三層立體車庫結構與PLC設計

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摘 要 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市人口日益增多，特別是改革開放以來，城市汽車量的不斷增加。以往那種單層平面的停車場也越來越不能滿足市場的需求。對多停車位、少占空間、使用造作簡單、安全可靠的立體停車庫的建設是解決目前寸土寸金的大城市內(nèi)停車難的有效辦法。 立體車庫是一種多平面的空間停車庫，通過可編程控制器PLC控制車位的空間位置變動，使車位能夠實現(xiàn)空間停車的功能。升降橫移立體車停車庫利用托盤移位產(chǎn)生垂直通道，實現(xiàn)多層車位的升降來取車輛。 本文介紹了基于可編程控制器(PLC)的車庫控制系統(tǒng)，簡述了3層3列式7車位升降橫移式立體停車庫的工作原理、結構特點、并通過PLC軟件設計及其優(yōu)化，實現(xiàn)了立體車庫的自動控制。整個系統(tǒng)由載車部分、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。用PLC內(nèi)的預置程序來控制整個系統(tǒng)的運行，用電機的正反轉來控制車位的上下左右移動實現(xiàn)存取車的自動化。該系統(tǒng)又具有以下保護功能：急停、斷電保護。 關鍵詞：立體停車庫 可編程控制器 自動控制 Abstract With the rapid development of Chinas economy, city population increasing, especially since the reform and opening up, increasing the amount of car city. The parking lot that single plane is also more and more can not meet the market demands. Of parking, occupies less space, using the construction of artificial simple, safe and reliable stereo garage is to solve the big city Cuntucunjin parking difficult effective way to.Stereo garage is a multi plane parking space, controlled by a programmable controller PLC parking space position changes, which can realize the function of parking space and parking. Up-down and translation stereo car garage by shifting the tray to produce the vertical channel, realize lifting multilayer berth to take the vehicle. Based on programmable controller (PLC) garage control system, this paper describes the the working principle and structural characteristics of 3 layer 3 - 7 parking spaces for up-down and translation stereo garage, and through the PLC software design and optimization, the realization of the automatic control of the stereo garage is introduced in this paper. The whole system consists of vehicle parts, transmission system, control system etc.. With the PLC within the preset program to control the operation of the entire system, with the motor to control the positive and negative parking spaces around the car to achieve the automatic access. The system has the following protection function: emergency stop, power off protection. Key words: Stereo parking garage PLC Auto-Control 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1 課題設計的目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3　課題設計的內(nèi)容 2 2 PLC的簡介與立體車庫的概述 3 2.1　可編程控制器的介紹 3 2.2　PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則和步驟 4 2.3　立體停車庫概述 5 3 升降橫移立體車庫硬件的設計 7 3.1　升降橫移式立體車庫的基本結構 7 3.2　立體停車庫的原理框圖 7 3.3　主電路圖 8 3.4　輔助電路設計 10 3.5　元器件介紹及選型 11 4 立體車庫控制系統(tǒng)軟件的設計 15 4.1　PLC設計流程圖 15 4.2 PLC的端子接線圖 16 4.3　立體車庫的I/O分配表 18 4.4　梯形圖設計 19 5 結論與展望 22 5.1　結論 22 5.2　展望 22 致謝 23 參考文獻 24 III 1 緒 論 1.1 課題設計的目的及意義 隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，截至2011年8月底，全國機動車保有量達到2.19億輛。其中，汽車保有量首次突破1億輛。而早在2000年，全國機動車保有量僅為1249萬輛，汽車保有量為625萬輛。通過以上數(shù)據(jù)可以看出，短短10年里，中國的機動車輛增加了17倍汽車增加了16倍。而與此相對應的是城市停車狀況的尷尬。以北京市為例，截止2007年底，市區(qū)僅有公共停車場828處，共計車位5.7萬個，僅占市區(qū)機動車擁有量的8.6萬，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的229個地下車庫使用面積不足60萬平方米，只能滿足1.3萬輛機動車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達64，而且還有繼續(xù)上升之勢。據(jù)建設部城市交通工程技術中心對全國15個大城市停車現(xiàn)狀的調(diào)查城市機動車保有量與停車位之比平均為4：84：1，這一比值對于渴望“車者有其位”的車主來說，形式不容樂觀。停車難產(chǎn)生最主要的原因是城市建設規(guī)劃上的準備不足。上世紀80年代初期，北京市權威部門對2000年北京汽車發(fā)展數(shù)的預測僅僅是70萬—80萬輛，而事實上到新世紀鐘聲敲響之前，北京市汽車總量則足足比預期多了100萬輛，其中私人小客車的數(shù)量就高達45萬輛。面對迅速發(fā)展的城市車流，停車設施建設的落后也就不足為奇。據(jù)建設部停車技術開發(fā)推廣中心介紹北京市停車設施的“欠賬”最保守估計應為20%—30% 。 停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通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。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%，而同時期城市停車基礎設施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎設施的增長速度，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。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1　國內(nèi)現(xiàn)狀 我國機械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從80年代中期開始，90年代開始引進和生產(chǎn)停車設備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。目前停車設備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾百家，生產(chǎn)各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口。機械式立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，就停車設備本身而言，其機械結構的發(fā)展已形成了停車設備獨有的技術特征，需要多學科、多專業(yè)的復合型人才積極參與，把國外停車技術和各領域的成熟技術移植到我國停車產(chǎn)業(yè)，開發(fā)出安全、經(jīng)濟、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)外市場的需求。在我國的停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術標準；多數(shù)產(chǎn)品是仿效或引進國外技術制造，技術水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產(chǎn)能力不足；市場競爭無序，個別企業(yè)為搶占市場，采取低價競爭；缺少科研設計單位的參與，技術創(chuàng)新能力嚴重不足；政策不配套，對停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和管理嚴重滯后等。解決上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術多方面做出努力。市場方面應建立車庫市場運行機制，利用價格杠桿調(diào)高占路停車收費標準，逐步消除“路滿庫空”現(xiàn)象。鼓勵按市場規(guī)則經(jīng)營車庫，并實施政府監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。 1.2.2　國外現(xiàn)狀 日本是最早應用機械式車庫的國家之一，其在上世紀60年代初就開發(fā)并使用可最大限度的利用空間的機械式停車設備。當時日本全國汽車保有量大約為500萬輛，大多采用的是垂直循環(huán)式停車設備。從80年代開始，日本開始向亞洲地區(qū)的韓國、中國及臺灣地區(qū)出口產(chǎn)品及技術。韓國機械車庫技術是日本機械停車技術的派生。其機械停車產(chǎn)業(yè)從20世紀70年代中期開始起步，80年代開始引進日本技術，經(jīng)過消化生產(chǎn)和本土化，90年代開始為供應使用階段。由于這幾個階段得到政府的高度重視，各種機械停車設備得到普遍開發(fā)和利用，韓國近幾年增長速度都在30%左右。目前韓國停車設備行業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。 1.3　課題設計的內(nèi)容 介紹了基于可編程控制器的車庫控制系統(tǒng)，簡述了3層3列式7車位升降橫移式立體停車庫的工作原理、結構特點、并通過PLC軟件設計及其優(yōu)化，實現(xiàn)了立體車庫的自動控制。整個系統(tǒng)由載車部分、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。用PLC內(nèi)的預置程序來控制整個系統(tǒng)的運行，用電機的正反轉來控制車位的上下左右移動實現(xiàn)存取車的自動化。該系統(tǒng)又具有以下保護功能：急停、斷電保護。 2 PLC的簡介與立體車庫的概述 2.1　可編程控制器的介紹 2.1.1　可編程控制器的概述 可編程控制器(Programmable Controller)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(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)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。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 2.1.2　可編程控制器的結構 PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： (1)電源：PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動在+10%~+15%范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。 (2)中央處理單元(CPU)：中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。 (3)存儲器：存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 (4)輸入輸出接口電路：現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 (5)功能模塊：如計數(shù)、定位等功能模塊。 (6)通信模塊：如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。 2.1.3　可編程控制器的的特點及應用 (1)PLC的特點 ①可靠性高，抗干擾能力強 ②通用性強，控制程序可變，使用方便。 ③功能強，適應面廣 ④編程簡單，容易掌握。 ⑤減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量。 ⑥體積小、重量輕、功耗低、維護方便。 (2) PLC的應用 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：①開關量的邏輯控制；②模擬量控制；③運動控制；④過程控制；⑤數(shù)據(jù)處理；⑥通信及聯(lián)網(wǎng)。 2.2　PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則和步驟 2.2.1　PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實際設計過程中，設計原則往往會涉及很多方面，其中最基本的設計原則可以歸納為4點： (1)完整性原則：最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機械設備的控制要求。 (2)可靠性原則：確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。 (3)經(jīng)濟型原則：力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。 (4)發(fā)展性原則：適當考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地[5]。 2.2.2　PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 PLC控制系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計。所謂硬件設計，是指PLC外部設備的設計，而軟件設計即PLC應用程序的設計。整個系統(tǒng)的設計分以下5步進行： (1)熟悉被控對象 深入了解被控系統(tǒng)是設計控制系統(tǒng)的基礎。設計人員必須深入現(xiàn)場，認真調(diào)查研究，收集資料，并于相關技術人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設計中出現(xiàn)的問題。這一階段必須對被控對象所有功能全面的了解，對對象的各種動作及動作時序、動作條件、必要的互鎖與保護；電氣系統(tǒng)與機械、液壓、氣動及各儀表等系統(tǒng)間的關系；PLC與其他設備的關系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)的工作方式及人機界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。 (2)硬件選擇 ①系統(tǒng)I/O設備的選擇:輸入設備包括按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等；輸出設備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。 ②選擇PLC：PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。 ③PLC的I/O端口分配：在進行I/O通道分配時應給出I/O通道分配表，表中應包含I/O編號、設備代號、名稱及功能等。 ④繪制PLC外圍硬件線路圖：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖,到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 ⑤計數(shù)器、定時器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。 (3)編寫應用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設計方法來設計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常還應包括以下內(nèi)容： ①初始化程序：在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動作必要的準備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進行恢復，對某些繼電器進行置位或復位，對某些初始狀態(tài)進行顯示等等。 ②檢測、故障診斷和顯示等程序：這些程序相對獨立，一般在程序設計基本完成時再添加。 ③保護和連鎖程序：保護和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。 (4)程序調(diào)試 程序調(diào)試分為2個階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場調(diào)試。 程序模擬調(diào)試：以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 ①硬件模擬法是使用一些硬件設備（如用另一臺PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強。 ②軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。 現(xiàn)場調(diào)試：當控制臺及現(xiàn)場施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進行現(xiàn)場調(diào)試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線，及時更正軟硬件方面的問題。 2.3　立體停車庫概述 根據(jù)立體車庫的修建位置在空間伸縮方向的不同，立體停車庫的主要類型有：升降橫移式，垂直升降式，巷道堆垛式，水平循環(huán)類機械式和垂直循環(huán)式等。它們的類型眾多，設計各有不同，庫容量變化比較打，可滿足不同用戶要求。但它們都具有建筑面積小，停車層數(shù)多，地上河底下空間利用率高的優(yōu)點。聽相同數(shù)量車的情況下，在車輛流量打的繁華地段建一座立體停車場比建一地面停車場節(jié)省將近50%—70%的投資。嚴格的車庫管理還保證了車庫運行的安全性和可靠性，為存車人提供了最大的方便，存車人只需把車開到指定的位置，下面的事都可以由車庫控制系統(tǒng)來完成。 (1)升降橫移式立體車庫 升降橫移式立體停車庫是指利用載車版在升降或橫向平移存取停放車輛在機械式停車設備。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛在載車板通過升、降橫移運動到地面層，駕駛員進入車庫，存取車，完成存取過程。停泊在這類車庫地面的車只做橫移，不必做升降，上層車位或下層車位需通過中間層橫移出空位。將載車板升貨降到地面層，駕駛員才可以進入車庫將汽車開進貨開出車庫。其形式較多，規(guī)?？纱罂尚。瑢龅氐倪m應性較強。 (2)垂直升降式立體停車庫 垂直升降式立體停車庫習慣上稱為電梯式立體停車庫亦稱為塔式立體車庫，它是通過提升機的升降和裝在提升機升的橫移機構將車輛或載車板橫移，實現(xiàn)存取車輛的機械式停車設備。 (3)垂直循環(huán)式停車庫 垂直循環(huán)式立體車庫，采用了鏈傳動帶動轎廂在垂直方向上循環(huán)運轉，汽車停在轎廂上，轎廂隨傳動系統(tǒng)做升降運動，或者將所要存車的空間降到地面，循環(huán)往復地將轎廂或空車位送到車庫出入口，完成車輛的存取工作。該類型車庫非常適用于土地資源比較緊張，而停車位需求卻很大的場所使用。 (4)巷道堆垛式停車庫 巷道堆垛式停車庫由三個系統(tǒng)組成，即機械系統(tǒng)，堆垛機搬運系統(tǒng)和計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)。采用以巷道堆垛機或橋式起重器將進到搬運器的車輛水平且垂直移動到村車位，是一種集機、光、電、自動控制為一體的全自動化立體停車庫，它的出現(xiàn)解決了人們希望解決的大型自動化停車難題：全封閉車庫，存車安全等特點。巷道堆垛式立體停車庫主要適用于大型密集式存車的地方。 (5)水平循環(huán)式立體車庫 水平循環(huán)立體停車庫主要由機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)兩部分組成，機械系統(tǒng)由起升機構、交接機構、評議機構、和車位載車板等組成。電氣系統(tǒng)由出入口檢測系統(tǒng)和搬運控制系統(tǒng)等組成，分別完成汽車停車位置檢測和載車板搬運工作。 (6)多層循環(huán)式立體停車庫 多層循環(huán)式立體停車庫主要由鋼結構框架，車板旋轉機構，車板升降機構，載車板，載車板橫移機構，自動控制系統(tǒng)組成。是采用了同U哦使載車板做剩下循環(huán)運動，而實現(xiàn)車輛多層存放的多層循環(huán)式停車設備，從而實現(xiàn)減少占地面積，提高存取車自動化程度的機械式停車庫。此類停車庫最適宜建于地形細長且地面只允許設置一個出入口的場所。 (7)平面移動式立體停車庫 平面移動式立體車庫中放置轎車的托盤是一種橫向小車，通過控制臺操作移動，轎車可以自由出入，自由移動的停車托板將轎車從中央通道的平臺運到車位的電梯或出口。通過增加升降機可多層設置平面往返式停車場，停車量大出車速度快。 (8)簡易升降式立體停車庫 簡易升降式立體車庫主要由鋼結構，載車板，傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，安全防護系統(tǒng)組成，適用于家庭，小團體單位停車。把車位分成了上下兩層或兩層以上，借助升降機構或俯仰機構使汽車存入或取出。結構簡單、緊湊、是最經(jīng)濟的一種停車設備。目前最受人們關注的就屬升降橫移立體車庫了，升降橫移式立體車庫有效利用空間，提高空間利用率達數(shù)倍。存取車快捷便利，獨特跨梁設計，車輛出入無故障。它采用了PLC控制，自動化程度高。尤其環(huán)保節(jié)能，低噪音的設計更是滿足現(xiàn)代人。 3 升降橫移立體車庫硬件的設計 3.1　升降橫移式立體車庫的基本結構 升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設備。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。 本次設計一個3層3列7車位的升降橫移式立體車庫，頂層只能進行升降動作，底層平面只能進行平移動作。立體車庫中總共有9個車位，中間和底層各預留一個空位向載車盤提供上升和下降的通道,另外七個車位用于存放車輛。當?shù)讓悠矫孳囄贿M出車時，不需要移動其他托盤就可直接進行進出車處理。當頂層車位進出車時，首先要判斷其對應的下方位置是否為空，不為空時要進行相應的平移處理，直到下方為空才可進行下降動作到達下層平面，進行進出車處理，進出車完畢后上升回到原位置。根據(jù)運動的規(guī)律存取車的過程主要包括3個步驟: (1)為了讓出空位載車板需要橫移; (2)為了存取車需要載車板的升降;(3)載車板左右橫移一個準確的停車位行程和升降到準確的位置。下圖為平面示意圖：(102與202是空車位) 5 6 7 3 202 4 1 102 2 圖3.1七車位升降橫移式立體車庫平面圖 3.2　立體停車庫的原理框圖 PLC 狀態(tài)檢測 實施單元 操作部分 圖3.2 系統(tǒng)原理框圖 3.2.1檢測系統(tǒng)： (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，用于檢測載車板上有無車。 (2)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限位開關，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，用于檢測載車板下降和上升是否到位。 3.2.2　電氣控制系統(tǒng)整體設計 整個車庫由一臺PLC對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制平臺傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內(nèi)車輛的調(diào)入、調(diào)出由PLC根據(jù)當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調(diào)度策略調(diào)度車輛進出。 立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)主要包括： (1)各種信號的采集和控制輸出。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關斷，同時將車位的空閑情況用燈泡顯示。 (2)電機控制線路、控制電機正反轉的接觸器、到位限位、平臺的上下行程限位及閘門的開閉。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，斷掉所有電機的電源，使平板無法繼續(xù)運行，以保護人員及設備的安全。 3.2.3　電氣系統(tǒng)關鍵部分設計 立體車庫控制系統(tǒng)的關鍵技術是使汽車迅速準確地對號入位。為使載車裝置自動準確到達對應泊位，每層設有行程開關，升降機構碰到行程開關時，電機開始減速直至電機停止運動。電動機正轉，平移工作臺向前平移，送車入號；反之，送車出號。一個存取任務完成后，升降載車系統(tǒng)等待下一個存取指令。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，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。為了判斷載車板上有無車輛，將采用光電開關。在電機控制及接線設計方面，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動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。1號與2號只能平移各用一臺電機控制，3號4號能橫移與升降各用2臺電機控制， 5號6號7號只能升降各用一臺電機控制。總共4臺橫移電機和5臺升降電機。 3.3　主電路圖 主電路它包括從電源到電動機的電路，是強電流通過的部分連接著。9臺電動機，M1控制1號車位托盤的左右移動，M2控制2號車位托盤的左右移動，M3控制3號車位托盤的左右移動，M4控制3號車位托盤的上下移動，M5控制4號車位托盤的左右移動，M6控制4號車位托盤的上下移動，M7控制5號車位托盤的上下移動，M8控制6號車位托盤的上下移動，M9控制7號車位托盤的上下移動。系統(tǒng)中采用三相交流異步電動機。 圖3.3　立體車庫主電路圖 3.4　輔助電路設計 立體車庫輔助電路是為了給可編程控制器供電直流24V，以及變壓器的接線等。以及主電路控制部分的接線。如圖3.4所示。 圖3.4 輔助電路設計圖 3.5　元器件介紹及選型 3.5.1　PLC的選型 (1)選擇PLC機型的基本原則 在滿足控制要求的前提下，保證工作可靠，使用維護方便，以獲得最佳的性能價格比。 PLC的型號種類很多，對于開關量控制的應用系統(tǒng)，當選用小型PLC就能滿足要求。這里選用FX2N系列。 (2)PLC容量的估算 I/O的點數(shù)和用戶存儲器的容量。 ①I/O點數(shù)是衡量PLC規(guī)模大小的重要指標，根據(jù)控制任務估算出所需I/O的點數(shù)是硬件設計的重要內(nèi)容。 一般來說，輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的。輸入信號有多少輸入點選多少，輸出信號有多少輸出點也應與之對應。 ②PLC用戶程序所需內(nèi)存容量一般與開關量輸入、輸出點數(shù)，模擬量輸入、輸出點數(shù)及用戶程序的編寫質(zhì)量等有關。 對控制較復雜、數(shù)據(jù)處理較大的系統(tǒng)，要求的存儲容量就要大些。對于同樣的系統(tǒng)，不同的用戶編寫的程序也可能會使程序長度和執(zhí)行時間差別很大。 本設計根據(jù)實際情況要求和PLC選型的原則，選出PLC的型號為西門子可編程控制器S7-200 CPU226可以滿足控制要求,其擴展單元為EM223,EM221。 3.5.2　光電開關 光電開關也稱光電傳感器，是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。 光電開關是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管LED、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。本設計選型為E3F-5DN1 5L光電開關：電源電壓:DC:6-36V AC:90 V -250V，輸出方式：電壓；使用環(huán)境溫度：常溫。 3.5.3　行程開關的選型 行程開關又稱限位開關，可以安裝在相對靜止的物體上或者運動的物體上。當物體接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的及誒單分段或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構的動作。根據(jù)需要選用YKXX1-111(T)適用用于熱電流為5A的控制電路中。 3.5.4　電機的選型 電機是最終的執(zhí)行機構，最終功能的實現(xiàn)要依靠電機。本設計選用三相異步電機帶動，電機表示如圖. 圖3.3　異步電機表示 車庫升降電機一般要求功率為2.2KW.根據(jù)功率選擇三相異步電機Y90L-2，額定功率2.2KW，額定電流4.83A。橫移電機一般要求功率為0.2KW，選擇三相異步電機Y801-2額定功率0.75KW，額定電流1.83A。 3.5.5　其他硬件的選擇 (1)熔斷器的選型 熔體額定電流的選擇： 保護單臺電動機，熔體的額定電流按(3.1)所示選取。 (3.1) 式中：為電動機的額定電流。 熔斷器類型的選擇：根據(jù)負載保護特性的短路電流大小及安裝條件來選擇。保護多臺電動機，若各臺電動機不同時啟動熔體的額定電流按下式（3.1）選取。 (3.2) 式中：為容量最大一臺電動機的額定電流；是除容量最大的電動機之外，其余電動機額定電流之和。 根據(jù)計算和實際情況的分析，本設計控制系統(tǒng)中電源熔斷器FU的額定電流應大于35A所以熔斷器FU選用XRNM1-10額定斷開電流40A。保護升降電機的熔斷器額定電流在7.3A~12A，選擇RC1A-15型熔斷器，其熔體額定電流為10A。保護橫移電機的熔斷器額定電流在2.8A~4.6A，選擇RT18-32/4A型熔斷器，其熔體額定電流為4A (2)交流接觸器的選型 選擇時主要考慮主觸點的額定電壓與額定電流、輔助觸點的數(shù)量、吸引線圈的電壓等級、使用類別、操作頻率等。 額定電壓與額定電流： 選擇交流接觸器，其主觸點的額定電流應等于或大于負載或電動機的額定電流；額定電壓應不小于負載的額定線電壓，其額定電壓可由公式（3.3）計算選型，額定電流由公式（3.4）計算。 (3.3) (3.4) 式中：為接觸器的額定電壓；為負載的額定線電壓；為接觸器的額定電流；為接觸器主觸點電流；為電動機額定功率；為電動機額定線電壓；為經(jīng)驗常數(shù)；取1~1.4。 吸引線圈的電流種類及額定電壓： 對于頻發(fā)動作的場合，宜選用直流勵磁方式，一般情況下采用交流控制。線圈額定電壓應根據(jù)控制電路的復雜程度，維護、安全要求，設備所采用的控制電壓等級來考慮。 考慮輔助觸點的額定電流、種類和數(shù)量，根據(jù)使用環(huán)境選擇有關系列接觸器或特殊用的接觸器。 根據(jù)計算和實際情況，本設計控制系統(tǒng)中橫移電機啟動、停止交流接觸器KM的額定電流大于2.4A到3.4A 所以選用選用CJX2-09型接觸器，其額定電流為9A。升降電機啟動、停止交流接觸器的額定電流大于7.2A到10A 所以選用CJX2-12，其額定電流為12A。 3.5.6　主要電氣元件目錄表 根據(jù)選型，本設計的主要電氣目錄表如表3.1所示。 4 立體車庫控制系統(tǒng)軟件的設計 根據(jù)車庫的運行控制要求，應用程序采用模塊化結構， 由主循環(huán)程序和若干子程序構成?？刂瞥绦虿捎媚K化編程形式，車位運行過程中只需調(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。 4.1　PLC設計流程圖 圖4.1　控制系統(tǒng)流程圖 4.2 PLC的端子接線圖 PLC的端子接線圖就是PLC的外圍接線圖，分輸入與輸出端口，本控制系統(tǒng)中，輸入端子有按鈕、光電開關、限位開關；輸出端子有中間繼電器、報警燈、燈泡顯示。PLC端子接線圖如圖4.2。 圖4.2　PLC端子接線圖 4.3　立體車庫的I/O分配表 根據(jù)PLC的端子接線圖輸入有55個輸入端子，26個輸出端子。I/O分配表如表4.1。 表4.1　I/O分配表 輸入點分配 I0.0 啟動按鈕 I2.5 4號車位下限開關 I0.1 斷電按鈕 I2.6 4號車位右限開關 I0.2 停止按鈕 I2.7 4號車位上限開關 I0.3 存車按鈕 I3.0 4號車位下限開關 I0.4 取車按鈕 I3.1 5號車位上限開關 I0.5 3 車位按鈕 I3.2 6號車位上限開關 I0.6 202車位按鈕 I3.3 7號車位上限開關 I0.7 4車位按鈕 I3.4 102號車位右限開關 I1.0-1.2 5-7車位按鈕 I3.5 102號車位左限開關 I1.4 1號車位左限開關 I3.6 102號車位下限開關 I1.5 1號車位下線開關 I3.7 202號車位右限開關 I1.6 2號車位右限開關 I4.0 202號車位左限開關 I1.7 2號車位下限開關 I4.1 202號車位下限開關 I2.0 3號車位左限開關 I4.2 202號車位上限開關 I2.1 3號車位上限開關 I4.3-4.7 車位光電開關 I2.2 3號車位下限開關 I5.0 車位光電開關 I2.3 4號車位右限開關 I5.1-5.7 檢測托盤按鈕 I2.4 4號車位上限開關 I6.0-6.5 檢測托盤按鈕 輸出點分配 Q0.0 電源燈 Q1.3 4號電機右移 Q0.1 存車運行燈 Q1.4 4號電機左移 Q0.2 取車運行燈 Q1.5 4號電機上移 Q0.3 1號電機右轉 Q1.6 4號電機下移 Q0.4 1號電機左移 Q1.7 5號電機上移 Q0.5 2號電機右移 Q2.0 5號電機下移 Q0.6 2號電機左移 Q2.1 6號電機上移 Q0.7 3號電機右移 Q2.2 6號電機下移 Q1.0 3號電機左移 Q2.3 7號電機上移 Q1.1 3號電機上移 Q2.4 7號電機下移 Q1.2 3號電機下移 Q2.5-3.4 車位顯示燈 4.4　梯形圖設計 系統(tǒng)的控制過程是：按下啟動按鈕， 等待取車或存車的信號，當取車(存車)按鈕按下時，判斷該層與其它層的狀態(tài)，執(zhí)行相應的子程序。 4.4.1　啟動及存取車信號 按下啟動按鈕，系統(tǒng)供電等待存取車信號，如圖4.3。 圖4.3　啟動及存取車信號 按下啟動按鈕I0.0，I0.1為斷電按鈕，I0.3為存車按鈕，I0.4為取車按鈕，I0.2為存取車完成后的斷開存取車信號，為下一次的信號做準備。 4.4.2　車位狀態(tài)顯示 每個車位上裝有一個光電開關與燈泡用于顯示車位是否空閑，如圖4.4所示。 圖4.4　車位狀態(tài)顯示 4.4.3　取車程序 由于車位的對稱，車位的程序大部分相似。所以介紹取3號車位的程序 (1)3號車位主程序，如圖4.5。 圖4.5　3號車位的主程序 當I0.5按下時，代表輸入了取3號車位的車的信號，當上層托盤下降時需要下層為空。所以，首先判斷1號車位是否有托盤，當1號托盤有托盤時，在判斷102車位是否有托盤，當1號車位無托盤時，3號托盤可以直接下降。 (2)3號車位的子程序 ① 1號和102號都有托盤時，如圖4.6。 圖4.6　3號車位的子程序 首先讓2號車位的托盤右移當碰到2號車位的右限開關I1.6時，停止轉動然后1號托盤右移當碰到102號車位的右限開關I3.4時停止轉動，3號車位托盤開始下降當碰到1號車位的下限開關I3.5停止轉動，當車取完成后光電開關I4.2閉合3號托盤開始上升碰到3號車位的限位開關I2.1停止轉動代表復位完成。 ② 1號有托盤102號無托盤時，如圖4.7。 圖4.7　3號車位的子程序 1號托盤右移當碰到102號車位的右限開關I3.4時停止轉動，3號車位托盤開始下降當碰到1號車位的下限開關I1.5停止轉動，當車取完成后光電開關I4.2閉合3號托盤開始上升碰到3號車位的限位開關I2.1停止轉動代表復位完成。 ③ 1號和102號無托盤時，如圖4.8。 圖4.8　3號車位的子程序 3號車位托盤下降當碰到1號車位的下限開關I1.5停止轉動，當車取完成后光電開關I4.2閉合3號托盤開始上升碰到3號車位的限位開關I2.1停止轉動代表復位完成. 5 結論與展望 5.1　結論 立體車庫是一種多平面的空間立體停車庫，它以單層平面停車場為核心，通過可編程控制器PLC控制的車位的空間變動使車位能夠實現(xiàn)空間到平面的轉化，實現(xiàn)了多重單層平面停車的功能。 本次設計采用可編程控制器PLC和電機的結合來達到控制立體車庫自動手動運行目的，由于PLC的安全可靠性強和停車系統(tǒng)的智能化，大容量的要求，PLC的特點很適合作為這樣的控制系統(tǒng)，本次設計采用PLC的梯形圖設計，直觀易懂，易于擴展，更容易合理的安排編程模塊，設計中采用PLC仿真，也很直觀的觀察到設計的可靠性，正確性。通過本次設計，將課堂上的理論知識轉化成實踐設計，通過所學的專業(yè)知識，做出軟件和硬件方面的設計，進一步理解了PLC與電機的結合控制方法，也進一步學會了程序的編程以及程序的調(diào)試仿真方法和技巧。 5.2　展望 在我國，立體車庫的發(fā)展還處于初級階段，并且車庫的控制大多處于員工到現(xiàn)場手動控制階段，隨著模糊控制、可編程控制器PLC等先進控制理論的不斷發(fā)展更新有助于控制系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。由于知識局限，本次系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)是基于現(xiàn)有的軟件，但是作為車庫控制系統(tǒng)設計與仿真系統(tǒng)的一部分，它不僅需要針對某種類型硬件的仿真硬件的仿真能力還需要根據(jù)所選硬件的情況動態(tài)生成生成相應的虛擬仿真環(huán)境進行仿真，從這個意義上說，較完整地開發(fā)相應的仿真軟件是很有必要的，本文所做的工作只是一個開端。 致謝 緊張充實的畢業(yè)設計就要結束了，我們的生活也到了尾聲。 回想起以往的美好時光，此時感慨萬千，首先感謝指導教師在畢業(yè)設計中對我的幫助，鼓勵和精心指導，方老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄廓，關鍵是指導有方嚴格要求，為我營造了一種良好的精神氛圍。 老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、孜孜不倦的鉆研精神以及平易近人的作風為我樹立了榜樣，激勵著我奮發(fā)向上，努力學習。置身方老師的指導過程中，不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己，寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風，倍感溫馨。微言寸語豈能祥訴感激之情，只好銘記心中。 同時，也將祝福送給每一位幫助我的老師。同時感謝我的同學在我的畢業(yè)設計過程其中對我莫大的鼓勵。畢業(yè)設計的完成也算是對我們學習生涯的一個句號，回想在學時光，與老師和同學們的點點滴滴，你們給與我的種種幫助，使我得以今天能順利完成畢業(yè)設計，完成學業(yè)。謝謝你們，我所有的老師與同學。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！感謝我的朋友和同學們在我的生活和學習中對我的幫助，再次感謝各位老師和同學，希望大家以后工作順利。謝謝！ 參考文獻 [1] 宋明學. 基于松下PLC脈沖控制機械手系統(tǒng)的設計[J]. 機電工程技術. 2010(09) [2] 張淑紅,王熙雛. 基于PLC的機械手物料分選裝置的控制[J]. 廣西輕工業(yè). 2010(12) [3] 呂漢生. 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