現(xiàn)代工業(yè)控制機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：現(xiàn)代工業(yè)控制機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 1 系統(tǒng)方案1.1 被控對(duì)象分析與描述1.1.1 車(chē)庫(kù)選型國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布的特種設(shè)備目錄中，將立體車(chē)庫(kù)分為九大類(lèi)，具體是：升降橫移類(lèi)、簡(jiǎn)易升降類(lèi)、垂直循環(huán)類(lèi)、水平循環(huán)類(lèi)、多層循環(huán)類(lèi)、平面移動(dòng)類(lèi)、巷道堆垛類(lèi)、垂直升降類(lèi)和汽車(chē)專(zhuān)用升降機(jī)。其中升降橫移類(lèi)、平面移動(dòng)類(lèi)、巷道堆垛類(lèi)、垂直升降類(lèi)，這4種類(lèi)型的車(chē)庫(kù)都是最典型的、市場(chǎng)上最多采用的、市場(chǎng)占有率最高的、最適合大型化發(fā)展的。升降橫移類(lèi)機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)設(shè)備，采用以載車(chē)板升降或橫移存取車(chē)輛的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。由于型式比較多，規(guī)模可大可小，對(duì)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，因此使用十分普遍。鋼結(jié)構(gòu)部分、載車(chē)板部分、

2、鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)措施等。在停車(chē)設(shè)備的市場(chǎng)份額約占70%。根據(jù)車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)要求能實(shí)現(xiàn)大型轎車(chē)的存取，由 JB/T 8713-1998 可知,大型轎車(chē)的外形尺寸：車(chē)長(zhǎng)×車(chē)寬×車(chē)高 = 5000mm×1850mm×1550mm，參照同類(lèi)產(chǎn)品資料,并考慮安裝一些必要的檢測(cè)裝置(如檢測(cè)車(chē)輛尺寸是否滿(mǎn)足該車(chē)位尺寸要求的檢測(cè)器)和橫移電機(jī)的安裝地點(diǎn)。本立體車(chē)庫(kù)前、后立柱之間的距離設(shè)為 6000mm，車(chē)位的長(zhǎng)度設(shè)為 5500mm，為便于顧客出入還要確保地面平層停車(chē)的空間不小于 1800mm,從而確定了地面平層與頂層直接的高度為 1800mm；考慮顧客開(kāi)車(chē)門(mén)

3、等情況，確定了一個(gè)車(chē)位的寬為 2000mm。由于受收鏈裝置及進(jìn)出車(chē)時(shí)間的限制，一般為2-4層，其中2,3層居多。實(shí)地考察后，發(fā)現(xiàn)停車(chē)的地方比較狹窄或者在路邊，而且長(zhǎng)度在10米或10米的倍數(shù)。決定采用3層*5車(chē)位升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)。車(chē)庫(kù)尺寸規(guī)格為10m*6m*5.4m。1.1.2 車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)主要是通過(guò)上位計(jì)算機(jī)來(lái)操控載車(chē)板，做上下升降、左右橫移來(lái)進(jìn)行車(chē)輛的存取。它的主要結(jié)構(gòu)由五部分構(gòu)成，分別是主結(jié)構(gòu)框架、載車(chē)板系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。其整體結(jié)構(gòu)三視圖如圖 1.1 所示。圖 1.1車(chē)庫(kù)三視圖1. 主體結(jié)構(gòu)框架主體結(jié)構(gòu)框架是升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的主要支撐部分，主要由立

4、柱、縱梁、橫梁以及導(dǎo)軌等組成。2. 載車(chē)板載車(chē)板主要作用是乘載儲(chǔ)存的汽車(chē)，其上安裝一個(gè)橫移電機(jī)，帶動(dòng)載車(chē)板系統(tǒng)做橫移操作，載車(chē)板又通過(guò)四根鏈條（鋼絲繩）與車(chē)庫(kù)框架相連，實(shí)現(xiàn)了升降電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)載車(chē)板做升降運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)載車(chē)板時(shí)，不僅要考慮到所承載車(chē)輛的重量，而且要保證在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中車(chē)輛與載車(chē)板之間不產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生一般載車(chē)板上采用中間凸起、倒車(chē)限位裝置、車(chē)輪防滑裝置等。載車(chē)板結(jié)構(gòu)圖如圖 1.2 所示。1-車(chē)輪固定裝置；2-倒車(chē)限位桿；3-載車(chē)板圖 1.2 載車(chē)板結(jié)構(gòu)圖3. 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的核心，分為橫移、升降傳動(dòng)系統(tǒng)。橫移傳動(dòng)借助導(dǎo)軌、滑輪運(yùn)用交流減速電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，它

5、們之間通過(guò)一個(gè)鏈輪與鏈條的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。升降傳動(dòng)系統(tǒng)有升降電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)鏈條（鋼絲繩）來(lái)提升。如圖 1.3 所示升降傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖。考慮到該車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)的特殊性，以及所選電機(jī)的安裝的地方，故選用兩級(jí)鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，圖 1.3 中 1、2 鏈輪實(shí)現(xiàn)一級(jí)傳動(dòng)，3、4 鏈輪以及 3、7 鏈輪實(shí)現(xiàn)二級(jí)傳動(dòng)。1 為傳動(dòng)鏈輪安裝在減速器上，鏈輪 2、3 安裝在同一個(gè)轉(zhuǎn)軸上，鏈輪 5 安裝在車(chē)庫(kù)的縱梁上，用于鏈條的回轉(zhuǎn)，鏈輪 4、6 是一種支撐鏈輪也安裝在車(chē)庫(kù)的縱梁上。升降電機(jī)工作時(shí)，鏈輪 1、2 及鏈條帶動(dòng)主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了鏈輪 3 的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)載車(chē)板上升或下降。鏈輪 4、6 是再升

6、降的時(shí)候起支撐的作用。1-減速器鏈輪；2-主傳動(dòng)軸大連輪；3-主傳動(dòng)軸小鏈輪；4、5、6-起吊鏈輪；7-載車(chē)板圖1.3 升降傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖4. 安全防護(hù)系統(tǒng)車(chē)庫(kù)的安全防護(hù)系統(tǒng)是十分重要的。因此，我們必須考慮到設(shè)備在各種情況下的安全措施。對(duì)此，安全防護(hù)系統(tǒng)有危險(xiǎn)警報(bào)、防墜裝置、車(chē)輛超長(zhǎng)檢測(cè)、緊急停車(chē)、溫度檢測(cè)等部分。防止載車(chē)板墜落裝置是安全防護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，決定了車(chē)庫(kù)停車(chē)安全性能。當(dāng)車(chē)輛停放在車(chē)庫(kù)時(shí)，通過(guò)這個(gè)裝置可以防止載車(chē)板落下傷車(chē)傷人。本車(chē)庫(kù)選用了掛鉤式防墜落裝置，通過(guò)電磁鐵驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其工作。當(dāng)電磁鐵通電，推桿運(yùn)動(dòng)而觸動(dòng)安全掛鉤解鎖，反之亦然。這種防墜裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、成本低、且安全性高

7、等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。如圖 1.4所示掛鉤式防墜落裝置。1-電磁鐵；2-掛鉤圖 2.5 掛鉤式防墜落裝置1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.2.1車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)架構(gòu)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)主要是由下位 PLC 控制系統(tǒng)、上位工控機(jī) PC 監(jiān)控系統(tǒng)等兩個(gè)部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖 2.1 立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本文的重點(diǎn)是針對(duì)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)，進(jìn)行深入的研究與應(yīng)用，如圖2.1 所示車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)通過(guò) PLC 接收、處理各個(gè)傳感器反饋的數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)控制車(chē)庫(kù)存取動(dòng)作，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn) PLC 與上位機(jī)的通信，利用上位 PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信、圖形顯示、數(shù)據(jù)處理及多媒體技術(shù)等對(duì)車(chē)庫(kù)進(jìn)行監(jiān)控，

8、進(jìn)行實(shí)時(shí)接收、處理 PLC 從立體車(chē)庫(kù)停車(chē)現(xiàn)場(chǎng)收集的各種信號(hào)，并通過(guò)這些信號(hào)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)上位機(jī)監(jiān)控界面中圖形的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，減輕操作人員的工作量，更加方便快捷進(jìn)行故障診斷。立體車(chē)庫(kù)的自動(dòng)存取車(chē)控制系統(tǒng)主要包括：(1)各種信號(hào)的采集和控制輸出。PLC輸出信號(hào)給接觸器線(xiàn)圈，控制接觸器的接通與關(guān)斷，同時(shí)將車(chē)位的空閑情況用燈泡顯示。(2)電機(jī)控制線(xiàn)路、控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器、到位限位、平臺(tái)的上下行程限位及閘門(mén)的開(kāi)閉。車(chē)庫(kù)采用車(chē)位檢測(cè)裝置代替人工找位，用升降裝置輸送汽車(chē)到位。系統(tǒng)在面板處設(shè)有急停開(kāi)關(guān)，當(dāng)發(fā)生意外時(shí)，按下急停開(kāi)關(guān)，斷掉所有電機(jī)的電源，使平板無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，以保護(hù)人員及設(shè)備的安全。1.2

9、.2 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)組件1. 上位機(jī)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的上位機(jī)主要是帶有車(chē)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的 PC 計(jì)算機(jī)，通過(guò)在 PC 機(jī)上安裝相應(yīng)車(chē)庫(kù)管理與控制實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。如圖 2.11 所示與其相關(guān)的設(shè)備還有打印機(jī)、顯示器、語(yǔ)音提示設(shè)備和讀卡設(shè)備等。本文通過(guò)組態(tài)軟件完成車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的監(jiān)控。2. PLC立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的核心部件就是下位機(jī)，也就是 PLC（可編程控制器）。它連接著執(zhí)行機(jī)構(gòu)與上位機(jī)，通過(guò)車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng) PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)的指令傳達(dá)與處理，控制車(chē)庫(kù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。3. 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主要采用的是 MPI（多點(diǎn)接口通信協(xié)議）總線(xiàn)，通過(guò) MPI 能夠?qū)崿F(xiàn)

10、PLC與上位多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行連接與通信。MPI 的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)了 PLC 與 PC 機(jī)之間的通信，且由于 MPI 有著高速通信的特性，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)車(chē)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、狀態(tài)的監(jiān)控和報(bào)警。4. 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其主要作用是提高車(chē)庫(kù)的安全性能。檢測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備有光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)和一些報(bào)警器等。光電開(kāi)關(guān)主要是對(duì)車(chē)輛的尺寸進(jìn)行檢測(cè)，也對(duì)停車(chē)是否到位進(jìn)行檢測(cè)；限位開(kāi)關(guān)主要是對(duì)載車(chē)板的升降橫移運(yùn)動(dòng)的位置是否到位進(jìn)行檢測(cè)；報(bào)警器主要是對(duì)車(chē)庫(kù)的火災(zāi)等情況進(jìn)行檢測(cè)。圖 2.2 車(chē)位光電開(kāi)關(guān)示意圖如圖 2.2 所示，前后排光電開(kāi)關(guān) 1、2 分別檢測(cè)后排車(chē)輛和前排車(chē)輛是否倒車(chē)入位，

11、車(chē)頭當(dāng)沒(méi)有車(chē)時(shí)或者車(chē)輛停到位時(shí)，光電傳感器接收端口與發(fā)光端口之間沒(méi)有障礙物，光信號(hào)能順利到達(dá)接收端口，此刻光電傳感器沒(méi)有信號(hào)發(fā)出，報(bào)警器不會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，后續(xù)操作可以正常進(jìn)行；當(dāng)車(chē)輛沒(méi)有停到位時(shí)，接收端口接收不到光信號(hào)，那么控制器將接收到光電傳感器發(fā)出的信號(hào)，報(bào)警器報(bào)警，且鎖死控制器，并在警報(bào)解除前不能進(jìn)行任何后續(xù)操作。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件選型目前，PLC 的制造廠家眾多，其系列型號(hào)更是琳瑯滿(mǎn)目。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球共有二百多家的生產(chǎn)廠商，主要代表的公司是美國(guó)的 A-B 公司、日本的三菱公司及德國(guó)的西門(mén)子公司等。PLC 的產(chǎn)品型號(hào)就更多了，適用的范圍不同也各不相同。選擇一個(gè)合適的車(chē)庫(kù)控制

12、系統(tǒng)的 PLC 對(duì)整體車(chē)庫(kù)的控制性能有很大的提高。對(duì)本車(chē)庫(kù)的分析可知，車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)適用在工裝固定、維護(hù)方便的小型立體車(chē)庫(kù)，且車(chē)庫(kù)基本上為開(kāi)關(guān)型控制量，每一個(gè)3層*5車(chē)位的模塊需要端口分別為 82個(gè)DI、77個(gè)DO 、2個(gè)AI和1個(gè)AO端口。但是由于系統(tǒng)是模塊化設(shè)計(jì)，為了方便以后車(chē)庫(kù)的增加，而且PLC與上位機(jī)WINCC通信數(shù)據(jù)量大，同時(shí)為了以后擴(kuò)展系統(tǒng)擴(kuò)充方便，決定選用S7-300PLC。電源模塊選型，由手冊(cè)知道：CPU312 額定電流為750mA。SM321 DI32*DC24V的電流為：7mA*32=210mA，共3個(gè)模塊650mA。SM322 DO32*DC24V的電流為0.5A，共三個(gè)模塊1.5A。SM334 AI4/AO2*12Bit的電流為150mA。電源模塊電流=（0.75+0.65+1.5+0.15）/0.7=4.4A。但由于PS30