立体车库自动控制系统设计

1毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目： 立体车库自动控制系统 函授站点： 山东煤炭技师学院(临沂) 学习层次： 大专 班级名称： 姓名： 学号： 中 国 矿 业 大 学 继 续 教 育 学 院2019 年 月 日2中国矿业大学继续教育学院毕业设计( 论文)指导教师评阅书指导教师评语(包含基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）；建议成绩： 指导教师签字： 年 月 日1摘 要研究的立体车库自动控制系统是一体化技术的典型应用,采用计算机控制,含客户识别，立体升降系统等,具有易于安装和建造,占地面积小,停车泊位多,存储智能化、自动化、效率高的特点,对城市交通及建设都有积极意义。关键词 立体车库 自动控制 人机界面(HMI) 可编程控制器(PLC)继续教育学院专科毕业论文 1目 录1 引言 .11.1 选题目的和意义 11.2 国内外的研究现状和发展趋势 12 立体车库总体方案设计 .33 控制系统 33.1 控制系统功能描述 .33.2 横移装置的驱动方式 .53.3 控制系统方案 .63.4 检测系统与安全措施 .83.5 PLC 控制系统 104 软件系统设计 .154.1 通信系统 .154.2 PLC 的程序 .18参考文献 .21谢 辞 .22继续教育学院专科毕业论文 221 引言1.1 选题目的和意义随着社会的发展，汽车数量日益剧增，无处停车问题日益严重，尤其是居民小区、大型公共消费场所等，寸土如金，停车场向空间发展，已势在必行。近年来，随着通讯技术、控制技求、微电子技术、计算机技术，CRT 显示技术以及软件技术的迅猛发展，计算机更加广泛的进入工业的各个领域，并且正在发挥着越来越大的作用。与此同时，计算机技术在立体车库控制领域也得到了快速、广泛的应用，实施机电一体化，进一步提高车量的出入频率，即提高起重机、运输机的工作速度。由于速度的提高，自动化调速技术、认址技术、停止精度技术等也相应予以发展。立体车库的信息传递技术方面，发展了红外通讯技术、绝对认址技术、新条形码技术、计算机管理技术及其网络化技术。除实现了车库本身车辆存取的计算机记录和收费管理智能化外，把计算机作为上位机、使其成为更大系统的网络化部分。立体停车库自动化程度正不断提高，利用计算机进行实时控制和管理车库运行成为发展趋势1。我国的立体车库控制系统与国际先进水平尚有较大的差距，主要反映在车库控制系统品种少、设计制造成本高，自动化程度低，管理水平低、成本费用高等方面，远远适应不了市场的需要，进一步研究立体车库自动控制系统有利于车库自动化程度的提高，实现无人化管理，降低车库的投资成本，将会对我国的立体车库工业发展起到很好的推动作用。1.2 国内外的研究现状和发展趋势立体车库是作为根据自动化物流系统物料传输原理，采用多层高架式存放车辆的大型停车设备。控制系统随其使用的主控制器智能化程度不断提高，在国内外都经过一个半自动化、自动化、智能化发展过程。1.直接使用电动机与链条驱动的简易立体车库该类型车库一般只有几个车位且为两层，不利于规模化，智能化发展继续教育学院专科毕业论文 33趋势的要求2。2.采用可编程控制器(PLC)控制的立体车库PLC 是专门为顺序生产过程而设计的控制器，它替代传统的继电器，实现顺序控制、运动控制、过程控制等具有很强的时序性，抗干扰能力强，安全性高。这类立体车库是当前国内生产制造或已建成的主要形式，但不能实现智能化管理，并且只适合几个到几十个泊位的车库，不适应规模化发展趋势。3.采用单片机控制的立体车库在目前的应用研究中，较易于实现数字控制的方案是使用单片机来实现其功能，尤其是新型的 8 位，16 位单片机具有A/D、PWM、EEPROM 、比较输出、捕捉输入、 SPI 接口、异步串行通讯接口、FLASH 程序存储器等功能。单片机成本低，易开发，因为单片机价格不断下降，而其技术含量却不断提高。另外，单片机的应用己相当广泛，有许多可以借鉴的成功应用范例与大量的公用程序，并且尺寸小，结构易布置，单片机及其外围接口电路可以紧凑地放在一块印刷电路板上，这就为控制器的面板设计带来方便，面板形状与大小都可以在一定程度上随意设计。对于一些比较复杂的控制，其计算量往往很大，这样，计算速度将直接影响控制精度，一般用于下位机和小型控制; 与此同时，单片机易受外界干扰，单片机系统属于微电系统，比较容易受到强电，磁场，电脉冲的影响，甚至也容易受恶劣工作环境的影响，所以必须采取抗干扰措施。为此这类立体车库也只适用规模不是很大的车库，在国内已经有一些成果3。4.采用工控机为上位机的立体车库相对于单片机和 PLC 来说功能灵活，结构复杂，它集单片机与 PLC优点于一体，具有很强的控制功能。工控机成本高，系统结构复杂，若和其它控制系统联合使用，不仅会降低成本，而且会协调控制系统的工作，采用先进的控制模式，实现整个立体车库的控制的智能化。编程容易，接口简单，可以采用高级语言编程，设计友好的工作界面，利用计算机强大继续教育学院专科毕业论文 44的计算功能，编制复杂的软件。另外，其接口都是标准接口，易于与各系统之间进行通讯与连接。工控机有强大的计算、管理及通讯功能，适宜于高性能进行机群调度和管理适合形成网络控制系统的上位机。这一类型的立体车库，智能化程度高，适用于需要建造大型的立体车库车型，比如巷道堆垛式立体车库4。2 立体车库总体方案设计本车库是针对目前国内流行的轿车和小型家庭乘用车而开发，针对居民小区安装在缺乏停车场地的建筑物旁边，采用工控机为上位机的立体车库。本车库设计容许停车最大外形尺寸为长宽 高小于5000mm1850mm1550mm，容许最大重量不超过 1750kg。车库总体规格长 宽高为 9000mm6000mm5400mm，分 3 层， 10 个车位。国家对升降横移式车库的要求(BJ/T8713 一 1998 机械式停车设备类别、型式与基本参数) ，单车最大进出时间即存进或取出一辆车时单纯的机械动作时间不允许超过 120 秒5 。3控制系统3.1 控制系统功能描述整个车库设计由一台上位机对车库进行统一的管理和监控，通过 PLC控制载车托盘纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。PLC 还提供 RS 一232 接口与上位机通信，用于显示上位机车位、车库运行状态，并接收上位机有关调车命令。各区域内车辆的调入调出由 PLC 根据调车命令和各区域内车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。继续教育学院专科毕业论文 55立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。PLC 输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。强电系统包括载车托盘电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。车库采用层面车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。车库通过智能卡读卡机判断是否允许存取车出:存车时车主只需插卡确认并将车驶入底层己调出的车位板上，取出卡后即可离开，升降装置会将车送至车库内存放。取车时，车主将卡插入读卡机，系统会自动寻找对应的车辆并自行将其取出。实现车库自动控制的关键在于解决车辆的自动存入对位及自动取出问题。同时，为了缩短存取车所用的时间，通过运算自动判断最优停车位与取车路线。系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。综合起来立体车库系统需要解决的问题如下8:1.管理立体车库设备对车辆停放、进出、收费、读卡、制卡等作业。2.自动分配用户的停泊车位。3.向 PLC 发送各种作业指令，监控设备工作状态和车位使用状态。4.接收操作员的工作指令。5.管理数据库，产生各种需要的报表。6.完善的当前数据和历史数据查询功能。7.友好的人机界面，使用各种图形技术，可以全面显示车库各运转设备，工作位置、设备工作状态、车位占用图，计算车库使用效率等各种财务管理数据。继续教育学院专科毕业论文 663.2 横移装置的驱动方式驱动装置指立体车库用来驱动工作装置的动力设备，是立体车库最重要的织成部分之一，它在很大程度上决定了立体车库的工作性能和构造特点。共自身质量和成本，对于立体车库的经济指标也有着重大的影响。因此，在设计立体车库的时候，合理地选择驱动装置的形式和布置方式，便成为重要问题之一9。对于本升降横移式立体车库、其设计承重(轿车自垂)小于 1750kg，托盘自重与托架自重约 1600kg，其横移速度要求在 0.10.2m/s 之间。因此，托盘和轿车的总重为 3350kg 左右。假设减速器的减速比 B，链轮的外径为 D，电机的输出转速为 W 有WD/2B=0.10.2。又因为电机选为三相交流电机，查表可知横移电机功率在 0.20.4KW 即可。目前国际上流行采用集电机、制动器、减速器于一体的“三合一 ”交流电机，它具有起动转矩大，制动可靠，结构紧凑，体积小、重量轻、噪声低，可频繁起动等一系列优点。根据立体车库横移机构的上述参数(横移速度、承载录、结构尺寸)，本立体车库横移机构的驱动方式采用一台“三合一 ”一角单轮驱动。该方式相当于分别驱动的一种特例-一单一驱动，如图 2 所示:图 2 单一驱动它的特点是传动轴大大缩短，运行驱动装置简化轻巧，占用空间小。布置安装灵活，维修方便，工作可靠，传动效率高。在一般情况下，单轮驱动依靠托架金属结构的良好刚度，可以实现同步远行。如果结构刚度不够，会分致从动轮跑偏、啃轨等现象。由于该驱动方式结构简单，目前市场上已有成功使用的例子。Ff ff继续教育学院专科毕业论文 773.3 控制系统方案控制系统方案如图 3图 3 控制系统总体方案上位机的行为描述:1.红绿黄指示灯指示车库运行状态。红色指示灯指示有人正在进行操作，请稍候;绿色指示灯指示目前无人操作，可进行操作;黄色指示灯指示有故障发生，车库不能工作。2.存车操作司机驾驶车辆从车库入口进入。在入口处的读卡机前读自己的 IC 卡，读卡过程完毕，超声探测系统启动，司机开车进入车库。车辆进入后，探测系统会探测车辆是否停靠到位。划卡的同时，控制器读取车位号，车库内对应的空载车盘按照优化的算法自动移动到一层停车位置。司机将车辆停放到载车盘上，如果超出停放位置的范围，系统将不予接受司机的刷卡操作。同时系统的警示灯点亮，红灯持续至车辆到位且司机再次刷卡。3.取车操作司机进入车库时，在入口处的读卡机前读自己的 IC 卡，控制器自动读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交接的位置，司机进入车库，开车出来，在车库出口处的读卡机读一下自己的 IC 卡，感应完毕，读卡机接受信息，上位控制机自动记录、扣费，司机开车出场。同时，控制器自动读取车位号，对应的存储单元置零操作，且此次载车盘恢复原位，IC 卡卡 IC 卡接口电路微型计算机通信模块打印机PLC传送机构升降装置接口电路层面检测装置继续教育学院专科毕业论文 88取车操作完毕。立体车库作业过程中，为了便于操作人员根据需要对各种情况进行灵活的处理，对车库的控制采取手动，半自动，全自动三种控制方式10:1.手动控制:车库的所有进出车的操作管理均由操作人员在控制面板上操作完成。2.半自动控制:由操作员在上位机界面上或另接控制面板上指定进出车的车位，然后由 PLC 去执行响应的车位移动判断并执行，这时上位机只起车位状态查询作用。3.全自动方式:由系统自动根据程序自动分配给用户车位，根据用户所持卡决定进出车操作，自动更新数据库。全自动方式是车库正常运行下的控制方式，手动方式和半自动方式主要在设备调试和故障处理状态下使用。3.4 检测系统与安全措施3.4.1 车头是否超出检测当车开进停车托盘时，要对其是否前后停放到位进行检测，防止车头或车尾超出车库所允许的范围，以免在车位上升过程中对车造成破坏。鉴于超声波检测的一些独特的优点，如造价低、非埋设、无附加反射装置、免维护、抗静电干扰等，在本研究设计中采用超声波检测方法，这对设计检测系统也是非常有利的。在没有车时，从发出超声波到接收到回波的时间11: （ 常 数 ）vst/20其中:s 为传感器到托板的距离；v 为超声波在空气中的传播速度，其值为 331.5m/s。当车头超出允许范围时(如图 4 所示)，由于超声波被车反射回，因此，从发出到接收回波的时间相对于没车时会减小，其大小:VHSt/)(20传感器S H继续教育学院专科毕业论文 99图 4 测距原理图其中:H 为车头的高度。通过判断 t。，就可知道车头是否超出前限。以上规则是计算机模糊判断的基础。由于系统应用中的一些问题，需考虑温度对超声波速度的影响。在空气中，超声波的传播速度 v 与空气的压力和温度有关:v=331.5+0.607tm/s式中:t 为环境温度，单位 。C0不失一般性，考虑环境的变化范围为-55 到 50 ，则由温度造成0C0的传播速度变化量: smv /35.067.0因此，无需再附加硬件温度补偿处理，只需在软件编制过程中，设计系统的模糊判断规则的时间常数 t 时，将 考虑进去即可。t3.4.2 托盘平移是否到位检测采用机械限位开关。只有下面一、二层托盘有平移运动。在每个车位上分别一对限位开关，用于检测托盘平移是否到位。在 3 层由于两侧位是固定的所以没有必要安装平移限位;只有上层和下层托盘有升降运动，在每个托盘垂直运动的轨道上，在载车板上分别安装一对限位开关；对下层载车盘，其运行状态只有左、右移动动作，载车盘停放位置只有左位或右位，其中一个载车盘右移时，检测到其右边的车位信号，则停止运行；左移时，检测到左边车位信号，则停止运行。3.4.3 吊钩与过升降保护控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，用于指示吊钩是否已把托盘挂好。挂钩为两种状态，即挂钩通电打开和断电闭合。载车托盘向上运行过程中，触碰到上行程限位，则自动停止运行，如果上升停止开关被损坏，系统未检测到信号，载车托盘会继续向上运行，当运行到上行极限限位开继续教育学院专科毕业论文 1010关处时，PLC 会向上位机发出报警信号，并使挂钩闭合，切断电机电源，无法继续运行，起着双重保险的作用。载车托盘向下运行过程中，首先打开对应的挂钩，系统检测到挂钩打开的信号后，系统开始下降，如果挂钩未打开，载车托盘不会下降，并使 PLC 向上位机发出报警信号。下降过程中，当触碰到下降停止信号时，自动停止运行，如果下降停止开关被损坏，系统未检测到信号，载车托盘会继续向下运行，直至触碰到下极限限位会发出停车信号并发出报警信号，切断电机电源，使电机停电，无法继续运行，起着双重保险的作用12。3.4.4 PLC 延时保护PLC 还设有延时保护，在载车托盘开始运行的同时，PLC 开始计时，当计时时间到，而载车托盘未运行到位时，载车托盘停止运行，同时系统报警。另外，若两道停止开关均被损坏，载车托盘运行到位而无信号返回时，载车托盘会继续向上或下运行，从而发生不可预料的事故，但通过PLC 的时间保护，则可对载车托盘的运行起到第三层保护的作用13。3.4.5 变频器保护当载车托盘升降或横移电动机由于机械故障产生了卡死，变频器会发出报警信号，这时的系统会输出挂钩关信号，变频器零电流输出，可以保证车辆的安全。3.5 PLC 控制系统3.5.1 可编程控制器概述可编程控制器 PLC(programmable Logic Controller)， 60 年代末首先在美国出现，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到 70 年代中期以后，PLC 己广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 己不再是仅有逻辑(logic) 判断功能，还同时具有数据处理、 PID调节和数据通信功能。国际电工委员会颁布的可编程控制器标准草案中为可编程控制器作了如下的定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系继续教育学院专科毕业论文 1111统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。PLC 是一种用程序来改变控制功能的计算机，除了能完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能14。3.5.2 可编程控制器的特点可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点:可靠性高，抗干扰能力强:可编程控制器是专为工业控制而设计的，在硬件和软件两个方面采用了屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间达到(3 到5)*l0S 以上。编程方法简单易学：考虑到大多数电气技术人员熟悉电器控制线路的特点，它没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂。电器工程师和具有一定知识的电工、工艺人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手。计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。世界上许多国家的公司生产的可编程控制器把梯形图语言作为第一用户语言。功能强，性能价格比高：一台小型 PLC 内有成千上万个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。PLC 可以通过通信联网，实现分散控制集中管理。适应性好:可编程控制器是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于可编程控制器产品己标准化、系列化、模块化，因此能灵活方便地进行系统配置.组成规模不同、功能不同的控制系统，适应能力非常强，所以既可控制一台单机，一条生产线，又可控制一个复杂的群控系统。既可现场控制，又可远距离控制。功能完善:接口功能强:目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高。PLC 还有体积小能耗低的特点，可以节省大量空间和费用。继续教育学院专科毕业论文 12123.5.3 可编程控制器机型的选择与接线在选择 PLC 机型时，首先对控制对象进行下面估计:1.开关量输入数量与电压值；2.开关量输出数量与输出功率;3.模拟量输入输出点;4.特殊控制要求，如高速计数器等;5.机房与现场的最远距离;6.现场对控制器响应速度的要求;本车库系统属于单体控制系统，设备集中，功率较小，使用一台 PLC就能完成控制任务。根据 PLC 手册中给出的以上参数与本设计的具体实际，本设计中采用了日本 MORON(欧姆龙或立石)公司的 C200HPLC。C200HPLC 的特点有:1.最大 I/0 点数用 8 点的模块最多可达 240 点。2.处理速度基本指令执行时间为 0.75 毫秒/条，复杂指令执行时间一般为 2.25ps/条。3.指令存储容量最大为 6.6K。C200HPLC 具有内存保护功能，具有一个带有联机电池的且易于更换的内存模块和一个写入保护开关，以防程序被误改。4.数据存储容量具有 1000 字(16 位/字)读/写存储器和 1000 字(16 位/ 字)只读存储器。5.指令系统其 145 条指令，其中基木指令 12 条，复杂指令 133 条。6.编程方式可以采用助记符命令语句表、梯形图及高级语言编程。7.内部定时器的计数器系统提供了 512 内部定时器、计数器供用户使用。8.1/0 系统 C200HPLC 的 I/0 系统相当完善，其基本 I/0 单元配置系统时用模块化结构，可任意混合输入和输出单元，此外还具有多种特殊 I/0单及 智能 I/0 单元。C200HPLC 采用模块化、总线式结构，整个系统以 CUP 单元为核心。继续教育学院专科毕业论文 1313CUP 单元包括系统电源、微处理器、存储系统、控制系统、控制逻辑、总线接口及其它接口电路等，是系统的主模块。其编程器通过接口与 CUP单元相连接。另外，CUP 单元还提供了独立的用户程序存储单元，以利于用户程序的方便安装和更换。C2OOHPLC 的 I/O 系统均采用模块化结构，I/O 模块的多少视应用需要而定，所有的 I/0 模块均通过标准的总线SYSBUS 与 CUP 单元相连接 15。其结构框图如图 5 所示。图 5C2O0HPLC 的基本组成:一个提供系统总线和模块插槽的安装机架(母板)、一个 CPU 模块（CPU 芯片和存储器单元）一个编程器及若干个基本I/0 单元或者特殊 I/0 单元。在本系统中，考虑以后可能用户要求扩展规模，此时需要的 I/0 单元增多，选用 C200HPLC 还方便 I/0 单元的扩展。C200HPLC 提供了两种I/O 单元扩展方式:一种是在 CUP 单元所在的安装机架上用电缆连接 I/O 扩展机架，此时可连接两个扩展机架，且为串联方式，两机架间最大距离为10m，但 CUP 与的扩展机架之间距离不能超过 12m，扩展机架上不需要安装 CUP 单元，只需安装扩展电源单元以给机架供电: 另一种扩展方式是采用远程 I/O 系统，将扩展机架用双绞线或其它通信电缆与主机架或其它扩展机架相连，这种连接方式需要在每个机架中增加一个远程 I/0 单元。每个 CUP 单元最多可配置 2 个远程 I/0 单元，一个系统最多可配置 5 个远程I/0 从单元。用户存储器单元特殊I/O单元基本I/O单元基本I/O单元CPU 芯片（内装电源）编程器SYSBUS继续教育学院专科毕业论文 1414PLC 的接线如表 1:PLC 接点引出线编号 器件用途 备注Y34 10 变压器正反转 接变频器Y35 11 调速 接变频器Y36 12 调速 接变频器Y37 13 调速 接变频器Y40 YXD 总电源显示Y41 1XD 4 号车位Y42 2XD 5 号车位Y43 3XD 6 号车位PLC 接点引出线编号 器件用途 备注Y44 4XD 7 号车位Y45 5XD 8 号车位Y46 6XD 9 号车位Y47 7XD 10 号车位220V X1 电源0 N 电源RUN RU 接上位机STOP ST 接上位机X0 1KK 手自动转换X1 4K 按钮开关X2 5K 按钮开关X3 6K 按钮开关X4 7K 按钮开关X5 8K 按钮开关X6 9K 按钮开关继续教育学院专科毕业论文 1515X7 10K 按钮开关X10 JTX 报警灯X11 1XK 1 号左右X12 2XK 2 号左右X13 3XK 3 号左右X14 4XK 4 号左右X15 5XK 5 号左右X16 6XK 6 号左右X17 7XK 7 号左右X20 8XK 8 号左右X21 9XK 9 号左右X22 10XK 10 号左右X23 11XK 4 号上下X24 12XK 5 号上下X25 13XK 6 号上下X26 14XK 7 号上下X27 15XK 8 号上下X30 16XK 9 号上下X31 17XK 10 号上下X32 18XK 光电开关X33 19XK 超声开关X34 20XK 超声开关X35 21XK 超声开关X36 22XK 超声开关X37 23XK 扩展留存X40 24XK 扩展留存X41 25XK 扩展留存PLC 接 引出线编号 器件用途 备注继续教育学院专科毕业论文 1616点X42 26XK 手动升X43 27XK 手动降X44 28XK 手动左X45 29XK 手动右X46 手动复位4软件系统设计4.1 通信系统4.1.1 通信环境的建立用屏蔽多芯电缆通过串口传输数据，遵循 RS 一 232 协议。串行通信的优势在于成本低。编程的难度也相对较低。由于本套系统所用的串口通信的传输速率比较低(波特率不超过 192O0bPs)，传输距离也比较短( 不超过 25M)，监控软件就是通过串行口的操作完成一系列数据传递和分析运算的任务。象这种点对点的数据的通信系统，选择串行方式实现上位机与PLC 的通信，这一方案具有教高的性价比。4.1.2 通信协议 17上位机与 PLC 的串行通信是采用典型的主从方式。即 PLC 只对上位机的命令进行响应。而不主动发送数据。通信协议有 PLC 设定(本套 PLC由 OMRON 生产厂商预定义)。上位机串行端口的设置遵循“协议一致” 的原则，与 PLC 的设定一致。命令字公开，传送码为 ASCII 码。本文是针对 OMRN 公司的 PLC 的通信协议来介绍的*命令帧=报头+ 节点号十标志码+ 正文 +FCS+报尾17。*应答帧=报头 +节点号+标志码+结束码+ 正文+FCS+报尾。其中:报头必须以符号置于每个命令帧的开头。由于 IPC 与 PLC 使用 1:1 连接，所以节点号为 00;标志码为 2 个字符的命令代码(如:RR 表示继续教育学院专科毕业论文 1717读 IR 区);结束码( 只有应答帧有 )表示命令完成的状态，既是否有错误发生 ;正文取决于传输的上位机连接命令，用于设置相关命令参数;FCS 是 2 个字符的帧校验码;报尾由*和回车两个字符组成终止符，表示命令结束。上位机与 PLC 信息交换的过程如图 6:图 6如图 5 所示，上位机与 PLC 通信的交换信息有:任务信息、应答信息、查询信息等。任务信息包括作业指令(存车、取车)和作业地址(车位号);应答信息是 PLC 接收到上位机发出的命令字后回送给上位机的信息;查询信息是上位机每隔一定的时间(2 秒)对 PLC 通信标志位区进行一轮查询，查询的主要内容有车辆的位置信息、任务完成信息、故障信息等，每一轮的查询后车库的各种相关信息就会动态的显示在上位机的显示设备上。上位机发出的作业种类包括:(a)允许汽车入库(b)允许汽车出库(c)拒绝汽车入库(d)拒绝汽车出库上位机发出的系统控制命令包括:(a)由于突然停电或系统故障等异常原因，系统向主 PLC 发出的维护停机命令.(b)上位机操作员因某种意外情况发生，向某设备发出的紧急停止指令.(c)控制模式变化.上位机从主 PLC 中读取的状态信息包括:(a)各设备机作业指令完成状态上位工控机任务信息 应答信息 查询信息 状态信息PLC继续教育学院专科毕业论文 1818(b)各设备机运行位置和停准位置状态(c)各设备机工作状态(运行或待命)(d)各设备机故障报警信息我们所采用设计的通信协议，将上位机与 PLC 按自动系统点到点的形式连就是一个 PLC 与一个上位机相连，把每一个设备都看作是一个点接，组成一个工控网络，实现上位机与停车设备间的通信联系。针对通信系统的要求，在 PLC 中采用了以下的措施:首先，为了提高通信的可靠性，采用有应答的通信方式，由于 PLC 主要是与上位机进行通信，所以将上位机作为通信控制器，同时针对某些信息的高可靠性要求，对每个基本单元另外设置了信息缓冲区，以防止信息丢失，保证上位机在各种情况下均能接受到所有必须的信息。其次，因为信息量不大，依次对于一些实时性要求较高的信息采用每次发送时均附带发送的形式。继续教育学院专科毕业论文 1919通讯系统流程图如图 7:图 7通信端口检查端口就绪？重发数据？取数据表数据数据处理形成通信头代码计算 CRC 校验码组成通信数据发送通信数据通信数据为上次发送的数据取上次发送的通信数据发送状态初始化NNYY继续教育学院专科毕业论文 20204.2 PLC 的程序PLC 加电后首先对通信端口及通信状态进行初始化操作，然后检测端口状态，当端口状态就绪后启动通信处理。通过对通信端口的检测，当接受到一组数据时首先进行头尾检测，当检测到一组具有开始符和结束符的数据时，首先进行车位号的判断，确定是否是进车还是出车的数据，并发送相应车位的数据，以便对数据进行相应的处理及发送相应的应答信息。在车位检测信号结束后，再进行通信数据校验，并进行相应处理。控制字的判断与处理主要进行以下的判断18:通信方式，是否应答，是否请求重发，通信控制命令。数据处理的目的是取出数据并以一定的格式存入通信数据表中传递给上位机。当有数据需要发送给上位机或其他设备时，将启动发送程序。首先进行端口检测及发送权的判断，是否允许发送。然后从通信数据表中取出数据，同时根据要求设置控制字，通信序号，目的车位，再计算通信校验码 CRC,并根据协议要求将它们合并成一组数据。最后在这组数据上加入开始符和结束符，形成完整的发送数据，传入发送缓冲区，由 PLC 厂家所提供的底层通讯协议将数据发出。实验证明，采用这种设计思想所设计的通信程序，其协议简单明了，信息传输媒介要求低，有相当高的可靠性和稳定性。载车盘移动流程图如图 8 所示:继续教育学院专科毕业论文 2121图 8上层存取车信息紧急停车停车Y N下车位有托盘？N那边有空位饿下车位托盘左移下车位托盘左移托盘移开否N托盘上升到达最高点？N移开挂钩移开挂钩否？N托盘下降到底层？N发出存取车信息托盘复位信号车停好？报警N托盘上升最高点？N挂钩打开挂好否？等待下次存取命令N继续教育学院专科毕业论文 2222PLC 程序入车时要完成1.托盘上汽车停放是否到位的检测；2.托盘平移是否到位的检测；3.托盘升降是否到位的检测；4.上层托盘吊钩是否挂好的检测；5.车辆外形规格检测(是否允许停放)；程序出车时要完成:1.托盘吊钩松开到位的检测；2.下方是车位的检测；参考文献1王鑫，曹志杰，姜雪英，赵利庆，刘红，王同雷。 基于组态王的平面移动式立体停车库监控系统设计J. 机电产品开发与创新，2017,（02）：77-79+59.2赵婧琳，杨兰英，陈桂兰，赵璐瑶，丁家坚。 基于 PLC 的巷道堆垛式立体车库实验平台控制系统设计J. 工业控制计算机，2017,（03）：119-121.3黄静怡。 PLC 控制的升降横移式自动化立体车库研究J. 电子世界，2017,（05）： 55-56.4伍春霞，候海。 基于 PLC 升降横移式立体车库控制系统的设计J. 智慧工厂，2017,（ 02）：58-60.5史勇。 基于 PLC 的立体车库控制系统设计与实现J. 科技经济导刊，2016,（36）： 38+61.继续教育学院专科毕业论文 23236房汉鸣，宗福兴，沈林，路申易，吴宇恒。 车库门智能控制系统设计J. 信息技术，2016, （12）： 194-196.7黄燕琴。 基于 PLC 的智能地下停车场控制系统J. 漳州职业技术学院学报，2016,（04）：1-4.8沃绿洲。 出入口控制技术在停车场中的具体应用J. 中国安防，2016,（12）： 65-67.9闫永志，包辛杰，任雪鸿。 基于 S7-300PLC 的智能立体车库监控系统设计J. 机电一体化， 2016,（10）：61-63.10边会娟，王晓辉。 基于 PLC 的升降横移式立体车库控制系统设计J. 北京信息科技大学学报（自然科学版），2016,（05）：73-77.继续教育学院专科毕业论文 2424致谢值此论文完成之际，首先衷心的感谢季宝宏老师。本论文是在季老师的悉心指导下完成的。在课题的研究过程中，季老师给我提出了许多宝贵的指导性意见，才使得论文顺利进行。季老师求真务实的治学态度、诲人不倦的工作作风、平易近人的态度给我留下深刻的印象。在季老师身上我学到很多做学问和做人的方法，使我受益非浅，得益终生。此外，在论文设计过程中还有幸和许多同学对相关问题进行了探讨和研究，并从中得到了很多有益的启发。在此对我的同学表示由衷的感谢。另外，感谢学校山东煤炭技师学院给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示诚挚的感谢。感谢评阅和阅读本文的老师为此付出的辛勤劳动！继续教育学院专科毕业论文 2525装订线