立体车库PLC控制系统设计毕业设计.doc

目录第一部分 设计任务与调研31.1立体停车库控制系统的PLC设计3第二部分 设计说明42.1系统的构成 42.2 立体停车库电气系统42.4立体停车场系统硬件组成9第三部分 设计成果153.1 I/O地址分配153.2软件设计183.3主程序梯形图19第四部分 结束语24第五部分 致谢25第六部分 参考文献26第一部分 设计任务与调研立体停车库控制系统的PLC设计 近几年，随着人民生活水平的提高，及汽车价格的一降再降，有车在老百姓看来已是越来越平常的事。随着家用汽车的不断增加，公共场所及社区内存车矛盾、车挤绿地的问题将会越来越突出，在人们对生活质量和环境意识不断增强之时“车库”日渐成为热门话题，机械自动化立体车库将会在新开发的楼盘及商业里大显身手。随着汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化,而作为解决城市静态交通的有效措施向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中水平循环类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。本文介绍了一种由PLC作为主控制器，位于地下2层8车位的水平循环式立体停车库的控制系统，详细论述了其电控系统的软硬件结构，为立体停车库提供了一种新的存储方式。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。 第二部分 设计说明2.1系统的构成 立体停车库建在高层住宅楼的地下室，其车辆的出入口位于地面。整个车库主要由机械系统、电气系统二部分组成。机械系统由起升机构、交接机构、平移机构和车位载车板等组成。起升机构分为垂直升降机构和水平拖动机构，在电机的驱动下完成升降、平移等动作；车辆在库内停放于车辆载车板上；起升机构的平台上装有液压交接机构，可将车辆载车板的水平运动转换成垂直运动，或将垂直运动转换成水平运动。电气系统由出入口检测系统和搬运控制系统等组成，分别完成汽车在出入口处的停车位姿检测和载车板搬运工作。 21机械系统的功能描述 机械系统主要完成汽车的提升、运送、回转、交接等入库及出库动作。包括一套回转盘、两套升降设备、两套搬运器、一套快速门、8块载车板等。升降机额定荷载3吨，具有VVVF变频调速功能，最大提升速度可达28m/min带有与载荷相关的运行检测系统。快速门位于车库出入口处，用来隔离车库的内外空间，以保证操作人员和司机的人身安全。2.2 立体停车库电气系统 图1是本车库（2层8位地下立体停车库）的结构示意图，上层为U，下层为D，水平面为M；N为机动位。水平面M为出入口，车辆从水平面出口处进出，上下层18号车位载车板，通过上下移位进入水平面，完成车辆的存取。上下层车位载车板在机动位N处能够升降移动；上层停车位载车板U和下层停车位载车板D在电机的拖动下可以水平移动，从而使车辆在程序的控制下达到合理的存取动作。车库的工作原理如下：为安全起见，升降机的初始状态在出入口平层位置，且上面有载车板；当有存车动作发生时，且有车辆经转盘交接到升降机上后，控制程序根据就近原则快速将车辆存入库内。当有取车动作发生时，升降机下降到U层或D层（根据取车要求）等待载车板的交接车辆的取出。如图1所示：18号位置为载车板的停放位置，N为机动停车位。1号位载车板可以直接上升；8号位载车板可以上升或下降；2、3、4、5、6、7位载车板横移，与1、8位的升降构成内部的循环过程。用户想要存1#8#车辆并按下控制面板上相应的车位按钮时，车库内部可编程序控制器采用LG公司的MASTER-K系列PLC，为节省资金采用4个小型的一体机做控制器。本设计采用多PLC通信互连的方式共同控制系统的运行。其中主站PLCH1F为中央集控单元，负责协调从站各PLC信息的采集与处理工作。下设4个从站分别为H00、H01、H02、H03。程序具体流程及实现的功能如下：主站PLC(H1F)连接用户控制面板的存取车转换开关、手动控制开关和故障解除开关等操作按钮。用于车位编号识别的为一组限位开关（3个）。提示信号有系统运行、系统故障、车辆超标、用户误操作等。当系统处于存车状态时，控制面板的所有车位按钮有效，相应车位状态指示灯亮。当按下空车位对应的按钮后，系统开始运行，提示车辆可进入入口处，并对进入的车辆位置进行检测。待检测合格后开始调整车辆的停车姿态，以便于存入库内。调整完毕后主站PLC向从站发出指令，从站PLC控制其相应的平移、升降电机运行，将车辆存入库内；等车辆存入库内状态完毕后，控制面板上对应该车位的指示灯亮，表明此时该车位已经存有车辆。如果用户由于误操作，即在存车状态下按下了原来存有车辆车位的按钮，则面板指示灯提示用户重新选择车位。取车控制过程和存车的流程大致相同，即用户将控制面板的选择转换开关。2.3 整体方案设计 升降横移立体车库车位结构为N*M二维矩阵形式，可设计为多层、多列。由于受收链装置及进出车时间的限制，通常设计为2到4层(国家规定最高为4层)，其中以2、3层者居多，实际上可以根据泊车的多少决定立体车库的规模。车库提供的总车位容量为：P=N*M-(N-1)，其中N为二维矩阵的行，即车库的层数；M为二维矩阵的列，即车库的列数。从结构上来说，通常立体停车库除顶层外的其他层都必须留出一个空位，用来向载车盘提供上升和下降的通道。当车辆位于底层时，无需移动其他托盘就可以直接取出车；若准备将车存于底层，同样不需要移动其他层的载车盘，直接将车驶入即可。但若车辆存于中间层或顶层，在存取车时，则需要判断预存取车位处所在的下方是否为空，不为空则要通过横移将车位以下的托盘调整为空，进行平移操作后，在进行下降至一层，进行存取车。整体操作时，遵循底层托盘只进行平移操作，顶层托盘只能进行升降操作，中间层既可平移又可升降操作的原则。本次设计一个双层5车位的升降横移式立体车库，两层平面为：上平面U和下层平面M。上平面U只能进行升降动作，下层平面M只能进行平移动作。立体车库中总共有6个车位，其中一个为空位向载车盘提供上升和下降的通道，另外5个车位用于存放车辆。当下层平面M车位进出车时，不需要移动其他托盘就可直接进行进出车处理。当上平面U车位进出车时，首先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作到达下层平面M，进行进出车处理，进出车完毕后上升回到原位置。根据运动的规律存取车的过程主要包括3个步骤:1. 为了让出空位，载车板需要横移;2.为了存取车，需要载车板的升降;3.载车板左右横移一个准确的停车位行程和升降到准确的位置。2.4立体停车场系统硬件组成在本文设计的升降横移式立体停车库系统中主要用来实现系统功能的硬件有行程开关、光电开关、控制按钮、接触器、中间继电器及热继电器。下面作简单的介绍。 行程开关又称限位开关，当其与生产机械的运动部件产生碰撞，行程开关便发出控制信号，将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制。行程开关的种类很多，它有动合触点和动断触点，由装在运动部件上的挡块来撞动。当运动部件到达一定行程位置时，其上的挡块撞动行程开关，使动合触点闭合，动断触点断开。行程开关的结构可以分为操作头、触头系统和外壳3部分。它的工作原理是:当操作头感受到运动部件的碰撞后，将力传递到触头系统，使触头的开闭状态发生变换，触头已接在控制电路中，从而使相应的电器动作，达到控制的目的。为了保证存取车可靠安全,系统要精确定位，行程开关的设置保证了载车板能平移到预定位置，但行程开关逻辑要严格互锁。 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测是否存在物体。物体不仅限于金属，所有能够反射光线的物体均可被检测到。立体停车库中，光电开关主要用来检测车库有无车的检测装置以及检测车库是否停靠到位。光电开关由投光器、受光器和电源组成，投光器常用发光二级管，受光器常用光敏元件。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号后射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端（图3-1）和接收端（图3-2）之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。控制按钮控制按钮是一种接通或分断小电流电路的主令电器，其结构简单，应用广泛。触头允许通过的电流电流较小，一般不超过5A，主要用在低压控制中，手动发出控制信号。控制按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式动静触头和外壳等组成。一般为复合式，即同时具有常开、常闭触头。按下时常闭触头先断，然后常开触头闭合。去掉外力后在复位弹簧的作用下，常开触头断开，常闭触头复位。 接触器是一种用于频繁的接通或断开的交直流电路、大容量控制电路等大电流电路的切换电器。在功能上接触器除了能自动切换外，还有手动开关所缺乏的远距离操作动能和施压保护功能，但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。它的工作原理是：当接触器线圈通 动铁心，并带动交流接触器点动作：常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈工作原理断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。接触器按流过接触器触头的电流性质可分为交流接触器和直流接触器。交流接触器适用于控制电压至380V、电流至600A的50Hz的交流电路。铁芯由双E型硅钢片叠成，在静铁芯端面上嵌入短路环。直流接触器主要用于电压440V、电流600A以下的直流电路中，其结构与工作原理基本上与交流接触器相同，所不同的是除了触头电流和线圈电压为直流外，其触头大多采用滚动接触的指型触头，辅助触头则采用点接触的桥型触头。中间继电器的结构和原理和交流接触器基本相同，和接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。中间继电器是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器。它的输入信号为线圈的通电或断电。它的输出是触头的动作（所带常开点闭合，常闭点打开），它的触点接在其它控制回路中，通过触点的变化导致控制回路发生变化（例如导通或截止）。当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是和动铁芯联动的,因此动铁芯带动动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降、绕组中的电流将增大，使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。第三部分 设计成果3.1PLC接线图输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。系统CPU采用的是24输入16输出的西门子S7-200系列PLC中的226DCDCDC，用到其中的16个输入和14个的输出，IO点分配是输入从IOO至I1.7，输出从QO.0到Q0.7。根据设计要求,其输入点共30个：车位选择开关6个,车位限位开关6个，光电检测2个，下层载车板平移行程开关3个，链条检测输入3个，紧急停止按钮和复位按钮各1个，防坠落安全装置的电磁铁输入3个，电动机热继电器输入5个。输出点共10个：电动机接触器输出5个，电磁铁输出3个，蜂鸣器和警灯。,确定系统I/O地址分配如下表所示：输入点输出点符号地址注释符号地址TL1I0.0选择1号车位KM4_LeftQ0.0TL2I0.1选择2号车位KM4_RightQ0.1TL3II0.2选择3号车位KM5_LeftQ0.2TTL1I0.31号车位上升限位开关KM5_RightQ0.3TTL2I0.42号车位上升限位开关KM1_UpQ0.4TTL3 I0.53号车位上升限位开关KM1_DOMNQ0.5BL1I0.6选择4号车位KM2_UPQ0.6BL2I0.7选择5号车位KM2_DOWNQ0.7BL3I0.1选择6号车位KM3_UPQ0.1BBL1I1.11号车位下降限位开关KM3_DOWNQ1.1BBL2I1.22号车位下降限位开关EM01Q2.0BBL3I1.33号车位下降开关EM02Q2.1 3.2软件设计 软件在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧；如果选择第二层托盘进出车,可以使一层平移(左移或右移),这样控制系统能自动处理设备动作顺序之间联锁和双重输出,而且控制系统的试运行及故障检查非常方便,可节约大量时间,提高工作效率程图说明: (1) PLC由STOP转为RUN状态时，初始脉冲SM0.1对状态进行初始复位。 (2)复位后对系统进行安全检测，如果系统没有出现故障，则选取上层将要存取车的载车板号位。如果系统出现故障则对系统进行故障处理，直到系统安全。 (3)选取车位号后判断该车位对应的下层是否有托盘，如果有托盘则对托盘进行左右平移直到建立了下降通道为止。 (4) 建立下降通道后，把所选载车板上的防坠落挂钩弹开，弹开后载车板开始下降 (5) 下降到底层后进行存取车(6) 存取车完毕后，托盘上升直到顶层 3.3主程序梯形图PLC作为控制器，需要相应的程序来实现系统的运行，在PLC所有编写的程序中，梯形图是用的最广泛的一种，在此次设计中程序也是用梯形图来编的，对程序的分析如下。上段程序为情况3,即4号、5号载车板分别位于2号、3号载车板下方。此时1号载车板下方位置为空，程序跳转到S1.0，S0.1复位。状态S1.0置位后，Q2.0被置位即1号电磁铁得电吸合，1号载车板防坠挂钩脱开，T37常开触点接通1号载车板开始下降，T38开始计时，5s后T38常闭触点接通，Q2.0被复位，电磁铁释放。1号载车板下降到位，碰到下限位开关，I0.6接通，下降停止，M0.1M0.6复位，并跳转到时S0.0状态。此时1号载车板下降到位，可以进行存取车操作。存取车完毕后，按下TD200面板上F5（Shift+F1）按钮，M0.4接通，状态跳转到 S0.6，检测载车板上所停车辆是否超长。车辆没有超长，则跳转到状态S1.1，Q0.4得电，1号车位开始上升，直至碰到上限位开关I0.0，上升停止，M0.1M0.6复位，程序跳转到S0.0状态。若车辆超长，则跳转到状态S1.2，Q0.4得电，1号车位开始上升，直至碰到上限位开N0.0，上升停止，M0.1M0.6复位，程序跳转到S0.0状态。 第四部分 结束语 随着中国经济的腾飞，城市化进程加快，汽车越来越快的走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺的情况下，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。我国立体车库发展虽经历了十来年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。本文在参阅了国内外有关立体停车库的大量资料的前提下，对升降横移式立体车库设计机构装置和控制系统进行细致研究，得出了以下重要的结论： 1.通过大量的调研工作，对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况，分析了智能立体车库广阔的市场前景和趋势。 2.在分析目前立体车库常用的传动系统基础上，确定了本车库的机电设备。分析各种载车板的提升方案，最终确定了最稳定、可靠且经济的方案。 3.针对智能立体车库的功能要求，提出了控制系统的详细方案。为达到车库中的检测要求，确定了经济而适用的传感器。在车库自动控制系统中，选用了西门子公司的S7-200型PLC可编程控制器，并对PLC功能和特点进行详细的分析，给出了接线图和控制程序。第五部分 致谢 毕业设计已经接近了尾声，这也意味着我的大学生活就要结束了。大学生活一晃而过回首走过的岁月心中倍感充实，首先，我要特别感谢我的指导老师。做设计的过程是艰辛的但是在我的努力之下还是完成了。在这个过程中老师给了我很大的的帮助，没有她的尽心指导和严格的要求我也不会顺利完成这次设计。每次遇到难题我最先做的就是向老师寻求帮助，而赵冬梅老师每次不管忙或闲总会抽空一起商量解决的办法。老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段从选题到查阅资料、设计提纲的确定、中期设计的修改、后期设计格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。其次，还要感谢这三年来教我知识的每位老师们！毕业设计能够顺利完成，你们也都有很大的功劳。 最后，要向这三年大学生活期间所有帮助过我的同学们以及各位朋友们说一声谢谢。 这次的毕业设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用PLC控制和有关课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机自动控制方面的知识等方面有重要的作用。写作毕业设计是一次再系统学习的过程，毕业设计的完成同样也意味着新生活的开始。第六部分 参考文献【1】国家机械工业局，机械行业标准升降横移类机械式停车设备.2007.【2】卢金鼎，山静民.机电一体化技术M.中国轻工业出版社，2009.【3】张启君.立体车库的主要型式及技术特点.机电产品开发与创 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