基于PLC的立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要由于全球的汽車(chē)數(shù)量持續(xù)上漲，停車(chē)難漸漸成為眾多大中型城市需要迫切解決的問(wèn)題。因此，一種為了實(shí)現(xiàn)車(chē)輛有序存儲(chǔ)的設(shè)施應(yīng)運(yùn)而生。立體車(chē)庫(kù)可以有效的使用土地資源，突出立體空間的優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)以使用非常廣泛的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)作為對(duì)象進(jìn)行研究，深刻了解立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)行效率，制造成本等各種問(wèn)題。在對(duì)全球車(chē)庫(kù)現(xiàn)有狀況及發(fā)展趨勢(shì)做了充分調(diào)查研究之后，設(shè)計(jì)了一個(gè)立體車(chē)庫(kù)的控制監(jiān)控系統(tǒng)。以可編程控制器作為控制核心，升降橫移動(dòng)力靠電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)車(chē)庫(kù)的升降和橫移動(dòng)作進(jìn)行的準(zhǔn)確而有效控制。通過(guò)WinCC flexible中建立的組態(tài)畫(huà)面可以對(duì)車(chē)庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且能方便有效的控制車(chē)庫(kù)的運(yùn)行。通過(guò)立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)行流

2、程，了解基于西門(mén)子S7-300系列的PLC對(duì)存取車(chē)的控制過(guò)程，然后進(jìn)行模型的建立和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)WinCC flexible完成監(jiān)控畫(huà)面等功能的建立，在PLC程序運(yùn)行的前提下，對(duì)組態(tài)畫(huà)面進(jìn)行操作。 可以對(duì)各種運(yùn)行過(guò)程及故障報(bào)警等功能實(shí)時(shí)模擬。 關(guān)鍵詞：立體車(chē)庫(kù);可編程序控制器;升降橫移;組態(tài)軟件Abstract Due to the continuing rise in the number of cars around the world, parking is difficult to gradually become a large and medium-siz

3、ed cities need to urgently address the problem. Thus, one vehicle in order to achieve an orderly storage facilities emerged. Stereo garage can effectively use land resources, highlighting the advantages of three-dimensional space. The design is widely used in lifting and transferring parking study a

4、s an object, a deep understanding of the problems of parking equipment operating efficiency and manufacturing costs. In the current global situation and development trend of the garage to do a full investigation after the design of a three-dimensional garage control monitoring system. In the program

5、mable controller as the control, lifting and transferring power by the motor to achieve accurate lifting and traverse of the garage and effective operation of controls. Configuration screen set up by WinCC flexible in the garage can run real-time status monitoring, and can be easily and effectively

6、control the operation of the garage. Through three-dimensional garage running processes, understanding based on Siemens S7-300 series PLC for vehicle access control process, and then set up and control system design model. After the completion of the establishment of WinCC flexible monitor screen an

7、d other functions, in the context of the PLC program running on the configuration screen instructions. Real-time simulation of the process a variety of operating and fault alarm functions. Key words: three-dimensional garage；PLC； configuration software目 錄摘 要IAbstract.1 緒論11.1課題研究的背景及意義11.2立體車(chē)庫(kù)主

8、要結(jié)構(gòu)組成及類(lèi)型11.3立體車(chē)庫(kù)的研究發(fā)展?fàn)顩r32 升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)概述62.1升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)的簡(jiǎn)介62.2升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)73 立體車(chē)庫(kù)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.1電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)103.2重要電氣件的選型113.3主回路及控制回路電氣接線(xiàn)設(shè)計(jì)134 PLC編程設(shè)計(jì)174.1 PLC程序設(shè)計(jì)原則與流程174.2系統(tǒng)程序的I/O分配表184.3立體車(chē)庫(kù)程序設(shè)計(jì)205 組態(tài)仿真設(shè)計(jì)235.1 STEP7與WinCC flexible的連接235.2建立組態(tài)畫(huà)面235.3畫(huà)面變量的連接255.4組態(tài)仿真運(yùn)行26結(jié) 論28致 謝29參考文獻(xiàn)30附 錄311 緒論1.1課題研究的背

9、景及意義 近幾年我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)程度逐漸提升，汽車(chē)也隨著走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，因此許多城市停車(chē)的問(wèn)題不斷顯現(xiàn)出來(lái)。調(diào)普結(jié)果顯示，我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車(chē)增速在15%-20%，而城市泊車(chē)設(shè)備的建設(shè)只有2%-3%的增速，這種現(xiàn)象越來(lái)越常見(jiàn)。因此，我們要對(duì)城市停車(chē)難的問(wèn)題重視起來(lái)，并積極尋求有效方法及措施。立體車(chē)庫(kù)在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生，立體停車(chē)設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：一是使用土地相比于普通停車(chē)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，只有其面積的1/2-1/25，使空間的利用效率得到了很大幅度的提升；二是投資少；三是存取車(chē)輛方便，通常情況下，整個(gè)過(guò)程時(shí)間不會(huì)超過(guò)120秒。目前，立體車(chē)庫(kù)技術(shù)、設(shè)備的研發(fā)已經(jīng)慢慢發(fā)展起來(lái)，并且人們的關(guān)注度越來(lái)越高。這種

10、立體設(shè)備不像普通停車(chē)場(chǎng)的停放方式，而是向上或者向下發(fā)展，車(chē)輛在空間中平行存放。這在土地資源緊張，車(chē)位緊張的城市里會(huì)得到更大的發(fā)展。在我國(guó)目前立體車(chē)位僅占2到3，相關(guān)專(zhuān)家表示，未來(lái)這種立體車(chē)庫(kù)將會(huì)變?yōu)橹髁?。本文研究的?duì)象主要是升降橫移式立體車(chē)庫(kù)。1.2立體車(chē)庫(kù)主要結(jié)構(gòu)組成及類(lèi)型 立體車(chē)庫(kù)種類(lèi)繁多，而不同類(lèi)型的立體車(chē)庫(kù)工作原理和組成結(jié)構(gòu)也大不相同，不同種類(lèi)的立體車(chē)庫(kù)，工作的停車(chē)環(huán)境大有不同，有各自的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處。針對(duì)現(xiàn)有車(chē)庫(kù)來(lái)說(shuō)主要存在下列幾種類(lèi)型: （1）升降橫移式 可以設(shè)計(jì)為多種樣式的立體車(chē)庫(kù)，車(chē)位數(shù)的設(shè)置也比較靈便，如圖1-1。在地面以及地下等眾多停車(chē)場(chǎng)可以考慮設(shè)置成這種的類(lèi)型的設(shè)備，而半地下

11、類(lèi)型的使用也變得更為廣泛。此類(lèi)車(chē)庫(kù)配置要求簡(jiǎn)單，存在形式非常多樣。主要有下列優(yōu)越性: a、造價(jià)相對(duì)普遍較低，前期基礎(chǔ)建設(shè)投資少。 b、安全，可靠，配置簡(jiǎn)單。 c、能充分使用土地，前期建造時(shí)間短。 d、只有輕微噪音，動(dòng)作過(guò)程中平穩(wěn)。 e、車(chē)輛能快速進(jìn)出車(chē)庫(kù)，不需要等待太長(zhǎng)時(shí)間。 f、商場(chǎng)、小區(qū)等密集場(chǎng)適合使用。圖1-1升降橫移式立體車(chē)庫(kù) （2）巷道堆垛式 巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)，如圖1-2所示。對(duì)堆垛機(jī)有非常高的要求，因此巷道堆垛式適用范圍不廣泛，通常設(shè)置在要求大量車(chē)位數(shù)的場(chǎng)所。 圖1-2巷道堆垛式 圖1-3垂直提升式 （3）垂直提升式 垂直提升式立體車(chē)庫(kù)，如圖1-3所示，運(yùn)行時(shí)先將車(chē)輛升降到指定層

12、，隨后提升機(jī)附帶的設(shè)備存放年車(chē)輛，從而實(shí)現(xiàn)存取車(chē)的動(dòng)作。垂直提升式設(shè)計(jì)高度通常很高，對(duì)加工精度，安全性能等許多因素都有著較高的要求，所以需要較多的資金。這類(lèi)車(chē)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)也非常明顯，占用土地資源較少，能夠充分利用空間。 （4）垂直循環(huán)式垂直循環(huán)類(lèi)立體車(chē)庫(kù)基本結(jié)構(gòu)有傳動(dòng)裝置和停車(chē)架。車(chē)庫(kù)上所有車(chē)位均存在一個(gè)停車(chē)架，傳動(dòng)裝置使其在垂直方向做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。如圖1-4所示，這種車(chē)庫(kù)有下列幾種優(yōu)點(diǎn): a、造價(jià)低、投資少，前期建設(shè)時(shí)間短。 b、占地少，利用率高。 c、設(shè)備運(yùn)行安全可靠。 d、可以方便利用消防栓。圖1-4垂直循環(huán)式1.3立體車(chē)庫(kù)的研究發(fā)展?fàn)顩r 當(dāng)前全球立體車(chē)庫(kù)技術(shù)正在飛速發(fā)展，現(xiàn)在的立體車(chē)庫(kù)停車(chē)技術(shù)

13、幾乎包括了各個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，如圖1-5所示，國(guó)外圓形的立體車(chē)庫(kù)。停車(chē)形式也時(shí)刻出現(xiàn)著變換。越來(lái)越多的新材料和新工藝在立體車(chē)庫(kù)上得到了體現(xiàn)。模塊化的構(gòu)造，能夠便利組合，容易安裝，使車(chē)庫(kù)的隨意性大大加強(qiáng)。安全方面得到了較大的發(fā)展，安全防護(hù)設(shè)備進(jìn)行了充分的改進(jìn)，如定位系統(tǒng)、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖系統(tǒng)，若超出范圍則報(bào)警和彈性變形自動(dòng)補(bǔ)償功能，安全檢測(cè)、自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)，汽車(chē)尺寸自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，停車(chē)泊位自動(dòng)跟蹤功能等。立體車(chē)庫(kù)的停車(chē)功能變得越來(lái)越人性化、現(xiàn)代化。圖1-5 國(guó)外圓形的立體車(chē)庫(kù)在80年代中期國(guó)內(nèi)開(kāi)始對(duì)立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行研究，90年代引進(jìn)國(guó)外設(shè)備，并開(kāi)始生產(chǎn)立體車(chē)庫(kù)，在一些人口密集的城市得到了廣泛推

14、廣，如圖1-6所示是我國(guó)常見(jiàn)的一種立體車(chē)庫(kù)。停車(chē)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展需要更多的學(xué)科支撐，另外還要充分學(xué)習(xí)國(guó)外的成熟技術(shù)，使我國(guó)前進(jìn)中的立體車(chē)庫(kù)少走彎路。在國(guó)內(nèi)，停車(chē)行業(yè)應(yīng)該不斷前進(jìn)，完善停車(chē)產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。從目前國(guó)內(nèi)的形勢(shì)而言。我國(guó)的立體車(chē)庫(kù)的市場(chǎng)處于無(wú)序混亂狀態(tài)，國(guó)家對(duì)停車(chē)產(chǎn)業(yè)的不重視以及管理疏松，沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圖1-6 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)2 升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)概述2.1升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)的簡(jiǎn)介 升降橫移式的立體車(chē)庫(kù)是采用電機(jī)帶動(dòng)載車(chē)板升降或橫移存取車(chē)輛的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。在實(shí)際的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用當(dāng)中，因?yàn)榇祟?lèi)車(chē)庫(kù)有很多的類(lèi)型，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，規(guī)模上大小不一，最普遍最實(shí)用的停車(chē)

15、庫(kù)就是此種類(lèi)型。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的工作原理 在立體車(chē)庫(kù)當(dāng)中，每一個(gè)轎廂上都有一塊載車(chē)板，存取車(chē)輛的時(shí)候通過(guò)載車(chē)板來(lái)進(jìn)行升降以及橫移運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面，駕駛員將車(chē)開(kāi)入或開(kāi)出車(chē)庫(kù)，最終完成車(chē)輛的存取操作。如果車(chē)輛停在車(chē)庫(kù)靠經(jīng)地面的那一層，則車(chē)輛只需直接開(kāi)入或開(kāi)出，而不需要進(jìn)行升降就能完成停車(chē)動(dòng)作，車(chē)庫(kù)中其余層中的車(chē)位須要下層的車(chē)位經(jīng)過(guò)動(dòng)作有空位后，載車(chē)板才能到達(dá)車(chē)庫(kù)的地面層，然后進(jìn)行存取車(chē)。停車(chē)設(shè)備的幾種主要形式 升降橫移式的立體車(chē)庫(kù)種類(lèi)繁多，最主要的方式有半地下式跟全地上式兩種類(lèi)型。圖2-1 半地下布置型式圖2-2 全地上布置型式半地下式車(chē)庫(kù)內(nèi)車(chē)位的運(yùn)行動(dòng)作如圖2-1，地面層的車(chē)位在其他層沒(méi)有動(dòng)作時(shí)

16、可以直接在此層存（?。┸?chē)操作。下層車(chē)位需要在上方地面層出現(xiàn)空位時(shí)才能上升存取（車(chē)）。而上層車(chē)位要在其下方出現(xiàn)空位時(shí)才能下降。 全地上式車(chē)庫(kù)內(nèi)車(chē)位的運(yùn)行動(dòng)作如圖2-2所示，最下層的車(chē)位直接存（取）車(chē)輛；二層車(chē)位需要一層出現(xiàn)空位才能下降，而三層車(chē)位需要在其下一、二層都出現(xiàn)空位時(shí)才能下降存（?。┸?chē)。號(hào)車(chē)下降到地面層后存（取）車(chē)。對(duì)號(hào)車(chē)位存（?。┸?chē)，只需要號(hào)車(chē)位右移，號(hào)車(chē)位下降即可。如果要對(duì)號(hào)車(chē)位存取車(chē)輛，則要將和號(hào)車(chē)位的載車(chē)板都向右移動(dòng)，留出下面的空位，然后號(hào)車(chē)位下降即可。此類(lèi)停車(chē)設(shè)備可以在不同場(chǎng)地應(yīng)用。從使用能力上來(lái)看，此類(lèi)車(chē)庫(kù)對(duì)土地建設(shè)沒(méi)有過(guò)高的要求，規(guī)模大小也很靈活，并且在不同的地形環(huán)境下可以

17、進(jìn)行不同的排列組合。因此，此類(lèi)升降橫移停車(chē)庫(kù)在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際使用十分普遍。因此，在本次設(shè)計(jì)中選用的研究對(duì)象是全地上式的三層三列七車(chē)位的立體停車(chē)庫(kù)。2.2升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu) 如圖2-3所示為升降橫移類(lèi)停車(chē)設(shè)備的主要組成。升降式橫移類(lèi)的停車(chē)設(shè)備主要有下面的五大部分。圖2-3 升降橫移類(lèi)停車(chē)設(shè)備的主要組成鋼結(jié)構(gòu)部分在停車(chē)設(shè)備中往往通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)備的支撐以及車(chē)輛的停放，其具備很好的強(qiáng)度跟剛度。依照停車(chē)設(shè)備對(duì)結(jié)構(gòu)形式要求的不同，因此設(shè)備鋼架結(jié)構(gòu)形式也不相同。2.2.2載車(chē)板部分在升降橫移式立體車(chē)庫(kù)中，車(chē)輛停放在載車(chē)板上。從結(jié)構(gòu)上有框架式和拼接式?？蚣苁降妮d車(chē)板，此種載車(chē)板有中間凸起式和平

18、板式，中間凸起式的載車(chē)板具有可以按照實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)行車(chē)通道寬度的長(zhǎng)處，非常適宜車(chē)型變動(dòng)很多的小規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中。而拼接式的載車(chē)板主要是用鋼板進(jìn)行滾壓或者一次沖壓形成組裝件，應(yīng)用咬合拼裝構(gòu)成載車(chē)板。2.2.3傳動(dòng)系統(tǒng) 一般情況下電機(jī)減速機(jī)和油缸液壓馬達(dá)能夠構(gòu)成傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)的減速機(jī)中應(yīng)當(dāng)設(shè)定制動(dòng)系統(tǒng)，通常運(yùn)用常閉式的制動(dòng)器。并且油缸液壓馬達(dá)需要裝有如防爆閥之類(lèi)的裝置，用來(lái)預(yù)防因瞬間油管破裂導(dǎo)致的載車(chē)板下墜問(wèn)題。2.2.4控制系統(tǒng)系統(tǒng)中的主回路跟控制回路組成了其控制系統(tǒng)。 載車(chē)板進(jìn)行各種動(dòng)作由主回路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。而控制回路當(dāng)中主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)人跟車(chē)的安全進(jìn)行設(shè)計(jì)?？刂菩问接性S多，通過(guò)利用軟件來(lái)

19、實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)控制器跟接觸器動(dòng)作的控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)此類(lèi)設(shè)施進(jìn)行各種動(dòng)作的過(guò)程?？刂葡到y(tǒng)的運(yùn)行方式主要有自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)或點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行等兩種方式。2.2.5安全防護(hù)措施通過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的各種問(wèn)題，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，立體車(chē)庫(kù)應(yīng)該安裝各類(lèi)安全保護(hù)設(shè)施，保證人員及車(chē)輛的安全。主要設(shè)施有： （1）在操作裝置上裝設(shè)紅色的急停開(kāi)關(guān)，當(dāng)車(chē)庫(kù)運(yùn)行中發(fā)生各種意外以及緊急情況時(shí)可讓車(chē)庫(kù)立即停止運(yùn)行。 （2）在車(chē)庫(kù)中裝設(shè)車(chē)長(zhǎng)檢測(cè)裝置，當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)庫(kù)時(shí)，檢測(cè)車(chē)輛的長(zhǎng)度，如果車(chē)長(zhǎng)超過(guò)停車(chē)位的長(zhǎng)度，則車(chē)庫(kù)不運(yùn)行并發(fā)出信號(hào)。一般為光電開(kāi)關(guān)。 （3）在車(chē)輛進(jìn)入車(chē)庫(kù)的方向安裝阻車(chē)裝置。 （4）車(chē)庫(kù)在運(yùn)行時(shí)，為了確保安全，必須禁止人車(chē)

20、誤入。通常使用的設(shè)備為光電開(kāi)關(guān)或著在車(chē)庫(kù)周?chē)O(shè)置柵欄。 （5）必須在車(chē)庫(kù)中裝備防墜落裝置，用來(lái)預(yù)防載車(chē)板突然落下，對(duì)人員和車(chē)輛造成傷害。 （6）車(chē)庫(kù)上安裝警燈，當(dāng)車(chē)庫(kù)在運(yùn)行中時(shí)，起警示作用。3 立體車(chē)庫(kù)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)車(chē)庫(kù)的管理和監(jiān)控在PLC控制下統(tǒng)一進(jìn)行，傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)載車(chē)板縱移橫移以此來(lái)進(jìn)行車(chē)輛存放過(guò)程。通過(guò)PLC的控制來(lái)調(diào)節(jié)立體車(chē)庫(kù)中的車(chē)位的狀態(tài)。立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)的兩套系統(tǒng)分別是：（1）弱電系統(tǒng)，包括信號(hào)的采集、輸出與報(bào)警。接觸器的接通和關(guān)斷是由PLC輸出信號(hào)控制接觸器線(xiàn)圈決定的。（2）強(qiáng)電系統(tǒng)，包括電機(jī)控制線(xiàn)路、到位限位、形成限位等。車(chē)庫(kù)的車(chē)位檢測(cè)裝置可以自動(dòng)

21、檢測(cè)車(chē)位位置，當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，可按下控制面板上的急停按鈕。 本次立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)中的控制原理為：使用者可以利用控制界面來(lái)將所需指令輸送至控制系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)分析之后，將可以應(yīng)用的指令用來(lái)進(jìn)行執(zhí)行操作，實(shí)現(xiàn)立體車(chē)庫(kù)中的總體操控。圖3-1 車(chē)庫(kù)系統(tǒng)控制原理框圖圖3-2 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2重要電氣件的選型 PLC的選型1、CPU 315處理器對(duì)每條二進(jìn)制指令的處理時(shí)間大約為 50 ns，每個(gè)浮點(diǎn)預(yù)算的時(shí)間為0.45 µs。256 KB工作存儲(chǔ)器（相當(dāng)于大約85 K條指令），與執(zhí)行程序段相關(guān)的大容量工作存儲(chǔ)器可以為用戶(hù)程序提供足夠的空間。靈活的擴(kuò)展能力，多達(dá)32個(gè)模塊。MPI多點(diǎn)接口，

22、集成的 MPI接口最多可以同時(shí)建立與S7-300/400 或編程設(shè)備、PC、OP的16條連接。在這些連接中，始終為編程器和OP分別預(yù)留一個(gè)連接。通過(guò)“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”，MPI可以用來(lái)建立最多16個(gè)CPU組成的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)帶有PROFIBUS DP主/從接口的CPU 315-2DP可以用來(lái)建立高速、易用的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。此CPU的功能為：口令保護(hù)、診斷緩沖、免維護(hù)的數(shù)據(jù)后備、可參數(shù)化的特性可以使用STEP7對(duì)S7的組態(tài)、屬性以及CPU的響應(yīng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和自檢測(cè)功能、定義程序和數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限和定義診斷報(bào)警的處理和范圍等等。CPU315運(yùn)行速度快功能全，而且擴(kuò)展能力強(qiáng)，當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)可以自由擴(kuò)展

23、，完全能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)中的立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)控制要求。2、數(shù)字量輸入模塊SM321在工作中將車(chē)庫(kù)運(yùn)行時(shí)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成PLC識(shí)別的內(nèi)部信號(hào)。在車(chē)庫(kù)設(shè)備中的輸入元件，只需要使用開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)中涉及21個(gè)輸入點(diǎn)，所以選擇帶有32點(diǎn)輸入接口的SM321。3、數(shù)字量輸出模塊SM322具有將PLC的輸出信號(hào)傳遞于使用者輸出設(shè)備的作用，使PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)改變成外部所需要的電平輸出信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中，數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)的主要是指示燈和電動(dòng)機(jī)共涉及15個(gè)輸出點(diǎn)，同時(shí)考慮到安全性等特性，故選用16點(diǎn)繼電器輸出可直接驅(qū)動(dòng)接觸器220V的數(shù)字量輸出模塊SM322。4、電源模塊PS 307 10A從實(shí)際情況來(lái)看，電源模

24、塊的輸出電流跟輸出功率的額定數(shù)值必須要足夠大，即大于所有模塊的總和。而且還需要百分之三十左右的余量。專(zhuān)用電源需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電進(jìn)行使用。 綜合考慮以上各點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選用電源模塊PS 307 10A。輸出電壓24VDC，具有防短路和開(kāi)路保護(hù)。3.2.2電動(dòng)機(jī)的選型1、橫移電機(jī)PL22-200-30-50S3B如圖3-3所示，該電機(jī)的輸出功率為0.2KW，速比1:60。選擇該型號(hào)的電機(jī)足夠滿(mǎn)足工作需求。圖3-3 橫移電機(jī)2、升降電機(jī)PL40-2200-60S3B 所選升降電機(jī)的輸出功率為2.2KW，速比1:60，附剎車(chē)。如圖3-4所示，該電機(jī)具有節(jié)能環(huán)保，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，輸出能效高，經(jīng)久耐用等

25、優(yōu)點(diǎn)。圖3-4 升降電機(jī)3.2.3行程開(kāi)關(guān)的選型1、行程開(kāi)關(guān)(橫移)SZL-VL-S-J金屬滾輪調(diào)桿，可如圖3-5所示。圖3-5 車(chē)板橫移限位開(kāi)關(guān)2、行程開(kāi)關(guān)(升降)SZL-VL-S-C可調(diào)金屬棒，如圖3-6所示。圖3-6 車(chē)板橫移限位開(kāi)關(guān)此類(lèi)開(kāi)關(guān)耐用型好，強(qiáng)度高，可以應(yīng)用在多種場(chǎng)合，而且安裝較為方便。并且具備許多優(yōu)點(diǎn)：a、體積較小，不需要過(guò)大的安裝空間，可以有充足的接線(xiàn)空間； c、本體是鑄鐵制造而成，外層則采用塑料罩殼； d、電流容量為5A，電流的負(fù)載能力為10 A；e、可以正常工作的溫度范圍為-2060度； b、單刀雙擲雙斷路器； g、結(jié)構(gòu)本身自帶防水、防油、防塵等功能。3.3主回路及控制

26、回路電氣接線(xiàn)設(shè)計(jì)PLC接線(xiàn)設(shè)計(jì)：立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)主要控制電機(jī)，能夠在不同環(huán)境中進(jìn)行不同方向的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)是把各種輔助裝置作為控制對(duì)象。例如，應(yīng)用光電開(kāi)關(guān)，是為了判斷車(chē)位的停車(chē)情況。使用大量的行程開(kāi)關(guān)，是為了使載車(chē)板在運(yùn)行過(guò)程中能夠準(zhǔn)確的停放在預(yù)先設(shè)定的位置。車(chē)庫(kù)中裝設(shè)有煙溫傳感器等裝置用來(lái)保證車(chē)庫(kù)的安全。3.3.1系統(tǒng)變量定義及分配表表3.1 系統(tǒng)變量分配表序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)地址1急停按鈕SB1I 0.02啟動(dòng)按鈕SB2I 0.13停止按鈕SB3I 0.24清除鍵SB4I 0.45車(chē)位按鍵SB201-SB3036限位開(kāi)關(guān)SQ01-SQ12I 0.5-I 2.07電動(dòng)機(jī)M1-M9Q 4.0-Q 5

27、.08運(yùn)行指示燈HL1Q 5.39報(bào)警指示燈HL2Q 5.43.3.2簡(jiǎn)化的PLC接線(xiàn)圖圖3-7PLC接線(xiàn)圖3.3.3系統(tǒng)主電路圖及控制回路原理圖圖3-8 主電路圖電機(jī)控制及接線(xiàn)設(shè)計(jì)：車(chē)庫(kù)運(yùn)行時(shí)，載車(chē)板移動(dòng)存取車(chē)輛，每次只能進(jìn)行一個(gè)動(dòng)作，比如，上升時(shí)就不能進(jìn)行下降動(dòng)作。并且此時(shí)也不能進(jìn)行橫向移動(dòng)操作。所以當(dāng)每層的載車(chē)板進(jìn)行上升或下降動(dòng)作時(shí)，其以下層的載車(chē)板不能動(dòng)作。對(duì)應(yīng)的，其他車(chē)位的載車(chē)板也這樣移動(dòng)。圖3-9 電機(jī)控制原理圖圖3-10 101橫移電機(jī)控制回路4 PLC編程設(shè)計(jì)4.1 PLC程序設(shè)計(jì)原則與流程在本次立體車(chē)庫(kù)PLC的程序設(shè)計(jì)當(dāng)中有許多原則性問(wèn)題：首先，要具有完整性，所編程序應(yīng)該滿(mǎn)足

28、人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中對(duì)立體車(chē)庫(kù)的最大需求。其次，需要具備操作簡(jiǎn)單、符合人性化等需求。第三，能夠考慮到在實(shí)際應(yīng)用中的現(xiàn)狀。 要對(duì)接口和通信等留有適當(dāng)?shù)目障?。本系統(tǒng)為三層三列立體車(chē)庫(kù)，最多存放7輛車(chē)。控制系統(tǒng)只能控制上層車(chē)位進(jìn)行存取車(chē)輛的操作，下層車(chē)位的車(chē)輛可直接進(jìn)出車(chē)位?？刂茩M移電機(jī)和升降電機(jī)正反轉(zhuǎn)就能達(dá)到操作車(chē)位上升下降的目的。另外，為了使載車(chē)板上的吊點(diǎn)能夠懸吊與托架之上需要使用鏈條來(lái)做輔助，在靜止不動(dòng)的狀態(tài)時(shí)，使用防墜掛鉤裝置用來(lái)防止車(chē)板墜落。由于載車(chē)板可能會(huì)因?yàn)樘鞖獾仍虬l(fā)生晃動(dòng)，所以在設(shè)計(jì)車(chē)庫(kù)時(shí)采用定位桿。然而本設(shè)計(jì)中省略了過(guò)載保護(hù)、防墜等一些安全防護(hù)系統(tǒng)，只是對(duì)全地上式三層七車(chē)位

29、升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)的存取車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的仿真。圖4-1 存取車(chē)輛程序流程圖程序設(shè)計(jì)方案如下： （1）控制信息是由程序原始化的控制系統(tǒng)所給出的，用其來(lái)掃描各限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)； （2）首先判斷目的車(chē)位是否是空位，當(dāng)判斷完成發(fā)現(xiàn)有空位時(shí)車(chē)位上的載車(chē)板才可以動(dòng)作，前后動(dòng)作不能同時(shí)發(fā)生。使用到位行程開(kāi)關(guān)來(lái)確定空位條件，判斷是否存在空位，以及確定載車(chē)板動(dòng)作的啟動(dòng)和停止； （3）故障的報(bào)警程序主要是用于比較及時(shí)的收集設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的不正常的信息，并且能夠快速的向外界釋放出報(bào)警信號(hào)，提醒管理工作人員進(jìn)行及時(shí)處理故障。若在車(chē)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，PLC將使設(shè)備停止運(yùn)行，并且發(fā)出報(bào)警信號(hào)。整個(gè)程序包括主程序模塊（其中

30、包含故障急停程序、手動(dòng)按鍵程序、載車(chē)板運(yùn)動(dòng)程序等）和故障報(bào)警子程序模塊。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)控制速度要求不高，而使用是普通的可編程序控制器，其具備的基本功能能滿(mǎn)足要求。本系統(tǒng)輸入端有啟動(dòng)按鈕、車(chē)位號(hào)按鈕若干以及急停保護(hù)按鈕等等。在輸出端處的九臺(tái)電動(dòng)機(jī)都需要進(jìn)行控制，另外再加上一些各種操作按鈕及安全檢測(cè)報(bào)警等。在本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中選取SIEMENS公司的S7-300PLC程序，采用LAD語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)。同時(shí)選用西門(mén)子人機(jī)界面WinCC flexible進(jìn)行組態(tài)仿真。依照控制功能來(lái)安排輸入輸出點(diǎn)，在一般情況下輸入端子與輸入控制，輸出端子與輸出控制屬于一對(duì)一的關(guān)系。在本設(shè)計(jì)中101車(chē)位的右限限位開(kāi)關(guān)和1

31、02左限的限位開(kāi)關(guān)共用一個(gè)。同理201右限的限位開(kāi)關(guān)和202左限的限位開(kāi)關(guān)共用一個(gè)。下限開(kāi)關(guān)為上層下降到位的多個(gè)限位開(kāi)關(guān)串聯(lián)而成。4.2 系統(tǒng)程序的I/O分配本文設(shè)計(jì)的全地上式升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)共有3個(gè)功能按鍵。5個(gè)車(chē)位按鍵，可以根據(jù)操作需要選擇201、202、301、302、303等5個(gè)不同的車(chē)位。12個(gè)限位開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)此類(lèi)開(kāi)關(guān)的情況查看車(chē)位的運(yùn)行狀態(tài)，比如101左限、102左限、102右限等等?？傆?jì)有21個(gè)輸入點(diǎn)。同時(shí)本系統(tǒng)中9個(gè)電動(dòng)機(jī)，包含4個(gè)橫移電機(jī)和5個(gè)升降電機(jī)，分別由9個(gè)繼電器線(xiàn)圈控制。電機(jī)正反轉(zhuǎn)用4個(gè)接觸器線(xiàn)圈控制，2個(gè)指示燈，共計(jì)15個(gè)輸出量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成的PLC符號(hào)

32、表如表4.1所示表4.1 PLC符號(hào)表標(biāo)志地址數(shù)據(jù)類(lèi)型急停按鈕I 0.0BOOL啟動(dòng)按鈕I 0.1BOOL停止按鈕I 0.2BOOL清除鍵I 0.4BOOL101左限I 0.5BOOL102左限I 0.6BOOL102右限I 0.7BOOL201左限I 1.0BOOL202左限I 1.1BOOL202右限I 1.2BOOL201上限I 1.3BOOL202上限I 1.4BOOL301上限I 1.5BOOL302上限I 1.6BOOL303上限I 1.7BOOL下限I 2.0BOOL201303車(chē)位按鈕I 2.3I 2.7BOOL101橫移電機(jī)Q 4.0BOOL102橫移電機(jī)Q 4.1BOOL2

33、01橫移電機(jī)Q4.2BOOL202橫移電機(jī)Q4.3BOOL201202升降電機(jī)Q 4.4Q 4.5BOOL301303升降電機(jī)Q 4.6Q 5.0BOOL正轉(zhuǎn)Q 5.1BOOL反轉(zhuǎn)Q 5.2BOOL運(yùn)行指示燈Q 5.3BOOL報(bào)警指示燈Q 5.4BOOL一層正轉(zhuǎn)Q 5.5BOOL一層反轉(zhuǎn)Q 5.6BOOL4.3 立體車(chē)庫(kù)程序設(shè)計(jì)立體車(chē)庫(kù)的控制程序由主程序模塊OB1（其中包括故障急停程序、車(chē)位選擇程序、載車(chē)板運(yùn)行程序等）和故障報(bào)警子程序模塊FC1組成。詳細(xì)程序見(jiàn)附錄?，F(xiàn)選擇控制程序中比較重要的幾個(gè)部分進(jìn)行舉例：1、車(chē)位選定，程序如下：圖4-2 選擇車(chē)位按鍵當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，按下車(chē)位按鈕則會(huì)選定相

34、應(yīng)的車(chē)位。根據(jù)程序進(jìn)行車(chē)位移動(dòng)。2、判斷各個(gè)車(chē)位是否為空位，以101車(chē)位空為例進(jìn)行說(shuō)明。程序如下所示：圖4-3 空位判斷當(dāng)101車(chē)位停放有載車(chē)板時(shí)，載車(chē)板碰到101左限限位開(kāi)關(guān)。如果101車(chē)位處于空位狀態(tài)，則102車(chē)位跟103車(chē)位處能夠停放載車(chē)板，即102左限跟102的右限線(xiàn)圈得電，然而作為常閉開(kāi)關(guān)的101左限，在不得電時(shí)處于閉合狀態(tài)。所以中間繼電器M0.0得電，表明101車(chē)位無(wú)載車(chē)板為空位。另外，程序當(dāng)中設(shè)計(jì)的定時(shí)器是因?yàn)檐?chē)庫(kù)在運(yùn)行時(shí)，載車(chē)板移動(dòng)需要一個(gè)動(dòng)作時(shí)間。3、車(chē)庫(kù)升降橫移動(dòng)作的前提條件，程序如下：圖4-4 橫移條件車(chē)庫(kù)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)上層車(chē)位的載車(chē)板都停放在相應(yīng)層時(shí)，載車(chē)板觸碰到相應(yīng)層的上

35、限限位開(kāi)關(guān)，下限限位開(kāi)關(guān)則斷開(kāi)，這個(gè)狀態(tài)下車(chē)庫(kù)可以進(jìn)行正常運(yùn)行，即符合載車(chē)板自動(dòng)橫移的條件。圖4-5 二層升降條件如果車(chē)庫(kù)的第三層載車(chē)板都停放在三層時(shí)，這時(shí)的車(chē)庫(kù)處于正常運(yùn)行模式，同時(shí)又符合二層載車(chē)板在升降時(shí)所需的要求。圖4-6 三層升降條件若二層的載車(chē)板全停留在二層時(shí)，車(chē)庫(kù)正常運(yùn)行，三層載車(chē)板可以進(jìn)行升降動(dòng)作。4、控制各個(gè)車(chē)位的電機(jī)動(dòng)作，以101車(chē)位電機(jī)橫移動(dòng)作為例，程序如下： 圖4-7 101車(chē)位電機(jī)橫移動(dòng)作如果空位狀態(tài)的判斷滿(mǎn)足自動(dòng)橫移的條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)在選定車(chē)位時(shí)并進(jìn)行行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)的判斷，以此來(lái)確定101車(chē)位的橫移方向。倘若符合101車(chē)位橫移所需要求，車(chē)庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)，使得101橫移電機(jī)得電

36、。而101車(chē)位的左右橫移動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)該電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。5 組態(tài)仿真設(shè)計(jì)5.1 STEP7與WinCC flexible的連接打開(kāi)STEP7，選擇包含立體車(chē)庫(kù)程序的項(xiàng)目，在項(xiàng)目的菜單中選擇插入HMI站點(diǎn)，再點(diǎn)擊Configure Network將兩者連接起來(lái)，如圖5-1所示。然后在左側(cè)項(xiàng)目中打開(kāi)WinCC flexible軟件，在連接命令中打開(kāi)兩者之間的連接，如圖5-2所示。圖5-1 S7-300與Wincc組態(tài)在NetPro中的連接圖圖5-2 S7-300與觸摸屏在組態(tài)軟件中的連接圖5.2建立組態(tài)畫(huà)面首先打開(kāi)組態(tài)軟件建立一個(gè)新項(xiàng)目，在設(shè)備選擇中選擇屏幕【Multi Panel】【27

37、0】【MP 270 10”Touch】，在畫(huà)面面板中進(jìn)行畫(huà)面的組態(tài)。圖5-3 組態(tài)畫(huà)面設(shè)備選擇在畫(huà)面組態(tài)的過(guò)程中，使用9個(gè)小方格來(lái)表示立體車(chē)庫(kù)，每個(gè)載車(chē)板電機(jī)動(dòng)作用相應(yīng)的轉(zhuǎn)頁(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)表示，而對(duì)于車(chē)位的運(yùn)動(dòng)，則使用上下左右的箭頭指示載車(chē)板的動(dòng)作方向來(lái)模擬。在組態(tài)界面中專(zhuān)門(mén)設(shè)置了報(bào)警指示燈以及運(yùn)行指示燈用來(lái)顯示其報(bào)警跟運(yùn)行的狀態(tài)。在畫(huà)面中的按鍵區(qū)，分別設(shè)置了啟動(dòng)、停止、急停以及車(chē)位等控制按鈕。在組態(tài)畫(huà)面中設(shè)置的限位開(kāi)關(guān)模擬區(qū)，改為手動(dòng)模擬，用來(lái)實(shí)現(xiàn)因?yàn)榉抡娌荒芡瓿绍?chē)位移動(dòng)時(shí)自動(dòng)接觸限位開(kāi)關(guān)的效果。 圖5-4 初始狀態(tài)下的組態(tài)畫(huà)面5.3畫(huà)面變量的連接在PLC中編寫(xiě)的程序輸入為I，但在組態(tài)變量連接時(shí)發(fā)現(xiàn)

38、畫(huà)面中的按鈕和開(kāi)關(guān)都沒(méi)辦法使用，所以將全部的按鈕和開(kāi)關(guān)地址改動(dòng)為以下地址,同時(shí)為了使仿真效果更明顯變量的采集周期都定為100ms。表5.1 按鈕的地址變動(dòng)表名稱(chēng)連接變量類(lèi)型事件連接函數(shù)急停按鈕M8.0BOOL釋放ResetBit按下SetBit啟動(dòng)按鈕M7.0BOOL釋放ResetBit按下SetBit停止按鈕M10.0BOOL釋放ResetBit按下SetBit清除鍵M9.0BOOL釋放ResetBit按下SetBit101車(chē)位按鈕M7.1BOOL釋放ResetBit按下SetBit102車(chē)位按鈕M7.2BOOL釋放ResetBit按下SetBit201車(chē)位按鈕M7.3BOOL釋放Reset

39、Bit按下SetBit202車(chē)位按鈕M7.4BOOL釋放ResetBit按下SetBit301車(chē)位按鈕M7.5BOOL釋放ResetBit按下SetBit302車(chē)位按鈕M7.6BOOL釋放ResetBit按下SetBit303車(chē)位按鈕M7.7BOOL釋放ResetBit按下SetBit表5.2 限位開(kāi)關(guān)的地址變動(dòng)表名稱(chēng)連接變量類(lèi)型101左限M8.1BOOL102左限M8.2BOOL102右限M8.3BOOL201左限M8.4BOOL202左限M8.5BOOL202右限M8.6BOOL201上限M8.7BOOL202上限M9.1BOOL301上限M9.2BOOL302上限M9.3BOOL303上

40、限M9.4BOOL下限M9.5BOOL5.4組態(tài)仿真運(yùn)行在STEP7中打開(kāi)S7-PLCSIM1仿真器，將PLC中的主程序和故障報(bào)警程序下載到仿真器中，在主程序中打開(kāi)監(jiān)控模式，選擇仿真器中的RUN模式，選擇組態(tài)軟件中的啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)選項(xiàng)模擬進(jìn)行系統(tǒng)仿真。如圖所示，為系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行畫(huà)面。經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)試，該組態(tài)監(jiān)控軟件可對(duì)本設(shè)計(jì)的立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行有效的模擬和監(jiān)控，PLC程序達(dá)到了控制要求。運(yùn)行畫(huà)面如下：·圖5-5 系統(tǒng)程序監(jiān)控畫(huà)面和仿真器畫(huà)面圖5-6 仿真運(yùn)行時(shí)的組態(tài)畫(huà)面結(jié) 論 近幾年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，與此同時(shí)汽車(chē)數(shù)量急劇增加。在人口密集并且住房緊張的大城市當(dāng)中，此時(shí)立體車(chē)庫(kù)的應(yīng)用解決了現(xiàn)實(shí)中的停車(chē)難的問(wèn)題。雖然現(xiàn)在立體車(chē)庫(kù)還不是很普及，但是相信在人們對(duì)立體車(chē)庫(kù)的不斷改進(jìn)之后，會(huì)將立體車(chē)庫(kù)推廣到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中去，并且使之發(fā)揮一定的作用。在未來(lái)的社會(huì)中有很大的發(fā)展前景。此次設(shè)計(jì)的對(duì)象是全地上式升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)，