基于PLC立體車庫控制系統(tǒng)的設計

1、泰 山 學 院本科畢業(yè)論文基于PLC 立體車庫控制系統(tǒng)的設計所 在 學 院 機械與工程學院 專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化 申請學士學位所屬學科 工 學 年 級 2011級（3+2） 學生姓名、學號 王永平 2011170231指導教師姓名、職稱 陳宏圣 副教授 完 成 日 期 2013年 5月 30日摘要摘 要立體停車庫生產在中國是個新興行業(yè)，立體停車庫可緩解城市動、靜態(tài)交通問題，改善居住環(huán)境，有效利用土地價值。本系統(tǒng)采用PLC 、計算機結合組態(tài)畫面監(jiān)控，按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成汽車存取過程，操作簡單，存取方便。控制電路部分采用交流接觸器傳統(tǒng)方式，使運行安全可靠。設計采用可分組

2、合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護使用方便，造價低等特點。關鍵詞：自動控制，立體停車場，垂直循環(huán)式，PLCAbstractAbstractParking equipment production in China is an emerging industry, parking can relieve urban dynamic and static traffic problems and improve the living environment and efficient use of land value. The system uses PLC, combining compute

3、r configuration screen monitoring, press the button or control the configuration screen to complete the process of car access, simple operation, easy access. Control circuit AC contactor traditional way to make safe and reliable operation. Design uses a combination separable, modular installation, c

4、onvenient and flexible, with easy maintenance and use, and low cost.Keywords: automatic control, three-dimensional parking, vertical circulation, PLC目錄1引言 . 12 西門子PLC 簡介. 32.1 德國西門子S7-200系列PLC 的性能指標和分類. 32.11 PLC的主要性能指標 . 32.12 PLC的分類 . 32.2可編程序控制器的工作方式及編程語言 . 43 雙層立體車庫功能介紹. 63.1立體車庫系統(tǒng)組成 . 6圖3-1 . 6

5、3.2 PLC核心控制部分 . 63.3移動方案的比較 . 63.4升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理 . 73.5檢測點與控制點 . 83.6控制點分布 . 93.7電機控制及接線設計 . 94硬件選型 . 104.1 PLC型號的選擇 . 104.1.1 I/O點數的確定 . 104.1.2 選定PLC . 104.1.3 控制系統(tǒng)I/O地址分配. 104.14 閘門控制程序. 124.1.5指示燈控制程序 . 144.2變頻器的選擇 . 154.3傳感器的選擇 . 164.4車位停車信號 . 16結論與討論 . . 17參考文獻. 18致謝. 19附錄：車庫總程序. 201引言車輛無處停放

6、的問題是城市的社會、經濟、交通發(fā)展到一定程度產生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近3040年的歷史，無論在技術上還是在經驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已將近二十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高8

7、090，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。(一） 升降橫移式升降橫移式立體車庫采用模塊化

8、設計，每個單元可設計成兩個，三個，四個，五個，半地下等多種形式，車位數從幾個到上百個。這種三維的地表和地下車庫停車，配置靈活，成本低。（二） 巷道堆垛式巷道堆垛式立體車庫堆垛機作為一種工具來使用，存取車輛，所有車輛進行訪問的堆垛機，堆垛機，因此技術要求較高，單堆垛機成本較高，所以巷道堆垛立體車庫車位數量較大的客戶所需。垂直升降式停車類似的垂直升降類停車電梯工程，安排在兩側的電梯車位，通常需要一輛車轉盤地面，省去司機掉頭。垂直升降式停車設備的安全性，一般海拔較高（幾十米），精密加工和安裝的要求都很高，所以成本較高，但面積是最小的。 （三） 垂直循環(huán)式產品特點：1）占地面積小，兩個泊位面積可停放6

9、至10輛。 2）可以添加只有屋頂和外墻裝飾，消防栓。 3）價格低，地基，外墻裝修，火災和其他投資少，建設周期短。 4）可自動地控制，安全和可靠的操作。本課題以二層五車位為研究對象, 采用德國西門子S7-200為控制元件, 進行模擬, 結合所學專業(yè)知識, 成功的設計出二層五車位PLC 控制系統(tǒng). 由于本人水平有限，本設計中難免有不當和錯誤之處，懇請各位老師批評指正。2 西門子PLC 簡介2.1 德國西門子S7-200系列PLC 的性能指標和分類 2.11 PLC的主要性能指標(1輸入輸出點數（I O 點數）I O 點數是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數的總和。它標志著可以接多少個開關、按鈕和

10、可以控制多少個負載。(2存儲容量存儲容量是指可編程序控制器內部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。(3掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用µs/步。 (4功能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊應用的需要，如A D 模塊、D A 模塊、位置控制模塊等。 (5指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。2.12 PLC的分類通常，PLC 產品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。按結構形式不

11、同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC 三種類型。 1PLC 系統(tǒng)的組成PLC 是一種以微處理器為核心的通用工業(yè)自動控制設備，硬件結構和微電腦控制系統(tǒng)類似。 PLC設置由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。2PLC 的硬件結構一個PLC 系統(tǒng)硬件的基本單位（包含中央處理單元，存儲器，中央處理單元，輸入/輸出接口，內部電源），I / O擴展單元和外部設備。圖2-1 PLC硬件結構圖。 圖2-1 PLC的硬件結構圖2.2可編程序控制器的工作方式及編程語言1. PLC 的工作方式1 PLC 的掃描工作方式 2 PLC的掃描過程 編程PC 機圖2-2 PLC的掃描

12、過程可編程控制器進入運行狀態(tài)，循環(huán)掃描模式。從開始的第一個指令，或者，兩不中斷的控制下，根據所存儲的程序的地址號碼遞增的順序執(zhí)行，該程序順序執(zhí)行一個接一個，直到程序結束。然后再次開始從頭掃描和循環(huán)很重要?？删幊炭刂破鲯呙韫ぷ鬟^程如圖2-3所示，包括五個階段：內部處理，通信處理，輸入掃描，程序執(zhí)行和輸出處理。 PLC來完成掃描被稱為掃描周期所需的時間。用戶程序的長度和掃描速度的掃描周期的長度。 3 PLC 的程序執(zhí)行過程PLC 的程序的執(zhí)行過程大體可以分為以下三個主要階段：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新，如圖2-4所示。 圖2-3 PLC的程序執(zhí)行過程4 PLC 的掃描周期PLC 過程的實際工作中

13、，除了以前通用的輸入采樣的每個掃描周期中，程序的執(zhí)行，輸出刷新三個階段，同時也為自診斷，和外圍設備（例如編程設備，主計算機）的通信處理。也就是說，在一個掃描周期還應該包括自我診斷和通信等外圍設備的時間。3 雙層立體車庫功能介紹3.1立體車庫系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由：PLC 、組態(tài)監(jiān)控部分、電氣傳動部分、檢測部分、手動控制部分、支架模型 系統(tǒng)圖見圖3-1： 圖3-13.2 PLC核心控制部分系統(tǒng)核心部分采用西門子200系列CPU226為控制元件，它是200系列中功能最強、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時間高達0.08us ，遠遠超過了很多大型可編程控制器。它功能強大實用，價格便宜，工作穩(wěn)

14、定可靠，24點輸入，16點輸出，采用繼電器輸出形式，可驅動交直流負載，負載電流在2A 左右。220V AC供電。并且輸入端內部自帶24V 直流電源，還可為負載提供直流電源。3.3移動方案的比較機械式立體停車庫有許多種類型，根據其工作原理可分為：升降橫移式；水平循環(huán)式；平面移動式等等。采用以載車板升降或橫移存取車輛的機械式停車設備叫做升降橫移式立體停車庫，由于升降橫移式停車庫的類型比較多，規(guī)?？纱罂尚?，對場地的適應性強，因此采用這一類型的停車庫十分的普遍。升降橫移式立體停車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫

15、內地面的車只作橫移，不必升降，上層車位或下層車位需要通過中間層橫移出空位，將載車板升或降到地面層，駕駛員才可以進入車庫內將汽車開進或開出車庫。升降橫移式立體停車庫的布置型式主要有兩種：半地下布置型式和地上布置型式本設計是雙層六位五車的小型立體車庫，多用于居民小區(qū)，其簡圖如下所示: 123456圖3-2立體車庫各車位移動方案移動方案（1）：將1號車位作為定位，2，3號車位可以直接提取車。 在存取4號車時，將4號位降到1號位上，進行存取車。在存取5號車時，將2號位移動到1號為上，5號位降到2號位上，進行存取車。在存取6號車時，將2號位移動到1號位上，3號位移動到2號位上，5降到3號位進行存取車。移

16、動方案（2）：可將3號車位作為定位，其存取方式和方案（1）相同，故不再做表述。 移動方案（3）：將2號車位作為定位，1，3號車位可以直接進行存取車。在存取4號車時，將1號車位移動到2號車位上，4號車位降到1位進行存取車。在存取5號車時，將5號車位降到2位上，進行存取車。在存取6號車時，將3移動到2位上，6降到3號車位上，進行存取車。 綜上所述，可以知道方案（3）最快捷，所以本設計采用方案（3）作為車庫整體移動的方案。3.4升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理通過交換在控制系統(tǒng)上的信息（接口）的操作信息傳遞到控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的處理，系統(tǒng)控制信息，以確定輔助設備驅動程序的執(zhí)行結構來完成該操作車庫站點的操

17、作者（人）。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖3.3所示。 圖 3.3 車庫系統(tǒng)控制原理框圖升降橫移式立體車庫，控制系統(tǒng)控制單元內的車庫和電梯電機的主要控制對象的第一進給電機，控制系統(tǒng)，使它們在不同的時間內取得積極，其次車庫的各種輔助設備，如燈各種保安設施。為了確保載波汽車板塊滑動到預定位置和董事會的車可以上升或下降到指定的位置，使用行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了紅外對射開關。3.5檢測點與控制點1. 檢測點分布(1 載車板上汽車停放到位否檢測光電開關在底部的掃描測試。光電開關的接收器和發(fā)射器被安裝在底部的左，右兩側，在載流子車輛的前部和后部的位置被檢測到的板，不到位當車輛停放，車輛起飛的光

18、源光學塊，系統(tǒng)就不能動，只有車輛停放到位，系統(tǒng)才能正常工作。(2 載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關， 用于檢測載車板上有無車。(3 載車板平移運動是否到位檢測只有較低的汽車板包含平移運動，每個停車位上的限位開關，用于檢測所述帶輪板的平移運動被安裝在已安裝到位。(4 載車板升降是否到位檢測只有在上板升降運動的汽車，在每個垂直運動的汽車上的軌道板，分別在下部和上部安裝一個限位開關，用于檢測汽車面板的下降和上升，是在這里的。(5 上層載車板吊鉤是否掛好檢測可以用來鉤是否已掛出了汽車板塊的反饋信號控制電磁鉤行動。3.6控制點分布(1 一層載車板左右平移控制一層載車板只有兩

19、個， 每個載車板只有左右移動兩個動作， 采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。 （2）二層載車板升降運動控制二層載車板有三個， 每個載車板只有升降兩個動作， 采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。 （3）吊鉤動作控制只有二層的載車板使用吊鉤， 每個載車板用2 套吊鉤， 吊鉤用電磁鐵控制。3.7電機控制及接線設計在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。4硬件選型4.1 PLC型號的選擇 4.1.1 I/O點數的確定

20、根據設計要求，其輸入大致有：傳感器、行程開關、光電開關、操作面板按鈕；輸出有：指示燈、數碼管、閘門、升降電機、橫移電機。經過計算，輸入點大致需要26個左右，輸出點需要24個左右。 4.1.2 選定PLC西門子200系列PLC 的I/O地址分配表如下所示： 表4.1 西門子200系列PLC 的I/O地址分配表根據控制系統(tǒng)的需求，選定PLC 型號為西門子S7-200CPU226。4.1.3 控制系統(tǒng)I/O地址分配根據控制系統(tǒng)設計的要求及選定的PLC 型號，確定系統(tǒng)的I/O地址分配如下表所示： 表4.2 輸入I/O地址分配 表4.3 輸出I/O地址分配4.14 閘門控制程序設計要求：當汽車到達閘門前

21、時，若車庫內有空車位，系統(tǒng)自動打開閘門讓車輛進入動作平臺；如果停車位已滿，系統(tǒng)將拒絕打開停車場閘門。在車庫進出口處各裝有一個傳感器I3.0、I3.1。當有車進入車庫時，I3.0檢測到實現加1運算；當有車出去時，I3.1檢測到實現減1運算。這樣，當車庫內車輛未達到5輛時，系統(tǒng)會在檢測到車輛時自動打開進口閘門；當車庫內車輛達到5輛時，系統(tǒng)將拒絕打開進口閘門。 圖4-4閘門控制程序4.1.5指示燈控制程序設計要求：紅色燈在系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時能代表車位已經滿，綠色燈則代表車位還有剩余。利用閘門控制程序檢測到的車位情況即可實現該顯示。設計要求：停車場的指示燈能夠自動分辨系統(tǒng)當前處于的控制狀態(tài)（紅燈閃爍代

22、表進車模式，綠燈閃爍代表取車模式，黃燈代表手動控制模式，粉紅色燈閃爍代表系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài)）。 圖4-5指示燈控制程序立體車庫作為解決城市現代化進程中停車難的首選解決方法，它以快捷，高效，占地少和安全方便等優(yōu)點，迅速出現在各個現代化的城市建設中，作為高科技的新產品，這個選題具有很現實的意義。由于立體車庫目前尚屬于高科技產品，現成的資料十分的缺少，我通過上網，到圖書館查資料，不斷的收集相關信息，并針對設計題目的要求，最終選定設計方案。通過完成本次課程設計，在我的腦海里逐漸形成一套提出問題，分析問題，解決問題的思路，這竟針對以后我們面對新任務時，有更好的解決方法。課程設計的完成，使得我的創(chuàng)新能力

23、得到了全面的提高。在完成課程設計的過程中，不僅豐富了我的知識結構體系，更鍛煉了我的實際動手能力，這將對將要走上工作崗位的我打下一個堅實的基礎。由于所學的知識有限，而實際經驗缺乏，因此，我的實際中難免存在缺陷和不足，懇請老師給予批評指正，以便我在今后的學習工作中得意彌補。4.2變頻器的選擇1 變頻器與負載的匹配問題。電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。電流匹配：普通離心泵，變頻器的額定電流和電機額定電流匹配。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數，以確定逆變器電流和過載的最大電流。轉矩匹配：這種情況在有減速裝置或者恒轉矩負載時有可能發(fā)生。 2）變頻器選擇由于電動機是立體車庫的

24、動力源，各個載車板的移動均由電動機拖動完成，所以，能否有效控制電機決定了存取車的效率，運行精度，穩(wěn)定性和安全性等。早起的升降橫移式立體車庫采用普通三項交流異步電機，控制過程簡單，但電機恒速運行，是靠犧牲時間來獲得令人滿意的速度的。本次設計針對立體車庫電機控制常規(guī)方法的缺點，提出了PLC 與變頻器結合的改進方法。當PLC 接觸到上位機傳來的存取車信號，需要電機動作時，PLC 控制相應的接觸器動作閉合，電機得電運轉，電機轉子通過減速器帶動載車板移動，載車板移動到位后，觸動行程開關，向PLC 發(fā)送停止信號，PLC 控制接觸器斷開，電機停轉，并同時制動，保證電機迅速停轉，避免移動錯位。選用安川VS-6

25、16G5通用變頻器，其具有可自行設置速度曲線的特點，能實現電機控制系統(tǒng)和精確控制。4.3傳感器的選擇本設計中選用的接近開關為歐姆龍電感式接近開關LW 18系列，如下圖所示： 圖4-6歐姆龍電感式接近開關LW 18系列4.4車位停車信號立體停車庫中，載車板上是否停放車有車輛，通過采用光電開關實現。在此采用紅外對射式光電開關，在載車板的對角線上安裝。當有車輛停放時，阻擋紅外對射信號，光電開關無輸出，當無車輛停放時，存在紅外對射信號，光電開關有輸出。紅外光電開關是一種對射式光電傳感器，其物體不限于金屬。該傳感器具有探測距離遠、可調節(jié)測量范圍的優(yōu)點。關于該紅外開關的測量范圍問題，廠家給出的范圍是0-8

26、m, 但本產品并非精密傳感器，測量范圍有誤差。但在本設計中，此種型號的光電開關就能滿足設計要求。本設計中采用的紅外對射開關型號為E18-M8NK結論與討論升降式立體車庫的控制系統(tǒng)采用PLC 控制，是整個控制系統(tǒng)的可靠性大大提高，可實現車位的自動調配，滿足的車庫的控制功能與使用性能要求，完全實現了進出車的自動控制。軟件設計上的優(yōu)化處理，使得本系統(tǒng)車位擴展較為簡便。在分析目前立體車庫常用的傳動系統(tǒng)的基礎上，確定了本車庫的機械系統(tǒng)傳動方案。本文介紹的基于PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)，簡述了二層升降橫移式立體車庫工作原理和結構特點，通過PLC 軟件設計，實現了立體車庫的自動控制。升降橫移式立體車庫的控制

27、系統(tǒng)通過采用PLC 的控制，使整個控制系統(tǒng)的可靠性大大提高，滿足了車庫的控制功能與使用性能要求，實現了進出車的智能控制。機械立體車庫的種類繁多，我們必須通過詳盡的技術分析才可以有明智的判斷，利用一切可以利用的因素，建造出經濟技術合理和使用市場要求的機械立體車庫?？傊?，在我們面臨著建設現代化大都市的重任和土地資源異常奇缺的情況下，使用機械立體停車庫是可行，明智的選擇，它的前景將無限美好。在整個課程設計的過程中，遇到了很多設計前想不到的問題，困擾了很長時間。不過通過查找資料，請教老師和同學，問題終于得以化解。因此困難是不可怕的，可怕的是缺少面對困難的勇氣，這次課程設計雖然困難多多，但是最后卻得到了

28、很多。參考文獻1王淑英編. 電氣控制與PLC 應用M. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.482 王兆義. 可編程控制器教程M.上海:機械工業(yè)出版社, 2004.283 張文明. 組態(tài)軟件控制技術J.北京:清華大學出版社, 2006.084 何獻忠. 可編程控制器應用技術M.北京:清華大學出版社,2007.145 楊瑩. 可編程控制案例教程J.上海:機械工業(yè)出版社, 2008.166 王軍，鄭新志.PLC 自動控制系統(tǒng)J.山東：山東輕工業(yè)學院學報，2004.037 陳光明，趙連玉. 可編程控制器應用J.天津：天津理工大學學報，2005.068 蔡瑞娟編. 西門子PLC 高級培訓教程J. 北京：人民郵電出版社，2009.889 林春方. 可編程控制器原理及其應用M.上海:上海交通大學出版社，2004.5510 王永華. 現代電氣及可編程控制技術M.北京：北京航空航天大學出版社，2003.4811 殷洪義. 可編程序控制器選擇設計與維護M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.3812 鐘肇新，彭侃編譯. 可編程控制器原理及應用M.第二版. 廣州：華南