基于PLC的升降横移式立体车库设计

2023届毕业生毕业论文〔设计〕题目：基于PLC的升降横移式立体车库设计院(系)别信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师二○一四年六月原创声明本人XXX郑重声明：所呈交的论文“基于PLC的升降横移式立体车库设计〞，是本人在导师XXX老师的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要奉献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承当一切法律责任。论文作者(签字)：日期：2023年6月8日摘要随着时代的变化，科学技术的快速开展，城市人口的不断增加，人多地少的问题也日益凸出。近年来随着我国经济飞速增长，人们的生活水平不断提高，汽车拥有率也迅速上升，以往那种单平面的停车场或者停车坪已经不能够满足人们的需求。停车位多、占用空间少、操作简单、平安可靠也成为人们对新时代车库的要求，而立体车库的出现那么正好满足了人们的需求，消除了车多地少、有车没处停的局面。目前常见的机械式立体停车库有升降横移式、垂直循环式、多层循环式、水平循环式、平面移动式、巷道堆垛式、垂直升降类和简易升降式8种，其中升降横移类以其结构简单、操作方便、平安可靠、造价低等优点，在国内车库市场占有较大的市场份额。由于可编程控制器(PLC)集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，因此经常在自动停车系统中作为电控核心。本文主要通过对升降横移式立体车库设计原理的研究，探讨了应用可程序设计控制器PLC在升降横移式立体车库中的应用。关键字：立体车库，升降横移式，PLCAbstractAlongwiththechangeofthetimes,therapiddevelopmentofscienceandtechnology,increasingurbanpopulation,peoplemuchlessproblemisalsoagrowingbulge.Inrecentyears,asChina'srapideconomicgrowth,people'sstandardoflivingcontinuestoimprove,rapidriseincarownership,insteadofdoingthesingleplaneorparkedintheparkinglotatnolongerbeingabletomeetpeople'sneeds.Parkingspace,takeuplittlespace,easyoperation,safetyandreliabilityrequirementsofthenewerathegarage,garageappearedtocatertothedemand,eliminatingthecarmuchless,thecardidnotstop.Mechanicalstereogaragecurrentlycommonliftingandtransferring,verticalcirculatingstyle,multilayercirculatingstyle,levelloop,planetype,stackingtype,verticalliftandeasyliftroadwaytype8,liftingandtransferringofclassestotheirsimplestructure,easytooperate,safeandreliable,lowcostadvantagesinthedomesticgaragemarketaccountforalargeshareofthemarket.Becauseoftheprogrammablelogiccontroller(PLC)setofcomputertechnology,automationtechnology,communicationstechnologyasawhole,highreliability,highperformance,compactdesign,scalability,easeofoperation,ofteninelectronic-controlledautomaticparkingsystemasthecore.ThisarticlemainlybyliftingandtransferringcubicgaragedesignprinciplestudyexploredtheapplicationofprogrammingcontrollerPLCapplicationinliftingandtransferringcubicgarage.Keywords:Parking,Liftingandtransferring,PLC目录前言11绪论21.1立体车库的国内外开展现状21.2设计车库的选型32升降横移式立体车库42.1升降横移式立体车库的主要组成局部42.2升降横移式立体车库车位结构42.3升降横移式立体车库的工作原理和运行图示43升降横移式立体车库的硬件系统设计63.1控制原理说明63.2控制系统的PLC单元的选择63.2.1各型PLC简介63.2.2PLC型号的选择73.3传感元件的选择73.4行程开关83.5驱动元件以及减速器选择94升降横移式立体车库的控制系统设计104.1根本控制原理说明104.2升降横移式立体车库的控制任务104.3控制程序流程图114.4PLC的I/O端口资源配置134.5升降横移式立体车库控制程序15总结22致谢23参考文献24附录I/O控制原理图25前言机械式立体车库就是以立体化的方式用机械来存取、停放车辆的整个停车设施，即用机械设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位元取出的方式。机械式立体停车库是近几十年顺应市场经济开展，在市场需求的迫切影响下应用而生的一种新型停车系统，与传统的自走式停车库不同，用地紧张、车多地少的状况下，将车辆多层存放，其最大优点是能够大量节省有限的地外表积，将停车位向空间和地下开展，采用机电方式存取汽车，自动化程度较高，代表了停车场的开展方向。随着人民生活水平的不断提高，越来越多的人购置了私家车，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。在这商机与竞争并存的时候，我国的机械停车设备行业也将从快速开展阶段进入稳定开展阶段。未来市场是巨大的，但对产品的需求，将会向两个极端开展：一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够到达增加停车位的目的，能够保证最根本的使用性能，以价格优势占领市场，这一局部的市场份额预计将到达70%--80%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。通过国内外机械停车设备使用经验的总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车时，首先追求的是存取车速度、等待时间以及方便程度。此外，未来的机械停车设备市场，将更加注重完善的售后效劳系统，远程监控系统、远程故障处理系统将是用户追求的目标。随着我国经济持续快速的开展，城市规划的完善，机械停车设备行业将成为一个充满生机的朝阳行业，机械停车设备的技术也将得到长足的开展。1绪论1.1立体车库的国内外开展现状机械式立体停车是解决各大城市停车难问题的有效途径，最早起源于欧美国家。1920年，美国就建成第一座机械升降汽车库，50年代后，随着私人汽车的大量涌现，美国、西欧的国家相继创造了多种形式的立体车库。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备的开发和生产也比拟早，较好的公司有:意大利的sotefin、InterPark、德国的Pa1is等，优势主要在于巷道堆垛类的产品。由于欧洲国家土地资源比拟充裕，停车问题表现不是很突出，因此立体停车设备的应用不是很多。由于土地资源紧张在亚洲某些国家的表现尤为突出，机械式立体车库在亚洲的应用较为广泛。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本自20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和效劳，迄今已有近五十年的历史。目前日本国内生产机械式停车设备的公司约100多家，比拟大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。自90年代起，日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上，目前已全部投入使用机械式停车位超过300多万个，其中以升降横移类为主。日本立体停车设备的技术优势主要在于多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。韩国的机械停车设备技术是日本技术的派生，产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和外乡化，90年代开始进入供给使用阶段。由于韩国政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，近几年泊位增长速度都在30%左右，目前韩国立体停车设备行业进入稳步开展阶段。我国是从20世纪80年代初开始研制和使用机械停车设备的。80年代尚处于起步阶段，90年代以来，机械停车设备逐渐步入了技术引进与自主研发相结合的初步开展阶段，得到了较快的开展，已经形成为新兴的停车设备行业。据统计，1997年全国只有9个机械式停车设备生产企业，只有11个省、市、自治区的13个城市拥有机械式停车设备。而截至2006年底，全国的机械式停车设备生产企业已开展到100多家，已有27个省、市、自治区的94个城市兴建机械式立体停车库，全国机械式停车库(泊位)拥有量到达284，752个。目前，我国的机械停车设备在生产能力和产品质量方面，已接近国外先进水平[1]。许多设备采用了当前机械、电子、光学、磁控、计算机等领域的先进技术，例如交流变频调速技术、激光测距、PLC、IC卡、触摸屏、总线控制技术等，大大提高了产品在技术含量、智能程度、运行可靠性等方面的性能[2]。近年来，立体停车设备的自主研发工作也越来越被重视，国内许多研究机构都投入技术力量，对机械立体停车设备的各个方面，例如结构优化、控制系统设计、存取策略优化、可靠性分析、生产工艺等方面进行研究，取得了很多的成果。与此同时，国家也逐步配套与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业标准，以加强规划引导、技术开发和标准化工作。虽然机械式立体停车库在中国作为新兴的产业，具有相当可观的开展前景，但是目前仍未进入高速开展时期，主要因为我国的立体停车设备行业的开展存在着一些问题:首先，虽然行业里的企业已经形成一定的规模，但是开展不平衡，骨干的大中型企业在20家左右，其它的那么是中小企业居多，中小企业技术力量薄弱，靠仿效或引进国外的技术，缺乏自主开发能力；其次，机械式立体车库是对平安性能要求很高的机电一体化设备，但是有些自主研发的产品缺乏深入的研究，产品的可靠性、平安性、耐久性还不能完全保障；第三，市场竞争无序，目前总体生产能力过剩，价格偏低;政府在对立体停车产业开展的政策方面严重滞后；此外，平面停车场收费低廉以及人们在意识上尚未完全转变，也是立体停车难以普及的重要原因。由此看来，为加快我国机械停车设备产业的开展，需要在政策、市场、管理和技术等多方面做出努力。1.2设计车库的选型通过对各种类型立体车库特点的比拟，结合技术可行性和推广实用性，本文的立体车库设计类型为升降横移式，这是因为在各种类型的车库中，升降横移式立体车库采用模块化设计，车位从几个到上百个都可以，能够有效利用各种不同的场地环境，能有效利用场地空间，具有空间利用率高、技术性能好、能耗低、噪声小、速度快、操作简单、维护方便等优点，具有广阔的开展前景[3]。图1.1为升降横移式立体车库。图1.1升降横移式立体车库实物图Fig1.1Liftingandtransferringparkingequipmentpicture2升降横移式立体车库2.1升降横移式立体车库的主要组成局部升降横移式立体车库主要由主框架局部、载车板局部、传动系统、控制系统、平安防护措施五大局部组成[4]。本文主要研究其控制系统。2.2升降横移式立体车库车位结构升降横移式立体车库结构为X×Y二维矩阵模式，可设计为多层、多列，车库提供总容量车位数为：P=X×Y-(X-1)〔即除了最顶上一层，其他每层均要留出一个交换车位〕其中：X为二维矩阵的行，即车库的层数Y为二维矩阵的列，即车库的列数2.3升降横移式立体车库的工作原理和运行图示升降横移式车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库内底层的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开出车库，每个车位升降均由一台电机驱动，通过链条拖动搬运器垂直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机实现车位的移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。升降横移式立体车库为多层多列布置，除顶层外每层设一个空位，作为交换车位，除底层以外的所有车位均能自行升降，除顶层以外的所有车位均能自行横移，当某一车位需存取车辆时，该车位下方到空位之间的所有车位向空位方向横移一个车位的距离，该车位下方形成升降通道，此时，该车位便可自由升降，当车位降至地面时，车辆便可开进或开出，见图2.1〔假设图中每一格为一个车位，没有标号的格子为预留的交换车位〕。图2.1升降横移式立体车库车位示意图Fig2.1Liftingandtransferringcubicgaragespaces(1)升降横移式立体车库，包括多层结构的框架，在框架上设置有横移导轨，底层横移导轨上设置有可以沿导轨移动的载车板，上层横移导轨上设置有可以沿导轨移动的载车板，以及通过链条连接在载车架上可以升降的载车板。其特征在于：框架上除顶层以外的其他每一层均有一空闲的载车板位置，作为上层载车盘下降的通道，载车架的一端的横梁上安装有升降电机和减速器并通过链轮和链条带动传动轴。传动轴上安装有四个链轮，每个链轮带动一根链条，链条的是一端设计成套状，绕在载车架纵梁上的链轮组上，另一端那么绕过一个链轮与载车板连接。载车架上设计有防坠挂钩，用于悬挂载车板。防坠挂钩由电磁铁和复位弹簧控制它的弹出与复位。(2)升降横移式立体车库的出入库方法，其特征在于包括如下步骤：将除顶层以外的每一层空闲的车位集中在同一纵向位置上，作为初始位置。如有汽车入库按如下步骤进行：a)如需进入底层的停车位直接驶入即可。b)如需进入底层以外的上层车位，先将位于上层车位纵轴线和初始空闲车位纵轴线之间的所有该上层车位下面的载车板同时向初始空闲车位方向横移一个载车板位置；然后将该上层停车位的载车板垂直放下直到底层，将车辆驶入载车板后，再将载车板垂直升高到原来的位置；最后将其它载车板横移回到初始位置。如有汽车出库按如下步骤进行。a)如底层汽车出库直接驶出载车板即可。b)如有除底层以外的上层车位的车出库，先将位于该上层车位纵轴线和初始空闲车位纵轴线之间的所有该上层停车位下面的载车架同时向初始空闲车位方向横移一个载车架位置；然后将该上层车位的载车板垂直放下直到底层；将车辆驶出载车板后，再将载车板垂直升高到原来的位置；最后将其他载车板横移回到初始位置。3升降横移式立体车库的硬件系统设计3.1控制原理说明由第二章分析我们知道升降横移式立体车库的运行原理：利用托盘的移位产生垂直通道，通过高层车位升降实现车辆的存放，载车板的移位由PLC进行控制，该系统中主控单元的控制对象首先是车库内的横移小电机和升降大电机，控制系统控制它们在不同时间实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯等。为了保证载车板能横移到预定的位置、载车板能上升或下降到准确位置，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，在不同的位置有不同的功能；将接收器和发射器分别安装在载车板底层左右两边的光电开关，用以检测载车板上汽车停放是否到位；在载车板对角线上安装的光电开关用以检测载车板上有无车辆；装在车位入口处左右两侧的光电开关用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况。如有车辆未停妥〔动作区域有人或物〕、运行过程中有车想进入等意外情况，光电开关光线被遮，会给PLC一个电平变化信号，从而改变PLC的输入，蜂鸣器发出长时间报警，设备停止运行。3.2控制系统的PLC单元的选择3.2.1各型PLC简介硬件选购目前市场上的PLC产品众多，除国产品牌外，国外有：日本的2.3PLC、MITSUBISHI、FUJJ，德国的SIEMENS，韩国的LG等。考虑到西门子PLC已经在我国市场占了很大的比重，应用范围比拟大，说明其应用方便可靠，其技术资料、软硬件资料丰富全面，并且西门子PLC知识简单易学，所以本段主要介绍西门子S7系列。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC〔如S7-200〕，小规模性能要求的PLC〔如S7-300〕和中、高性能要求的PLC〔如S7-400〕等。而S7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200PLC比拟，S7-300PLC采用模块化结构，具备高速〔0.6~0.1μs〕的指令运算速度；用浮点数运算比拟有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面效劳已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少，但是S7-300经济要求高，同时S7-300一般用于控制要求比拟高的场合。S7-400PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别〔功能逐步升级〕的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。它是用于更加高级的控制要求的PLC，其价格更高。3.2.2PLC型号的选择升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元确定与控制任务有关，在本次立体停车场的设计中是选用S7—200系列中的CPU226，它的可用输入点数为24，可用输出点数为16。PLC采用典型的计算机结构，其实质就是一种工业控制计算机。PLC主要由中央处理单元、存储器、输入/输出接口、编程器、电源以及其他电路组成。如图3.1所示。图3.1PLC根本结构Fig3.1BasicPLCstructure3.3传感元件的选择光电开关〔光电传感器〕是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。在立体车库中，光电开关用于检测车库车位上是否有车以及车辆是否停靠到位[5]。介于需要确定车位上是否有车，以及车辆是否停靠到位，采用对射型光电开关。对射型光电开关由发射器和接收器组成，结构上是两者相互别离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。主要特征：区分不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。图3.2为对射式光电开关。图3.2对射式光电开关Fig3.2Beamphotoelectricswitches3.4行程开关行程开关，位置开关〔又称限位开关〕的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，到达一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。由于行程开关为了确保载车板能平移到预定位置，所以选用滚轮式行程开关。下列图为行程开关实物图。图3.3行程开关实物图Fig3.3Limitswitchpicture3.5驱动元件以及减速器选择这些驱动元件是完成车库托盘的横移和升降的专用减速电机。查阅相关资料[6]后，升降用电机选择电动机型号为Y132M2-6，其技术参数见表3.1表3.1Y132M2-6电动机主要性能参数Tab3.1Y132M2-6Motorsmainperformanceparameter型号额定功率kW同步转速r/min满载转速r/minY132M2-65.51000960横移电机选择功率为0.18kW、减速比为80的G系列小型齿轮减速电机，其技术参数如表3.2所示。表3.2G系列小型齿轮减速电机技术参数Tab3.2Gseriessmallgearmotortechnicaldata机型号额定功率kW减速比输出转矩输出转速r/min220.188011217.3减速器选择型号为NGWL52-8的二级NGW-L减速器。其主要性能参数见表3.3。表3.3NGWL52性能参数Tab3.3NGWL52performanceparameters机座号型号公称传动比i实际传动比性能参数〔mm〕(mm)T5NGWL525654.3956/801.75/2.52780/3870注：、、、分别为减速各级的中心距和模数4升降横移式立体车库的控制系统设计4.1根本控制原理说明由第三章分析我们知道升降横移式立体车库的根本运行原理：利用载车板的移位产生垂直通道，通过高层车位升降实现车辆的存放，载车板的移位由PLC进行控制，该系统中主控单元的控制对象首先是车库内的横移小电机和升降大电机，控制系统控制它们在不同时间实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯等。为了保证载车板能横移到预定的位置、载车板能上升或下降到准确位置，采用了行程开关；为了判断载车板上是否有车辆，采用了光电开关，在不同的位置有不同的功能；将接收器和发射器分别安装在载车板底层左右两边的光电开关，用以检测载车板上车辆停放是否到位；在载车板对角线上安装的光电开关用以检测载车板上有无车辆；装在车位入口处左右两侧的光电开关用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况。如有车辆未停妥〔动作区域有人或物〕或者运行过程中有车想进入等意外情况，光电开关光线被遮，会给PLC一个电平变化信号，从而改变PLC的输入，触发蜂鸣器报警，设备停止运行[7]。本文设计的车库属2层5车位小型车库，所以选用按钮和旋扭开关控制便于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行控制，同时地车库中还需要运用更多的传感器，如烟温传感器，以及平安预警装置。4.2升降横移式立体车库的控制任务根据车库的运行规那么，可以发现，车库运行时的控制任务主要有三个方面：一、为了让出空位，载车板需要横移；二、为了存取车，载车板需要升降；三、载车板左右横移一个准确的停车位行程和升降到准确的位置。由此可见，控制任务主要就是要完成对横移、升降以及载车板定位控制。在升降横移式立体停车库中，每一个有效车位都有一组独立的横移和升降系统，分别由一个横移专用小型减速电机和一个升降专用减速大电机组成。横移定位靠安装在横移导轨规定位置的行程开关来完成，升降定位那么靠安装在地面和车位规定位置的行程开关来完成。控制横移电机和升降电机可以看作是控制系统的输出(开关量输出)，行程开关可以看作是控制系统的信号输入〔开关量输入〕。4.3控制程序流程图本文设计的车库属于小型的双层5车位车库，示意图如下4.1图4.1本文设计车库示意图Fig4.1Schematicdiagramofthisgarage本文设计的升降横移式立体车库车辆的存取只涉及2层的车位，1层的车位直接开出即可。对流程图的说明：〔1〕PLC状态转为RUN，对系统状态进行复位。〔2〕系统开始自检，如果系统状态正常，那么转为选取上层将要存取的车位号；假设系统状态异常，那么进行故障排除，直到系统平安。〔3〕选定要存取的车位后，判断该车位对应的下层车位上是否有载车板，如果有的话左右横移载车板位置，直到建立下降通道。〔4〕确认下载通道建立后，防坠挂钩弹开；确认弹开后，选定的载车板开始下降。〔5〕载车板下降至底层，开始存取车。〔6〕确认存取完毕，载车板开始上升。〔7〕确认载车板上升至最高点，载车板复位完成，上层存取车全过程完结。下列图为车库上层车位存取车流程图4.2。发出存取车信号发出存取车信号图4.2流程图Fig4.2Flowchart存取车完成YNN是否存取完毕载车板是否复位是否到达最高点系统平安检测Y是否发生故障选取车位下将通道是否通畅下层是否有载车板Y挂钩是否移开载车板左右移动YNYYNNYNN结束载车板复位载车板上升报警弹开防坠挂钩排除故障初始化开始4.4PLC的I/O端口资源配置图4.2流程图Fig4.2Flowchart存取车完成YNN是否存取完毕载车板是否复位是否到达最高点系统平安检测Y是否发生故障选取车位下将通道是否通畅下层是否有载车板Y挂钩是否移开载车板左右移动YNYYNNYNN结束载车板复位载车板上升报警弹开防坠挂钩排除故障初始化开始I/O端口模块用来实现PLC对工业过程的控制。在控制过程中，I/O端口模块检测控制现场的各种参数，以此作为PLC实现现场控制的依据。同时，它将PLC的处理结果传送到被控设备，驱动各种执行机构来实现PLC对设备的控制。对于小系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别模块不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意[8]。控制模块的类型很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、高速输入模块等。PLC的这种设计为用户的产品开发提供了便利。根据设计要求,输入点共30个：车位选择开关6个，车位限位开关6个，光电检测2个，下层载车板平移行程开关3个，链条检测输入3个，紧急停止和复位按钮各1个，防坠落平安装置的电磁铁输入3个，电动机热继电器输入5个。输出点共10个：电动机接触器输出5个，电磁铁输出3个，蜂鸣器和警灯[9]。根据控制系统设计的要求及选定的PLC型号，确定系统I/O地址分配如表4.3所示：表4.1I/O地址分配表Tab4.1I/Oaddressallocationtable输入点输出点符号地址注释符号地址注释TL1I0.01号车位上升限位开关KM4_LeftQ0.04号电动机接触器〔正转〕TL2I0.12号车位上升限位开关KM4_RightQ0.14号电动机接触器〔反转〕TL3I0.23号车位上升限位开关KM5_LeftQ0.25号电动机接触器〔正转〕TTL1I0.3选择1号车位KM5_RightQ0.35号电动机接触器〔反转〕TTL2I0.4选择2号车位KM1_UpQ0.41号电动机接触器〔正转〕TTL3I0.5选择3号车位KM1_DownQ0.51号电动机接触器〔反转〕BL1I0.61号车位下降限位开关KM2_UpQ0.62号电动机接触器〔正转〕BL2I0.72号车位下降限位开关KM2_DownQ0.72号电动机接触器〔反转〕BL3I1.03号车位下降限位开关KM3_UpQ1.03号电动机接触器〔正转〕BBL1I1.1选择4号车位KM3_DownQ1.13号电动机接触器〔反转〕BBL2I1.2选择5号车位EMO1Q2.01号电磁铁BBL3I1.3选择6号车位EMO2Q2.12号电磁铁PHE1I1.4光电检测1〔平安线〕EMO3Q2.23号电磁铁PHE2I1.5光电检测2〔车辆超长〕ALARMQ2.3报警器LLI2.04号车位限位开关LIGHTQ2.4报警灯CLI2.15号车位限位开关RLI2.26号车位限位开关CHAIN1I4.1链条松弛1〔升降〕CHAIN2I4.2链条松弛2〔升降〕CHAIN3I4.3链条松弛3〔升降〕ESI4.6紧急停止RESETI4.7复位EMI1I5.01号电磁铁防坠落挂钩EMI2I5.12号电磁铁防坠落挂钩EMI3I5.23号电磁铁防坠落挂钩FR1I5.31号电动机热继电器FR2I5.42号电动机热继电器FR3I5.53号电动机热继电器FR4I5.64号电动机热继电器FR5I5.75号电动机热继电器注：载车板编号上层为1、2、3号，下层为4、5号4.5升降横移式立体车库控制程序以PLC为控制器，需要编写控制程序，在PLC的程序编写方式中，梯形图的运用较为广泛，本次设计中，也是用梯形图进行程序编写。下为梯形图分析。PLC由STOP转为RUN状态时，初始脉冲SM0.1对状态进行初始复位，并将状态S0.0置1。此段程序用到特殊状态存放器SM0.1。SM系统状态位赋值如下：SM是特殊标志存放器，特殊内存字节SM0.0--SM0.7提供八个位，在每次扫描周期结尾处由S7-200CPU更新。程序可以读取这些位的状态，然后根据位值做出决定[10]。见表4.2表4.2SM系统状态位赋值Tab4.2SMsystemstatebitassignments符号名SM地址用户程序读取SMB0状态数据AlwaysOnSM0.0该位总是翻开。FirstScanOnSM0.1首次扫描周期时该位翻开，一种用途是调用初始化子程序。RetentiveLostSM0.2如果保存性数据丧失，该位为一次扫描周期翻开。该位可用作错误内存位或激活特殊启动顺序的机制。RunPowerUpSM0.3从电源开启条件进入RUN〔运行〕模式时，该位为一次扫描周期翻开。该位可用于在启动操作之前提供机器预热时间。Clock60sSM0.4该位提供时钟脉冲，该脉冲在1分钟的周期时间内OFF(关闭)30秒，ON〔翻开〕30秒。该位提供便于使用的延迟或1分钟时钟脉冲。Clock1sSM0.5该位提供时钟脉冲，该脉冲在1秒钟的周期时间内OFF〔关闭〕0.5秒，ON〔翻开〕0.5秒。该位提供便于使用的延迟或1秒钟时钟脉冲。ClockScanSM0.6该位是扫描周期时钟，为一次扫描翻开，然后为下一次扫描关闭。该位可用作扫描计数器输入。ModeSwitchSM0.7该位表示“模式〞开关的当前位置〔关闭=“终止〞位置，翻开=“运行〞位置〕。开关位于RUN〔运行〕位置时，您可以使用该位启用自由口模式，可使用转换至“终止〞位置的方法重新启用带PC编程设备的正常通讯。本次设计程序中用的最多的指令为顺序控制继电器指令。西门子S7-200系列PLC提供了顺序流程的相关指令，即顺序控制继电器指令LSCR、SCRT、SCRE。LSCRn是标记一个顺序控制器段(SCR)的开始，n为顺序控制器S的地址，当n为1时，该顺序控制段开始工作。SCRE是标记该顺序控制段的结束。每一控制段必须以它为结束。SCRTn是执行SCR段的转移，当n=1时，一方面使下一个SCR段的使能位S置位，以便下一个SCR段开始工作，同时对本SCR段复位，使得本SCR段停止工作。所以控制SCRT的转换条件就可以实现相关的转移。使用SCR时有以下限制:不能在不同的程序中使用相同的S位，如PLC控制的流程有两局部，那么这两局部之间不能用相同的S位，否那么两局部的流程会混串。不能在SCR指令中使用JMP和LBL指令，使用JMP和LBL指令，即不允许用跳入或跳出的方法跳入或跳出SCR段，其实对于用顺序流程控制指令都能实现跳转，完全可不用JMP。不能在SCR段中使用FOR、NEXT、END语句[11]。程序根据下层3个限位开关的信号判定下层两个车位的移动方向。下层3个限位开关有如下三种情况：(1)下层4号、5号载车板分别停在1号、2号载车板下。(2)下层4号、5号载车板分别位于1号、3号载车板下方。(3)下层4号、5号载车板分别位于2号、3号载车板下方，1号载车板下方位置为空。上段程序为情况1,即下层4号、5号载车板分别停在1号、2号载车板下:如果下层4号、5号载车板分别停在1号、2号载车板下，那么跳转到S2.3状态，S0.1复位，Q0.3得电，即5号载车板右移接触器得电，5号车位开始右移，直到碰到右限位开关，I2.2接通，5号载车板停止向右移动。程序状态跳转到S0.1，S2.3复位，再次判断当前下层载车板的位置。上段程序为情况2，即4号、5号载车板分别位于1号、3号载车板下方，这时跳转到状态S2.1，同时S0.1复位。S2.1置位后，Q0.1得电，即4号载车板右移接触器得电，4号载车板开始右移，直至碰到中间限位开关，I2.1接通，4号载车板右移停止。状态跳回到S0.1，S2.1复位。上段程序为情况3，即4号、5号载车板分别位于2号、3号载车板下方。此时1号载车板下方车位为空，程序跳转到S1.0，S0.1复位。程序状态S1.0置位后，Q2.0被置位即1号电磁铁得电后吸合，1号载车板防坠挂钩脱开，T37常开触点接通1号载车板开始下降，T38开始计时，5s后T38常闭触点接通，Q2.0被复位，电磁铁释放。1号载车板下降到位，碰到下限位开关，I0.6接通，下降停止，M0.1～M0.6复位，并跳转到S0.0状态。此时1号载车板下降到位，可以进行存取车操作。这局部程序中主要用到的定时器是PLC中最常用的元器件之一。S7-200PLC为用户提供了3种类型的定时器：接通延时定时器〔TON〕、有记忆接通延时定时器(TONR)和断开延时定时器(TOF)。单位时间的时间增量称为定时器的分辨率。S7-200PLC定时器有3个分辨率等级：1ms、10ms、100ms。定时器定时时间T的计算公式为T=PT*S。其中T为实际定时时间，PT为设定值，S为分辨率。1ms定时器由系统每隔1ms刷新一次，与扫描周期及程序处理无关。10ms定时器由系统在每个扫描周期开始时自动刷新，由于是每个扫描周期只刷新一次，故在一个扫描周期内定时器位和定时器的当前值保持不变。100ms定时器在定时器指令执行时被刷新，因此，在100ms定时器被激活后，如果不是每个扫描周期都执行定时器指令或在一个扫描周期内屡次执行定时器指令，都会造成计时失准。100ms定时器仅用在定时器指令在每个扫描周期执行一次的程序中。存取车完毕后，按下TD200面板上F5按钮，M0.4接通，程序状态跳转到S0.6，检测所停车辆是否超长。如果超长报警中间继电器M3.0被置位，那么警灯及蜂鸣器进行声光报警，在排除此报警源后，按下操作面板的RESET按钮，将M3.0复位，并将程序跳转到S0.0状态。如果车辆没有