自动双层停车场控制课程设计.doc

农业装备工程学院课程设计说明书河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 电气控制技术课程设计 题 目 自动双层停车场控制设计 学 院 班 级 学生姓名 指导教师 日 期 自动双层停车场控制设计摘 要可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，是近年来一种极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。近年来由于汽车数量的快速增加，对停车场的需求必将日益提高，停车难的问题越来越突出，人们对停车的要求也越来越迫切。而对于快速发展的中国各个城市，停车难也随着城市经济的快速发展和汽车数量的激增接踵而来。本文将PLC应用到双层停车场，设计主电路和控制电路，并对输入输出制作分配表，同时使用五台电机分别对五个停车位进行控制，使用STEP 7编写STL语言，绘制梯形图，最后使用S7-200模拟器进行调试和仿真。 关键词：PLC，自动化，调试仿真14目 录第一章 绪论1第二章 总体设计22.1 设计内容22.2 总体设计思路2第三章 硬件设计33.1 PLC控制流程图33.1.1 取车过程设计33.1.2 存车过程设计33.2 系统硬件设计53.2.1 I/O地址分配表和外部硬件接线图53.2.2 继电器接触器主电路图的设计73.2.3 继电器接触器控制电路的设计7第四章 软件设计94.1 车盘的调试94.1.1 X10车盘的调试94.1.2 X11车盘的调试104.1.3 X12车盘的调试114.1.4 X13、X14车盘的调试124.2 1号车盘存取车的控制与仿真12第五章 设计结论与体会14参考文献15第一章 绪论PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。国内家用汽车拥有量的迅速增加，使城市道路交通变得十分拥挤，各大城市高峰时塞车已经成为天天可见的一道景观，家用汽车的停放也逐渐成为一个社会问题。我国大城市中由于停车位少，且土地越来越紧缺的情况下，停车位价格十分昂贵，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近十年的发展，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。采用基于PLC的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性，对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助。同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。用PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。本次设计是将PLC用于自动双层停车场控制，对学习与实用是很好的结合。第二章 总体设计2.1 设计内容自动双层停车场的运行原理即升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为2维矩阵形式，可设计为多层和多列。由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层，2层、3层者居多，现以较为典型的地上33升降横移式为例，说明停车库的运行原理。图图2-1 自动双层停车场原理图2.2 总体设计思路下排车位只需直接将车子开出即可。如果要呼叫上排车位，只需叫车按钮,再按下按下1至3的按钮，择所按车位将降至下层，而下排车位将左右移动，让出位置让上层车位降下来。即底层只能平移，顶层只能升降。除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；顶层进出车时，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，进出车完成后再上升回到原位置。农业装备工程学院课程设计说明书第三章 硬件设计3.1 PLC控制流程图3.1.1 取车过程设计 自动双层车库控制系统通过人机界面来实现。取车时人机界面进去取车界面，按取车按钮，直接选择想要取车的库位，判断无误后按确定，自动完成取车过程。发出取车指令，将相应信号送给PLC，判断无误后按确认，进入取车操作。根据库位位置，PLC判断所选车位是否下降，4和5号车位是否左右移，并复位。并检测升降台是否到位，司机把车从升降台上开出，按下完成按钮后，各车位恢复原来位置，取车过程结束。流程图如图3-1所示。图3-1 取车流程图3.1.2 存车过程设计 自动双层车库控制系统通过人机界面来实现。存车时人机界面进去存车界面，按存车按钮，直接选择想要存车的库位，判断无误后按确定，自动完成存车过程。发出存车指令，将相应信号送给PLC，判断无误后按确认，进入存车操作。根据库位位置，PLC判断所选车位是否下降，4和5号车位是否左右移，并复位。并检测升降台是否到位，司机把车开进升降台，按下完成按钮后，各车位恢复原来位置，存车过程结束。流程图如图3-2所示。图3-2 存车流程图结构特点：此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低，产品特点：1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。4) 存取车迅速，等候时间短。5) 运行平稳，工作噪声低。6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。3.2 系统硬件设计3.2.1 I/O地址分配表和外部硬件接线图表3-1是输入输出的地址分配表：表3-1 详细的I/O输入信号的地址分配控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号存车信号常开按钮SB1I0.0取车信号SB2I0.1完成信号SB4I0.31号车下降SB3I0.22号车下降SB5I0.43号车下降SB6I0.51号车位有无车判断行程开关SQ10I0.62号车位有无车判断SQ11I0.73号车位有无车判断SQ12I1.04号车位有无车判断SQ13I1.15号车位有无车判断SQ14I1.21号车上升停止SQ1.0I1.41号车下降停止SQ1.1I1.32号车上升停止SQ2.0I1.52号车下降停止SQ2.1I2.03号车上升停止SQ3.0I2.13号车下降停止SQ3.1I2.24号车左移停止SQ4.0I2.34号车右移停止SQ4.1I2.45号车左移停止SQ5.0I2.55号车右移停止SQ5.1I2.6输出信号1号车下降接触器KM1Q0.11号车上升KM2Q0.22号车下降KM3Q0.32号车上升KM4Q0.43号车下降KM5Q0.53号车上升KM6Q0.64号车右移KM7Q0.74号车左移KM8Q0.05号车右移KM9，KM11Q1.0，Q1.25号车左移KM10Q1.1外部硬件连接图：图3-3 外部硬件连接图操作面板：图3-4 操作面板3.2.2 继电器接触器主电路图的设计该电路图中：KM1、KM2实现1车盘的下降、上升运动，KM3、KM4实现2车盘的下降上升运动，KM5、KM6实现3车盘的下降上升运动，KM8、KM7实现4车盘的左、右移动，KM10、KM9和KM11实现5车盘的左、右移动。在该电路中所用到的保护元件有：FU为熔断器，对电路起短路保护作用；FR1、FR2、FR3、FR4、FR5为热继电器对电路起过载保护作用。其电路图如图3-5所示。图3-5 主电路设计图3.2.3 继电器接触器控制电路的设计系统叫车过程中的泊车托板位置调整采用自动调整方式，叫上层车时只要按下叫车和对应的车位按钮，下排泊车托板将按照设计的系统自动左右移动，进而腾出车位，上层下泊车托板降至下层，即能实现自动叫车，叫下排车时，只需判断泊车托板有无车，若有直接开走即可。车库控制系统将自动完成托板位置调整动作。 从系统工作可靠性和可维护性出发，系统中作如下考虑：系统控制方式为顺序步进逻辑控制；运动部件定位采用行程开关；系统位置调整用按钮点动（调整操作器）；上层托板防滑落用防落块保护；系统短路及过载保护；在软件和硬件上采用了自锁、联锁和系统故障检测手段。行程开关：利用泊车托板左、右或上、下移动的距离来决定电路通断。辅助触点：实现自锁或联锁，接通线圈。该电路图中：SQ为行程开关，KM、KV为线圈辅助触点。继电器接触器控制电路的电路图如图3-6所示。图3-6 控制线路图第四章 软件设计在本停车库操作系统中，由于底层不需要升降，只需左、右横移顶层只能上下不能左右。本系统的操作方法：先确定存车或者取车，假如车主存车，则需先按存车按钮，再按想要存放的车位，开车进车盘后，还需要按下完成按钮，让车进入车位，方便后面的车停放。比如，存在一号车位（假设一号车位没车），则“存车”“1”开车入库“OK”，在本系统中，如果不按“存车”，单按车位按钮是无效的。同样，取车也是一样。当想要存放的车位中早已有车，则就算按上述步骤操作也依然无效，系统无反应，需要从新选择车位。比如一号车位已经停放有车，按“存车”，再按“1”，系统将无反应。此时，一号车位只能按“取车”，再按“1”才能下降。4.1 车盘的调试4.1.1 X10车盘的调试1）X10车盘存车的调试：假设4号车位没车。系统上电以后，在正常情况下。当按下SB1（I0.0）启动存车按钮，KV1（M0.1）线圈得电，由于4号车位没车，SB13常闭按钮连通，此时，按下一号车位按钮，SB3导通，KM1自锁，其电机正转带动X10车盘下降。当车盘下降到行程开关 SQ1.1(I0.3)时，启动制动X10车盘停止。司机将车开进去后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM2导通并自锁，电机反转带动X10车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ1.0处时，KM2失电，启动制动X10车盘停止，完成存车过程。假设4号车位有车。系统上电以后，当按下SB1（I0.0）启动存车按钮，KV1（M0.1）线圈得电，由于4号车位有车，SB13常开按钮连通，此时，按下一号车位按钮，SB3导通，KM7，KM9通电并自锁，电机正转带动4,5号车位右移，当车盘移到行程开关SQ4.1，SQ5.1时，KM7，KM9失电，电机停止，同时，SQ4.1的常开按钮关闭，KM1得电并自锁，其电机正转带动X10车盘下降。当车盘下降到行程开关 SQ1.1(I0.3)时，启动制动X10车盘停止。司机将车开进去后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM2导通并自锁电机反转带动X10车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ1.0处时，KM2失电，启动制动X10车盘停止，此时，SQ1.0常开按钮关闭，KM8，KM10得电，其电机反转，带动4,5号车盘左移，当移到SQ4.0，SQ5.0行程开关时，KM8，KM10失电，电机停止并制动，完成存车过程。2）X10车盘取车的调试：假设4号车位没车。系统上电以后，在正常情况下。当按下SB2（I0.1）启动取车按钮，KV2（M0.2）线圈得电，由于4号车位没车，SB13常闭按钮连通，此时，按下一号车位按钮，SB3导通，KM1自锁，其电机正转带动X10车盘下降。当车盘下降到行程开关 SQ1.1(I0.3)时，启动制动X10车盘停止。司机将车开出后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM2导通并自锁，电机反转带动X10车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ1.0处时，KM2失电，启动制动X10车盘停止，完成取车过程。假设4号车位有车。系统上电以后，当按下SB2（I0.1）启动存车按钮，KV1（M0.1）线圈得电，由于4号车位有车，SB13常开按钮连通，此时，按下一号车位按钮，SB3导通，KM7，KM9通电并自锁，电机正转带动4,5号车位右移，当车盘移到行程开关SQ4.1，SQ5.1时，KM7，KM9失电，电机停止，同时，SQ4.1的常开按钮关闭，KM1得电并自锁，其电机正转带动X10车盘下降。当车盘下降到行程开关 SQ1.1(I0.3)时，启动制动X10车盘停止。司机将车开出后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM2导通并自锁电机反转带动X10车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ1.0处时，KM2失电，启动制动X10车盘停止，此时，SQ1.0常开按钮关闭，KM8，KM10得电，其电机反转，带动4,5号车盘左移，当移到SQ4.0，SQ5.0行程开关时，KM8，KM10失电，电机停止并制动，完成取车过程。4.1.2 X11车盘的调试1）X11车盘存车的调试：假如5号车盘没车。系统上电以后，在正常情况下。当按下SB1（I0.0）启动存车按钮，KV1（M0.1）线圈得电，由于5号车位没车，SB14常闭按钮连通，此时，按下2号车位按钮，SB5导通，KM3自锁，其电机正转带动X11车盘下降。当车盘下降到行程开关 SQ2.1(I2.0)时，启动制动X11车盘停止。司机将车开进去后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM4导通并自锁，电机反转带动X11车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ2.0处时，KM4失电，启动制动X11车盘停止，完成存车过程。假设5号车位有车。系统上电以后，当按下SB1（I0.0）启动存车按钮，KV1（M0.1）线圈得电，由于5号车位有车，SB13常开按钮连通，此时，按下2号车位按钮，SB5导通，KM11通电并自锁，电机正转带动5号车位右移，当车盘移到行程开关SQ5.1时，KM9失电，电机停止，同时，SQ5.1的常开按钮关闭，KM3得电并自锁，其电机正转带动X11车盘下降。当车盘下降到行程开关SQ2.0时，启动制动X10车盘停止。司机将车进去后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM4导通并自锁电机反转带动X11车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ2.0处时，KM4失电，启动制动X11车盘停止，此时，SQ2.0常开按钮关闭，KM10得电，其电机反转，带动5号车盘左移，当移到SQ5.0行程开关时，KM10失电，电机停止并制动，完成存车过程。2）X11车盘取车的调试：假如5号车盘没车。系统上电以后，在正常情况下。当按下SB2（I0.1）启动取车按钮，KV2（M0.2）线圈得电，由于5号车位没车，SB14常闭按钮连通，此时，按下2号车位按钮，SB5导通，KM3自锁，其电机正转带动X11车盘下降。当车盘下降到行程开关 SQ2.1(I2.0)时，启动制动X11车盘停止。司机将车开出后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM4导通并自锁，电机反转带动X11车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ2.0处时，KM4失电，启动制动X11车盘停止，完成取车过程。假设5号车位有车。系统上电以后，当按下SB2（I0.1）启动取车按钮，KV2（M0.2）线圈得电，由于5号车位有车，SB13常开按钮连通，此时，按下2号车位按钮，SB5导通，KM11通电并自锁，电机正转带动5号车位右移，当车盘移到行程开关SQ5.1时，KM9失电，电机停止，同时，SQ5.1的常开按钮关闭，KM3得电并自锁，其电机正转带动X11车盘下降。当车盘下降到行程开关SQ2.0时，启动制动X10车盘停止。司机将车开出后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM4导通并自锁电机反转带动X11车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ2.0处时，KM4失电，启动制动X11车盘停止，此时，SQ2.0常开按钮关闭，KM10得电，其电机反转，带动5号车盘左移，当移到SQ5.0行程开关时，KM10失电，电机停止并制动，完成取车过程。4.1.3 X12车盘的调试1）X12车盘存车的调试：系统上电以后，在正常情况下。当按下SB1（I0.0）启动存车按钮，KV1（M0.1）线圈得电，此时，按下3号车位按钮，SB6导通，KM5自锁，其电机正转带动X12车盘下降。当车盘下降到行程开关 S3.1时，启动制动X12车盘停止。司机将车开进后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM6导通并自锁，电机反转带动X12车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ3.1处时，KM6失电，启动制动X10车盘停止，完成存车过程。2）X12车盘取车的调试：系统上电以后，在正常情况下。当按下SB2启动取车按钮，KV2（M0.2）线圈得电，此时，按下3号车位按钮，SB6导通，KM5自锁，其电机正转带动X12车盘下降。当车盘下降到行程开关 S3.1时，启动制动X12车盘停止。司机将车开出后，按OK按钮，此时，KV1失电，KM6导通并自锁，电机反转带动X12车盘上升，当车盘上升到行程开关SQ3.1处时，KM6失电，启动制动X10车盘停止，完成取车过程4.1.4 X13、X14车盘的调试由于本停车场设计规则上层只能上下不能左右，底层的只能左右不能上下。故在下层取车时，不需要任何操作方可把车直接开出。4.2 1号车盘存取车的控制与仿真图4-1是1号车盘下降的梯形图：存车过程：系统只有在1号车盘为空时才能响应1号存车的信号，此时按下存车按钮SB1（I0.0），KV1（M0.1）线圈得电，按下1号车盘按钮（I0.2），此时系统判断4号车盘是否有车，若有车1号车盘不下降，5号和4号车盘在常开触点（I1.1）的作用下先后向右移动，到达指定位置后，行程开关SQ5.1（I2.6）和SQ4.1（I2.4）作用促使1号车盘下降。存完车后，司机按下完成按钮SB4（I0.3），这时1号车盘上升，4号和5号车盘左移，各个车盘恢复原位。取车过程与存车过程类似，不同的是要按下取车按钮SB2（I0.1）。图4-1 1号车盘存车梯形图图4-2是1号车盘存车的仿真图图4-2 1号车盘存车仿真图第五章 设计结论与体会本文最后使用西门子的S7-200仿真软件对设计的程序进行了仿真，由于没有实际的行程开关信号传输部分，因此行程开关的控制信号由手动代替输入，其余的操作跟现实生活一致。通过仿真，能准确地知道设计的程序的是否符合要求。的确，设计的程序能够实现课程设计中的所有功能。本文唯一的不足就是未能进行实物的操作，无法了解实际的操作时又会出现什么样的问题。基于PLC的双层五车位停车场控制电气的设计，使我收获颇多。通过采用继电器接触器控制设计我学会了电气原理图（主、辅助电路）的绘制、理解和运用一些电气符号，在课本上接触到继电器接触器以及其它的一些电器元件时，对他们的应用很模糊，但通过此次课程设计，对这些电器元件的理解相对更加深入，让我对继电器接触器控制有了从理论到实践认识的飞跃。PLC控制设计使我学会了使用一些特定软件和语言绘制和编写PLC流程图、梯形图、指令表，现在能够熟练的在相应软件上完成梯形图的输入，PLC型号的选择，并完成相应的编译和调试，并由此判断程序是否能够实现要完成的逻辑功能。自动停车场集中了现代多方面的先进技术，是科技含量较高的车库，其中双层自动停车场停车方便、存取速度快、车库结构灵活、造价低的特点，将使其可能成为今后停车库发展的主要形式。立体停车库目前在全国各地的很多新建小区内逐渐开始应用，今后随着家庭轿车的增加，经济实用的自动的立体停车库必将兴起，车库实现自动化控制是未来车库技术发展的主方向。可以设置PC机作为控制系统的上位机，通过灵活、友好的人机界面，以互联网作为信息通道，可实现对停车库的远程网络化控制和管理。根据双层自动停车场的运动原理及特点，明确了运动规律，通过对PLC的输入、输出信号数量准确合理地对PLC进行了选型。并对其运行过程进行了PLC控制程序的编程。总体来说，此次设计给我的影响颇大，让我知道了怎样做好一件事情，也明白了以往所学PLC课程还很不够，所以在本设计中可能存在考虑不周全、设计漏洞等问题。参考文献1王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011：20-292于庆广.可编程电气原理与系统设计.北京：清华大学出版社，2004：150-1703胡学林.电气控制与PLC.北京：冶金工业出版社，1997：105-1344孙振强.可编程控制原理及应用教程.北京：清华大学出版社，2003：41-765罗伟，邓木生.PLC与电气控制.北京：中国电力出版社，2005：180-2176刘子林.电机与电气控制.北京：电子工业出版社，2003.7黄永红.电气控制与PLC应用技术.北京：机械工业出版社，2011.8王建华.电气工程师手册.北京：机械工业出版社，2006.9吴晓君.电气控制课程设计指导.北京：中国建材工业出版社，2007.15附录PLC控制梯形图：PLC控制STL语言：ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork 1/网络标题/存车LD I0.0O M0.1AN I0.3= M0.1Network 2/取车LD I0.1O M0.2AN I0.3= M0.2Network 3/1号车盘下降LD I0.2O Q0.1LD M0.1AN I0.6LD M0.2A I0.6OLDALDAN I1.1LD I2.4O Q0.1OLDAN I1.3AN Q0.2= Q0.1Network 4/ 4号车盘右移LD I0.2O Q0.7A I1.1AN I2.4AN Q0.0= Q0.7Network 5/ 5号车盘右移LD I0.2A I1.1O Q1.0LD M0.1AN I0.6LD M0.2A I0.6OLDALDAN I2.6AN Q1.1= Q1.0Network 6/ 1号车盘上升LD I0.3O Q0.2AN I1.4AN Q0.1= Q0.2Network 7/ 4号车盘左移LD I1.4AN I2.3AN Q0.7AN Q1.0= Q0.0Network 8/ 5号车盘左移LD I1.4AN Q0.7LD I1.5AN Q1.2OLDAN I2.5A I1.4AN Q1.2= Q1.1Network 9/ 2号车盘下降LD I0.4O Q0.3LD M0.1AN I0.7LD M0.2A I0.7OLDALDAN I1.2LD I2.6AN I2.4O Q0.3OLDAN I2.0AN Q0.4= Q0.3Network 10/ 2号车盘上升LD I0.3O Q0.4AN I1.5AN Q0.3= Q0.4Network 11/ 3号车盘下降LD I0.5O Q0.5LD M0.1AN I1.0LD M0.2A I1.0OLDALDAN I2.2AN Q0.6= Q0.5Network 12/3号车盘上升LD I0.3O Q0.6AN I2.1AN Q0.5= Q0.6Network 13/ 5号车盘右移LD I0.4O Q1.2LD M0.1AN I0.7LD M0.2A I0.7OLDALDA I1.2AN I2.6AN Q1.1= Q1.2END ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0TITLE=子程序注释BEGINNetwork 1/网络标题/网络注释END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0TITLE=中断程序注释BEGINNetwork 1/网络标题/网络注释END_INTERRUPT_BLOCKS7-200仿真图：附图1 1号车盘下降附图2 1号车盘上升附图3 2号车盘下降附图4 2号车盘上升附图5 3号车盘下降附图6 3号车盘上升附图7 4、5号车盘左移附图8 5号车盘左移