立體車庫控制系統(tǒng)

1、 大連民族學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：基于plc的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué) 號：2014022418學(xué)生姓名：齊冬宇指導(dǎo)教師：孫禹輝設(shè)計(jì)完成日期： 2017年 12月10日目錄 1引言- 3 -1.1立體車庫的研究背景- 3 -1.2立體車庫發(fā)展?fàn)顩r- 3 -2多層立體車庫組成及功能- 4 -2.1停車庫模型- 4 -2.2升降橫移式立體車庫的特點(diǎn)- 4 -2.3升降橫移式立體車庫的工作原理- 5 -3立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 6 -3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 6 -3.2 plc控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)- 7 -3.3 S7-300PLC的特點(diǎn)- 8 -3.4

2、車位檢測部分- 8 -4結(jié)束語- 9 -5參考文獻(xiàn)- 10 -6附錄- 11 -立體車庫主電路圖- 11 -I/O分配地址表：- 13 - 1引言1.1立體車庫的研究背景 隨著我國城市經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應(yīng)的是城市停車狀況的尷尬。停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通（車輛行駛狀態(tài)）而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會出現(xiàn)停車難的一系列問題1。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年

3、我國城市機(jī)動車輛平均增長速度在15%-20%，而同時期城市停車基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機(jī)動車擁有量的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過停車基礎(chǔ)設(shè)施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。 專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停車場利用效率，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機(jī)動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設(shè)地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。在這種背景下立體停車庫應(yīng)運(yùn)而生。1.2立體車庫發(fā)展?fàn)顩r 立體車庫發(fā)源于上世紀(jì)20年代的美國，是在繁華擁

4、擠的都市里為解決停車難而采取的一種措施。其中，發(fā)展較早、較好的日本公司有新明和、石川島播磨、日精、三菱重工等歐洲有意大利SOTefin、Interpark、德國Palis等。這些國家和公司從上世紀(jì)六十年代初就開發(fā)并使用可最大限度地利用空間的機(jī)械式停車設(shè)備，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，機(jī)械停車庫從造型、結(jié)構(gòu)、控制、驅(qū)動、監(jiān)測、材料、保險(xiǎn)等方面不斷地更新?lián)Q代，日趨完美。 但若要良性發(fā)展，就要解決現(xiàn)存問題。當(dāng)前，我國設(shè)計(jì)制造的立體車庫大多處于初級的停車功能，是最原始的使用階段，它的設(shè)計(jì)水平、經(jīng)濟(jì)價值還有待于完善和開發(fā)。由此可見研究如何降低立體車庫設(shè)計(jì)制造成本及進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)自動化程度實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地存

5、取，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。2多層立體車庫組成及功能2.1停車庫模型 下圖就是我們這次課設(shè)所研究的四層16位升降橫移式立體車庫模型圖1實(shí)物圖2.2升降橫移式立體車庫的特點(diǎn) 升降橫移式 我們這次研究的是停車位四層16位，有若干層的同層置車板可左右橫向移位，通過升降機(jī)構(gòu)改變置車板的高度?？蔀榈厣鲜交驇У乜邮?。特點(diǎn)： 有效利用空間，提高空間利用率達(dá)數(shù)倍。 存取車快捷便利，獨(dú)特跨梁設(shè)計(jì)，車輛出入無障礙。 采用PLC控制，自動化程度高。 環(huán)保節(jié)能，低噪音。 人機(jī)界面好，多種操作方式可選配，操作簡便2.3升降橫移式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

6、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(dāng)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(jìn)入車庫開走汽車后，載車板自動回至所在層位。3立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心，其操作大致分為3類:(1)以故障診斷和處理為主的操作;(2)聯(lián)系現(xiàn)場狀況的數(shù)據(jù)vo操作;(3)執(zhí)行用戶程序

7、和服務(wù)及外部設(shè)備的命令操作。當(dāng)進(jìn)行存取操作時，PLC接收和分析操作人員在控制面板按鈕(或上位機(jī))輸人的指令，做出合理的工控安排:判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取車庫機(jī)械驅(qū)動部分的信息，反饋信息到執(zhí)行元件，拖動車位板，實(shí)現(xiàn)其位置移動，完成車輛的存取操作和信號顯示(指示燈)。整個動作區(qū)域配有光、電檢測及多重安全系統(tǒng)，以防異常情況發(fā)生。通過光電檢測、軟硬件信號聯(lián)鎖、限位、防墜保護(hù)、過載保護(hù)等裝置，來確保整個系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。其控制原理圖見附錄。 該系統(tǒng)中PLC主要完成對托盤、托板位置及運(yùn)行狀態(tài)的檢測和存取車的操作。用各種光電開關(guān)、行程開關(guān)檢測位置狀態(tài)，用接觸器、繼電器控制拖動電機(jī)的起停。 對車位的操作即

8、控制橫移小電機(jī)和升降大電機(jī)，使它們在不同時間實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。而且上層升降動作和以下各層的橫移動作必須是互鎖的，即當(dāng)上層泊位在升降時，下面各層泊位不能移動，反之亦然。并且上層泊位每次只能有一個泊位進(jìn)行上下升降運(yùn)動。 為了保證存取車可靠安全，系統(tǒng)要精確定位。行程開關(guān)的設(shè)置保證了托板能平移到預(yù)定位置以及托盤能上升或下降到準(zhǔn)確位置，但行程開關(guān)邏輯要嚴(yán)格互鎖。例如1, 2水平限位開關(guān)在靜態(tài)情況下只能有一個是斷開的，如果2個以上開關(guān)閉合即表示托板不到位。在車庫靜止時，所有固定托板的掛鉤信號均應(yīng)斷開(負(fù)邏輯)，2層上限位開關(guān)斷開，3層上限位開關(guān)閉合。 為了保證載車板運(yùn)行過程的安全性，必須采取傳動系統(tǒng)自鎖保險(xiǎn)設(shè)計(jì)

9、和安全掛鉤保險(xiǎn)設(shè)計(jì):鏈傳動采用制動電機(jī)，無論發(fā)生什么情況，都處于自我保護(hù)狀態(tài);控制安全掛鉤動作的電磁鐵上必須有一反饋信號，可用于指示掛鉤是否已把托盤掛好。 光電開關(guān)布置在不同的位置有不同的功能:安裝在托盤底層左右2邊的光電開關(guān)，可以檢測托盤上汽車停放是否到位;在托盤對角線上安放的光電開關(guān)可以檢測托盤上有無車;裝設(shè)于停車庫車輛人口處左右2側(cè)的光電開關(guān)還可以用于檢測外界的錯誤動作和車位移動時出現(xiàn)的異常情況等。若遇車輛未停妥、動作區(qū)域有人或物、運(yùn)行過程中有車想開進(jìn)等意外情況，光電開關(guān)光線被遮，會給PLC一個電平變化信號，從而改變PLC的輸人，蜂鳴器發(fā)出長音并報(bào)警，設(shè)備不運(yùn)行或停止運(yùn)行。 在車庫中還運(yùn)

10、用了一些傳感器，如煙溫傳感器、檢測斷繩松繩或斷鏈報(bào)警的位移傳感器，以及警示裝置、緊急停車開關(guān)、手動按鈕、復(fù)位開關(guān)等3.2 plc控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) （1）控制程序流程圖 該系統(tǒng)存取車控制只針對上層(2,3 ,4 層)車位，而對于下層車位，存取車直接開進(jìn)開出即可?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫。程序流程見圖4，需要說明的是，托盤用鋼絲繩或鏈條依靠托盤上的吊點(diǎn)懸吊在托架上，在靜止?fàn)顟B(tài)時，防墜(安全)掛鉤掛住托盤，托盤要下降時，必須先上升到最高點(diǎn)，移開安全掛鉤，才能下降。 在設(shè)計(jì)不同層進(jìn)出車程序時運(yùn)用了“并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時執(zhí)行，待各流程動作全部結(jié)束后，根據(jù)相應(yīng)執(zhí)行條

11、件，匯合狀態(tài)動作。即如果選擇第3層托盤進(jìn)出車，可以使一層二層同時平移(左移或右移)，這樣，控制系統(tǒng)能自動處理設(shè)備動作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出，而且控制系統(tǒng)的試運(yùn)行及故障檢查非常方便，可節(jié)約大量時間，提高工作效率。 (2) 控制程序優(yōu)化 由于上層托盤的升降必須使其下層車位為空車位之后才能進(jìn)行，以地上3層車位運(yùn)動為例，1層空車位位置有N種，2層托盤升降涉及的運(yùn)動方式有N2種，3層托盤可能的運(yùn)動方式有N3種，隨著車位和層數(shù)的增加，程序會出現(xiàn)劇烈膨脹，因此，如何尋求簡便方法，使程序得到優(yōu)化將是該系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。以第2層為例，在變量刀陰中存放第2層需要存取的車位號1一N，如進(jìn)行上層X (1XN)號車

12、位存取，則Dm=X;在Dn中存放下層空車位號，如空車位號為Y，則Dn = Y;在進(jìn)行存取車時，把Dm和Dn中的數(shù)值進(jìn)行比較，其結(jié)果為零，則上層車位的托盤可以直接下移;如果結(jié)果大于零，則先把空車位右邊第1個托盤左移到空位上，之后重復(fù)上述過程，直到空車位在上層需要存取的車位正下方時，上層車位上的托盤才能進(jìn)行升降運(yùn)動。3層和4層存取車的處理方法和第2層類似。（3）模塊化程序設(shè)計(jì) PLC控制程序采用模塊化編程形式，車位運(yùn)行過程中只需調(diào)用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復(fù)雜程度，方便了程序的修改，而且為車位的拓展提供了便利條件。整個程序包括主程序模塊、手動按鍵子程序模塊、緊急停車按鍵子程序模塊、初始化程

13、序模塊、存取車位號賦值程序模塊、空車位號與移動車位號賦值程序模塊、托盤平移運(yùn)動程序模塊、光電開關(guān)子程序模塊、托盤升降運(yùn)動程序模塊和故障報(bào)警子程序模塊。 （4）軟件設(shè)計(jì)中幾個關(guān)鍵問題的處理 程序所用狀態(tài)元件、定時器及數(shù)據(jù)存儲器均選用具有掉電保護(hù)功能的元件，當(dāng)系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現(xiàn)場信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作;當(dāng)發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運(yùn)行并保存現(xiàn)場斷點(diǎn)信息;當(dāng)出現(xiàn)電氣或機(jī)械故障時，如電機(jī)過載、過熱時自動中止系統(tǒng)運(yùn)行，并發(fā)出聲光報(bào)警，同時系統(tǒng)轉(zhuǎn)人手動方式進(jìn)行故障處理。3.3 S7-300PLC的特點(diǎn) PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有種類齊全的各種

14、硬件裝置供選用，能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)所選的西門子S7-300PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（2）通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。（3）功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣 。（4）編程簡單，容易掌握。（5）減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量。（6）體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便。3.4車位檢測部分 S7-300PLC可編程控制器采用直流輸入形式，車庫所有車位到位及限位檢測采用了光電對管，檢測電路電源使用PLC內(nèi)部提供的24V直流電源，其最大驅(qū)動電流可達(dá)400mA.光電對管的導(dǎo)通電流在30mA左右，內(nèi)阻為600，總驅(qū)動電流小于可編程控制器24V直流

15、電源的最大輸出電流，滿足設(shè)計(jì)要求。4結(jié)束語 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)通過采用PLC和機(jī)柜總線控制,使整個控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,滿足了車庫的控制功能與使用性能的要求,完全實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出車的智能控制。系統(tǒng)還在硬件設(shè)計(jì)上采用了手動、半自動和全自動多級控制方式,配合軟件/硬件連鎖保護(hù),大大提高了系統(tǒng)的可靠性;同時,由于PLC軟件設(shè)計(jì)上的優(yōu)化處理,使得本系統(tǒng)對于車位的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)較為簡便;此外,軟件設(shè)計(jì)還采用了“并行分支與匯合”的技巧,從而大大縮短了進(jìn)出車時間,提高了工作效率。同時，本文還介紹了基于可編程控制器(PLC)的車庫控制系統(tǒng),簡述了多層升降橫移立體停車庫工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過PLC軟件設(shè)計(jì)及其優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)

16、了立體車庫的自動控制。升降橫移類立體車庫的控制系統(tǒng)通過采用PLC和機(jī)柜總線控制,使整個控制系統(tǒng)的可靠性大大提高,滿足了車庫的控制功能與使用性能的要求,完全實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出車的智能控制。在現(xiàn)實(shí)生活中立體停車庫中的車輛是比較貴重的，車位車盤的升降以及左右移動應(yīng)該是比較平穩(wěn)的，而本設(shè)計(jì)調(diào)試時在車盤移動過程中存在中斷和輕微搖擺，停車時有一定的沖擊。如果合理的接入變頻器就能解決這一問題。變頻器是通過調(diào)節(jié)交流電的頻率來達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的一種設(shè)備。本設(shè)計(jì)中把傳感器的模擬量信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳給PLC，再用程序運(yùn)算后用PLC傳遞變頻器運(yùn)行頻率給變頻器，就能達(dá)到平穩(wěn)的目的。5參考文獻(xiàn) 1 付翠玉，關(guān)景泰.立體停車

17、庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005： 2 任伯淼. 機(jī)械式立體停車庫M.北京:海洋出版社, 2001： 3 杜桂榮，等.多層升降橫移式立體停車庫的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)J.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2003： 4 李壯輝，沈利華.機(jī)械立體車庫設(shè)計(jì)概論J.中國電梯，2003： 5 殷際英. 機(jī)電一體化基礎(chǔ)M. 北京:冶金工業(yè)出版社, 1997： 6 張廣明，李果.機(jī)電系統(tǒng)PLC控制技術(shù)M.國防工業(yè)出版社，2009： 7 郁漢琪，郭健. 可編程序控制器原理及應(yīng)用M.北京：中國電力出版社，2004： 8 苗深.PLC在立體停車裝置控制中的應(yīng)用J.機(jī)電工程，2000, 17 (1): 34-35 9 徐世許.可編程序控制器原理·應(yīng)用·網(wǎng)絡(luò)M.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002 10 張壽明等多層升降橫移式立體停車庫及其控制仁77 .電氣自動化，2003, 25 (1): 56-586附錄立體車庫主電路圖I/O分配地址表： 輸入 輸出地址代號 信息名稱 注釋地址代號信息名稱注釋I124.0S開開始按鈕Q124.0X軸左移I125.0S關(guān)停止按鈕Q124.1X軸右移I126.0S取取車按鈕Q124.2Y軸下移I127.0S放停車按鈕Q124.3Y軸上移I124.1S1按鍵11號車位Q124.4Z軸內(nèi)移I124.2S2按鍵22號車位Q124.5Z軸外移I124.3S3按鍵