毕业论文范文——基于西门子PLC立体车库控制系统.doc

1、常州工学院（成人教育学院）毕 业 设 计（论文）题 目 基于西门子 PLC 立体车库控制系统 基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 2 页 共 23 页摘 要随着社会生产力的发展，对现代生产制造业的自动化程度要求越来越高，可编程控制器（plc）在其中发挥了重要作用。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

2、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。本文以西门子 PLC 为例，介绍 PLC 控制技术在立体车库的应用。关键字：立体车库，PLC，西门子 PLC S7-200基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 3 页 共 23 页目 录第 1 章 PLC 的论述 .41.1 PLC 发展历史 .41.2 PLC 的

3、基本结构 .51.3 PLC 工作原理 .51.4 PLC 内部运作方式 .61.5 PLC 的特点 .71.6 PLC 技术发展呈现新的动向 .71.7 PLC 就业前景 .8第 2 章 西门子 PLC .92.1 西门子 S7-200PLC 介绍 .92.2 S7-200 CPU 模块外观及关键部件 .92.3 S7-200 PLC 指令和编程元件 .10第 3 章 立体车库控制系统设计 .113.1 各种立体车库介绍 .113.2 立体车库控制要求 .123.3 输入输出地址表 .133.4 状态流程图 .133.5 电气控制系统 PLC 接线图 .143.6 软件设计 .15第 4 章

4、 总 结 .20致 谢 .21参 考 文 献 .22基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 4 页 共 23 页第 1 章 PLC 的论述早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 PLC,PLC 自1969 年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，

5、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。1.1 PLC 发展历史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 PDP14 ，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-141971 年，日本研制出第一台 DCS-81973 年，德国研制出第一台 PLC1974 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

6、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 Programmable Logic Controller（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

7、。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 3040%。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。基于西门子 PLC

8、 立体车库控制系统第 5 页 共 23 页1.2 PLC 的基本结构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1.电 源 PLC 的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2.中 央 处 理 单 元 (CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。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

9、 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。3.存 储

10、 器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4.输 入 输 出 接 口 电 路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。5.功 能 模 块如计数、定位等功能模块。6.通 信 模 块如以太网、RS485、Profibus-DP 通讯模块等。1.3 PLC 工作原理1.扫 描 技 术当 PLC 投 入 运 行 后 ， 其 工 作 过 程 一 般 分 为 三 个 阶

11、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 。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 将基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 6 页 共 23 页它 们 存 入 I/O 映 象 区 中 的 相 应 得 单 元 内 。 输 入 采 样 结 束 后 ，

12、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

13、 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

14、 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

15、 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 。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

16、 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 。1.4 PLC 内部运作方式虽 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

17、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 ， “输 入 状 态 检 查 ”、 “程 式 执 行 ”、 “输 出 状态 更 新 ”说 明 如 下 ：步 骤 一 “输 入 状 态 检 查 ”： PLC 首 先 检 查 输 入 端 元 件 所 连 接 之 各 点 开 关 或 传 感 器 状

18、态（ 1 或 0 代 表 开 或 关 ） ， 并 将 其 状 态 写 入 内 存 中 对 应 之 位 置 Xn。步 骤 二 “程 式 执 行 ”： 将 阶 梯 图 程 式 逐 行 取 入 CPU 中 运 算 ， 若 程 式 执 行 中 需 要 输 入 接 点状 态 ， CPU 直 接 自 内 存 中 查 询 取 出 。 输 出 线 圈 之 运 算 结 果 则 存 入 内 存 中 对 应 之 位 置 ， 暂 不 反 应至 输 出 端 Yn。步 骤 三 “输 出 状 态 更 新 ”： 将 步 骤 二 中 之 输 出 状 态 更 新 至 PLC 输 出 部 接 点 ， 并 且 重 回 步骤 一 。

19、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 入基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 7 页 共 23 页讯 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 ”结 构 框 图如 图 1-1 所 示 。图 1-1 PLC 内 部 运 作 架 构 图1.5 P

20、LC 的特点(1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的 PID 回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。(2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。(3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。1.6 PLC 技术发展呈现新的动向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

21、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

22、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 。基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 8 页 共 23 页1.7 PLC 就业前景目前我国经济的发展主要特点： （1）目

23、前我国还是制造业大国，是世界的生产加工中心，有大量的制造业，就必须用各种生产设备，大部分生产设备都和 PLC 有关，需要大量的精通 PLC 控制的从业人员。 （2）产业结构已发生调整，逐渐有劳动力密集型转化为技术密集型，大量的新设备被采用，这些设备很多都和 PLC 控制相关，需大量的高技术人才。 目前和 PLC 有关的从业人员主要有： （1）企业的设备维护和维修人员（2）从事工控设备销售的人员（3）从事设备开发，编程的电气工程师基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 9 页 共 23 页第 2 章 西门子 PLC德 国 西 门 子 （ SIEMENS） 公 司 生 产 的 可 编 程 序 控

24、制 器 在 我 国 的 应 用 也 相 当 广 泛 ， 在 冶 金 、化 工 、 印 刷 生 产 线 等 领 域 都 有 应 用 。 西 门 子 （ SIEMENS） 公 司 的 PLC 产 品 包 括 LOGO， S7-200(CN)， S7-1200, S7-300， S7-400， 工 业 网 络 ， HMI 人 机 界 面 ， 工 业 软 件 等 。 西 门 子 S7系 列 PLC 体 积 小 、 速 度 快 、 标 准 化 ， 具 有 网 络 通 信 能 力 ， 功 能 更 强 ， 可 靠 性 更 高 。 S7 系 列PLC 产 品 可 分 为 微 型 PLC（ 如 S7-200）

25、， 小 规 模 性 能 要 求 的 PLC（ 如 S7-300） 和 中 、 高 性 能要 求 的 PLC（ 如 S7-400） 等 。2.1 西门子 S7-200PLC 介绍 SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC 是 超 小 型 化 的 PLC（ 如 图 2-1） 所 示 ， 它 适 用 于 各 行各 业 ， 各 种 场 合 中 的 自 动 检 测 、 监 测 及 控 制 等 。 S7-200 PLC 的 强 大 功 能 使 其 无 论 单 机 运 行 ，或 连 成 网 络 都 能 实 现 复 杂 的 控 制 功 能 。 S7-200PLC 可 提 供 4 个 不 同

26、的 基 本 型 号 与 8 种 CPU可 供 选 择 使 用 。 S7-200 作为西门子 SIMATIC PLC 家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，多年来一直广泛服务于国内的各行各业。SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性能/价格比。 S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关

27、的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 图 2-1 西门子 S7-200PLC2.2 S7-200 CPU 模块外观及关键部件 关 键 部 件 包 括 ：（1）状态 LED，指示 CPU 运行状态，如系统错误 /诊断（SF/DLAG） 、RUN（运行） 、STOP（停止） 。（2）可选卡插槽，可查存储卡、时钟和电池卡。（3）前盖，内置 CPU 工作模式选择开关（RUN/STOP） 、模拟电位器和扩展 I/O 接口（连接主机和扩展 I/O 模块） 。（4）顶部端子盖，内置 CPU 电源

28、和输出端子。（5）底部端子盖，内置传感器接口电源和输入端子。（6）DIN 导轨是可编程控制器的机械安装导轨，可利用 PLC 或扩展模块上的标准（DIN）导轨夹片将 PLC 或扩展模块固定在 DIN 导轨上，实现 PLC 系统的快速安装。基于西门子 PLC 立体车库控制系统第 10 页 共 23 页（7）串行通信接口，为 RS-485 通信接口，通过该接口可实现与其他 PLC、编程器、打印机、显示器等外部设备的通信。（8）I/O LED，指示 I/O 端口的工作状态。外观如图 2-2 所示：图 2-2 CPU 模块外观2.3 S7-200 PLC 指令和编程元件1.S7-200 PLC 指令S7-200 PLC 指令包括如下指令：位逻辑、时钟、通信、比较、转换、计数器、浮点数计算、整数计算、中断、逻辑运算、传送、程序控制、以为/循环、字符串、表、定时器、调用子程序和库指令等，如图 2-3 所示（该图截自S7-200 的编程软件 STEP7-Micro/WIN） 。2.S7-200 PLC 的编程元件S7-200 PLC 指令由操作码和操作数两部分构成，其中操作码指明指令的功能，而操作数是待处理的数据。编程元件是操作数的别称，主要包括 S7-200 PLC 存储器各个区域（I、Q、M、SM、V、T、C、HC、AI、AQ、AC、L 和 S）中的位、字节、字或双子及立即数（常数）等。