毕业设计（论文）-基于PLC的立体车库设计.doc

毕业设计 中图分类号：TP23基于PLC的立体车库设计 专业名称:机电一体化 学生姓名: 导师姓名: 职 称：副教授焦作大学机电工程学院二一五 年 五 月 中图分类号：TP23 密级： UDC： 单位代码：基于PLC的立体车库设计Stereoscopic garage Design based on PLC姓 名 冯孟龙学 制 三年专 业机电一体化研 究 方 向 自动化技术导 师 郑文杰职 称副教授论文提交日期 2015.5.25论文答辩日期2015.6.1 焦作大学机电工程学院焦作大学机电工程学院毕业设计 摘要摘 要随着人民生活水平的不断提高，越来越多的人购买了私家车；对城市的交通和环境起着重大的影响。而停车难问题的出现，也给机械停车设备行业带来了巨大的商机和广阔的市场。机械式立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓库设施。可充分利用土地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，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运行效率的双重因素。本论文主要是对升降横移式立体车库做出控制系统的设计，实现用户快捷方便的停车和取车，保证用户车辆的安全。本设计在详细论述了控制系统设计的基础上，选择三层三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：车库结构部分、传动机械部分和控制系统部分。依据升降横移式立体车库的运行原理，在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用先进的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，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器（PLC）作为控制系统简单易行。关键词：PLC；立体车库；控制系2焦作大学机电工程学院毕业设计 Abstract AbstractAs peoples living standard continues to rise, more and more people can afford the private vehicle, which has an important impact on the traffic and environment of city. On the contrary, it is a good opportunity for mechanical parking equipment industry to broaden market with the problem of parking difficultly. Mechanical and stereoscopic garage is a facility which pursues the goal of vehicle automatic parking and scientific check specially. It can make full use of land resources, improve the advantages of space and maximize park, become the important access to solve the problem of urban static traffic. The study includes typical lift-sliding mechanical parking system and consider overall the cost and efficiency of stereoscopic garage. The design is about lift-sliding mechanical parking system, to realize the goals of parking and taking the car, to assure the security of vehicle. This project reveals around the structure of two-tier and three-line garage. As for the composition of lift-sliding mechanical and stereoscopic garage, it contains three parts: garage structure, control system. According to the theory of lift-sliding mechanical and stereoscopic, during the design of it, we will use advanced PLC, format it by Mitsubishis software, debug and use PLC as control system.Keyword: PLC；Stereo garage；Control system焦作大学机电工程学院毕业设计 目录 目 录摘 要1Abstract21.基于PLC立体车库总体设计31.1引言31.2本设计的设计思路32.立体车库方案设定72.1自动化立体车库的描述与方案确定72.2系统设计的基本步骤83.立体车库硬件设计93.1驱动方式的设计与选择93.2 提升方式的设计与选择93.3传动方案的设计93.4传动方案的确定113.5升降系统的设计113.6升降系统中链传动的设计133.6.1 选择链轮齿数Z1Z2133.6.2确定链条链节数Lp133.6.3 计算单排链所能传递的功率P0及链节距P133.6.5 计算链速143.6.6 作用在轴上的压轴力Q143.6.7.按静强度校核链条143.7 钢丝绳和滑轮的选用153.7.1. 钢丝绳直径的确定153.7.2.滑轮的选择153.8 横移传动系统设计163.8.1横移传动163.8.2横移传动电机的选择163.8.3. 横移链传动的设计173.9防坠落装置设计204.立体车库控制系统设计214.1车库控制系统整体思路224.1.1监测点分布224.1.2 PLC结构244.2 PLC工作原理254.2.1读取输入254.2.2.执行用户程序254.2.3通信处理264.2.4 cpu自诊断测试264.2.5中断程序的处理274.2.6立即I/O处理274.2.7输入/输出滞后时间274.2.8程序组成274.3电气部分设计284.4 I/O地址分配表294.5 PLC外部接线图324.6车盘运行程序334.7停、取车的调试385升降横移式立体车库的安全问题405.1电力超载装置415.2 延时保护415.3 防人、异物误闯入红外线检测装置415.4 紧急停止装置415.5 防止超限运行装置415.6 警示灯及警示蜂鸣器415.7车辆防滑、防载车板坠落装置42设计总结42参考文献43附录444焦作大学机电工程学院毕业设计 1.基于PLC立体车库总体设计 1.基于PLC立体车库总体设计1.1引言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，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以郑州式为例，截至2014年12月31日，郑州市机动车保有量达到2789689辆，郑州市2014年全年增加机动车达到423724辆，除节假日外，平均每天增加机动车1688辆。据了解，2789689辆机动车中，市区1544937辆，县（市）区1244752辆。截至2014年12月31日，2014年全年机动车新登记（含转入）入户423724 辆，全年有53天每天入户量超过2000辆，其中最多的一天是2014年5月30日，为4227辆。但是郑州目前现有的公共停车位有15.3万个。与急剧增长的机动车数量明显不能比例，意味着有很多车都要面临无处可停或违规乱停的现象。而且郑州还面临多重问题。从事停车管理的业内人士分析，造成停车乱象的根源有四个：一是供需紧张，二是规划随意，三是政策不完善，四是管理混乱。而对于迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停年技术开发推广中心介绍，郑州市停年设施的“欠账”最保守估计为2030。 停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施，就是通过政策法规限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。 1.2本设计的设计思路针对全国各地停难的问题，近几年在停车场的空间利用率上设计者做出了很多的努力，找到了很多解决办法。本设计利用西门子s7-200系列基于PLC的基础上设计出机械式立体车库来解决一部分问题，增加停车场的空间利用率。升降横移式类机械车库通过水平垂直方向上利用载车版实现多层车位的车辆存取。目前其有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、简易升降类、垂直升降式、垂直循环式、平面移动式、箱型水平循环式、多层循环式。图1-1某地2x3立体车库升降横移式：有二层的、多层的、有四柱结构的，有后悬臂结构的、有链条提升的、有钢丝绳提升的等等。这种设备的最大特点是对场地的适应性较强，可建在地上、亦可建在地下，规模可大可小，可以有几个十几个车位，也可建成几百上千个车位的。该设备简单、可靠，使用方便、价格较低。目前在市场上应用广泛，使用率在80%以上。简易升降式：设备的结构简单，操作容易，可充分利用地下空间，面积利用率在2倍以上，多用于住宅、办公楼周边。垂直循环式：分为大型循环和小型循环两种。它们具有省地（占地面积小）、方便（一次按键即可完成存取车）、迅速（调车时间短）、灵活（设置灵活）、可靠（维修量少）、经济（节约大量土地购置费）、节能（不需强制通风和大面积照明）的特点。箱型水平循环式：这种车库不需要行车道，面积利用率很高，且自动化水平高，最适合于地下狭长地带的停车库。但由于运行速度不是太高，所以设备的存容量不能大。多层循环式：这种车库不需坡道、节省土地、可自动存取、方便快捷，较适用于地形细长又只允许设置一个出入口的场所，如建筑物的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面等。但因只能设一个出入口，所以设备的容量不大。平面移动式：此种类型的设备大多为多层平面移动类，这种车库可以建成大型化、自动化的车库，容车密度大、存（取）车快捷，适宜建在大型住宅周围的地下，对机场、车站、繁华商业中心区、体育馆、办公楼等区域也适合。尤其是巷道长度长、层数不多的地下大容量存车库，用这种设备的技术经济性最好。 巷道堆垛式：这是一种全自动化停车设备，全封闭建造，存（取）车速度快， 安全可靠，容积率高。适用于地下也可建在地上的车库，特别是巷道长度不太长，层数较多的大型车库。垂直升降式：这种设备的类型很多、其最大的优点是平面和空间利用率最高，几乎停放一辆车只需一平方米建筑面积，还具有高性能、省电、噪音小、存（取）快、安全可靠、操作简单、维护方便等优点，最适宜建在高度繁华的城市中心区和车辆停放的集聚点，如大型商场、饭店、医院等。而升降横移式是目前立体车库中使用最多的。其具有特点为：(1)投资成本低，系统耗电量低；(2)节省占地空间利用率高；(3)运行平稳，工作噪声低，存、取车辆时间段；(4)智能化控制，多路保护，操作便捷；(5)安全可靠，维护方便；升降横移式车位结构为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，现以典型的地上33升降横移式为例，说明停车库的运行原理。 本升降横移式立体车库结构特点是：最底层只能平移,最顶层只能升降，中间层既可升降也可平移。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,直到下方为空才可执行下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。 51图1-2七座升降横移式立体车库原理图 1.3本题设计的目的及意义械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停牛场、地下年库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，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优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。其次，机械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。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。机械车库一般不做成套系统，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，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。焦作大学机电工程学院毕业设计 2.立体车库方案设定 2.立体车库方案设定2.1自动化立体车库的描述与方案确定目前，立体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、合造价、技术难度以及用户需求等各个方而的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模垂直循环式、箱型水平循环代、圆形水平循环式等。在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结可大可小，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。随着科技的发展，各类技术也在不断的进步，其设计也在不断的趋向于完善化，本车库模型系统的设计也有很多不同的方法。我们对车库模型控制作了两种设计方案，并对其进行了研究和讨论：方案一：基于单片机的立体车库模型控制系统设计。采用单片机作为主控制器来控制步进电机的控制系统，系统所要设计的控制电路较多，较为复杂。 （1）单片机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻。 （2）单片机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多。 （3）单片机自身就是弱电驱动，但是对于停车库运行系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可靠性就会下降。 （4）单片机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。 因此，单片机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还不成熟，只是停车库系统研究开发的一个方向。 方案二：基于PLC立体车库模型控制系统设计。它具有很多其他设计方法不可比拟的优点： （1）可靠性高、环境适应性强：可编程控制器输入/输出端口均采用继电器和光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，所以具有很强的抗干扰能力。 （2）通用性好： 由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU 模块、电源模块、PID 模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性 。 （3）使用方便、灵活：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入/输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。 （4）具有顺序、周期性的工作特征。 （5）体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。综上所述：我们选择方案二，即PLC作为设计中的主控制系统，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。2.2系统设计的基本步骤立体车库系统设计与调试的主要步骤，如图所示 图2-1系统方案设定流程图焦作大学机电工程学院毕业设计 3.立体车库硬件设计 3.立体车库硬件设计3.1驱动方式的设计与选择本次设计是针对的轿车的存取，可以满足驱动力要求的机构可以是液压马达或液压泵，柴油机，汽油机和电动机等。在车辆存取的过程中，要求升降或者横移动作平稳，并且考虑到噪声的大小和启动的频率以及便于控制，本次设计采用电动机作为驱动机构。如图是本升降横移式车库的主要组成示意图：图3-1升降横移式车库主要组成 3.2 提升方式的设计与选择提升的方式有链提升和钢丝绳提升等，通过分析，本次设计采用钢丝绳提升，并采用双滚筒，可以实现平稳提升，并可以提升结构设计的简化。3.3传动方案的设计机械传动系统主要功用是传递原动机的功率，变换运动的形式以实现预定的要求。传动装置的性能、质量及设计布局的合理与否，直接影响机器的工作性能、重量、成本及运转费用，合理拟定传动方案具有十分重要的意义。一般常用以下几种传动方案： 方案一：带传动，易于实现两轴中心距较大的传动；具有传动平稳，缓冲、吸振的特性：传动结构简单，实现成本比较低，可过载传动。 图3-2带传动方案二：链传动，平均传动比准确，工作可靠，效率较高；传动功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；可在恶劣环境中工作；易于实现较大中心距的传动；结构轻便，成本低。 图3-3链传动方案三：直齿轮传动，传动效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命较长，传动准确平稳，承载能力高，功率和速度适应范围广。 图3-4直齿轮传动3.4传动方案的确定升降横移式立体车库的传动要求传动力矩较大，传动速度较慢，经过比较和分析，带传动不能提供较大的传动力矩，容易发生打滑等现象，安全系数较低，所以本方案不予采用。链传动和直齿轮轮传动方案都可以满足传动的要求，但链传动与齿轮传动相比，除满足工作机的性能和适应工作条件外，尺寸紧凑、成本低廉，安装和维护都比较方便。综上所述，此次方案设计采用方案二。图3-5链传动示意图3.5升降系统的设计在升降传动系统中，我们采用钢丝绳传动型式。钢丝绳传动形式的升降传动系统一般是由电机、减速系统、卷筒、滑轮、钢丝组成。在钢丝绳传动型式中，钢丝绳的主要作用是拖动载车板上下升降。钢丝绳一端与载车板相连结，钢丝绳另一端缠绕卷筒上(载车板的前端钢丝绳与后端钢丝绳必须同方向绕着卷筒转动)，当载车板需要升降时，提升电机便会通过其正反转来带动卷筒顺时针或逆时针旋转实现载车板的升和降。 图3-6升降传动示意图初设升降速度v=0.15m/s，载重M=1700kg，提升所需功率为： Pw=Mgv=2000x9.8x0.15w=2.94kw=由机械设计手册知电动机输出功率：P0=Pw/wh式中Pw工作机所需功率；w减速机与工作机之间的总效率链传动总效率：w=1x2x3xn式中1链传动效率，查得=0.96 2滚动轴承效率，查得=0.99 代入数据得：w=0.96x0.992=0.94=则电动机的输出功率为：P0=Pw/w=3.12kw 选择台湾明椿电动机厂生产的停车设备专用交流减速电动机，型号为MLPK55370603，功率P = 3.7kw，频率为50HZ，电压220V，速比为60，输出转速为n1=21r/min。图3-7电动机外形示意图3.6升降系统中链传动的设计初定卷筒直径D=200mm,载车板上升速度V = 0.15 m/s,求得卷筒的转速n2。 由0.1=得，=14.33r/min 链轮的传动比i= =1.46;初取传动比i = 1.5。3.6.1选择链轮齿数Z1Z2根据传动比i=1.5，查机械设计表6-6取小链轮齿数Z1=17则大链轮齿数Z2=27。3.6.2确定链条链节数Lp 初定中心距a=10p，则节距Lp=42.25取Lp = 44 3.6.3 计算单排链所能传递的功率P0及链节距P 由机械设计表6-3查得工作情况系数KA=1 Pca =KAP=3.7KW由机械设计表6-5查得小链轮齿数系数Kz=0.887,链长系数KL=0.7选择双排链，由机械设计表6-4查得多排链系数Kp=1.7 计算额定功率P0根据额定功率P0和转速n1查机械设计图6.13选择滚子链型号为24A，链距P=38.1mm 链号标记为24A244GB1243-19973.6.4 确定链实际长度L及中心距a3.6.5 计算链速V=3.6.6 作用在轴上的压轴力Q 圆周力F=1000P/V=（10003.7）/0.25=14800N 按平均布置取压轴力系数KQ=15.1有 3.6.7.按静强度校核链条 由于链条处于低速重载传动中，其静强度占主要地位。 由机械设计手册知，链条静强度计算式：式中 n静强度安全系数； KA工况系数，查表12-2-3取KA=1.0； Q链条极限拉伸载荷，Q=249.1kN； FT有效圆周力，； FC离心力引起的力，Fc=qv2，其中q为链条质量，可由机械设计手册表12-2-9查得q=5.6kg/m；v4m/s时，Fc可以忽略。 Ff悬垂力，其中Kf为系数，查机械设计手册图12-2-3得：Kf=1，a为中心距，a=0.381m，为两轮中心线对水平面的倾角，90，则 代入数据得：符合强度要求。3.7 钢丝绳和滑轮的选用3.7.1. 钢丝绳直径的确定按GB/T3811-1983计算 式中d钢丝绳的最小直径 Fmax钢丝绳的最大静拉力 C选择系数由表81-8确定选择系数 C = 0.104 =根据机械设计查的，选择园股钢丝绳合成纤维芯钢丝绳：d=16mm，最小破断拉力F=133.0KN。3.7.2.滑轮的选择 滑轮用来导向和支撑，以改变钢丝绳传递力的方向。该滑轮受载荷比较小，一般制成实体滑轮，材料为铸钢。由钢丝绳的直径d，按机械设计手册表8.1-64查得与钢丝绳直径匹配的滑轮直径D=225mm。滑轮的型式由机械计手册图8.1-8选择一般密封，无内轴套的E型滑轮。其标记为：滑轮 E16225-55 JB/T9005.3-19993.8 横移传动系统设计3.8.1横移传动 横移传动系统的作用是使载车板平移到指定位置，其传动主要是靠电机带动链轮使滚轮在轨道上移动。图3-8横移传动示意图3.8.2横移传动电机的选择初设承载总质量M=2000kg，横移速度V=0.15m/s，由机械设计手册查得摩擦因子=0.2，则带动横移轴转动所需功率： 由机械设计手册知电机输出功率：式中-工作机所需功率-减速机与工作机之间的总效率链传动总效率：式中-链传动效率，查的=0.96-滚动轴承效率，查得=0.99；代入数据得：则电动机的输出功率为：； 由于横移的速度较慢，要求横移电机的转速较低，为使结构紧凑，本设计根据输出功率选择由台湾明椿电机厂20生产的交流减速电动机，型号为MLPK40075803，额定电压220V，功率P=7.5kw，速比30，输出转速n=18r/min。其外形图与升降电动机相同，见图4-2。电机的主要安装和外形尺寸如下表表3-9横移电动机尺寸3.8.3. 横移链传动的设计初选横移轮直径D=160mm，则车轮的转速应为由于电机转速和车轮转速几乎相同，故传动比为1。. 初选链轮齿数 由机械设计表6-6查得=Z1=19，则从动链轮齿数=Z2=19. 确定计算功率Pc由于载荷比较平稳，由机械设计查表6-3得工况系数Ka=1.0，因此 PC=KA P0=0.75kw . 初定中心距，确定链条链节数LP 初定中心距a0=22p，则链节数 则链节数为Lp=42。. 计算单排链所能传递的功率P0及链节距P由机械设计表6-5查得小链轮齿数系数Kz=1.0,选择单排链，由机械设计表6-4查得多排链系数Kp=1.0 由机械设计图6.14查得长度系数Kl=0.98故所需传递的功率为根据额定功率和转速查机械设计图6.13选择滚子链的型号为12A，由表6-1查得链节距P=19.05mm。. 确定链实际长度 L及中心距aL=LpP/1000=4219.05/1000=0.8mm. 计算链条速度. 计算作用在轴上的压轴力Q 圆周力F=1000P0/v=(1000x0.75)/0.11=6818N 按平均布置查机械设计取压轴力系数KQ=1.15. 有Q=KQF=1.15x6818=7840.7N。. 按静强度校核链条 由于链条处于低速重载传动中，其静强度占主要地位。 由参考文献知，链条静强度计算式：式中n-静强度安全系数Ka-工况系数，查表12-2-3取Ka=1.0；Q-链条极限拉伸载荷，Q=31.1KN;Ft-有效圆周力，Ft=;Fc-离心力引起的力，Fc=qv2，其中q为链条质量，可由机械设计手册查图12-2-9查的：q=1.50kg/m；v4m/s时，Fc可以忽略。Ff-悬垂里，其中Kf为系数，由机械设计手册查图12-2-3得：Kf=1，a为中心距，a=0.419m，为两轮中心线对水平的倾角，=900，则：代入数据的符合强度要求。. 链轮的结构设计 链轮的结构选为整体式，材料为45钢，热处理为淬火、回火，齿面硬4050HRc。由机械设计手册表14.2-19查得主要结构尺寸如图：图3-10横移链轮. 横移方向上车轮与导轨的选择 由机械设计手册按JB/T6392.2-1992选择双轮缘车轮，车轮的直径160mm。其标记为：车轮 SL-16048 JB/T6392.1，车轮的材料选择45钢，其结构如图。 导轨的选择按机械设计手册表8.1-117选择轻型钢轨（GB/T11264-1989）。表3-11车轮的主要尺寸基本尺寸/mm参考尺寸/mmDD1BB1dd1d2S1601909080457012020截面尺寸/mm轨高底宽头宽头高腰高底高腰厚ABCDEFt1071077527602016表3-12导轨截面尺寸图3-13导轨尺寸简图3.9防坠落装置设计由于载车板上停有汽车，在升降电机停止工作时，电机会被倒拉反转，使车板自动下落。因此需要加以制动。经过许多方案的设计和比较，得出较优的设计，运用防坠落挂钩和挂环，在载车板停稳后将载车板悬挂在挂钩上，从而阻止电机被倒拉。但电机在工作时，制动装置是不需要的，我们又采用电磁铁通电顶开制动杆，从而达到消除制动的效果。如图：图3-14：防坠落装置原理图当电机不工作时，电磁铁无电，制动杆杆左端由于弹簧作用力而使挂钩挂住挂环，从而阻止载车板下落。当电机要运行时，电磁铁给电，吸引制动杆使挂钩脱离挂环，从而消除制动。由于该装置电磁铁控制原理，因此它制动的效果是快捷的，只要设置限位开关使载车板到达停放的位置时，挂环与挂钩可以相互结合即可。因而这种方案还是比较好的，既可以实现快捷有效的控制，便于智能控制，又可以提供可靠地安全保护。焦作大学机电工程学院毕业设计 4.立体车库控制系统设计 4.立体车库控制系统设计4.1车库控制系统整体思路在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同时间内实现正反转；其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其安全措施等。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。一般小型车库选用按键操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要使用上位机来进行控制。同时在车库中还采用了一些传感器如烟雾传感器以及安全预警装置，因为本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此不需要加干扰措施。4.1.1监测点分布1.限位开关分布（1） ，载车板上汽车停放到位检测采用光电开关在底层进行扫描检测。光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边，在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电开关源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。（2) ，载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关，用于检测载车板上有无车。（3) 载车板平移运动是否到位检测只有下层载车板有平移运动，在每个车位上分别安装一只限位开关，用于检测载车板平移运动是否到位。（4） 载车板升降是否到位检测只有上层载车板有升降运动，在每个载车板垂直运动的轨道上，在低层和上层分别安装一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位。（5） 上层载车板吊钩是否挂号检测控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。2，控制点分布（1） 一层载车板左右平移控制一层载车板只有两个，每个载车板只有左右移动两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。（2） 二层载车板升降横移运动控制二层载车板有两个，每一个载车板都有横移、升降四个动作，采用自动抱闸的三相交流电动机控制。（3） 三层载车板升降运动控制三层载车板有三个，每一个载车板只有升降两个动作，采用自动抱闸的三相交流电机控制。（4） 吊钩松紧动作控制只有二、三层的载车板使用吊钩，每个载车板用2套吊钩，吊钩用电磁铁控制。根据需要各电机、电磁铁和检测点位置如图：图4-1电机、电磁铁、限位开关示意图3.电机控制及接线设计： 在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。图4-2电机控制原理图图4-3电机控制示意图4.1.2 PLC结构PLC生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但其基本构成是一样的，都采用计算机结构，如图4-4所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。PLC主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。图4-4 plc结构图4.2 PLC工作原理PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出及时的响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为为扫描工作方式。4.2.1读取输入在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。在读取输入阶段PLC把所有外部数字量输入电路的1/0状态（或称ON/OFF状态）读入输入过程映像寄存器。外接的输入电路闭合时，对应的输入过程映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的输入过程映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点接通。4.2.2.执行用户程序PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。在RUN模式的程序执行阶段，如果没有跳转指令，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只读的输入过程映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入过程映像寄存器的状态也不会随之改变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时，对输入/输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点，这样做有以下好处：(1)在整个程序执行阶段，各输入点的状态是固定不变的，程序执行完后再用输出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。(2)用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快的多，这样可以提高程序的执行速度。4.2.3通信处理在处理通信请求阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接受到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候将信息传送给通信请求方。4.2.4 cpu自诊断测试 自诊断测试包括定期检查CPU的模块和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输出过程映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈“断电”，对应的输出过程映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。当CPU的操作模式从RUN变成STOP时，数字量输出被置为系统中的输出表定义的状态，或保持当时的状态，默认的设置是将所有的数字量输出清零。4.2.5中断程序的处理如果在程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止正常的扫描工作方式，立即执行中断程序，中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。4.2.6立即I/O处理在程序执行过程中使用立即I/0指令可以直接存取I/O点。用立即I/0指令读取输入点的值时，相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被更新。4.2.7输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。数字量输入点的数字滤波器用来滤除输入端引入的干扰噪声，消除因外界输入点动作产生的抖动引起的不良影响，CPU模块集成的输入点的输入滤波器延迟时间可以用系统模块来设置。输出模块滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；场效应晶体管型输出电路的滞后时间最短为微秒级，最长的为100多微秒。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期。PLC的总的响应延迟时间一般只有几微秒至几十毫秒，对于一般的系统来说是无关紧要的。要求输入/输出滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC或采取其他措施。4.2.8程序组成本设计使用的是s7-200的plc，则s7-200的程序由主程序子程序和中断程序组成。.主程序主程序（OB1）是程序的主体，它包含有控制应用的指令，每一个项目都必须且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。主程序通过指令控制整个应用程序的执行，每个扫描周期都要执行一次主程序。STEP7-Micro/WIN的程序编辑器窗口下部的标签用来选择不同的程序。因为各个程序都存放在独立的程序块中，各程序结束时不需要加入无条件结束指令或无条件返回指令。.子程序子程序是应用程序中的可选组件，仅在被主程序、中断服务程序或者其他子程序调用时，它才会被执行。同一个子程序可以在不同的地方被多次调用。使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。用子程序创建的程序代码是可传递的，设计得好的子程序容易移植到别的项目中去。.中断服务程序中断服务程序是应用程序中的可选组件。中断服务程序用来及时处理与用户程序执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。中断服务程 序不是由用户程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。中断服务程序是用户编写的。因为不能预知何时会出现中断事件，所以不允许中断服务程序改写可能在其他程序中使用的存储器。4.3电气部分设计升降横移式立体停车库PLC 控制系统的主要功能是存取车功能，选择某车位进行存取车时，系统自动确定车位移动方案并调用相应的车位移动程序，完成存取车操作。存取车控制的主要问题是解决车位移动问题，选择某车位进行存取车操作时，要移开它下面的所有车位，建立下行通道。当选择地面层车位存取车时，由于地面层车位车辆可以直接出入，因此不用考虑空位的位置，可以直接进行存取车操作。若某层空位在该车位左侧，则将该层的相关车位左移，若某层空位在该车位右侧，则将该层的相应车位右移，最终使所选车位的下面形成通道，便于该车位升降，完成存取车操作。如图为立体车库存取车控制流程图：图4-5控制系统流程图4.4 I/O地址分配表本设计采用的是3x3的车库模型来说明运行原理。首先把第一层两个车库从左到右依次命名为101、103车位和101、103车盘；第二层依次是201、203车位和201、203车盘；第三层依次为301、302、303车位和301、302、303车盘。101、103车位的车可以直接将车开出，201车位的车需要将101车位右移，然后下降开出。203车位将103车位左移然后下降再开出。301车位需要将101、201车位都右移，然后下降开出来；302直接下降开出；303车位要将103、203车位都左移，然后下降取车。图4-6每层车位移动示意图表4-7输入点清单输入信号符号输入点201车盘停、取车按钮SB1I0.1203车盘停、取车按钮SB2I0.2301车盘停、取车按钮SB3I0.3302车盘停、取车按钮SB4I0.4303车盘停、取车按钮SB5I0.5201车盘手动上升按钮SB6I0.6203车盘手动上升按钮SB7I0.7301车盘手动上升按钮SB8I1.0302车盘手动上升按钮SB9I1.1303车盘手动上升按钮SB10I1.2101车盘右移行程开关SQ1I1.3101车盘左移行程开关SQ2I1.4103车盘右移行程开关SQ3I1.5103车盘左移行程开关SQ4I1.6201车盘右移行程开关SQ5I1.7201车盘左移行程开关SQ6I2.0203车盘右移行程开关SQ7I2.1203车盘左移行程开关SQ8I2.2201车盘上移行程开关SQ9I2.3203车盘上移行程开关SQ10I2.4301车盘上移行程开关SQ11I2.5302车盘上移行程开关SQ12I2.6303车盘上移行程开关SQ13I2.7201、301车盘下降行程开关SQ14I3.0203、303车盘下降行程开关SQ15I3.1302车盘下降行程开关SQ16I3.2201车盘安全挂钩开关SQ17I3.3203车盘安全挂钩开关SQ18I3.4301车盘安全挂钩开关SQ19I3.5302车盘安全挂钩开关SQ20I3.6303车盘安全挂钩开关SQ21I3.7表4-8输出点清单输出信号名称符号输出点201