PLC立體車庫.doc

基于PLC控制的立體車庫基于PLC控制的立體車庫摘要:隨著我國擁有汽車的數(shù)量不斷上升，停車難以成為了在大中城市中的一種普遍情況，并且還在不斷的惡化中。為了解決停車難的問題，車庫開始向高層發(fā)展，充分利用土地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最大限度的停放車輛，于是便發(fā)展出了機械式立體車庫。在當今社會，自動化控制技術(shù)使用的地方越來越多，而PLC技術(shù)已經(jīng)成為了自動化控制的主要方式之一，本文以三菱PLC為例，結(jié)合典型的33橫移升降式立體車庫，介紹PLC控制技術(shù)在立體車庫控制方面的應用。關(guān)鍵字：立體車庫，控制系統(tǒng)，PLC第一章 立體車庫簡介在現(xiàn)代，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科技的不斷進步，人們的生活水平在不斷的提高，慢慢的，人們開始選擇汽車作為出行工具，而隨著汽車的不斷增加，漸漸地，人們發(fā)現(xiàn)，城市里的停車位越來越少，經(jīng)常會出現(xiàn)找不到停車場這種難題。由于現(xiàn)在土地越來越緊缺，于是，如何讓停車場能停更多的車而不占用更多的土地便成為了一個問題，于是，立體車庫便成為了一種可能的選擇。立體車庫擁有占地面積小，汽車容納能力強的特點，它可以在大廈林立的小區(qū)中擺放，也可以大面積的組合使用，還能和地下停車場，車庫等組合使用，能大大的解決停車難的問題。在當今社會，自動化控制技術(shù)使用的地方越來越多，而PLC技術(shù)已經(jīng)成為了自動化控制的主要方式之一。將PLC控制技術(shù)應用到立體車庫上，可以大大的方便人們停車的過程。第二章 升降橫移式立體車庫機械部分設計2.1 升降橫移式立體車庫的基本結(jié)構(gòu)一立體車庫的工作原理升降橫移式立體車庫每個車位都有載車板，車輛就停在載車板上，最下層的載車板只做左右橫移，不能升降，中間層車位可以左右橫移和升降，上層車位只能升降，不能橫移，若中間層車位需要存取車，則需下層車位移出空位，才能降至底層，上層車位需要存取車，則需要中間層車位和下層車位移出空位方能下降至底層，存車時，當載車板到位后，駕駛員將車開上載車板后下車離開，中間層和上層載車板自動升至所在層位，取車時，下層車位直接開出，上層和中間層則是載車板降至底層后，等駕駛員進入車庫開走汽車后，載車板自動回至所在層位。下圖為一個地上33型七車位的升降橫移式立體車庫，其工作原理是:上層載車板可以做升降運動，中間層載車板可以做升降運動和橫移運動，下層載車板只能做橫移運動。通過中間層和下層的空位，利用載車板橫移變換空位，將汽車停到上層或降至下層，第一層的汽車可直接開進和開出，無需變換位置。圖1 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖如圖1所示：1 、2號車位可以直接存取車輛;7 號車位需下降后再存取車輛;3 號車位，則需先將1 號和2號載車板右移，再將3號載車板下降后才能存取車輛; 4號車位，則需先將2號載車板右移，再將4號存車板下降后才能存取車輛；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降后才能存取車輛；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板降下。由于升降橫移式立體車庫對場地的適應強性，可根據(jù)不同的地形和空間進行相應的組合，規(guī)?？纱罂尚。瑢龅氐囊蟊容^低，因此，應用非常廣泛。二立體車庫部分機械構(gòu)件及其功能以三層三列升降橫移式立體車庫為例，其主要有六大部分組成，分別是：結(jié)構(gòu)框架部分，載車板部分，橫移部分，升降系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，安全防護系統(tǒng)。1框架立體車庫一般主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土為主，在本文中，選擇用鋼結(jié)構(gòu)。2一層載車板橫移傳動系統(tǒng)（鏈傳動系統(tǒng)）第一層車位設置在地面上，汽車的存取可以直接在對應的位置進行，車輛駛上載車板后，只能實現(xiàn)水平移動的方式，如圖2所示。 圖2 一層載車板橫移鏈傳動結(jié)構(gòu)傳動方式為減速電機帶動主動鏈輪，使鏈條帶動從動鏈輪從而帶動主軸，進而驅(qū)動行走輪帶動載車板在導軌上做橫移運動，采用這種鏈傳動方式與齒輪齒條傳動方式相比，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。同樣可以達到傳動準確，效率高的目的。3二層載車板升降橫移運動的傳動系統(tǒng)（鏈傳動系統(tǒng)）第二層車位是由一個橫移矩形框架及一個懸掛載車板組成，汽車駛上載車板后不光要進行橫移運動，還要進行垂直升降運動。如圖3所示。 圖3 二層載車板升降橫移傳動結(jié)構(gòu)圖橫移傳動方式為：橫移減速電機帶動橫移主動鏈輪，使鏈條帶動橫移從動鏈輪從而帶動橫移主軸，進而驅(qū)動行走輪帶動橫移框架，實現(xiàn)二層載車板的橫移運動做橫移運動。升降傳動方式為：升降減速電機帶動升降主動鏈輪，使鏈條帶動升降從動鏈輪從而帶動升降主軸，進而驅(qū)動升降鏈輪帶動升降鏈條，從而帶動載車板，實現(xiàn)二層載車板的垂直升降運動。4三層載車板垂直升降運動的傳動系統(tǒng)（鏈傳動系統(tǒng)）第三層車位是由一個焊接在立體車庫骨架上的框架和一個懸掛載車板組成的。當汽車駛上載車板后，只能進行垂直升降運動。如圖4所示。 圖4 三層升降傳動結(jié)構(gòu)圖 升降傳動方式為：減速電機帶動主動鏈輪，使鏈條帶動從動鏈輪從而帶動主軸，進而驅(qū)動升降鏈輪帶動升降鏈條，從而帶動載車板，實現(xiàn)二層載車板的垂直升降運動。5安全裝置在立體車庫上層停車位和下層停車位的縱梁處裝有上下行程極限開關(guān)，在中間層和底層車庫橫梁兩端裝有左右行程極限開關(guān)。上載車板上裝有防墜落安全裝置,防墜落安全裝置安裝在縱梁和上載車板停泊位置之間，在縱梁兩邊各安裝兩只電磁鐵控制的掛鉤，上載車板兩側(cè)相應位置出個裝兩只勾環(huán)，當上載車板上升到位后，縱梁上安裝的四只掛鉤便會自動勾住四只勾環(huán)，以防止當升降電機制動器失靈后，上載車板汽車和上載車板墜落，從而壓毀下層的汽車。行程極限開關(guān)的作用是當載車板到達位置是自動停止。6控制系統(tǒng)升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)采用PLC控制，主要有自動，急停，手動三種控制方式，立體車庫一般采用自動控制方式工作，當出現(xiàn)緊急異常的情況時候使用急停控制，當故障排除或急停取消后，可以用手動按鈕使車庫復位。2.2 立體車庫中的安全防護裝置車庫是用來存放汽車的，汽車的價格是很昂貴的，所以車庫一旦發(fā)生事故，所造成的損失會很大，為此，我們要將事故防范于未然。為此車庫的安全防護措施應該做到以下幾點，并安裝相應的防護設備。1急停措施：在控制盒上安裝紅色的緊急停止開關(guān)，當發(fā)生異常情況時，按下急停開關(guān)能使立體車庫立即停止運轉(zhuǎn)。2阻車裝置：為了防止汽車在載車板上發(fā)生滑動，應該在載車板后端和前端安裝一高25mm以上的阻車擋塊，司機在停車時應將汽車停在載車板合適的位置上，并拉好手剎。3限位保護：立體車庫的載車板在升降和橫移過程中是靠定位開關(guān)來定位的，為了防止定位開關(guān)出現(xiàn)故障而導致事故，所以在上升定位上方，下降定位下方，左移定位左邊，右移定位右邊分別裝有限位開關(guān)。當定位開關(guān)出現(xiàn)故障時，一旦限位開關(guān)觸碰到載車板時，限位開關(guān)立即使車庫停止工作。4.門前光電檢測裝置：在車庫運行過程中，不能有人或物進入車庫的工作區(qū)，所以要在車庫入口處安裝一個紅外裝置，一旦在車庫工作時有人或物進入車庫，系統(tǒng)將立即停止工作。5.載車板固定裝置：當載車板到達指定位置后，為防止載車板下滑或因故墜落，損害其下方的車或人，所以安裝電磁鐵控制的掛鉤形式的防墜裝置。如圖5所示。圖5 防止載車板墜落裝置當載車板停靠到位時，電磁鐵由通電狀態(tài)轉(zhuǎn)為失電狀態(tài)，驅(qū)動掛鉤勾住鐵環(huán)。當載車板要下脫離鐵環(huán)。第三章 立體車庫電氣控制系統(tǒng)設計3.1 電氣控制系統(tǒng)整體設計整個車庫由一臺PLC對其進行管理和監(jiān)控，由PLC來控制載車板升降橫移傳動裝置，完成車輛的存取操作，各車位車輛的存取由PLC根據(jù)當前各車位的停放情況，按照相應的策略來調(diào)動載車板，以存取車輛。立體車庫的自動控制系統(tǒng)包括弱點和強電兩套系統(tǒng)，弱電系統(tǒng)主要是各種信號的采集和控制輸出，例如：通過PLC輸出信號給接觸器線圈，以此來控制接觸器的通斷，從而來控制強電系統(tǒng)。強電系統(tǒng)主要包括載車板電機控制線路，控制電機正反轉(zhuǎn)的接觸器等。車庫采用面板按鈕呼叫車位存取車，用升降橫移裝置將汽車輸送到位?？刂葡到y(tǒng)在面板上設有急停按鈕，當發(fā)生意外時，按下急停按鈕將使車庫立即停止運行。系統(tǒng)輸出控制信號包括控制電機運行和方向的信號，控制電磁鐵得、失電信號。升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)是整個車庫系統(tǒng)的重要組成部分，也是車庫系統(tǒng)的核心。它指揮著車庫的每個運作過程，并對整個系統(tǒng)的狀態(tài)過程進行監(jiān)控。圖6 立體車庫系統(tǒng)控制原理框圖升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者通過控制面板把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)處理后通過輔助設備驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成車庫的運作。立體車庫系統(tǒng)控制原理框圖如圖6所示。由于PLC的可靠性、抗干擾能力強。國內(nèi)外現(xiàn)有的升降橫移式立體車庫，它們的系統(tǒng)控制形式大都采用可編程控制器控制，特別是應用在智能化要求程度高、多車位、大容量的現(xiàn)代化升降橫移式立體車庫中。PLC的可靠性、抗干擾能力強。在升降橫移式立體車庫中，控制系統(tǒng)的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)要使它們在不同的時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn);其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關(guān)。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關(guān)。一般小型車庫選用按鈕操作，界面清楚，易于操作，但對于大型車庫來說要用上位機來進行對其控制。3.2硬件系統(tǒng)配置本節(jié)主要介紹升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)和所需的各種硬件設備。如圖7所示。 圖7 電氣控制系統(tǒng)框圖一、 PLC選型根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，從經(jīng)濟性，實用性和可靠性等方面考慮，本次采用三菱FX2N-80MR-001型PLC作為控制系統(tǒng)的核心控制器。二、 PLC的IO資源配置根據(jù)立體車庫控制系統(tǒng)的要求功能，對PLC進行IO分配，具體分配如下。輸入輸入設備輸入輸入設備X0啟動X23門前光電開關(guān)X13號載車板呼叫X241號載車板橫移到位X24號載車板呼叫X252號載車板橫移到位X35號載車板呼叫X263號載車板橫移到位X46號載車板呼叫X274號載車板橫移到位X57號載車板呼叫X30手動/自動X63號載車板平層X31上升按鈕X74號載車板平層X32下降按鈕X105號載車板平層X33左移按鈕X116號載車板平層X34右移按鈕X127號載車板平層X351號載車板呼叫X13車庫平層減速X362號載車板呼叫X143號載車板光電開關(guān)X37載車板掛鉤到位X154號載車板光電開關(guān)X403號車位載車板檢測X165號載車板光電開關(guān)X414號車位載車板檢測X176號載車板光電開關(guān)X425號車位載車板檢測X207號載車板光電開關(guān)X436號車位載車板檢測X21載車板橫移限位開關(guān)X447號車位載車板檢測X22載車板升降限位開關(guān)X45 輸出地址輸出設備輸出地址輸出設備Y03號載車板升降Y213號載車板防墜電磁鐵Y14號載車板升降Y224號載車板防墜電磁鐵Y25號載車板升降Y235號載車板防墜電磁鐵Y36號載車板升降Y246號載車板防墜電磁鐵Y47號載車板升降Y257號載車板防墜電磁鐵Y51號載車板左移Y263號載車板有車Y61號載車板右移Y274號載車板有車Y72號載車板左移Y305號載車板有車Y102號載車板右移Y316號載車板有車Y113號載車板左移Y327號載車板有車Y123號載車板右移Y40低速Y134號載車板左移Y41中速Y144號載車板右移Y42正轉(zhuǎn)Y20報警燈Y43反轉(zhuǎn)三其他資源配置1繼電器和接觸器在立體車庫中，由于載車板的運行過程并不是連續(xù)的，而是根據(jù)按鈕操作進行動作的，因此需要PLC根據(jù)當前按鈕的情況來控制載車板的啟動和停止，在本系統(tǒng)中，需要用到13個接觸器，分別是：3號載車板升降變頻接觸器，4號載車板升降接觸器，5號載車板升降接觸器，6號載車板升降接觸器，7號載車板升降接觸器。1號載車板左移接觸器，1號載車板右移接觸器，2號載車板左移接觸器，2號載車板右移接觸器，3號載車板左移接觸器，3號載車板右移接觸器，4號載車板左移接觸器，4號載車板右移接觸器。用到了一個繼電器，用來控制PLC的啟動。3-7號載車板升降接觸器：載車板升降接觸器是連接升降電機到變頻器的接觸器，通過PLC輸出指令控制升降電機的變頻運行或停止。1-4號載車板左移接觸器：1號載車板左移接觸器是連接橫移電機到工頻電網(wǎng)的接觸器，通過PLC輸出的指令控制橫移電機的正轉(zhuǎn)或停止。1-4號載車板右移接觸器：1號載車板右移接觸器是連接橫移電機到工頻電網(wǎng)的接觸器，通過PLC輸出的指令控制橫移電機的反轉(zhuǎn)或停止。2變頻器本次選用的變頻器是三菱的A700型變頻器。A700系列變頻器是三菱電機全新一代的高性能通用型變頻器，可選功率范圍在0.4KW500KW，是為滿足廣大自動化產(chǎn)品用戶對于使用的靈活性和方便的要求設計的，努力做到新設計水平先進、新穎；全功能齊全、一機多用；高控制性能優(yōu)越而獨特。特別適用在一些高端的應用場合，典型的應用有印染、起重和卷曲等。A700集成了以往三菱變頻器的優(yōu)點，而作為三菱電機變頻器家族中的新添成員，它最吸引人的亮點包括：1）高水準的驅(qū)動性能，在無傳感器矢量控制中可以驅(qū)動普通電機實現(xiàn)高控制精度和快響應速度，在閉環(huán)矢量控制中可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制/位置控制以及高精度、高響應的速度控制；2）簡易、實用的PLC功能（可選專用型號），除了變頻器正常使用外附加了PLC的運行功能，進行相關(guān)的電氣控制，做到一機多用，它使得變頻器的使用更加靈活，可以最大限度的滿足您的使用要求；3）強大的網(wǎng)絡通訊功能，內(nèi)置USB通訊接口，方便連接FR-Configurator變頻器設置軟件。4）內(nèi)置EMC濾波器，有效地抑制電磁噪聲，無需外部配置，節(jié)省安裝空間；5）長壽命設計，主回路電容、控制回路電容、新設計的冷卻風扇設計壽命均為十年。變頻器的部分參數(shù)設定：參數(shù)號名稱初始值設定范圍內(nèi)容Pr.4多段速度設定（高速）50Hz0400Hz設定僅RH為ON時的頻率Pr.5多段速度設定（中速）30Hz0400Hz設定僅RM為ON時的頻率Pr.6多段速度設定（低速）10Hz0400Hz設定僅RL為ON時的頻率Pr.9電子過電流變頻器額定輸出電流55K以下0500A75K以上0500APr.80電機容量999955K以下0.455KW設定使用電機容量75K以上03600KW9999Pr.83電機額定電壓400V01000V設定電機額定電壓Pr.84電機額定頻率50HZ10120HZ設定電機額定頻率3傳感器（1）載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關(guān)， 用于檢測載車板上有無車。（2） 載車板平移運動是否到位檢測只有下層載車板有平移運動， 在每個車位上分別安裝一只限位開關(guān)， 用于檢測載車板平移運動是否到位。（3）載車板升降是否到位檢測只有上層載車板有升降運動， 在每個載車板垂直運動的軌道上， 在低層和上層分別安裝一只限位開關(guān)， 用于檢測載車板下降和上升是否到位。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類 ：物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。 化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器采用BEN10M-TFR型光電傳感器。探測方式：透過型探測距離：10M電源：24-240VAC10% 50/60HZ，24240VDC10%（幅度 P-P：MAX。10%）環(huán)境溫度：-20+65（未結(jié)冰狀態(tài)）保存溫度：-25+70環(huán)境濕度：3585%RH。采用KCB-1型雙穩(wěn)態(tài)磁性開關(guān)。KCB-1型用于高速電梯平層控制,各類升降機限位及工業(yè)自動化方面作控制元件，具有控制靈敏度高，開關(guān)雙穩(wěn)態(tài)保持形式穩(wěn)定，不耗電等優(yōu)點（4）上層載車板吊鉤是否掛好檢測控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號， 可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。2.控制點分布(1) 一層載車板左右平移控制一層載車板只有兩個， 每個載車板只有左右移動兩個動作， 采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。(2) 二層載車板升降橫移運動控制二層載車板有兩個， 每個載車板有橫移、升降四個動作， 采自動抱閘的三相交流電機控制。(3) 三層載車板升降運動控制三層載車板有三個， 每個載車板只有升降兩個動作， 采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。(4) 吊鉤動作控制只有二、三層的載車板使用吊鉤， 每個載車板用2 套吊鉤， 吊鉤用電磁鐵控制。根據(jù)依據(jù)需要控制的電機、電磁鐵和檢測點等條件，建立電氣線路圖8和圖9. 圖 8 電氣線路圖 24圖 9 電氣線路圖3.3 電氣控制系統(tǒng)PLC接線圖PLC接線設計：在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了雙穩(wěn)態(tài)磁性開關(guān)。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關(guān)。其簡化接線圖見圖10。圖10 簡化PLC接線圖電機控制及接線設計：在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運