《基于PLC的智能车库控制系统》5200字

基于PLC的智能车库控制系统目录摘要 I1、前言 11.1研究背景 11.2车库控制要求 12、智能车库控制系统的硬件设计 32.1可编程控制器（PLC）的选型 32.2车库系统各模块电路设计 32.2.1电源电路 32.2.2LCD显示模块的电路设计 42.2.3键盘电路的设计 52.2.4触摸屏的选型 62.3串口RS-232以及总线 62.3.1RS-232串行通信电路 62.3.2CAN总线通讯 72.4伺服电机模块的设计 82.4.1伺服电机选用及其特点 82.4.2伺服电机的控制技术 92.4.3伺服驱动器选型 92.4.4PWM的基本原理以及电路 102.5PLC输入、输出点分配 113、智能车库控制系统的软件设计 123.1梯形图编写软件 123.2系统的软件设计 123.2.1存车流程 133.2.2取车流程 13结论 15参考文献 16致谢 16附录 17附录1:车库原理图 17附录2.车库总程序 181、前言1.1研究背景停车设施是解决城市静态交通的主要内容，在空间面积不变的情况下尽量增加停车位,立体车库建设成本大大低于传统停车场。我国，电梯式立体停车库的研究仍处于起步阶段，随着城市用地面积紧张和汽车已成为多数人的代步工具，因此仅靠地面停车是远远不够的，可以说立体停车库研制在我国具有广阔的前景。通过可编程控制器PLC控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间停车的功能。近年来,越来越受到人们的关注,立体车库以其优越性在许多方面,自诞生以来广泛引起人们的关注。本文正是在这样的背景下，试图对城市住宅小区和宾馆饭店的停车问题做一些研究与探讨。1.2车库控制要求本系统通过检测车位运行状态和其它参数，控制电机轮流工作，合理调度电机运行。通过PLC通讯模块与监测监控主机实现数据交换，网络传送到智能化控制中心，通过智能化控制中心运算处理，该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点。如图1.1。图1.1车库控制简易图①１号车位、2号车位、3号车位只能上下移动，不能左右移动；②4号车位、5号车位只能左右移动，不能上下移动；③下排车位上的汽车可以直接开出；④上排车位的汽车，要想开出需要先按下相应车位标号呼叫按键，再按下叫车按键，然后下排车位先左右移动，让出位置，上排车位降至下层，再进出车辆。电源CPU运算器控制器现场信号输入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1.2车库的硬件系统结构图2、智能车库控制系统的硬件设计2.1可编程控制器（PLC）的选型可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N系列PLC。采用PLC代替继电器可的很好的性能价格比，皮带运输机的楼层越高使用PLC的优越性就越显著。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。PLC耗电小，产生热量极小，电气柜可以设计密封，防灰尘不必经常维护。2.2车库系统各模块电路设计2.2.1电源电路utu2440-F-V4.1PLC开发板电压设计采用5V输入主板，经电压稳压，提供I/O端口需要的电压3.3V。开发板上的电源端口有电池式与插座式电源两种，接入电源都为5V，电源电流通过电容滤波之后得到稳定的电源信号，再经过降压芯片把电压转为3.3v。为确保电源正常，在电源电路设计上加入LED显示部分，当LED发亮表示电源正常施群,王小椿.基于高速均匀脉冲分配算法的数控系统精插补方法研究[J].工业仪表与自动化装置.2004(02):10-12.。大容量的C1是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。同理可得+5V电源。电源电路如下图所示2.1：施群,王小椿.基于高速均匀脉冲分配算法的数控系统精插补方法研究[J].工业仪表与自动化装置.2004(02):10-12.图2.1电源电路2.2.2LCD显示模块的电路设计液晶显示采用LCD12864，这样就算是在不使用计算机的情况下，控制系统系统也能正常运行，并且能具有直观的可视性。在显示模块方面我们使用的是液晶屏，以下对液晶显示屏作简单的介绍。同CRT显示器相比，LCD显示器的平面显示技术零件少、桌面占据少、耗电量较小，但CRT技术更为稳定成熟。图2.2PLC中LCD的电路图图2.3LCD系统总线图在PLC的LCD控制器是用来传输视频数据，有VD(23:0)共引脚23个用于传送视频资料，并产生诸如VDENS，VSYNC，VCLK，HSYNC等必要的控制信号，其中VDENS是数据有效标志信号端口，VCLK是像数时钟信号端口，VSYNC是指帧同步信号端口，HSYNC是指行同步信号端口。除了控制信号外，VD(23:0)的引脚端口能够是数据传送更为流畅。LCD控制器包括一个REGBANK，LCDCDMA，VIDPRCS，TIMEGEN和LPC3600。有17个可编程的REGBANK寄存器设置和256x16调色板存储器是用来配置LCD控制器。图2.4LCD液晶接口电路SHARP自带LCDLM057QC1T01与S3C2410硬件接口如图3.6控制器，而且可以驱动所选用的液晶显示屏。LCD接口信号线全部采用了74LVCH162245进行了缓冲处理，可使显示更加稳定可靠。2.2.3键盘电路的设计按键是采用行列式键盘。按键控制电路采用八个按键开关，与PLC的PO口相连，八个键盘分别控制步进电机的运行情况，其中P0.0控制电机的开启和停止，P0.2控制电机的转向，P0.4控制电机加速，每按一次，速度增加一个等级，直到最高的速度等级。P0.6控制电机减速，若速度为最低等级，则速度保持不变，否则每按键一次，速度减少一个等级。用PLC的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；液晶显示器上显示每个按键的“0－F”序号。图2.5键盘硬件电路图2.2.4触摸屏的选型触摸屏即可编程序操作显示器,触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置,电阻发生变化使人机交互变得更加直截了当。考虑到与三菱系列PLC的通信，应选用三菱F940GOT触摸屏，它是用RS-422连接器与PLC进行通信，完成数据的传送。2.3串口RS-232以及总线2.3.1RS-232串行通信电路本设计中RS-232串口仅用于实现上位机与PLC控制模块之间的点对点异步串行短距离通信。串行通信有两种方式，异步串行通信和同步串行通信，异步串行通信是设计中通常采用的方式。异步通信的特点：对收发双方的时钟一致要求不严格，容易实现，但传输速率不高，一般应用于50bit19200bit之间的数据传输。本系统串行通信接口选用了最常用的9针RS-232接口。由于串口线上电平较高，容易易损坏开发板接口电路芯片，为了达到异步串口通信接口的电气通信兼容，将5V逻辑与一个RS-232端口连接时需要电平转换，来实现与TTL电路的连接。下面是串口电路结构，如图2.7所示：图2.7串口电路结构图2.3.2CAN总线通讯本系统选用了CTM1050作为CAN收发器，提出一个简单可靠实时的远程数据传输网络方案,可以点对点、点对多点或者全局广播方式发送和接收数据。CAN总线硬件包括控制器和收发器，控制器用来进行信息的控制、仲裁等；收发器用来进行数据的发送和接收。总线报文采用短消息形式，且每帧有效字节数为8，并采用了节点出错自动关闭功能，从而增强了抗干扰能力，提高了通信的可靠性。120ΩVCC120ΩVCCVinCTM1050VinCTM1050CANHGNDCAN控制器CAN_RXCAN_TXCANHGNDCAN控制器CAN_RXCAN_TXRXDRXDCANLTXDCANLTXD120Ω120Ω图2.8CTM1050接口电路系统中通过CAN总线可将多个CNC系统连到PC机上形成局域网，采用CRC进行数据检测并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。本系统中采用的PLC微处理器920T内置CAN模块，主要完成报文滤波、过载通知以及恢复管理等工作，如图2.9所示。图2.9CAN模块结构图2.4伺服电机模块的设计2.4.1伺服电机选用及其特点目前市面上的伺服电机种类繁多，要选择好一个适合自身的伺服很重要。很长一段时间，在调速性能要求较高的场合，一直占主导地位的是直流电机速度控制系统的应用。首先，我们得确定本身需要的转矩、功率等问题。然后在同类产品中将其进行比较筛选。考虑到实际情况，此次选择的型号为55SZ01，其性能指标如下:表2.1无刷直流电动机参数（55SZ01）额定功率20.0W额定电压24V空载转速3000r/min转矩65mN•m电枢电流≤1.55A励磁电流≤0.430A允许顺逆转速差≤0.014mN•M•S²转动惯量≤200r/min2.4.2伺服电机的控制技术伺服电动机的控制主要指对电动机转动速度和转动方向的控制，而这又是通过把所收到的电信号转化成角位移和角速度输出的。实现伺服电机控制的方式很多，可用继电器等模拟控制器件，或者DSP，单片机等数字逻辑器件，他们各有各的特点。使用PLC是比较理想的一种方案。它比起模拟器件来具有耗电少，可靠性高的优点；比起一些功能庞大的工业计算机来价格要低得多，而对电动机的控制功能却不逊色于它们。PLC有专门的PWM模块可用于对伺服电动机的调速控制。下图2.10为PLC对伺服电机控制的简易原理图：MgPLC1P0_212P0_22MgPLC1P0_212P0_22MOTOR_AMOTOR_B驱动电路MOTOR_AMOTOR_B驱动电路图2.10PLC对伺服电机的简易原理图伺服系统的结构框图如图2.11所示，它是具有信号反馈的闭环控制系统，主要由伺服控制器、驱动电路、伺服电动机及相应反馈检测器件组成。图2.11伺服驱动控制结构框图2.4.3伺服驱动器选型FALDIC-ω系列伺服系统提供多种伺服驱动器及多种型号的伺服电机。这里选择的是型号为RYC202C3-VVT2的伺服驱动器。本文选择美国国家半导体公司（NS）的LMD18200驱动芯片，使用PWM波进行占空比调速，如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开。参数配置方便而且可调性更高，电机正反转时还有LED指示灯显示控制效果，非常直观方便。图2.12就是LMD18200芯片的封装图。图2.12LMD18200芯片封装图2.4.4PWM的基本原理以及电路本文采用脉冲宽度调制（简称PWM）来控制电机的速度，其系统结构图如图3.20所示。用PIC单片机实现直流电动机的PWM控制电路图主要由两部分组成，当PWM整流器运行于有源逆变状态时,其网侧电压，直接将三相交流系统变换成两相直流系统从而对有功和无功功率进行控制。分别如电路图2.13(a)和电路图2.13(b)所示。电路图2.13(b)中的驱动芯片LMD18200的“Vout1A”直接和电机的正端相连。（a）PWM系统结构（b）PWM系统结构图2.13PWM控制电路图在PWM驱动控制的调整系统中，根据需要，把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。图2.14直流电机多速控制器系统结构图对于直流电机调速系统，采用PWM控制技术，起停时对直流系统无冲击，并且启动功耗小、运行稳定。2.5PLC输入、输出点分配针对本课题要求，我们规定了PLC输入点分配。根据PLC的端子接线图输入有61个输入端子，26个输出端子。I/O分配表如表2.2。表2.2I/O分配表输入点分配X0启动按钮X254号车位下限开关X1断电按钮X264号车位右限开关X2停止按钮X274号车位上限开关X3存车按钮X304号车位下限开关X4取车按钮X315号车位上限开关X53车位按钮X326号车位上限开关X6202车位按钮X337号车位上限开关X74车位按钮X34102号车位右限开关X10-X125-7车位按钮X35102号车位左限开关X141号车位左限开关X36102号车位下限开关X151号车位下线开关X37202号车位右限开关X162号车位右限开关X40202号车位左限开关X172号车位下限开关X41202号车位下限开关X203号车位左限开关X53202号车位上限开关X213号车位上限开关X42-X47车位光电开关X223号车位下限开关X50车位光电开关X234号车位右限开关X54-X57检测托盘按钮X244号车位上限开关X60-X64检测托盘按钮X65-X67热继电器X70-X74热继电器输出点分配Y0电源灯Y134号电机右移Y1存车运行灯Y144号电机左移Y2取车运行灯Y154号电机上移Y31号电机右转Y164号电机下移Y41号电机左移Y175号电机上移Y52号电机右移Y205号电机下移Y62号电机左移Y216号电机上移Y73号电机右移Y226号电机下移Y103号电机左移Y237号电机上移Y113号电机上移Y247号电机下移Y123号电机下移Y26-Y27车位显示灯Y30-Y34车位显示灯3、智能车库控制系统的软件设计3.1梯形图编写软件这是使用最多的PLC编程语言。因与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令构成。触点代表逻辑输入条件，线圈

代表逻辑运算结果，常用来控制的指示灯，开关和内部的标志位等。3.2系统的软件设计3.2.1存车流程车库存车流程图如图3.1所示。图3.1存车流程图3.2.2取车流程车库取车流程图如图3.2所示。图3.2取车流程图结论随着经济与社会的高速发展，能源越来越紧张，而人们对车库质量和车库系统可靠性的要求也不端提高，变频器恒压车库系统的应用为社会带来巨大利益，也为人们生活带来极大方便。因此采用先进的自动化技术来设计高节能、高可靠性的恒压车库系统成为必然趋势。在PLC控制步进电机的控制系统中，利用PLC的内部结构，将采集的信号通过预定的程序进行控制。用三菱FX2NPLC为核心控制器，用PLC内的预置程序来控制整个系统的运行，车位运行过程中只需调用子程序模块，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动实现存取车的自动化，而且提高了控制系统的柔性和可靠性，进而为维修和故障诊断提供多方面的可能性，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改,有较高的推广和实用价值。立体车库的发展也会像发达国家一样，城市的交通状况以及城市环境能得到很大的改善。参考文献[1]张健,王笑竹,荆珂.基于嵌入式单片机的立体车库电机控制系统设计[J].今日电子.2017(Z1)[2]李电敏.基于MCGS的立体车库控制系统设计[J].内江科技.2016(12)[3]刘晓娟,潘宏侠.垂直升降式立体车库系统设计与研究[J].机械设计与制造.2011(05)[4]张志田,刘良斌.手机遥控智能立体车库的设计与研究[J].湖南工业职业技术学院学报.2016(01)[5]陆保保,肖璋烂,郑冬喜.立体车库控制系统分析[J].智能城市.2016(08)[6]吉星宇.立体车库控制系统