横移运动。中间两层停车既可作升降动作又可做横移动作。下上层均设有空位，停车板通过横移动作变换空位，降下空位上方的汽车，取出汽车，最底层汽车无需倒车，便可直接开出。1.1.3 升降横移式车库的安全装置上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。1.2 立体车库监控系统1.2.1 立体车库监控系统的特点 立体车库设备较多，相互连锁繁杂统。 控制过程具有很强的时序性。 现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪声、电磁干扰都比较严重，给电设备运行及检修都带来不便。 整个系统控制分散，覆盖距离远。1.2.2 立体车库监控系统的主要功能为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：1自动控制功能高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。2保护功能电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备。3监视功能电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。4测量功能灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。1.2.3 立体车库监控系统的系统组成常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成。1电源供电回路。供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。2保护回路。保护（辅助）回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。3信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。4自动与手动问路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。5制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。6自锁及闭锁同路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。图1.2 电气控制原理图1.3 PLC控制系统1.3.1 PLC的概念PLC 是Programmable logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.3.2 PLC的特点1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3.3 PLC的内部工作方式图1.3 小型可编程控制器结构框图PLC采用循环扫描的工作方式，包括内部处理、通讯操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当处于RUN状态时，上述扫描周期不断循环，扫描过程。虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤：图1.4 扫描过程1、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。 2、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。 即，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。 3、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。此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。1.3.4 PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1、开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2基于三菱PLC和组态王的监控系统日本三菱公司的FX2N系列是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。组态王（Kingview）是亚控公司推出的第一款针对中小型项目推出的用于监视与控制自动化设备和过程的SCADA产品，也是亚控公司的第一款产品。组态王软件是一种通用的工业监控软件，他融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。他基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。他适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。2.1 三菱FX2N系列的编程元件三菱FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。2.1.1输入继电器（X）PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000 X007，X010 X017，X020 X027 。它们一般位于机器的上端。2.1.2输出继电器（Y）PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 Y007，Y010Y017，Y020Y027 。它们一般位于机器的下端。2.1.3辅助继电器（M）PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下图中的M300，它只起到一个自锁的功能。在FX2N中普遍途采用M0M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等。2.1.4定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。定时器通道范围如下：100 ms定时器T0T199， 共200点，设定值：0.1 3276.7秒；10 ms定时器T200TT245，共46点，设定值：0.01327.67秒；1 ms积算定时器 T245T249，共4点，设定值：0.00132.767秒；100 ms积算定时器T250T255，共6点，设定值：0.13276.7秒；每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。2.1.5计数器（C）FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。 其设定值在K1K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0 C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。2.1.6数据寄存器数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32 bit数据（最高位为正、负符号位）。通用数据寄存器D 通道分配 D 0D199，共200点。只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUNSTOP时， 全部数据均清零。（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。1) 停电保持用寄存器 通道分配 D200D511，共312点，或D200D999，共800点（由机器的具体型号定）。基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。然而在二台PLC作点对的通信时， D490D509被用作通信操作。 2) 文件寄存器 通道分配 D1000D2999，共2000点。文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。用外部设备口进行写入操作。在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将 数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM盒时，需要花费一定的时间，务必请注意。3) RAM文件寄存器 通道分配 D6000D7999，共2000点。驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存 器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传送数据（写入或读出）。4）特殊用寄存器 通道分配 D8000D8255，共256点。是写入特定目的的数据或已经写入数据寄存器，其内容在电源接通时，写入初始化值（一般先清零，然后由系统ROM来写入）。2.2 三菱FX2N系列的基本逻辑指令基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号的PLC的基本逻辑指令都大台大同小异，现在我们针对FX2N系列，逐条学习其指令的功能和使用方法，。每条指令及其应用实例都以梯形图和语句表两种编程语言对照说明。2.2.1输入输出指令（LD/LDI/OUT）LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。OUT 指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。2.2.2触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。2.2.3电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。2.2.4程序结束指令（END）在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。2.3 组态王软件的特点组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的 PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：西门子 PLC、莫迪康 PLC、欧姆龙 PLC、三菱 PLC、研华模块等等）通过常规通信接口（如串口方式、USB 接口方式、以太网、总线、GPRS等）进行数据通信。 组态王软件与 IO设备进行通信一般是通过调用*.dll 动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通信协议，只须使用组态王提供的设备定义向导， 即可定义工程中使用的 I/O设备， 并通过变量的定义实现与 I/O设备的关联，对用户来说既简单又方便。主要功能特性：1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。 2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。 3）可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。 4）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。 5）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。 6）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。7）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。 8）方便的配方处理功能。 9）丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块。2.4组态王软件组态步骤2.4.1建立新工程 认识工程管理器：找到已有的工程。文件新建工程，浏览，找到组态王所在路径，点击下一步，提示“路径不存在，是否新建”，选择确定。输入工程名称，描述，点击完成。提示是否将此工程设为当前工程，选确定。2.4.2定义I/O设备工程浏览器目录树中，选中：设备COM1，在工程浏览器右边双击“新建”图标。出现设备配置向导。选择“智能模块/ADAM4000系列/ADAM4017/串行”，然后点击下一步。输入设备名称：ADAM4017，如图7。点击下一步。选择串口1，下一步，设地址为1（地址帮助：设备地址设置、通讯参数设置、变量定义），下一步，出现“通信参数”对话框，可以使用默认值，点击下一步，出现“信息总结”对话框，点击完成。在工程浏览器右边会出现ADAM4017图标，如图9同理可以新建设备ADAM4024，ADAM4050。双击COM1图标，出现串口通讯参数设置对话框。进行以下设置： 波特率：9600 数据位：8 停止位：1 奇偶校验：无校验 通信方式：RS-232设置完成，确定。2.4.3构造数据库工程浏览器目录树中，选中数据库数据词典，双击“新建”图标，弹出“定义变量”对话框，设置基本属性： 变量名：水箱液位 变量类型：I/O实数 初始值/最小值/最不原始值：4 最大值/最大原始值：20（和现场仪表信号保持一致，可以在组态画面中用命令语言将其转换为真实值） 连接设备：ADAM4017 寄存器：AI0 数据类型：FLOAT 读写属性：只读其它参数如图18所示。参数设置完，点击确定。同理，定义参数“调节阀信号”，如图19定义参数“设定值”，如图20参数设置完，可在工程浏览器右侧看到。注意：数据类型分为两大类，内存和I/O，只有I/O型的变量才会有设备选择。2.4.4创建组态画面工程浏览器目录树中，选中文件画面，双击“新建”图标。自动切换到“开发系统”窗口，弹出“新画面”对话框，输入名称：单容水箱液位控制实验，确定，弹出该画面。网格部分就是用户可以画图的界面，可以将鼠标放右下角拖动画面到最大。（1）工具箱点击“对齐栅格”图标，画面中的网格将消失。点击“显示调色板”图标，出现调色板。在调色板中，可以选择对线条上色，填充色，背景色，字符色，窗口色（设整个画面背景色，例如设为黑色），透明色。工具箱中还有画刷类型、线形、插入控件、基本几何图形、趋势曲线等。选择“图库/打开图库”，弹出“图库管理器”。（2）组态王的实时数据和历史数据可以值输出的方式、曲线形式和以报表形式显示。1）曲线组态王的曲线有趋势曲线、温控曲线和X-Y曲线。趋势曲线有实时趋势曲线和历史趋势曲线两种。X轴代表时间，Y轴代表变量值。实时趋势曲线最多可显示四条曲线，运行时，可以自动卷动；而历史趋势曲线（通用的：图库中，自定义：工具箱中，）最多可显示十六条曲线，不能自动卷动，与功能按钮一起工作，共同完成历史数据的查看工作。双击趋势曲线，可以规定时间间距，数据的数值范围，网格分辨率，时间坐标数目，数值坐标数目，以及绘制曲线的“笔”的颜色属性。温控曲线（“插入控件”中）反映出实际测量值按设定曲线变化的情况。在温控曲线中，纵轴代表温度值，横轴对应时间的变化，同时将每一个温度采样点显示在曲线中。主要适用于温度控制，流量控制等等。X-Y曲线（“插入控件”中）主要是用曲线来显示两个变量之间的运行关系，例如电流转速曲线等。2）报表工具箱中，点击报表窗口。双击报表灰暗部分，设置报表行数、列数。选中三个格，点击合并单元格图标，输入报表名称。时间、液位、温度、流量。也可以调入一个报表模板：报表工具箱中，打开，*.C文件，导入一个报表模板。实时数据报表：某单元格中直接输入“=变量名”，或点击“插入变量”图标。历史数据报表：a，向报表单元格中实时加入数据。要记录每小时最后一刻的数据作为历史数据，采用向单元格中定时刷新数据。将变量的值定时用单元格设置函数如ReportSetCellValue（”报表名称”，行，列1，变量名）设置到不同的单元格中，这时，报表单元格中的数据会自动刷新，而带有函数的单元格也会自动计算结果。b，使用历史数据查询函数。ReportSetHistData(String szRptName, String szTagName, Long nStartTime, Long nSepTime, String szContent) ; szRptName：要填写查询数据结果的报表名称。szTagName：所要查询的变量名称。StartTime：数据查询的开始时间。SepTime：查询的数据的时间间隔，单位为秒。szContent：查询结果填充的单元格区域ReportSetHistData2(StartRow,StartCol);2.4.5建立动画连接所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过I/O接口，在画面中将会同步显示。1）在画面中，双击图标矩形框，填充，表达式：a，颜色，确定。画面属性命令语言，if(a三菱-FX2-编程口；采用扩展的485BD/485ADP接口模块：PLC-三菱-FX2_485-通讯口。本次设计利用FX2N-485-BD进行通讯，支持PLC编程口，需要注意的是1、PLC不能同时与人机界面以及组态王进行数据传输。2、PLC监视程序与和组态王通信不能同时进行，因为只有一根数据线而且用的是一个口，一般是再加个通信模块。组态王支持和FX系列PLC通过以太网方式进行通讯。3 立体车库监控系统的设计3.1立体车库监控系统组成1) PLC2）上位机及监控软件3）电气传动部分4）检测部分5）手动控制部分6）视频监控部分7）限位开关3.2 核心控制部分系统核心部分采用三菱FX2N-40MR为控制元件，它是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达0.08us，远远超过了很多大型可编程控制器。它功能强大实用，价格便宜，工作稳定可靠，24点输入，16点输出，采用继电器输出形式，可驱动交直流负载，负载电流在2A左右。220V AC供电。并且输入端内部自带24V直流电源，还可为负载提供直流电源。3.4 控制策略 号车位、2号车位、3号车位只能上下移动，不能左右移动； 4号车位、5号车位只能左右移动，不能上下移动； 下排车位上的汽车可以直接开出； 上排车位的汽车，要想开出需要先按下相应车位标号呼叫按键，再按下叫车按键，然后下排车位先左右移动，让出位置，上排车位降至下层，再进出车辆。3.5 监控软件部分组态监控部分采用组态王软件，系统通过图形动态显示车位位置和电动机的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能 进行事故报警。实时显示车库具体情况 。监测监控主机可动态显示车库系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。3.6 IO清单表3.1 DI清单序号安装位置模块地址地址号接线编号点描述1DI-1x0x000ck1pyw车库1平移到位2x1x001ck2pyw车库2平移到位3x2x002ck3pyw车库3平移到位4x3x003ck4pyw车库4平移到位5x4x004ck5pyw车库5平移到位6x5x005ck6pyw车库6平移到位7x6x006ck7pyw车库7平移到位8x7x007ck8pyw车库8平移到位9x8x010ck9pyw车库9平移到位10x9x011ck2tsw车库2提升到位11x10x012ck5tsw车库5提升到位12x11x013ck8tsw车库8提升到位13x12x014ck3tsw车库3提升到位14x13x015ck6tsw车库6提升到位15x14x016ck9tsw车库9提升到位16x15x017ck1xjw车库1下降到位17DI-2x16x020ck4xjw车库4下降到位18x17x021ck7xjw车库7下降到位19x18x022ck2xjw车库2下降到位20x19x023ck5xjw车库5下降到位21x20x024ck8xjw车库8下降到位表3.2 DO清单序号安装位置模块地址地址号接线编号点描述1DO-1y0y000ckl1ts列1提升2y1y001ckl2ts列2提升3y2y002ckl3ts列3提升4y3y003ckl1xj列1下降5y4y004ckl2xj列2下降6y5y005ckl3xj列3下降7y6y006ckc1zy层1左移8y7y007ckc2zy层2左移9y10y010ckc3zy层3左移10y11y011ckc1yy层1右移11y12y012ckc2y