本科畢業(yè)設計-基于PLC控制的立體車庫

本科畢業(yè)論文〔設計〕題目基于PLC控制的立體車庫專業(yè)機械設計制造及其自動化作者姓名學號單位機械與汽車工程學院指導教師2015年5月教務處編原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學位論文是本人在導師指導下，獨立進行研究取得的成果。除文中已經(jīng)引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學或其他教育機構(gòu)的學位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要奉獻的個人和集體，均在文中以明確的方式說明。本人承當本聲明的相應責任。學位論文作者簽名：日期：指導教師簽名:日期：摘要在對國內(nèi)外車庫現(xiàn)狀及開展趨勢做了充分學習的根底上，選擇兩層三列式車庫結(jié)構(gòu)為研究模型。在對升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計中，采用了先進的PLC控制，運用編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，并經(jīng)調(diào)試、運行，證明采用可編程序控制器PLC作為控制系統(tǒng)簡單易行。為了使停車設備滿足使用要求，在升降橫移式立體車庫中使用了一些必要的平安技術，這樣保證了車輛的絕對平安，使得整個車庫可以平安平穩(wěn)的運行，根本解決停車難的問題。關鍵詞：立體車庫；控制系統(tǒng)；可編程序控制器；PLCAbstractBasedonthefullstudyofthegaragetothedomesticandforeignstatusanddevelopmenttrend,choosethetwolayerandthreeformulisticgaragestructureastheresearchmodel.Intheup-downandtranslationstereogaragecontrolsystemdesign,usingtheadvancedPLCcontrol,Usingsoftwaretoprogrammetheup-downandtranslationstereogaragecontrolsystemprogram,Aftercommissioning,operation,itisprovedthattheprogrammablecontrollerPLCascontrolsystemissimpleandeasy.

Inordertomakeparkingequipmenttomeettheusingrequirements,Iaddsomenecessarysafetytechnologyintheup-downandtranslationstereogarage.Sothiscanensuretheabsolutesafetyofvehiclesandmakethewholegarageoperationsafelyandstably,andfinallysolvetheproblemofparkingultimatey.Keywords：Stereogaragecontrolsystem,；programmablecontroller；

PLC,目錄摘要IAbstractII目錄III基于plc控制的立體車庫-1-1.緒論-1-1.1現(xiàn)狀背景-1-1.2國內(nèi)現(xiàn)狀-1-1.3設計內(nèi)容和思想-2-2.可編程控制器PLC概述-2-2.1PLC開展歷史-3-2.2PLC內(nèi)部運作方式-4-2.3硬件結(jié)構(gòu)-5-電源模組-5-中央處理單元-5-內(nèi)存-5-輸入/輸出單元-5-通訊-6-外部設備-6-2.4程序設計-7-2.4.1

指令表-7-結(jié)構(gòu)式文件編程語言-8-2.4.3

階梯圖-8-功能區(qū)塊圖-9-內(nèi)部元件-9-3.橫移式立體停車庫設計-9-3.1立體車庫的分類及特點-9-3.2升降橫移式立體車庫的工作原理-11-3.3升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)與功能-13-上載車板及其提升系統(tǒng)-13-下載車板及其橫移系統(tǒng)-13-平安裝置-14-控制系統(tǒng)-14-3.4.升降橫移立體車庫控制系統(tǒng)設計-14-立體停車庫控制系統(tǒng)的原理-14-升降橫移立體車庫的電器控制系統(tǒng)-15-控制系統(tǒng)設計-17-控制系統(tǒng)程序設計-18-外部電路接線局部設計-22-4.調(diào)試與仿真-23-5.總結(jié)-27-參考文獻-28-附錄-29-致謝-37-基于plc控制的立體車庫1.緒論1.1現(xiàn)狀背景改革開放以來，我國綜合國力不斷上升,社會生產(chǎn)力得到了解放并且人民的生活水平不斷地提高。衣、食、住都得到了解決慢慢的人們開始向“行”躍進了，隨著生產(chǎn)技術的不斷革新，汽車也不再是老百姓奢求的奢侈品了，慢慢的成為家家戶戶必備的工具,同時城市的停車壓力也越來越大[1]。雖然交管部門進行了一些靈活變通的嘗試，例如主要是在盡量不影響交通、非機動車和行人的前提下，以及在臨時空地上設立停車場，但是這些措施還遠遠不夠，總體顯示，2008年我國生產(chǎn)汽車到達934萬輛，同比增長5.2%，而其銷售量到達938.04萬輛，同比增長了6.7%，汽車數(shù)量的增長遠遠大于停車位的增長，每年有高達300多萬的車位缺口[2]。城市的停車位遠遠不能滿足現(xiàn)行的要求，而截至2011年我國的機動車保有量到達2.17億輛，城市的停車問題愈加嚴重。1.2國內(nèi)現(xiàn)狀目前我國經(jīng)濟正處于高速開展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景非常廣闊。立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段也是停車產(chǎn)業(yè)開展的必由之路。立體車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都有優(yōu)越性。首先，立體車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫那么可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)本錢[3]。1.3設計內(nèi)容和思想目前立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等。在對國內(nèi)外各種同類產(chǎn)品進行分析的根底上，再結(jié)合造價、技術難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車庫形式比擬多，規(guī)?？纱罂尚?，而且對場地的適應性較強，同時采用這類設備的車庫十分普遍。因此，最終確定研究對象為升降橫移式立體車庫。〔1〕參閱了國內(nèi)外的幾種升降橫移式立體車庫的資料，對當前的車庫技術開展有了大概的了解，從而把握國內(nèi)外車庫技術的開展趨勢；了解建設立體車庫的自動控制方式、控制元件、電機選擇、建設方法等?！?〕根據(jù)據(jù)立體車庫原型，再根據(jù)文獻資料。初步選擇建造立體車庫所需電機、檢測元件、控制元件等組成。〔3〕參閱西門子S7-200系列PLC相關資料,學習相關編程軟件，運用西門子編程軟件編寫控制程序，并運用西門子S7-200仿真進行程序模擬?！?〕歸納、總結(jié)并完善報告。整個車庫設計由一臺PLC對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作，即由PLC控制車位升降橫移設備完成存取車操作。2.可編程控制器PLC概述可編程控制器是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的開展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了防止與個人計算機的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC[5]。2.1PLC開展歷史可編程控制器的興起與美國代工業(yè)自動化生產(chǎn)開展的要求密不可分的。PLC源起于1960年代，當時美國通用汽車公司，為解決工廠生產(chǎn)線調(diào)整時，繼電器順序控制系統(tǒng)之電路修改耗時，平時檢修與維護不易等問題。它們體積龐大、有著嚴重的噪音，不但每年的維護工作要消耗大量的人力物力，而且繼電器-接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求。圖2-1常見的可編程邏輯控制器外觀針對這些問題，美國通用汽車公司在1968年向社會公開招標，要求設計一種新的系統(tǒng)來替換繼電器系統(tǒng)。隨后，美國數(shù)字設備公司〔DEC〕根據(jù)這一設想，于1969年研制成功了第一臺PDP-14控制器，并在汽車自動裝配線上使用并獲得成功。由于當時系統(tǒng)主要用于順序控制、只能進行邏輯運算，所以被命名為可編程邏輯控制器。最早期的PLC只具有簡易之邏輯開/關〔on/off〕功能，但比起傳統(tǒng)繼電器之控制方式，已具有容易修改、安裝、診斷與不占空間等優(yōu)點。1970年代初期，PLC引進微處理機技術，使得PLC具有算術運算功能與多比特之數(shù)字信號輸出/輸入功能，并且能直接以階梯圖符號進行程序之編寫。日本在1971年從美國引進了這項技術，并很快研制成功了自己的DCS-8可編程邏輯控制器，德、法在1973年至1974年間也相繼有了自己的該項技術。中國那么于1977年研制成功自己的第一臺可編程邏輯控制器，但是使用的微處理器核心為MC14500。1980年代以后更引進PLC高速通訊網(wǎng)絡功能，同時參加一些特殊輸出/輸入界面、人機界面、高功能函數(shù)指令、資料收集與分析能力等功能。2.2PLC內(nèi)部運作方式雖然PLC所使用之階梯圖程序中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程序編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間，如圖2-2所示。圖2-2PLC內(nèi)部運作架構(gòu)步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或感測器狀態(tài)〔1或0代表開或關〕，并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應之位置Xn。步驟二“程序執(zhí)行”：將階梯圖程序逐行取入CPU中運算，假設程序執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運算結(jié)果那么存入內(nèi)存中對應之位置，暫不反響至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC之反響時間，PLC輸入信號之時間假設小于此反響時間，那么有誤讀的可能性。2.3硬件結(jié)構(gòu)一般講，PLC分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當然按CPU性能分成假設干型號，并按I/O點數(shù)又有假設干規(guī)格。對模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、內(nèi)存、電源模組、底板或機架。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合[5]。電源模組有些PLC中的電源，是與CPU模組合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模組的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源如果為交流電源通常為220VAC或110VAC，假設為直流電源常用的為24V[6]。中央處理單元PLC中的CPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或資料，并存入規(guī)劃的暫存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。內(nèi)存內(nèi)存主要用于存儲程序及資料，是PLC不可缺少的組成單元。PLC內(nèi)部會存放撰寫完成編輯的程序指令及資料，通常也可使用RAM或EEPROM等專用內(nèi)存卡片方式擴充，但擴充能力得依各廠牌與型號有所不同。輸入/輸出單元輸入單元是用來連結(jié)擷取輸入元件的信號動作并透過內(nèi)部總線將資料送進內(nèi)存由CPU處理驅(qū)動程序指令局部。PLC輸入模組PLC系統(tǒng)的架構(gòu)和輸入模組產(chǎn)品的選擇端視需要被監(jiān)測的輸入信號位準而定。輸出單元是用來驅(qū)動外部負載的接口，主要原理是由CPU處理以書寫在PLC里的程序指令，判斷驅(qū)動輸出單元在進而控制外部負載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣〔油〕壓閥等。通訊現(xiàn)在PLC大多具有可擴充通信網(wǎng)絡模組的功能，簡單的PLC以BUS纜線或RS-232方式通訊連結(jié)，較高階的PLC會采用USB或以太網(wǎng)路方式做通訊連結(jié)。它使PLC與PLC之間、PLC與個人電腦以及其他智慧設備之間能夠交換資訊，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。PLC通訊協(xié)定規(guī)格可分為RS-232、RS-422、RS-432、RS-485。圖2-3底板上由左至右分別是：電源模塊、處理器模塊、接口模塊和通訊處理器模塊外部設備外部設備是PLC系統(tǒng)不可分割的一局部，它有四大類編程設備：有簡易編程器和智慧圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。監(jiān)控設備：資料監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視資料或通過畫面監(jiān)視資料。存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟碟或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶資料，使用戶程序不喪失，如EPROM、EEPROM寫入器等。輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器，打印機等。2.4程序設計PLC的編程編程語言與一般電腦編程語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高階語言，也不同與一般的組合語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒有一種對各廠家產(chǎn)品都能相容的編程語言。IEC61131-3是一個國際標準，它標準了PLC相關之軟件硬件的標準，其最終的目的是可以讓PLC的使用者在不更改軟件設計的狀況下可以輕易更換PLC硬件。其程序設計圖如圖2-4所示。圖2-4PLC程序設計示意圖指令表類似組合語言的描述文字。由指令語句系列構(gòu)成，如MitsubishiFX2的控制指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MMP、MMS與OUT等，一般配合書寫器寫入程序，而書寫器只能輸入簡單的指令，與計算機程序中的階梯圖比擬起來簡單許多。書寫器不太直觀，可讀性差，特別是遇到較復雜的程序，更難讀；但其優(yōu)點就是不需要電腦就可以更改或觀察PLC內(nèi)部程序。使用書寫器時，必須注意的是PLC指令中輸出有優(yōu)先次序，其中假設有輸出至相同的單元時〔如Y000〕，輸出的優(yōu)先次序以位址越大優(yōu)先次愈越高，一般不容易從書寫器中發(fā)覺所輸入的單元[7]。結(jié)構(gòu)式文件編程語言類似PASCAL與C語言的語法，適合撰寫較復雜的算法，除錯上也比階梯圖要容易得多。ST語言類似于編程語言的特性，因此可利用與微電腦及個人電腦相同的程序設計技術進行階梯式語言所難以執(zhí)行的復雜計算，完成程序的建立。階梯圖類似于傳統(tǒng)上以繼電器控制接觸器的階梯圖，梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載〔LD〕指令開始，必要時再繼以假設干個輸入指令〔含LD指令〕，以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為資料控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進行相應的工作。例如圖2-5所示的自保持回路的階梯圖，當開關ON觸動后，電燈即自我保持在輸出，直到開關OFF觸動才會切斷圖2-5自保持回路的階梯圖順序功能流程圖類似于流程設計，流程圖中的步驟組合而完成，主要是規(guī)劃動作順序的流程圖，故謂之順序功能流程圖。所謂步序式控制，即是一步一步控制，而這一步與上一步是有關連性的，有順序性的。必須有上一個動作〔STL〕，才會啟動〔SET〕下一個動作〔STL〕。功能區(qū)塊圖以畫電路圖的方式來寫PLC程序。常用的程序及回路可透過FB〔功能區(qū)塊〕的建立輕易地重復利用。其他一些高檔的PLC還具有與電腦相容的C語言、BASIC語言、專用的高階語言，還有用布爾邏輯語言、通用電腦相容的組合語言等。內(nèi)部元件PLC在程序設計過程中，會利用到內(nèi)部內(nèi)存，規(guī)劃許多順序控制程序上常會使用到的元件，這些元件包括：輸入接點與輸出接點：用于PLC與外部元件之間的狀態(tài)傳送。輔助繼電器：用來取代傳統(tǒng)順序控制中的繼電器。計數(shù)器：在程序中被用來計算重復動作的次數(shù)。計時器：用來計算動作的時間長短。資料暫存器：用來儲存字元組之數(shù)值或字元資料。3.橫移式立體停車庫設計3.1立體車庫的分類及特點目前立體停車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式如圖：采用模塊化的設計，變化靈活可以設計兩層、三層、四層等多種形式。車位從幾個到上百，規(guī)?？纱罂尚?，對場地的適應性強應用最為廣泛，如圖3-1所示。圖3-1升降橫移式垂直循環(huán)式：是用一個垂直循環(huán)運動的載車板系統(tǒng)存取停放汽車的機械式停車設備，特點占地面積小，場地利用率高，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，平安性高，但存車速度較慢，如圖3-2所示。圖3-2垂直循環(huán)式簡易升降式：由電力或者液壓傳動，設備可安裝在地面，也可沉入地坑，使結(jié)構(gòu)器件不外露，更易與地面環(huán)境協(xié)調(diào)，特點是能充分利用空間，節(jié)省場地，多重保護，平安可靠，存取更容易，運行平穩(wěn)，噪聲低，耗能省等，如圖3-3所示。圖3-3簡易升降式平面移動式：平面移動類停車設備通過升降機的垂直升降和搬運機〔輸送車〕的平面往返移動，把車輛自動移送到布置成多層平面的停車區(qū)域，如圖3-4所示。圖3-4平面橫移式巷道堆垛式：大型巷道堆垛停車設備，采用多種提升、搬運裝置、包括堆垛機、升降機、機械手、運送車、轉(zhuǎn)臺等。通過電腦智能化集成控制，快速調(diào)度，自動存取車輛但對堆垛機的技術要求較高，投資本錢大，如圖3-5所示。圖3-5巷道堆垛式3.2升降橫移式立體車庫的工作原理升降橫移式立體停車庫以鋼結(jié)構(gòu)框架為主題，采取電機驅(qū)動鏈條或者是鋼絲繩帶動載車板使其橫移升降運動，實現(xiàn)車輛的存取，其屬于機電一體化的產(chǎn)品，其主要由主體鋼框架、載車板裝置、傳動裝置、平安檢測裝置、電氣控制裝置、平安保護裝置等組成[8]，如圖3-6所示。圖3-6升降橫移式立體停車庫主要組成立體停車庫通過檢測系統(tǒng)檢測車庫狀態(tài)信息，反響到控制系統(tǒng)，通過電機驅(qū)動鏈條或者鋼絲繩，從而帶動載車板，在檢測控制系統(tǒng)的幫助下到達平安停車，升降橫移式立體停車庫采用M×N維的形式，每層設一空位，作為交換車位，除底層以外的所有車位均能自行升降，除頂層以外的所有車位均能自行橫移，當某一車位需存取車輛時，該車位下方到空位之間的所有車位向空位方向橫移一個車位的距離，此時該車位下方形成一升降通道，此時該車位便可自由升降，當車位降至地面時，車輛便可開進或開出，本次設計采取2×3維的橫移式立體停車庫為例，采用如圖的車位停放方式[9]。圖3-7立體車庫車位停放方式本次設計的兩層三列式立體車庫是升降橫移式停車庫的一種類型，此類型的停車要求：立體停車庫的一層留出來一個空車位，為其他車位的升降橫移留出空間。101號車位、103號車位只能左右移動，不能上下移動。201號車位、202號車位、203號車位不能左右移動只能上下移動。最下面的車輛可以直接開出。上層的車輛需要先讓下層的車輛左右移動騰出空位，才能下降到最下面車位，然后再進出車輛。3.3升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)與功能升降橫移式立體車庫主要由結(jié)構(gòu)框架局部、載車板局部、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、平安防護系統(tǒng)六大局部組成。圖3-8升降橫移式車庫機構(gòu)圖上載車板及其提升系統(tǒng)每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。其工作原理是電機順時針旋轉(zhuǎn)時，載車板上升，電機逆時針旋轉(zhuǎn)時，載車板下降。下載車板及其橫移系統(tǒng)每塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統(tǒng)，藏于載車板內(nèi)。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。根據(jù)載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩擦系數(shù)確定橫移電機的驅(qū)動功率。平安裝置上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落平安裝置。防墜落平安裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側(cè)相應位置處各裝兩只耳環(huán)，當上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車[9]。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的平安裝置主要是行程極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是使載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如果碰撞到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止。控制系統(tǒng)升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。此外要控制上層車位上平安鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等。3.4.升降橫移立體車庫控制系統(tǒng)設計立體停車庫控制系統(tǒng)的原理整個立體停車庫控制系統(tǒng)設計由一臺西門子S7-200PLC對停車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制驅(qū)動電機來控制傳動裝置，從而來完成對汽車的存取工作[10]。圖3-9車庫系統(tǒng)控制原理框圖立體停車庫控制系統(tǒng)的原理是：操作者可以通過控制面板輸入需要停放的車號位置，控制系統(tǒng)信息交流平臺將信息傳送到控制系統(tǒng)PLC，控制系統(tǒng)通過分析處理信息，將處理結(jié)果分配到驅(qū)動電機，保護裝置動作，從而帶動車庫的正常運行，其控制流程原理簡圖如圖3-10所示。圖3-10立體車庫升降橫移過程升降橫移立體車庫的電器控制系統(tǒng)立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩套系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的采集、報警與控制輸出。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關斷。強電系統(tǒng)包括載車板電機控制線路、控制電機正反轉(zhuǎn)接觸器、到位限位及載車板的上下行程限位[11]。車庫采用車位檢測裝置代替人工找位，用升降裝置輸送汽車到位。系統(tǒng)在面板處設有急停開關，當發(fā)生意外時，按下急停開關，如圖3-11所示車庫控制原理圖。圖3-11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(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成車庫現(xiàn)場的運作。由于PLC的可靠性、抗干擾能力強。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、大容量的現(xiàn)代化升降橫移式立體車庫中。圖3-12PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在升降橫移式立體車庫中，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，如指示燈及其各種平安設施等。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。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關[12]。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及平安預警裝置，因本系統(tǒng)只有開關量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此可不用再另外增加其它抗干擾措施。控制系統(tǒng)設計PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心，其操作分為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)操作;(3)執(zhí)行用戶程序和效勞及外部設備的命令操作[13]。當進行存取操作時，PLC接收和分析操作人員在控制面板按鈕輸人的指令，做出合理的工控安排:判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取車庫機械驅(qū)動局部的信息，反響信息到執(zhí)行元件，拖動車位板，實現(xiàn)其位置移動，完成車輛的存取操作和信號顯示。通過光電檢測、軟硬件信號聯(lián)鎖、限位、防墜保護、過載保護等裝置，來確保整個系統(tǒng)的平安、平穩(wěn)運行[14]。其控制原理如圖3-13。圖3-13PLC控制原理圖該系統(tǒng)中PLC主要完成對托盤、托板位置及運行狀態(tài)的檢測和存取車的操作。用各種光電開關、行程開關檢測位置狀態(tài)，用接觸器、繼電器控制拖動電機的起停?？刂葡到y(tǒng)程序設計圖3-14存取車程序流程圖程序設計方案如下：〔1〕初始化程序提出系統(tǒng)的控制信息，掃描各到位開關信號；〔2〕主控制程序按照進車優(yōu)先的原那么，將最多的車位保持在進車位置。每個載車板運動之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動作，前后動作互鎖。〔3〕故障報警程序故障報警程序能夠?qū)崟r地采集設備異常信息，及時發(fā)出聲光報警信號，提醒司機和管理人員進行處理。假設在程序執(zhí)行過程中，有人、物侵入車庫空間或車輛超長，PLC將按照閉鎖關系停止設備運行，同時發(fā)出故障報警[15]。由于PLC的穩(wěn)定性，可靠性，適應性都很強，且其編程簡單，目前立體停車庫的設計大都采用PLC的設計，其中梯形圖語言使用最為普及，因此本次設計采用PLC的梯形圖語言進行編程，，系統(tǒng)輸入地址分配和輸出地址分配如表3-1和3-2所示。表3-1輸入地址分配表序號輸入地址說明序號輸入地址說明1I0.0存車按鈕22I2.5102車位下限位開關2I0.1復位開關23I2.6103車位右限位開關3I0.2急停按鈕24I2.7103車位下限位開關4I0.3手動按鈕25I3.0201車位上限位開關5I0.4201車盤存取按鈕26I3.1202車位上限位開關6I0.5202車盤存取按鈕27I3.2203車位上限位開關7I0.6203車盤存取按鈕28I3.3201平安掛鉤開關8I0.7101車盤手動左移29I3.4202平安掛鉤開關9I1.0101車盤手動右移30I3.5203平安掛鉤開關10I1.1103車盤手動左移31I3.6101車盤光電開關11I1.2103車盤手動右移32I3.7103車盤光電開關12I1.3201車盤手動下降33I4.0201車盤光電開關13I1.4201車盤手動上升34I4.1202車盤光電開關14I1.5202車盤手動下降35I4.2203車盤光電開關15I1.6202車盤手動上升36I4.3101車位離車檢測傳感器16I1.7203車盤手動下降37I4.4102車位離車檢測傳感器17I2.0203車盤手動上升38I4.5103車位離車檢測傳感器18I2.1101車位左限位開關39I4.6201車盤車輛檢測傳感器19I2.2101車位下限位開關40I4.7202車盤車輛檢測傳感器20I2.3102車位左限位開關41I5.0203車盤車輛檢測傳感器21I2.4102車位右限位開關42表3-2輸出地址分配表序號輸出地址說明序號輸出地址說明1Q0.0201車盤下降15Q1.6202車盤下降到位指示燈2Q0.1202車盤下降16Q1.7203車盤下降到位指示燈3Q0.2203車盤下降17Q2.0201車盤平安掛鉤動作4Q0.3201車盤上升18Q2.1202車盤平安掛鉤動作5Q0.4202車盤上升19Q2.2203車盤平安掛鉤動作6Q0.5203車盤上升20Q2.3101車盤停車到位指示燈7Q0.6101車盤左移21Q2.4103車盤停車到位指示燈8Q0.7101車盤右移22Q2.5201車盤停車到位指示燈9Q1.0103車盤左移23Q2.6202車盤停車到位指示燈10Q1.1103車盤右移24Q2.7203車盤停車到位指示燈11Q1.2201車盤上升到位指示燈25Q3.3201車盤停車完畢指示燈12Q1.3202車盤上升到位指示燈26Q3.4202車盤停車完畢指示燈13Q1.4203車盤上升到位指示燈27Q3.5203車盤停車完畢指示燈14Q1.5201車盤下降到位指示燈系統(tǒng)程序功能圖如圖3-15所示。201自動存取車202自動存取車203自動存取車圖3-15取車流程圖根據(jù)立體車庫控制流程圖以及實際設計所遇到的問題，采用PLC梯形圖語言進行編程并不斷修改，將立體車庫二層的三個車位自動存取采用順序編程，以及手動局部的編程，總體采用主程序調(diào)用的方法對自動和手動子程序進行調(diào)用，從而實現(xiàn)立體車庫存取車的控制，立體車庫的程序見附錄。外部電路接線局部設計立體停車庫系統(tǒng)主要是通過PLC控制驅(qū)動載車板的電機，控制其在不同的時間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其次是停車庫中的各種檢測設備以及預警指示燈等，為了保證在存車過程中的平安到位以及判斷載車板上是否有車輛，使用光電感應開關和限位開關，同時車庫中還采用了些一些如煙霧和溫度傳感器來保證車庫的平安，PLC的外部接線簡化圖如圖3-16，3-17所示。圖3-16外部接線圖圖3-17PLC局部外部接線圖4.調(diào)試與仿真為了檢驗程序的平安可靠性，必須對程序進行調(diào)試仿真，本次調(diào)試仿真采用西門子S7-200系列PLC開發(fā)的模擬仿真軟件，由于本次設計涉及到的輸入輸出接口較多，因此采用CPU226和數(shù)字擴展模塊為EM223的組合配置[16]，局部取車和存車控制調(diào)試仿真如圖5-1所示。圖5-1取車程序仿真圖5-2存車程序仿真圖5-3手動控制仿真在立體停車庫系統(tǒng)中由于底層車位不需要升降移動，只需左右移動，所以底層的車輛可以直接進行停取車操作。201車位存取車調(diào)試按下所需存取車位按鈕I0.4上電，再按下存車按鈕I0.0，在正常的情況下，主程序調(diào)用201自動存取車子程序，使電機正轉(zhuǎn)，101車盤右移到102車位，當車盤移動到102右限位開關I2.4時，啟動能耗制動，101車盤停止，同時使得201車盤掛鉤得電動作Q2.0輸出信號I3.3，從而使KM5得電，201車盤下降，當車盤下降到101下限位開關時，電機制動201車盤停穩(wěn)，進行存取車。當車輛正確停到201車盤上后，會觸發(fā)光電開關信號I4.0，當人離開車時觸發(fā)的離車信號I4.3同時滿足時或者當檢測車輛不在車盤上的車輛檢測信號I4.5滿足時，使得線圈KM2得電，電機反轉(zhuǎn)從而帶動201車盤上升，當車盤上升到201上限位開關I3.0時，使得201車盤掛鉤動作輸出信號I3.3，從而使KM2線圈得電，電機反轉(zhuǎn)帶動101車盤左移，當左移到101左限位開關I2.1時，電機制動使得101車盤停穩(wěn)，即整個201車位停取車完成。202車位存取車調(diào)試按下所需存取車位按鈕I0.5上電，再按下存車按鈕I0.0，在正常情況下，主程序調(diào)用202車盤存取車子程序，使得202車盤掛鉤得電動作Q2.1，輸出信號I3.4，從而使得線圈KM6得電，202車盤下降，當其下降到102下限位開關時電機制動使車盤停穩(wěn)，進行存取車。當車輛正確挺到位后，會觸發(fā)光電開關I4.1得到信號，離車信號輸入端I4.4也得到滿足時或者離車信號I4.7得到滿足時，會使KM2得到，從而使電機反轉(zhuǎn)車盤102上升，當車盤上升到202上限位開關時，使得202車盤平安掛鉤動作輸出信號I3.4，即202車位整個存取過程完成。203車位存取車調(diào)試按下所需存取車位按鈕I0.6上電，再按下存車按鈕I0.0，在各項指示正常的情況下，主程序調(diào)用203車盤存取車子程序，使得KM4線圈得電，其電機正轉(zhuǎn)使103車盤左移到102車位，當車盤移動到102左限位開關I2.3時，啟動能耗制動，103車盤停止，同時使得203車盤平安掛鉤Q2.2得電動作，輸出信號I3.5，從而使KM7線圈得電，電機正轉(zhuǎn)203車盤下降，當車盤下降到103下限位開關時，電機制動203車盤停穩(wěn)，進行存取車。當車輛正確停到203車盤上后，會觸發(fā)光電信號I4.2，當人離車時觸發(fā)的離車信號I4.5同時滿足時或者當檢測到車輛不在車盤上的車輛檢測信號I5.0滿足時，使得線圈KM2得電，電機反轉(zhuǎn)從而帶動203車盤上升，當車盤上升到203上限位開關I3.2時，使得203車盤的平安掛鉤動作輸出信號I3.5，從而使KM2得電，電機反轉(zhuǎn)帶動103車盤右移，當右移到103右限位開關時，電機制動使得103車盤停穩(wěn)，即整個203車位存取車完成。手動存取車調(diào)試手動存取過程中載車板的每個動作都是獨立的，通過每個動作的輸入按鈕可以使載車板移動到相應的位置。5.總結(jié)隨著汽車工業(yè)的迅速開展和人民生活水平的不斷提高，汽車保有量迅速增長，汽車停放車位緊張的問題越來