机械毕业设计（论文）-基于PLC的PSH16D型立体停车库控制系统设计【全套图纸】 .pdf

编号 毕 业 设 计（论文） 题目 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库 控制系统设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 学号 指导教师 职称 时 间 目 录 摘 要 abstract 1 绪论1 1.1 立体停车库的简介1 1.2 本课题设计的背景 3 1.3 本题设计的内容4 1.4 本题设计的目的及意义4 2 立体停车库控制方案的立体停车库控制方案的6 2.1 系统设计的基本步骤6 3 升降横移式立体停车库的构成及工作原理升降横移式立体停车库的构成及工作原理7 3.1 升降横移式立体停车库的构成 7 3.2 升降横移式立体停车库的工作原理7 4 立体停车库部分硬件的设计立体停车库部分硬件的设计9 4.1 安全防护装置 9 4.2 传感器的选择 9 4.2.1 感烟感温传感器 10 4.2.2 红外线传感器 10 4.2.3 行程开关 11 4.3系统控制箱设计 11 4.4电动机的选型 12 4.4.1 升降传动电机 12 4.4.2 横移传动电机 12 4.5 plc 的选型 13 4.5.1 plc 的选型 13 4.5.2 plc 外部接线图 15 5 立体停车库控制系统软件设计立体停车库控制系统软件设计 16 5.1 plc 工作过程 16 5.2 plc 程序编制原则 17 5.3 i/o 点地址分配 17 5.4 控制系统设计流程图19 5.5 plc 控制系统的梯形图设计21 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 6 总总 结结 22 致致 谢谢 23 参考文献参考文献 24 文献综述 25 附录 psh16d 型立体停车库 plc 梯形图32 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 i 摘 要 立体车库是用来实现部分车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。 随着城市汽车数 量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可更 好的利用上地资源，发挥空间优势，更大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题 的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库 制造成本和可行性的双重因素。 本文是在对国内外车库现状及发展趋势做了调研的基础上， 选择三层六列式车库结 构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库的结构 部分、传动装置部分以及控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车 库的控制系统作了比较详细的说明。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用 了先进的可编程序控制器(plc)控制，运用西门子公司的编程软件编制了升降横移式立 体车库控制系统的程序，采用 plc 作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价 比高的特点使得控制系统非常完美。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械 式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库 中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平 稳的运行。 关键词：关键词：立体车库；控制系统；可编程序控制器 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 ii abstract stereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. as the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard- to- park problem has become a common phenomenon. mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. it has become an important way for static traffic problem of cities. the issue studies the type mechanical parking system which named up- down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically. on the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three- layer and six- formulistic garage structure as the research model. according to the form of the dragging- forms of multi player up- down and translation ear- base, it is made of three parts: part of ear- base structure 、 part of driving- framework and part of control system. the paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. the paper adopted plc as control system in designing the up- down and translation stereo garage, plc software of siemens company was used to weave the program of control system, through debugging running. the result proved that adopted plc as control system is simple and easy to realize. the characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. in order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems- general safety requirement and the facts of the up- down and translation stereo garage the paper introduced some safety technique which was used in the up- down and translation stereo garage. this can ensure absolute safety for car and make the whole stereo garage safety and running smooth. keywords：stereo garage; control system; plc 1 1 绪绪 论论 1.1 立体停车库的简介 停车库系统就其结构特征来分类，可分为平面式和立体式两种，平面式又分为地下 平面式停车库、地上平面式停车库；立体式停车库又可分为自行式立体停车库、半自动 立体停车库和全自动立体停车库， 而全自动立体停车库还可分为两层或多层平面式全自 动立体停车库、竖向密集型全自动立体停车库以及特殊造型结构全自动立体停车库。 目前，机械式立体停车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提 升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等，下面简单介绍下前面四种立 体车库。 （1）升降横移式立体停车库 升降横移式立体车库采用以载车托盘升降或横移存取车辆的立体停车设备叫做升 降横移类停车场，如图1所示。 图 1 升降横移式立体停车库 升降横移式立体车库配置灵活，造价较低。每单元可设计成多层结构，车位可从几 个到上百个。其突出特点是节省占地，配置灵活，存取车迅速，等候时间短，价格低， 消防、外装修、土建地基等投资少；采用自动控制系统，构造简单，安全可靠，运行平 稳，工作噪声低。车库主要停车托板、机械传动、电气传动、自动控制、安全防护几部 分组成，主要适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。一般升降横移式单车位 造价仅为的垂直升降类或巷道堆垛类的 1/61/3，非常适合我国现阶段国情。 (2) 巷道堆垛式立体停车库 巷道堆垛式立体车库利用堆垛机或者桥式启动机作为存取车辆的工具， 如图2所示。 它在垂直和水平方向的负荷运动将车辆快速送进或取出。这种车库不需要车道，而且出 入口设置灵活，所有车辆均由堆垛机进行存取，对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 2 成本较高，但该立体车库容积率高，适合于用地紧张，绿化要求高，停车相对密集的场 所。 图 2 巷道堆垛式立体停车库 (3) 垂直提升式立体停车库 垂直提升式立体车库又称为电梯式车库，因其独立的车库像塔而又被称为塔库，如 图 3 所示。这种类型的车库空间利用率很高，在 50 平方米的地面使用垂直提升式立体 车库，可以建造一座 25 层的塔库，存车辆可达达到 50 辆，平均每平方米停放 1 辆车。 这种车库通过提升机的升降和装在升降平台上的横移机构将车辆或载车托盘横移， 实现 车辆存取，具有省电，噪音小，运行速度快以及操作简单维护方便等独特优点。该立体 车库采用回转盘技术，车辆可以直进直出，使用便捷，对于城市繁华区域或其他停放车 辆较为集中的地方，采用这种类型的车库更是合适。车库一般较高，但占地却最小，对 设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，所以造价较高。 图 3 垂直提升式立体停车库 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 3 （4）垂直循环式立体停车库 垂直循环式立体车库外观像垂直升降类的车库， 通过巨型链轮和链条带动存车拖降 做垂直方向的循环运动来达到存取车的目的，如图 4 所示。这种车库设备动力单一，控 制简单，维护方便、故障少。该类大型车库一般为封闭式建筑结构，停放车辆可达 40 以上，小型车库可以根据地理条件单独设定，也可以多台设备连台设定。垂直循环式车 库占地少，两个泊位面积可停 610 辆车；价格低，投资少，建设周期短。 图 4 垂直循环式立体停车库 在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求 等各个方面的因素，可以发现用升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且 对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。本文以 3 层 16 车位升降横 移式立体停车库为研究对象，设计了基于 plc 的控制系统，并在 s7-200 上得到实现。 1.2 本课题设计的背景 随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展， 拥有私家车的家庭越来越多， 截至 2011 年 8 月底，全国机动车的数量达到 2.18 亿辆，汽车数量首次突破 1 亿辆。而早在 2000 年，全国机动车数量仅为 1249 万辆，汽车数量为 625 万辆。通过以上数据不难看出， 短短 10 年里，中国的机动车辆的数量增加了 17 倍，汽车的数量增加了 16 倍。而与此 相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止到 2007 年底，市区仅有公共停 车场 827 处，共计车位 5.8 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.6，停车环境与城市规 划的矛盾相当突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的 228 个地下车库的有效使用面 积不足 60 万平方米，只能满足 1.3 万辆机动车停放的需求，路边停车渐呈泛滥之势， 比例高达 65，而且还有继续上升的趋势。据建设部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查，城市机动车数量与停车位之比平均为 4：84：1，这一比值对 于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建 设规划上的准备不足。上世纪 80 年代初期，北京市有关部门对 2000 年北京汽车发展数 的预测仅仅是 70 万80 万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 4 足比预期多了 100 万辆，其中私人小客车的数量就高达 45 万辆。面对迅速发展的城市 车流，停车设施建设的落后也就成为了必然。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北 京市停车设施的欠缺最保守估计应为 2030。 停车难问题现在已引起了社会各界的关注， 所以很多高校的老师都把立体停车库这 个课题作为教学科研的一个项目，让同学们把所学的知识运用到社会实践中去。刚好这 次我有幸获得这个课题的研究设计。 1.3 本题设计的内容 本课题的主要内容是基于西门子 s-200 系列 plc 的立体车库控制系统的设计， 升降 横移类机械停车库利用载车板移位产生垂直通道,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 24 层(国家规定最高为 4 层),2 层、3 层者居多,现以地上 3 层 6 列升降横移式立体 车库为例,说明停车库的运行原理。 升降横移式立体车库结构特点是：底层只能平移,顶层只能升降，中间层既能升降， 也能平移。除顶层外,其他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;除底层外的其他层进出车时,先按下存、取 车按钮，然后再按车位号，程序就开始启动，建立下行通道，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，横移的载车板也回到原来的位置。其运动的 总原则是：升降复位,平移也复位。 1.4 本题设计的目的及意义 作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为 患已成为当今社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济 正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快， 停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针的设置， 还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难较为有效的手段， 机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出其独特的优越性。首先，机 械式立体停车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平 均一辆车就要占据 40 平方米的面积，而如果采用双层立体式机械停车库，可使地面的 使用率提高 8090，如果采用地上 21 层立体式车库的话，50 平方米的土地面积上 便可存放 40 辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发的经济成本。 机械式立体停车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全， 人在车库 内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。确切的说，机械车库从管理上 可以做到彻底的人车分流。在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因 此， 运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。 机械车库一般情况下不做成套系统， 而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 5 个组团中或每栋楼下都可以随机的设立机械式立体停车库。 这对眼下车库短缺的小区解 决停车难的问题提供了方便的条件。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场 均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个较为有效的措施。机械式立体 停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，立体 车库的设计目的：是解决目前城市用地紧张，缓解停车难的一个较为有效方法。可以预 见立体车库具有非常广阔的市场前景。 除上诉立体停车库给社会带来的意义外，同时这次毕业设计也给我带来了很多收 获。 通过这次毕业设计， 我更加深入的了解智能立体车库的工作原理， 能够熟练掌握 plc 在立体车库中的运用，能够自主的对立体停车库的控制系统进行设计；掌握了控制系统 的设计步骤流程以及方案制定方法，具备了控制系统硬件设计、软件编制与调试等基本 能力，提升了自己对于设计智能控制系统这方面的能力，而且能够将所学的知识与社会 实践相结合。 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 6 2 立体停车库控制方案的立体停车库控制方案的 2.1 系统设计的基本步骤 （1）立体停车库系统设计的主要步骤，如图 5 所示 图 5 立体停车库控制系统的设计基本步骤 （2）在本次课题设计过程中主要思路如下： 1）深入的了解和分析立体车库的工作原理和控制要求。 2）根据立体车库的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构。 3）根据所设计的场所，选择步进电机的类型。 4）根据 i/o 的点数选择合适的 plc 的类型。 5）分配 i/o 点，分配 plc 的输入、输出点。 6）设计立体车库系统的梯形图设计。 7）将程序输入 plc 程序进行调试，查出错误，让程序更加完善。 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 7 3 升降横移式立体停车库的构成及工作原理升降横移式立体停车库的构成及工作原理 3.1 升降横移式立体停车库的构成 升降横移式立体停车库通过升降或横移载车板存取车辆。 升降横移式立体车库主要 由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部 分组成。如图 6 所示。主框架是立体车库的支撑结构，通常采用钢结构。载车板用来承 载库存车辆，载车板上有横移电机，带动载车板整体做横移运动。载车板上的搬运器由 四根钢丝绳与框架连接，可以升降。升降横移式立体停车库的传动系统分为升降传动系 统和横移传动系统，是整个车库系统较为的核心部分。升降横移式立体停车库的控制系 统可以采用可编程控制器(plc)、单片机等硬件控制继电器、接触器的状态，完成升降、 横移的动作，从而完成车辆的存取。安全防护措施是立体车库的安全保障，一般有紧急 停止开关、防坠装置、警示装置等。 图 6 升降横移式立体车库框架示意图 3.2 升降横移式立体停车库的工作原理 图7所示为3层16车位升降横移式立体停车库的工作原理示意图。 图中的空位是无载 车板的空位， 为车位升降提供通道。 空车位在初始化状态下是没有存放车辆的载车板的。 存放在地面层的1、2、3、4、5车位的车辆可以“直接”存取，其载车板只做横移运动， 不做升降运动；中间层的6、7、8、9、10车位的载车板既可以做横移运动，又可以做升 降运动；顶层的11、12、13、14、15、16车位的载车板只做升降运动，不做横移运动。 升降横移式立体停车库一般为2-4层，每个车位单独配有载车板。中间和地面层每层都 有一个空位，顶层没有空位。上层车位如果要到地面层，需要将下层的载车板移开，使 得上层车位的下方腾出空位，然后进行升降。 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 8 图 7 升降横移式立体停车库工作原理示意图 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 9 4 立体停车库部分硬件的设计立体停车库部分硬件的设计 4.1 安全防护装置 停车库的安全防护措施是非常重要的， 在众多的车库中车辆的高价性与车库自身的 价值存在很大的差异，并与客户对车库的信任度有着密切的联系。对于升降横移式立体 停车库，它的安全防护措施要做到以下几点，并且配备有相应的防护装置。 （1）防火措施:在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把 监控信号传给中央控制系统。 （2）急停措施:在发生异常情况时能使停车设备立即停止运转，在操作盒上安装有 紧急停止开关，并设为红色，以示醒目。 （3）阻车装置:在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上， 一般在载车板的后端一侧安装上一块高 25mm 以上的阻车挡铁，方便司机准确停车。 (4）人车误入检出装置:设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全， 一般采用红外装置。一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使 这个车库停止运作。 （5）防止载车板坠落装置:当载车板升至定位点后，需设置防坠装置，以防止载车 板因故突然落下，伤害人车，一般防坠装置采用挂钩形式。挂钩防坠方式有电磁铁驱动 和机械驱动。在本设计中采用的是机械式挂钩，它有性能可靠、结构简单、便于维护、 经济实用等特点。 4.2传感器的选择 psh16d 型升降横移式立体停车库控制系统要完成对运动位置的监测、 车库现场的监 控等任务，需要大量的监测传感装置。在选择监测传感装置时，其装置一般要符合以下 要求: （1） 输入输出信号之间要求一定的函数关系。 经常要求时单值、 直线性的函数关系， 即符合 式中: （2）有较高的的灵敏度和较大的信噪比。灵敏度高，意味着被测量有微小变化时传 感器就有较大的输出，但又要求传感器本身噪声小，且不易从外界引进干扰噪声。 （3）响应速度快又不失真。即要求输出信号随输入信号变化的响应时间越短越好。 （4）线性范围宽。任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成正 比关系。线性范围愈宽，表明传感器的工作量程愈大。 （5）稳定性好，抗干扰能力强。稳定性指传感器经过长期使用后其输出特性不发生 变化。影响传感器稳定性的是时间和环境，环境又包括温度、湿度、尘埃、振动、电场、 磁场干扰等因素。 （6）有较高的精确度。传感器的精确度表明传感器输出与被测量之间的对应程度以 及重复一致的程度。 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 10 （7）输出信号易于微机接口。对于控制系统而言，要求传感器的输出信号尽量符合 计算机控制系统输入通道的信号要求，即为 o5v，15v，o10v，0 一 zoma，4 一 zoma 等标准电压、电流。 （8）结构要简单，易于安装更换，易于维护，性价比要好。 在选择传感器监测装置时， 要以上述要求为依据。 psh16d 型升降横移式立体停车库 控制系统中所涉及到的传感监测装置有以下几种: 4.2.1 感烟感温传感器 立体停车库对于防火的要求很高，所以在控制系统中，必须要选择性能比较好的感 温感烟传感设备。分布智能烟温复合探测器，按照国家标准 gb4715-93 和 gb4716 一 93 的要求设计， 感烟灵敏度达到一级， 即减光系数=1000;误码率1500m。在车 库运作过程中，烟温探测器一旦测出被测量超出测量上限，就会发出火警信号，作为输 入量传给控制系统。本设计系统中选的是嘉保 gb-2688 型烟温复合型传感器。 4.2.2 红外线传感器 停车库安装红外探测器有两种功能:车库在运行时，不允许有其它物体进入车库工 作区域，例如人和小宠物;在夜间或者无管理员时，防止偷盗和蓄意破坏等违法行为。 在警戒范围内，为什么人在移动时被动红外探测器能够发生报警信号?在自然界，任何 高于绝对温度(一 273.巧)的物体(例如人和小宠物)， 其释放的红外能量的波长是不一 样的， 因此红外波长与温度的高低是相关的。 在被动红外探测器中有两个关键性的元件， 一个是热释电红外传感器(ptr)， 它能将波长为 8 一 12pm 之间的红外信号变化转变为电 信号，并能对自然界的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当 无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体或小宠物进入车库运 行警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异 信号，因此，红外探测器的红外探测基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差 异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅 尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射(反射)在 ptr 上；第二个 作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区， 使进入警戒区的移动物体能以温度变化的性 是在 ptr 上产生变化热释红外信号，这样 ptr 就能产生变化的电信号。被动红外探测器 具有多种型号，比如 ds 公司生产的 ds820、ds720、ds9360 等等，从 6 米到 60 米，从 单红外到三技术，从壁挂式到吸顶式，那么所要求安装的探测器必须要考虑防范的空间 的大小，周边的环境，出入口的特性等实际状况。有时要考虑更换菲涅尔透镜来满足要 求。由于被动红外探测器是属于一种微弱信号检测设备，在安装时，必须注意一些细节 方面的问题，如高度、灵敏度等。正确安装一个被动红外探测器，必须掌握以下几个方 面的信息:首先是对探测器的性能特点必须了解，其次要合理确定安装位置，最后必须 要仔细调试。不能说探测器能报警就说明安装好了，那么如何确定一个被动红外探测器 的安装位置 (1)根据说明书确定正常的安装角度。安装高度不是随意的，会影响探测器的灵敏 度和防小宠物的效果。 (2)不易面对玻璃门窗。被动红外探测器正对玻璃门窗，会有两个问题:一是白光干 扰，显然 ptr 对白光具有很强的抑制功能，但毕竟不是 100%的抑制。因此避免正对玻璃 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 11 门窗，可以避免强光的干扰。二是避免门窗外复杂的环境干扰。 (3)不宜正对冷热通风口或冷热源。被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有 密切的关系， 冷热通风口和冷热源均有可能引起探测器的误报， 对有些低性能的探测器， 有时通过门窗的空气对流也会造成误报。 (4)不宜正对易摆动的物体。易摆动的物体将会使微波探测器起作用，因此同样可 能造成误报。 (5)注意非法入侵路线。安装探测器的目的是防止车库在运行时有人或小宠物进入 工作现场和休停期防止进入车库偷盗。 综合考虑到以上的论述， 本文所选的红外线传感器为欧姆龙公司生产的型号为 e3f3 的传感器。 4.2.3 行程开关 psh16d 型升降横移式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。 行程开关是将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制，应用于车库系统 的限位保护和行程控制。行程开关靠外加机械力使触点动作，可分为三种:快速动作、 非快速动作和微动。非快速行程开关在机械系统的移位控制中被广泛的应用，其缺点就 是触头的通、断速度与机械运动部件推动推杆的速度有密切的关系。当运动部件移动速 度较慢时，触头打开与闭合的速度就缓慢，触点断开时产生的电弧维持时间较长，容易 损坏触头。当运动部件移动速度小于 0.4m/min 时应当选用快速动作的行程开关。停车 库中部件的运动均大于这个速度，使用的均为非快速行程开关。 本文选用了两种行程开关，一种的是欧姆龙公司的型号为 tz-5104 的行程开关，它 是常开，滚轮式的，额定电压为直流 12v 到 110v，交流为 220v 到 380v。本设计中这种 行程开关用于底层和中间层载车板的左右横移限位，中间层和顶层载车板的升降限位。 还有一种是欧姆龙公司的型号为 tz5101 的行程开关，它是常开，顶柱式的。本设计中 这种行程开关用于中间层和顶层的载车板下降到底层时限位用。 4.3系统控制箱设计 根据本设计的需要，有 1 到 16 号车位的 16 个选择按钮，自动按钮、手动按钮、启 动、停止按钮、急停按钮、还有手动控制的上、下、左、右四个按钮。具体分布如图 8。 图 8 立体车库控制箱示意图 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 12 4.4 电动机的选型 在 psh16d 型立体停车库中，传动机构是重要的组成部分，也是控制系统主要控制 对象。控制系统控制传动机构中的交流电机拖动载车板的上下升降和左右横移。升降横 移式立体停车库载车板横移和升降速度都比较低，要求电机输出转速不能太高。目前， 比较常用的方法是使用变频器控制交流电机输出转速， 但是在立体停车库中电机的负载 较大，则控制变频器输出功率较高，成本会有大的增加，并且要求电机在掉电时能够机 械制动，这是变频器无法实现的12。所以，选用带制动的大功率减速电机作为车库驱动 电机，造价不高，安全可靠。 4.4.1 升降传动电机 载车板采用拼装式选用防滑钢板焊接制作， 在载车板的钢板下面还设有肋板进行加 固。根据车位规格：长 l=5000mm，宽 w=1850mm，高 h=1550mm；载重：1800kg。 根据升降横移式立体停车库设计规范，可估算载车板的质量约为 500- 550kg，载车板升 降速度在 4m/min6m/min，所以初步设计载车板的提升速度为 5m/min，即电机以 0.083m/s 的速度提升载车板，钢丝绳的拉力为： (1800550) 9.823030fmgn=+= （4.1） 则卷筒所需的有效功率： 23030 0.0831911 w pfvw= （4.2） 其中 f 为钢丝绳的拉力， v 为提升速度。 考虑传动中的各种摩擦阻力，使载荷阻力增大 10% ，则 pzpw110%=2.1kw。电 机输出功率 pz1pz。根据立体停车库的设备要求及以上的计算结果，所选应选用有制动 功能的交流减速电动机，避免在停电的情况下载车板滑落，造成人员伤亡及车辆损坏。 所以选用 jxj231 摆线针轮减速三相异步电机 n=62.2r/min，减速比为 23。 4.4.2 横移传动电机 通过链传动由滑轮实现横移运动。 （参考文献机械式三层升降横移式立体车库的设 计）平移重量约为 g=26170n。取导轨面摩擦系数 f = 0.20，则框架平移时所受阻力 f： 26170 0.205234fgfn= （4.3） 平移速度为 v =8m/min，即 v=0.13m/s。 1 5234 0.13680.42w0.68kwpfv= （4.4） 考虑传动中的各种摩擦阻力，使载荷阻力增大 10%，则 1 110%0.68 1.10.74 z ppkw = （4.5） 取传动中各部件的效率如下：链传动效率 =0.97，轴承效率 =0.99， 总=0.922，所需 电机功率为： 1 /=0.74/0.922=0.80 zz ppkwh 总 （4.6） 所以选用 jxj112 摆线针轮减速三相异步电机 n=32.1r/min，减速比为 43。 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 13 在升降、横移传动系统中均选用了 jxj 型摆线针轮减速电动机，如图 9 所示，其优 点是：1）采用了行星传动原理，输入轴输出轴在同一轴心线上，结构紧凑体积小，不 占用过多的车库空间；2）高速比和高效率单级传动，就能达到 1：87 的减速比，效率 在 90%以上；3）在运转中同时接触的齿对数多，重合度大，运转平稳，振动和噪音；4） 使用可靠、寿命长，主要零件采用轴承钢材料；5）设计合理，维修方便，容易分解安 装，最少零件个数以及简单的润滑。 图 9 jxj 型摆线针轮减速电动机 psh16d 立体车库中使用的减速电机均需要正反转，以实现载车板的上下升降和车 位架的左右平移。控制系统驱动减速电机原理示意图，如图 10。 图 10 控制系统驱动减速电机原理示意图 4.5 plc 的选型 4.5.1 plc 的选型 基于设计和调试的方便，本次设计采用德国西门子公司生产的 s7200 系列。s7 200 性价比高，结构小巧、运行速度高、价格低廉及多功能多用途，在当今的很多企业 得到广泛的使用。 s7200 系列有 5 种 cpu 模块，其中，cpu226 模块有 24 输入、16 输出，具有扩展 功能和较强的控制功能，适用于复杂的中小型控制系统，故本系统采用 cpu226 模块为 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 14 控制系统的基本单元。根据输入输出分析，该控制系统需要 83 个输入和 45 个输出，基 本单元不能满足输入输出的要求，需要增加扩展模块。所选的扩展模块为 16 入 16 出的 em223 扩展模块，共需扩展 4 片。基本单元右侧的扩展接口与扩展模块左侧的扩展接口 通过总线连接， 扩展模块右侧的扩展接口与下一个扩展模块左侧的扩展接口通过总线连 接。 (1)如图 11 所示， cpu226 本机集成了 24 点输入和 16 点输出， 共有 40 个数子量 i/o， 可连接 7 个扩展模块，最大可扩展至 248 点数字量 i/o 或 35 路模拟量 i/o。cpu226 有 13kb 程序和数据存储空间，6 个独立的 30khz 高速计数器，2 路独立的 20khz 高速脉冲 输出。cpu226 配有两个 rs-485 通信/编程口，具有 ppi 通信、mpi 通信和自由方式通信 能力，适合本设计的要求。 图 11 cpu226 实物图 (2)如图 12 所示， 输入/输出扩展模块 em223 有 6 种类型， 包括 24v dc4 入/4 出,24v dc4 入/继电器 4 出, 24v dc8 入/8 出,24v dc8 入/继电器 8 出, 24v dc16 入/16 出,24v dc16 入/继电器 16 出。6 种类型均有隔离，本设计采用的是 24v dc16 入/继电器 16 出。 图 12 em223 数字量混合模块 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 15 4.5.2 plc 外部接线图 图 13 车库电气控制原理示意图 图 14 车库电气自动控制主电路原理示意图 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 16 5 立体停车库控制系统软件设计立体停车库控制系统软件设计 5.1 plc 工作过程 plc 的工作过程一般分为三个阶段，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 12。 （1）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，并将它们存入 i/o 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，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只能到下一个 扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （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。 值得注意的是，西门子公司 1998 年 10 月份之后生产的 plc，在循环处理顺序上做 了部分调整，将输出刷新阶段提前到输入刷新阶段之前。这一点需要用户在编程时格外 注意。具体调整如表 5.1 所示。 表 5.1 西门子 plc 循环处理顺序的调整 步骤 98 年 10 月之前的 cpu 中的顺 序 98 年 10 月之后的 cpu中的顺序 1 操作系统启动周期监视时间。 操作系统启动周期监视时间。 2 cpu 读取输入模块的输入状 态， 并更新输入的过程映像表。 cpu 将来自输出过程映像表的 值写入到输出模块。 3 cpu 处理用户程序并执行程序 所包含的指令。 cpu 读取输入模块的输入状态， 并更新输入的过程映像表。 4 cpu 将来自输出过程映像表的 值写入到输出模块。 cpu 处理用户程序并执行程序 所包含的指令。 重庆理工大学毕业论文 基于 plc 的 psh16d 型立体停车库控制系统设计 17 5 在周期结束时，操作系统执行 未决的任务，例如下载和删除 块、接受和发送全局数据。 在周期结束时， 操作系统执行未 决的任务，例如下载和删除块、 接受和发送全局数据。 6 最后，cpu 返回周期开始，并 重新开始周期监视时间。 最后，cpu 返回周期开始，并重 新开始周期监视时间。 5.2 plc 程序编制原则 设计 plc 应用程序的基本原则是：第一，最大限度满足车库的控制要求，即完整性 原则。第二，确保计算机控制系统的可靠性。第三，力求控制系统简单、实用、合理。 第四，考虑到扩展的需要，即接口和通信等留有适当的余地。例如，系统为 3*3 立体车 库，即三层三列立体车库，最多存放量 7 辆车。存取车控制只针对上层(二、三层)车位， 而对于下层车位，存取车只需直接开进开出即可，采用梯形图语言编写。对车位的操作 就是控制横移小电机和升降大电机，使它们在不同时间实现正反转。上层升降动作和以 下各层的横移动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，下面各层车位不能移动，当 下层车位在进行升降动作时，上层车位也不能移动，并且每次升降只能有一个车位进行 上下运动。程序设计要求： （1）在底层的号车位、2 号车位、3 号车位、4 号车位、5 号车位只能左右移动， 不能上下移动； （2）在中间层的 6 号车位、7 号车位、8 号车位、9 号车位、10 号车位既能左右移 动，也能上下移动； （3）在顶层的 11 号车位、12 号车位、13 号车位、14