基于PLC的立体停车库控制系统设计.doc

.题 目： 基于PLC的立体停车库控制系统设计 姓 名： 学 号： 系 别： 物理与电子工程系 专 业： 自动化 年级班级： 指导教师： 20xx年x月xx日毕业论文（设计）作者声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本毕业论文内容不涉及国家机密。论文题目：作者单位：作者签名： 年 月 日目 录摘要1引言11.立体车库的背景以及研究现状21.1课题的背景与意义21.2关于课题的国内外研究现状32.车库设计选择及设计方案42.1车库方案选择及可行性分析42.2立体车库方案设计52.3立体停车库控制系统组成53.立体车库电气控制系统设计63.1立体车库存取车工作原理63.2电气控制系统结构设计73.3电气控制系统关键部分设计73.4电机控制原理84.立体车库硬件配置94.1立体车库的主体结构94.2传动部分设计114.3电源部分控制电路设计114.4 PLC的选型114.5安全保护装置设计124.6组态监控系统设计124.7硬件系统结构图135.立体车库控制系统软件设计145.1 PLC控制系统设计145.2 PLC输入、输出点分配155.3存取车流程165.4现场调试的基本步骤185.5仿真调试过程及其结果196.结论22参考文献23附录24致谢30部分内容来源于网络，有侵权请联系删除！基于PLC的立体停车库控制系统设计摘 要:针对城市住宅小区、写字楼、商业区、电影院、酒店、商贸中心等繁华地段短时间停车难的现象,提出了采用西门子S7-200 PLC作为主控器控制立体车库的方案。本设计采用可分组合，模块化安装，利用PLC、计算机结合组态画面监控，实现按动按钮或控制组态画面即可完成车的存取操作;通过西门子S7-200软件仿真，达到了预期的效果。该系统具有自动化程度高、节省占地面积、造价低、可靠性高、运行速度快等优点。关键词:S7-200PLC;控制系统;静态交通;立体车库Design of Control System of Stereo Garage Based on PLCAbstract: In view of the urban residential quarter, the office, commercial area, the cinema, the hotel, the business center and other bustling has a difficult phenomenon of short-term parking, proposing a scheme which uses Siemens S7-200 PLC as the master control program of the stereo garage. This design uses that can be divided into a combination and modular installation, which uses PLC, computer , combined with the configuration screen to completeing the access operation of the car by pressing the button or control configuration screen; whats more ,the design has been proved successfully by S7-200 simulation software. In addition, The system has a high degree of automation, saving floor space , low cost, high reliability, run fast and so on.Key words: S7-200PLC; Control system; Static traffic;stereo garage引言立体停车库的生产在中国是一个新兴的行业，立体停车库不仅可以缓解城市动态和静态交通问题，而且可以改善居住环境，有效的利用土地价值。另外,它不但可以实现利用空间多层次停车,节省占地空间,而且塔楼外观可设计成多用途的商业广告效益和实用性, 具有自动化程度高, 操作简便, 可靠性高,运行速度快等优点。电梯式立体车库对于解决现代化密集型城市的汽车停放问题具有重要的开发价值和广泛的应用前景。电梯式立体车库是以升降电梯、行走小车及其横移机构为主体的。目前,国内停车场大都是自走式,远不能满足汽车的增长对车位的要求。电梯式立体停车库具有高密度的特点，是停车场中最为先进的形式，这种形式的车库容量大，大型容量的车库可达几千个车位，是各大城市解决停车难的最佳选择。电梯式立体停车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术为一体的智能化、立体化的物流储运系统，能自动的可靠地完成车辆的存取以及相关信息的管理。对系统的研究与开发，具有非常大的理论意义和实用价值。1.立体车库的背景以及研究现状1.1课题的背景与意义随着我国经济和汽车行业的快速发展，越来越多的家庭拥有了私家车，然而停车位不足又成了一个亟待解决的问题。以上海市为例，截止2012年底，市区的公共停车场所只有968处，车位大概有6.9万个，仅仅占市区汽车总量的10.1，停车环境与城市发展规划的矛盾相对突出。停车难问题是城市在快速发展过程中所出现的一个新的问题，即静态交通。停车设施是解决城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展和壮大，汽车的数量的不断增加，停车设施的需求量也在不断的增加。如果动态交通和静态交通之间失去平衡，那么城市就会出现停车难以及交通拥堵等一系列问题。数据表明，近几年我国城市新购车辆平均增长速度为16%-22%，但城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市私家车拥有量的增长速度已经远远超过了停车基础设施的增长速度，所以我们必须要重视城市停车难以及停车设施不足的现象，并积极寻找解决的措施以缓解人们生活的需求。有些专家指出，解决城市的静态交通问题，大体上分为两种：软措施和硬措施。所谓软措施，就是通过政府的法律法规，限制路面两侧停车，切实提高停车场的利用效率，以此鼓励部分车主在短途时愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对空气的污染以及对停车场的需求。所谓硬措施，主要是要增加新的停车场，包括建设地下及立体停车场，利用其空间来满足车主的停车需求。无论采取什么样的措施，在原有的城市规划后想要解决停车基础设施的建设，政府和管理部门都要投入更多的精力和资金。随着人类社会的不断进步以及科学技术的日益发展，人类的生产生活需求也发生了很大的变化。虽然城市的规模建设的越来越大，但人们在都市里的生存空间却越来越小，于是出现了要发展利用空间的趋势，城市中掀起了一股建设立体建筑、立体交通和立体停车库的狂潮。作为现代大都市的标志，商贸中心、电影院、酒店、高档住宅小区、写字楼等高楼大厦林立，社区道路、彩虹桥、立交桥以及地铁，编织了城市的立体交通网。停车场也有了长远的发展，由平面停车场向立体停车场，由简单的机械车库向由计算机管理且高度自动化的现代立体停车库的演变，成为了具有较强的实用性、效益性、观赏性以及适合大都市环境的标志建筑群。随着私家车的增多，城市动态、静态交通管理制度的不断完善发展以及人们对生活环境要求的提高，停车产业必将有一个前所未有的发展机遇。 电梯式立体停车库与传统车库相比可更加有效地提高人身和车辆的安全，车主只需要按照指定路线将车驾驶进入电梯，从电梯走出后将电梯关上并在电梯刷卡机处打卡，电子控制的整个设备将会接到命令自行运转将汽车载到指定的停车位。应该说，电梯式车库从管理上可以做到彻底的人车分流，操作简单、运行安全可靠，成本造价低廉，真正做到节约城市有限的土地资源。采用电梯式车库存车，还可以免除采暖通风设施。因此，动作中的耗电量比人工管理的地下车库要低得多。电梯式车库一般采用成套系统，而不是以单台集装而成。这样可以充分发挥其占地面积少以及化整为零的优势，在商业住宅区、商贸中心、豪华酒店、大型写字楼附近都可以建造电梯式立体停车楼。电梯式立体停车库不仅解决了都市停车难、交通拥堵的难题，而且停车楼的外观还可以做成广告牌，最大化的实现立体车库的商业价值。可以预见立体车库的市场前景非常广阔1。1.2关于课题的国内外研究现状1.2.1国内研究现状我国电梯式车立体停车库的发展90年代中期开始，21世纪开始引进并生产停车设备，在北京、上海、深圳等大都市都有应用。电梯式立体车库是一种综合性能极强的建筑物，不仅包含了电梯式停车设备，其规划建设涉及领域较多，例如区域整体景观、建筑结构、供电照明、安全消防、通讯监视、计费管理等，停车设备机械结构的发展已经具备了停车设备中专门的技术，需要多层次的复合型人才大力参与，把国外先进的停车设备技术运用到我国停车设备产业上，开发出安全可靠、经济、运行速度快、自动化程度高、省地的停车设备以满足市场的需求。另外，我国的停车产业在发展过程中存在一些亟待解决的问题，如没有统一的技术标准；大多数产品是模仿或引进国外技术进行制造，技术水平落后；缺乏具有一定规模的大型企业，生产能力有限；市场竞争紊乱，少数企业为抢占市场，采取不正当竞争；没有科研设计单位的参与，无技术创新能力；政策不成熟，对停车产业的发展和管理相对滞后等。为了解决上述问题，我们需要在政策、市场、管理以及技术方面加大努力。政策方面鼓励参照发达国家的政策法规并形成自己有效的政策，规划出停车位的合理数量，实现投资主体多元化，制定合理的停车收费标准以及确定车库的管理属性，并给予投资者一定的优惠政策，使其实现财富梦想。市场方面应有效地建立车库市场运行机制，加大违章停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励正当的市场规则经营车库，加大贯彻政府管理监督机制，使停车产业良性发展。1.2.2国外研究现状早在60多年前，立体停车库就在国外有了一定的发展，先后出现了家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建造的三层停车设备；适合城市中心繁华地段使用的停车楼和停车塔；利用广场、写字楼、豪华酒店地下的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济快速发展，汽车保有量不断增加，迫使人多地少、车多的地区和发达国家积极开展了电梯式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、德国、美国、法国等为代表的发达国家在停车技术的研究处于世界领先水平，韩国以及我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了迅速发展，较好地解决了停车难的问题，并开始向外输出机密技术和出口成品。2.车库设计选择及设计方案2.1车库方案选择及可行性分析目前我国立体车库主要有以下几种：升降横移式、智能式（含电梯式）、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循环式、箱型水平循环式、多层循环时、简易类等2。在对以上几种停车设备进行分析的基础上，再结合车库占地面积、经济成本、技术难度以及客户需求等综合因素。故本设计最终决定研究对象为电梯式立体车库。电梯式立体停车库具有以下优点：(1)自动化程度高、耗电低、噪音小。(2)可有效得节省占地面积，节省大量投资。据调查立体车库的占地面积相当于同等地面停车场的1/3-1/20。对紧张的城市用地来说，其经济效果很好。 (3)运行速度快、维护方便；外观新颖、大方。 (4)配置灵活，规模可大可小。 (5)立体车库停车取车靠电脑控制操作方便，简单,很大程度上方便了顾客和管理人员。(6)安全措施防止车辆丢失及损坏，用完善的安全装置可保证汽车安然无恙，外部人员不能随意进入，汽车不会受到人为损伤和丢失。此外立体车库还可根据实际停车情况及需要来改变结构，实现其多样化。同时立体车库也可有自己的特点，成为城市生活的一个风景。2.2立体车库方案设计电梯式立体车库用模块化设计，形式多为中、小型车库，停放车辆数目从几辆到几十辆不等，每个单元可以设计三层，四层，五层，半地下等形式，车位数从几个到上百个。节省占地，配置灵活，建设周期短；价格低，消防，外装修，土建工程等投资少；可采用自动控制，结构简单，安全可靠；存取车迅速，等待时间短；运行平稳，噪声低等特点。电梯式立体车库的控制器方框图如图1所示。电源编程器空气开关变压器整流交流电动机交流接触器直流电动机图1电梯式立体车库控制器方框图工作原理：当合上空气开关，AC电源通过变压器变压为220V和380V低压电源，220V通过整流电路后给直流电动机提供电源。直流电动机的控制由接触器主触头完成，并且通过变换加在电动机上电压的极性来控制直流电动机的正反转。380V交流电源给交流接触器线圈，由PLC的输出端控制其是否通电，从而实现电路的通断。2.3立体停车库控制系统组成随着科学技术的不断发展及生产工艺的要求不断提高，电气控制技术变革的过程包括从最早的手动控制发展到自动控制，从最简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触电的接线及电气控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。立体停车库控制系统由上位机和下位机PLC控制系统组成；其中监控系统由“上位机+现场总线+PLC+现场操作机构”构成，以PC机为核心，配有IC读卡器、打印机、语音提示设备、收款机、显示器等3。控制系统结构图如图2所示。总线控制部分检测部分显示器上位机操作器键盘鼠标IC读卡器收款机打印设备语音提示PLCPLCPLC光、电等传感器 限位开关、控制面板按钮、安全挂钩等升降/横移电机、执行电磁铁、显示指示灯、继电器、接触器、安全装置等 图2控制系统结构图3.立体车库电气控制系统设计整个立体停车库控制系统的设计是以计算机和PLC为核心, 结合组态画面，由一台PLC完成对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以实现按动按钮或控制组态画面即可完成对车辆的存取操作。各车位车辆的存取过程是由PLC根据当前各个车位的小车存放情况并按照相应的调度策略进行车辆的存放4。3.1立体车库存取车工作原理电梯式立体车库的工作原理:电梯式立体停车库的内部空间是能够容纳几十辆或上百辆汽车的钢结构停车架，其中一端或中间作为电梯的升降通道，主要是通过电梯的上升、下降以及运用小车水平行走使小车到达指定的车位，并且通过传感器的感应来判断是否将小车安全送到指定的停车位，利用载车横移装置将载车板上的小车送入停车架或者将已经存放于指定停车位的小车取出送入电梯并运回地面。由于存车和取车的过程是三维运动，即水平方向、横向方向以及高度方向的运动。其中高度方向的运动是由电梯的升降来实现，水平方向的运动以及行走小车的前行和后行实现横向方向的运动是由载车板的横移运动来实现。即一个存取车周期是由水平方向、横向方向和高度方向的运动来组成。由于每个方向上的几何尺寸以及运动速度大都不相同，而且在一些特定的情况下大部分运动部件之间大都存在着互锁关系，当电梯与行走小车分离时，它们可以分别同时动作，但当电梯载有行走时，仅电梯动作。3.2电气控制系统结构设计整个立体停车库控制系统的设计是以计算机和PLC为核心, 结合组态画面，由一台PLC完成对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以实现按动按钮或控制组态画面即可完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。电梯式立体车库的自动存取控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括信号的采集、报警以及控制输出。由PLC输出信号到接触器线圈来控制接触器的闭合与中断。强电系统主要包括载车板电机控制线路、电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。电梯式立体车库采用车位检测装置替代人工寻找车位，用升降装置运载小车进行存取。系统在控制面板上设有急停开关，若发生意外时，要及时按下急停按钮5。3.3电气控制系统关键部分设计PLC接线设计：在电梯式立体停车库中，控制系统中的主要控制对象首先是车库内的横移电机以及升降电机，控制系统的目的是使它们在不同的时间段内实现电机的正反转，其次就是车库内相应的辅助设备，如指示灯、收款机以及其他安全设施等。为了保证载车板能够在横梁和纵梁上运载小车到达预定位置以及载车板能升降到指定的位置，在控制系统中多数都要采用安置行程开关。为了判断载车板上是否有车辆，多数采用装置光电开关6。同时在车库中还安装了烟温传感器以及安全预警装置等设备，其PLC简化接线图如图3所示。IN 横移过载 控制面板按钮 升降过载+ 220V升降电机OUT电源220V接地警示灯蜂鸣器电磁控制横移电机防坠机构车位电磁铁反转 上位限位开关运转 安全挂钩 急停开关 行程开关 下位限位开关 光电开关 电源开关 复位开关手动传感器COM故障灯 P L C外轮廓超限灯运行灯电源灯220VCOMCA+BD图3简化PLC接线图3.4电机控制原理如果只有一个进出口(一个电梯)时，在进行存取车时不但车位的升降不能同时进行，而且车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须形成互锁，即当上层车位在升降时，其他层车位则不能移动，反之亦然，并且车库内每次只能有一个车位进行上下升降运动7,这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。 4.立体车库硬件配置电梯式立体停车库主要应用于大城市中建筑密度高、停车面积少的中心区，尤其是写字楼、商业区、电影院、酒店、商贸中心等繁华地段，是解决这些繁华都市地区停车场地严重不足的首选方案之一。因为电梯式停车库只有一套提升装置、横移装置，所以存取时间是否能够达到要求，提高停车库的处理能力以及存取车效率，减少车主存取车等待的时间，与车库的硬件配置及其控制系统设计有密切的关系8。4.1立体车库的主体结构本文主要研究的是由钢结构框架、升降电梯、行走小车机构、载车板横移机构、载车板、自动控制系统、电气控制装置、消防系统、传动部分、安全防护装置等为主体所构成的电梯式立体停车库。作为存取车辆的场所，电梯式立体停车库摒弃了老式停车场以及停车楼占地面积广、停车数量不足以及停车安全可靠性低等问题，不仅继承和发扬了智能立体停车库占地面积少、停车数辆多、便于集中管理、停车安全可靠性高等优点，而且具备结构简单可靠、钢架结构稳定性好、车位的增减方便灵活、造价低、车辆存取使用方便、车辆存放安全性高、采用计算机控制、实现监控管理一体化等特点9。4.1.1钢结构框架钢结构架主要是由立柱部分、小车行走导轨部分、横梁部分、纵梁部分、电梯升降导轨部分以及停车架等部件组成。钢结构框架采用了热轧H型钢、槽钢、角钢、钢带等，用耐压强度极高的螺丝连接成钢架结构。根据不同的结构要求，有单结构形式、跨梁形式、后悬臂形式等，本设计主要采用具有视野宽阔、存取车便捷的跨梁形式。其主要作用是承重和内置几十个或成百上千停车位并安装机械传动、电气控制、消防系统、排水等设备。4.1.2电梯电梯主要由电动机、减速电机、钢丝绳、载车板、升降链、轴、轿厢、链条链轮及平衡重等部件组成10。减速电机通过主动链轮带动传动轴旋转、传动轴两端的双排链轮带动升链条动作，起升链条连接不锈钢丝绳带动托盘动作，完成车辆的上下运行。其驱动方式为钢丝绳曳引驱动；刹车装置为双重电磁制动器。4.1.3小车行走机构行走小车是由步进电机驱动，发出信号来控制行走距离并结合安装在导轨上的传感器以实现小车行走到位的精确控制。为了提高存取车的效率，在每层均设置一辆小车，并规定每辆车只能在其所在的层存取车。4.1.4载车板横移机构横移机构是由电机、链传动长轴、链条、链轮及三级滑叉等组成。横移机构的工作原理是由刹车减速电机驱动，通过链轮带动链条转动和变频器无级变速控制速度，通过长轴两端的链轮带动三级滑叉做横向存取运动。载车板横移机构的主要功能是在车存取的过程中利用载车板动作将车存入或取出11。4.1.5载车板载车板是作为小车在车库中存放和小车位置转换的载体。载车板是用来存放库存车辆的载体，按结构可以分为框架式和拼板式。框架式载车板是用型钢和钢板焊接的承载框架，大多数采用的是中间突起结构，在两侧停车道和中间突起的顶面铺设厚度不同的钢板；拼板式载车板是用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，以及采用咬合拼装成载车板，并用螺栓禁锢连接，拼装前可以对组件表面进行处理，使载车板更加的美观和轻巧。4.1.6自动控制系统自动控制系统主要包括控制、拖动、检测以及安全保护部分。电梯式立体停车库存取车时的动作较多且比较复杂，在存取车时要求控制系统能够实现顺序动作、速度以及定位和安全互锁等控制。为了保证传动装置在运行动作时能够实现低噪声、低功耗、自动的加减速，同时也为了能够保证运行平衡、高速、精确，因此车库的升降装置大都采用交流变频调速系统12。另外，为了确保车辆的安全，车库内还安装了传感器检测装置以及各种限位装置以检测可能存在的隐患。4.1.7消防系统为了消除一些不必要的隐患，在车库内应该配备有整套的自动增压喷淋系统，该系统能够迅速的控制火势以及报警。例如烟感以及温感探测器应该均匀地分布在不同层车架中间，如果库内的温度或烟气浓度过高，消防系统将自动报警，由计算机控制系统启动排风机直至达到预设的要求。如果失火，整个自动增压喷淋装置设备会迅速启动把火熄灭。4.1.8安全防护为保证载车板在运行过程中的安全，必须采取防坠、自锁以及安全挂钩等装置。该部件应充分利用各限位开关、接近开关、行程开关、光电开关等检测载车板、车体的位置与运行状态。采用接触器、继电器执行对电动机的启动与停止控制。 4.2传动部分设计传动部分是电梯式立体车库的主要部分。在该停车设备中包含升降传动和横移传动两大部分。横移转动系统负责行走小车在横梁上的横移运动。该机构有电机、变频器、驱动轮和从动轮、导轨组成。升降转动负责电梯的升降运动，利用电动机、链条装置将电梯提升到指定层次，实现升降存取车。升降部分由电动机、变频器、链轮、链条等组成。运行时，电动机带动链轮转动，链轮带动链条，通过电动机的正反转实现电梯的升降13。在存取车过程中，主要是将要存的车用电梯送到指定层次或将要取的车从指定层送到电梯口。4.3电源部分控制电路设计电器控制线路是由各种有触电的接触器、按钮、行程开关等按不同的连接方式组合而成的。以实现对电力拖动系统的启动。在设计时应有必要的保护措施以实现过载保护，短路保护等，对系统有保护作用，使其正常工作。从220V电源应出现，接熔断器FU0(主电路)，以防止过高的电流流入电路而烧坏电气元件，实现短路保护的作用。再接一个空气开关，取220V的交流电供给PLC，而这个220V的交流电又并接到一个PSW上，从而得到24V的直流电供给操作面板和行程开关等低压元件13。这个220V交流电的取得是再接第一个交流接触器KMO(主接触器CJ20-10)即主接触器上完成的，使PLC得电工作而升降电机和横移电机不得电工作，更安全的控制升降电机和横移电机。在主接触器之前接有相序保护器，在交流电发生相序不正常是使电路发生断路，从而保护电气元气件不被破坏。4.4 PLC的选型该系统选用的PLC为西门子S7-200 /CPU226型PLC。西门子S7-200 PLC有以下的优点14：(1)可靠性高，抗干扰能力强。在硬件方面，I/O采用了光电隔离，有效的抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源以及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断等。在软件方面，PLC采用扫描方式以及在程序中设有故障检测和自诊断程序等来达到抗干扰的功能。(2)采用模块化的结构，安装容易。选用了高速计数模块、多点I/O模块、通讯模块等。故监控层选用PLC作为控制系统的主控机。PLC工作时，首先是开机自检，确认无故障后，判断当前模式是手动还是自动。手动模式是用于设备的调试或者处理故障情况。自动模式则是程序控制用于车辆的自动存取。(3)功能性强，性价比高。一台小型的PLC内有成百上千个可供用户使用的编程软件，功能强大，可以实现复杂的控制系统。此外，还可以通过通信联网 ，实现分散控制，集中管理。(4)硬件配套齐全，适应性强。PLC产品已经标准化、模块化、系列化。PLC构成的控制系统中，只需在PLC端子上接入相应的I/O信号线即可，具有较强的带负载能力。(5)体积小，能耗低。(6)系统的设计、安装、调试工作量小。(7)维修工作量小，维修方便。4.5安全保护装置设计(1)电压保护。如果设备在使用过程中发生超载、短路等现象，接触器或继电器将会立即发生动作并自动使主电路断电以保护车库中的设备不被损坏。(2)急停保护。在系统中设置急停开关，按下按钮后将使电路立即断电，停止所有动作，以应对设备动作过程中出现的故障。(3)超限检测。将光电检测设备装置在电梯内部适当的高度上，以帮助车主在存放车的过程中准确通车，如果车主停车不当，蜂鸣器就会自动发出警报。4.6组态监控系统设计监视与控制系统(Monitor and Control Generated System,MCGS)是基于Windows平台的的一套监控系统，用于构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行在Windows98/NT/XP等操作系统。MCGS不仅为用户端提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，而且能够实现现场的数据采集、安全机制、流程控制、动态显示、趋势曲线、企业监控网络等功能15。监控系统功能图如图4所示。 PLC 虚拟键盘设备 虚拟内存设备磁 盘车库现场内 存 通 用 接 口车位状态显示小车状态显示载车板状态显示电梯状态显示 现场数据库监控初始化周期报表账单 存取车磁盘文件其他应用程序应用接口即时表维 护 数据库在线帮助 操作 人 机 界 面用 户登 录 录 查询 图4监控系统功能图4.7硬件系统结构图在电梯式立体车库中，控制系统中主控单元的主控对象首先是车库内的行走小车电机和升降电机，控制系统的目的是使它们在不同的时间段内实现电机的正反转;其次就是车库内相应的辅助设备，比如指示灯、收款机以及其他安全设施等。为了保证载车板能够在横梁和纵梁上运载小车到达预定位置以及载车板能升降到达指定的位置，多数都要在控制系统中采用行程开关。为了辨别载车板上是否有车辆，多数都在载车板上安置光电开关。而一般中、小型车库大都选用按钮操作，其具有界面清楚，易于操作的优点，但大型车库要采用上位机和下位机对车库进行控制。同时在车库中还安装了烟温传感器以及安全预警装置等设备，因此本系统只有开关量输入没有模拟量输入，因为可编程序控制器本身的抗干扰能力以及隔离变压器就能满足要求，因此就没有必要额外增加其它抗干扰设备。由于PLC具有可靠性高、抗干扰能力强的优点。国内外现有的电梯式立体车库，系统控制形式多数都是采用PLC控制，特别是应用在自动化程度高、车位多、容量大的现代化电梯式立体车库中。车库的硬件结构图如图5所示。 电 源 CPU 运算器 控制器现场信号输入输 入 部件输 出部件 驱 动 控 制 部 件 存 储 器用户程序系统程序I/O 扩展单元外设I/O口I/O扩展口 打印机 PLC . 编程器 图5车库的硬件系统结构图5.立体车库控制系统软件设计5.1 PLC控制系统设计本立体车库控制系统中S7-200PLC主要检测个在车板位置以及运行状态并控制电动机的启动和停止。利用光电开关、行程开关检测载车板的位置状态；用接触器、继电器控制电机的启动和停止。当要对车辆进行存取操作时，PLC根据操作员在控制面板上输入的指令,首先判断各检测元件的状态，然后读取车库机械部分的反馈信息到电机以带动载车板升降、横移。在整个控制过程中，通过光电检测、限位开关、过载保护等装置来保障整个系统的安全、平稳运行。5.2 PLC输入、输出点分配所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系统输入端有自动/手动选择开关，自动工作时有总开、总停按钮，有上、下、左、右移动按钮，车位号信号输入若干。在本设计中选用西门子S7-200系列中的CPU226DC/DC/DC,它的可用输入点是24，输出点是16。根据立体车库控制系统设计的要求以及PLC型号，确定系统地址分配如下表1和表2所示。 表1输入点分配表符号地址注释符号地址注释TL1I0.0选择1号车位CLI2.15号车位限位开关TL2I0.1选择2号车位RLI2.26号车位限位开关TL3I0.2选择3号车位CHAN1I4.1链条松弛1（升降）TTL1I0.31号车位上升限位开关CHAN2I4.2链条松弛2（升降）TTL2I0.42号车位上升限位开关CHAN3I4.3链条松弛3（升降）TTL3I0.53号车位上升限位开关ESI4.6紧急停止BL1I0.6选择4号车位RESETI4.7复位BL2I0.7选择5号车位EMI1I3.01号电磁铁防坠机构BL3I1.0选择6号车位EMI2I3.12号电磁铁防坠机构BBL1I1.11号车位下降限位开关EMI3I3.23号电磁铁防坠机构BBL2I1.22号车位下降限位开关FR1I3.31号电动机热继电器BBL3I1.33号车位下降限位开关FR2I3.42号电动机热继电器PHE1I1.4光电检测1（安全线）FR3I3.53号电动机热继电器PHE2I1.5光电检测2（车体积）FR4I3.64号电动机热继电器LLI2.04号车位限位开关FR5I3.75号电动机热继电器表2输出点分配表符号地址注释KM4-leftQ0.04号电机接触器（正转）KM4-rightQ0.24号电机接触器（反转）KM5-leftQ0.35号电机接触器（正转）KM5-rightQ0.45号电机接触器（反转）KM1-upQ0.53号电机接触器（正转）KM1-downQ0.63号电机接触器（反转）KM2-upQ0.72号电机接触器（正转）KM2-downQ1.22号电机接触器（反转）KM3-upQ1.31号电机接触器（正转）KM3-downQ1.11号电机接触器（反转）EMO1Q2.01号电磁铁EMO2Q2.12号电磁铁EMO3Q2.23号电磁铁ALARMQ2.3报警器LIGHTQ2.4报警灯LIGHTQ0.1正常运行指示灯5.3存取车流程存车流程分析：当车主把车驶入电梯门口时，门前的地感线圈反应，电梯门将自动打开，车主驾车驶入电梯，根据语音提示将车停好，拉上手刹并离开电梯，电梯内的光电限位开关将对车辆进行检测，空间检测器检验车库系统内是否有人停留以避免造成不必要的人身伤害事故。若车辆体长、宽、高超标时车库内的报警装置将会自动报警，表明不可以存车。若车辆长、宽、高未超标，则车主刷卡使电梯上升到计算机指定车位的楼层并且停车计时收费开始。当电梯上升到指定层时，行走小车动作到达小车的底部并利用夹臂夹起小车，当行走小车上的限位开关检测小车入位正常时横移机构动作，利用曳引电机使行走小车精确的到达指定的车位，然后行走小车将小车运送到指定的车架上，检测固定安全后，横移机构、行走小车收回，存车结束。其取车流程和存车流程大致相反。由此可知，车库存车流程图如图6所示。横移机构收回横移机构动作车存入到位 存车结束Y报警车入库检查车体积是否超标？Y行走小车动作小车到位？NN电梯上升是否为指定层？YN图6存车流程图取车流程图分析：当车主刷卡取车时，计算机显示车辆具体位置发送命令并计算停车时间以显示停车费用。首现要判断整个车库系统此时是否正在运行存车或取车的过程，若系统正在进行存车或取车动作，按照顺序扫描、循环执行的原则执行正在进行的存车或取车过程；若系统没有正在进行存车或取车动作，则电梯上升到小车所在车位的楼层。当电梯上升到指定层时，车架上的安全装置解锁，行走小车动作，利用夹臂夹起小车将小车从车架上取出，当行走小车上的限位开关、光电开关检测小车入位正常时横移机构动作，利用曳引电机使行走小车精确的到达指定的电梯所停的位置，然后行走小车将小车运送到电梯内，检测固定安全后，横移机构、行走小车收回，电梯下降到指定的出口。由电梯底部的旋转圆盘动作将小车调转，取车结束。其取车流程和存车流程大致相反。车库取车流程图如图7所示。电梯上升行走小车动作NYY判定车辆位置并计费电梯上是否有车？是否为指定层？N取车初始化Y还小车N电梯降至指定出口行走小车进电梯取车结束取出载车板横移机构收回横移机构动作小车到位？图7取车流程图5.4现场调试的基本步骤PLC的现场调试是检查，优化PLC控制系统硬件、软件设计，提高控制系统可靠的重要步骤。为了防止调试过程中可能出现的故障，确保调试工作的顺利进行，现场调试应该在完成控制系统的安装,连接，用户程序编制后，按照规定的步骤进行。尽管在不同场合使用的PLC型号，控制对象，控制要求各不相同，但PLC控制系统现场调试的基本方法与步骤相似。通常来说，现场调试的基本步骤图如图8所示。运行硬件调试调试前检查 PLC现场调试 PLC安装检查PLC连接检查绝缘耐压检查电源电压检测通电实验I/O连接检查手动运行试验安全电路确认自动运行试验异常运行试验软件调试 图 8现场调试图5.5仿真调试过程及其结果程序的编写和修改是在STEP-7Micro/WINSP9软件中完成。STEP-7Micro/WINSP9软件编程界面图如图9所示。图9软件编程界面图由于仿真软件不能直接接受S7-200的程序代码，必须用编程的“导出”功能将S7-200的用户程序转换为扩展名为“awl”的ASCII文本文件，然后在下载到仿真软件的PLC中。打开仿真软件S7-200进行CPU选型号后执行菜单命令“文件”“装载程序”，在对话框中选择逻辑块，点击“确定”按钮后，在Source文件中将保存的*.awl文件下载。对CPU进行选型后会出现CPU226的仿真主控界面图如图10所示。 图11 CPU226仿真主控界面图下载成功后，CPU226的仿真主控界面处于“stop”状态，同时会出现下载的程序代码文本框和梯形图，本设计的梯形图和导出的程序块图如图11所示。 图11 梯形图与程序块图当点击运行存车按钮仿真时，由“stop”转换到“run”状态，输出节点Q0.1变绿，警报灯未报警，表明小车的体积未超标可以存入车库。小车存入车库程序起始运行仿真图如图12所示。 如图12小车入库起始运行仿真图当进入存车状态时，系统将检测车库内有效的车位并发出小车存放位置的命令。电梯上升到指定层次时，该层次的横移机构动作，各传感器、限位开关、光电开关检测小车存放是否安全，该车位的电磁铁防坠机构也将动作确保进一步的安全。如小车存入一号车位时，I0.0灯亮表明选择的是一号车位，I1.1灯亮表明一号车位限位开关启动，I3.0灯亮表明一号车位电磁铁防坠机构动作，I3.3灯亮表明一号电动机热继电器动作，I4.1灯亮表明电动机动作，Q0.1灯亮表明系统运行正常，Q1.3灯亮表明一号电机正转。若整个过程没有出现故障表明小车已经安全地存入到一号车位。存车仿真图如图13所示。 图13 存车仿真图手动停止按钮控制:输出节点全不亮，输入节点根据手动按钮情况显示灯是否亮.当自动系统发生故障时，可使用手动按钮完成存车过程，手动按钮没有发生动作时灯都不亮，有动作时灯亮。手动完成存车仿真图如图14所示。图14 手动存车仿真图以上仿真图是模拟立体停车库控制系统一次完整的存车过程，从小车进入存车状态到存车过程结束，通过软件仿真达到了预期的效果。由于取车流程与存车流程相反，但其仿真结果图与存车仿真图相同，均显示输入节点和输出节点亮。6.结论经过一段时间的立体停车库控制系统设计，我对PLC原理、电气控制等知识有了更深的理解。学到了很多有用的东西，丰富了自己的知识，相信会对以后的学习和工作有所帮助。通过设计，完成了立体车库信息的搜集，立体车库设计方案的提出、选择及论证，输入及输出设备及PLC的选用，及其外接设