PLC立体车库控制系统.docx
- 文档编号:10765432
- 上传时间:2023-02-22
- 格式:DOCX
- 页数:51
- 大小:445.55KB
PLC立体车库控制系统.docx
《PLC立体车库控制系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC立体车库控制系统.docx(51页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
PLC立体车库控制系统
图书分类号:
密级:
毕业设计(论文)
立体停车库PLC控制系统设计
CONTROLSYSTEMDESIGNOFTHECUBICGARAGEBASEDONPLC
学生学号
20090508142
学生姓名
吴培方
学院名称
信电工程学院
专业名称
电气控制及其自动化
指导教师
韩成春
2013年
6月
10日
徐州工程学院学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标注。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名:
日期:
年 月 日
徐州工程学院学位论文版权协议书
本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:
本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。
徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。
徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容,可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名:
导师签名:
日期:
年 月 日日期:
年 月 日
摘要
目前我国越来越多的人拥有私家车,以前那种露天的停车场越来越不能满足市场的需求。
对于多停车位,少占空间,使用操作简单,安全可靠的“立体停车库”的建设,是解决目前寸土如金的大都市内停车难的有效方法。
用可编程控制器PLC来控制车位空间位置的变动,让车可以实现多重单层平面停车的功能。
本研究课题利用CPU226编程并对垂直升降横移式立体车库进行研究与设计,通过一定的机械结构实现车库的半自动化运行。
关键词立体车库;控制系统;可编程序控制器
Abstract
Nowmoreandmorepeoplehaveindividualcarsinourcountry.Theopen-parkinggroundcouldn’tmeettheneedsofthemarkets.Owningaconstructofmechanicalparkingsystemwhichhasmoreparkingspace,lessroom,simplemethodofoperation,Safeandreliableperformanceisaneffectivemethodtosolvetheproblemofparking.ThissystemcontrolsthechangeoftheemptywagonpositionbyPLC,whichwillreachtheaimthatmakesthecarrealizethefunctionofmultiplesingleplaneparking.ThisresearchprogramsbyCPU226,andsetuparesearchoftheverticalliftingandtransferringparkingwhoseaimistoachievesemi-automaticoperationthroughthedesignofcertainmechanicalstructureofthegarage.
KeywordsStereogarageControlsystemPLC
目录
1绪论1
1.1课题的背景及意义1
1.2立体车库类型1
2升降横移式立体车库4
2.1升降横移式立体停车库简述4
2.2升降横移式立体停车库的运动规律4
3升降横移式立体车库的控制系统5
3.1立体停车库的控制原理及控制系统组成5
3.2立体停车库的控制形式的选择5
3.3立体停车库控制系统运动结构的分析6
3.4立体停车库控制系统硬件设计及确定9
4升降横移式立体车库PLC控制的程序设计11
4.1车库控制系统软件设计11
4.1.1控制程序流程图11
4.1.2PLC设计要求14
4.1.3PLC输入输出点分配14
4.1.4PLC外部端口连接图17
4.2PLC梯形图设计18
5用MCGS设计监控界面28
5.1MCGS与外部PLC之间的联接28
5.2建立工程并设计其画面流程28
结论33
致谢34
参考文献35
附录36
1绪论
1.1课题的背景及意义
自从改革开放之后,汽车业得到了迅速的发展,汽车增多的同时,也带来了一系列的社会问题。
城市中,交通拥挤已经成为各地政府关心的社会问题。
城区内交通及车辆的停放管理越来越难,特别是在城区的高级酒店、宾馆、大型百货商场那些车辆密集区,受到原有占地面积影响而不能增加停车位,停放困难以及交通阻塞已成为一大难题。
据统计:
在北京,每天都有50多万辆汽车停在马路的两边;而在上海,每天也有80万多辆汽车无处停放,这些问题都将会阻碍汽车工业的迅速发展。
立体车库跟传统的地下车库相较而言,在很多方面显示出它的优越性。
首先,该车库具有非常突出的节地优势。
以前的那些地下车库,需要留出充足的行车通道,每辆车大概要占据40平方米左右的面积,如果采用双层立体车库,可使地面的使用率提高将近90%。
如采用地上多层立体车库的话,50平方米的土地面积上便可以存放至少40辆车。
这样可节省我们有限的土地资源,并且节省了土建开发的成本。
其次,立体车库与地下车库相比较而言更加有效地保证人身和车辆的安全。
人在车库中或者车不能停放的位置,用电子控制的整个设备便不会运行。
立体停车设备可用很小的面积停放较多数量的车,免去了坡道式停车库的坡道设计等问题。
将停车库设计中的建筑空间类问题转换为机械方式的研究,并且采用新技术解决停车问题。
采用计算机控制,车库区无人进入,将有效地防止盗窃和损坏。
只是因为机械式停车设备的占地节省,停车灵活,既可以大面积的使用,也能见小面积的设置,还能跟地面停车场,地下停车库组合实施的优点,已经成为解决城市停车难最有效的手段之一,是停车产业发展的必经之路。
而从某种意义上来说,立体停车库在管理上已经彻底做到了人车分流。
大城市地价的不断上涨,使固定停车场成本不断增加,而汽车增长的速度,却远远的超过停车场的新建。
所以占地面积小并且停车数量大的立体停车库受到了许多大城市的热爱。
1.2立体车库类型
立体停车库是集机电为一体的大型科技综合产品,机械的那部分类似于人的身体,而电器的那部分类似于人的神经。
机电相合一,让立体停车库成为了现代科技的复杂产品。
现在市场上常见的立体停车库有:
升降横移类停车库,垂直循环类停车库,多层循环类停车库,水平循环类停车库和平面移动类停车库等五种立体停车库,其中升降横移类立体停车库以其操作简单,成本低廉,可靠放心等优点,在国内市场占据较大的市场份额。
(1)升降横移类(代号:
SH)
用载车板升降横移来存取车辆的立体停车库叫做升降横移类停车库。
其工作原理为:
一层车位只作横移,中间车位既可横移又能升降,上层车位只能升降,这类车库是通过各层车位的移动从而实现车辆的存取。
(2)垂直循环类(代号:
CH)
通过在垂直方向作循环运动的车库系统来存取车辆的立体车库叫做垂直循环类停车库。
该车库的工作原理是:
在牵引装置的—链条上,相隔一段距离装一个存车的托架,启动电机之后,存车托架跟随链条做循环运动,来存取车辆。
(4)多层循环类(代号:
DX)
通过载车板作上下循环运动,从而可以达到车辆多层存放的停车目的,节约了占地面积的同时还使存取车辆的自动化程度提高了。
(5)平面移动类(代号:
PY)
该车库的原理是:
在同一层上让载板平面平移从而来实现存取车辆,或者将搬运台车跟升降机相配合使用从而实现多层平面的移动,来实现存取停放车辆的目的。
1.3本课题的主要任务和解决方法
(1)控制系统总体设计
立体停车设备有各种各样的形式,升降横移式立体停车库是中小型立体车库中典型的集机电于一体的产品,因为占地面积很小,型号又比较多,而且规模既可大又可小,对于场地的适应性极强,这类车库在国内的应用已经非常广泛,是很多单位建造车库的理想选择。
本文中就两层的升降横移式立体停车库的控制系统的设计做详细讨论以及研究。
整个控制系统将由PLC,组态监控部分,电机传动装置,检测装置,手动控制部分,支架模型组成,用开关来控制设备的手动,自动运行和正常停止。
(2)用组态软件设计控制界面
本系统用MCGS组态软件来设计监控界面,用数据通信手段,实时接收和处理PLC从现场采集的各状态以及报警信号,并利用这些信号来驱动PC机控制界面中各种图形,从而实时显示现场的各种状况,在操作员跟停车库之间构造出直观的界面,操作运行和故障时候及时给出提示及报警。
(3)PLC电路的设计
PLC是一种在PC机上开发结构的控制系统,它具有在功能,可靠性,速度,故障查找等方面的特点,用软件技术可将标准的工业PC转换为全功能的PLC过程控制器。
软件PLC综合了计算机跟PLC的开关量控制,数值处理,数学运算,网络通信,模拟量控制,PID调节等功能,通过一个多任务的控制内核,快速而准确的扫描周期,可靠的操作,提供强大的指令集和可连接各种I/0系统的跟网络的开放式结构。
根据设计的输入和输出点数选择适合的PLC型号。
(4)PLC梯形图的程序设计
用STEP7Micro/win编写梯形图,PLC用于可编程控制器的编程软件,可在WindowSXP及win7系统下运行,在STEP7Micro/win软件中,你可通过线路符号,助记符来创建顺控指令程序,建立注释数据及设置寄存器数据,并可将其存储为文件。
(5)其他标准件的选型设计
结构设计在整个车库中占着非常重要的比重,主体框架结构,载车板部分和传动系统是立体停车库的主要组成部分。
2升降横移式立体车库
2.1升降横移式立体停车库简述
升降横移式立体停车库因为适应性强而很受欢迎,这类车库每个车位都有载车板,通过电机升降和横移所需存取车辆载板到达地面层,完成存取过程。
停放在下层车库内的车只作横移而不必升降,上层车位需通过中间层横移出空位,将载车板升下降到地面层,司机才能进车库内停放所需车辆,升降由一台电机驱动,通过钢锁拖动搬运器来垂直升降,横向移动通过导轨,也是利用一台电机便能实现车位的移动,该车库的主要优点在于同一层的车位独立移动,可作自由动作,并且动作时间短,缩短了存取车的时间。
2.2升降横移式立体停车库的运动规律
图2-2是全地上布置型式的2×3升降横移式立体停车库,总共有6个车位,有5个托盘,最多可停放5辆车,其中n号托盘上是n号车。
车是如此运动的:
图中的1,2号车可以直接存取车;而3,4号车是通过1,2号车横移出空位后下降到地面层后存取车,之后再返回顶层,1,2号车归位;5号车则可以直接下降进行存取车,执行完后再返回顶层。
例如如果先要取3号车,首先必须将1,2号车位横移,然后3号车位下降,最后取出。
该类立体车库结构特点是:
底层只进行平移运动,顶层只进行升降运动。
如果底层车位要存取车时,那么无需移动托盘就能直接进出车;顶层进出车时,底层需要进行相应的平移处理,直到下方为空位才能进行下降和进出车动作,进出车后托盘再上升到原来位置,原底层的车归位。
其运动总原则是:
升降复位,之后平移复位。
③
④
⑤
①
②
图2-2升降横移式立体停车库运动规律
3升降横移式立体车库的控制系统
3.1立体停车库的控制原理及控制系统组成
升降横移式立体停车库是一种非常典型的集机电于一体化的大型科技产品。
其中,电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。
升降横移式立体停车库的控制系统在整个车库系统中占着非常重要的比重,是车库控制系统的核心。
它指挥车库的整个运作过程,并对车库系统的状态过程进行实时监控。
图3-1车库系统控制原理框图
该立体停车库的整个系统的控制原理:
操作人员可以通过控制系统信息的交流平台将操作信息传送到车库的控制系统,经过系统处理,通过辅助设备驱动执行机构处理有效的控制信息,来实现车库运行。
车库系统控制原理框图,如图3-1所示。
本文中车库的控制系统主要有这几部分组成:
控制核心单元、接口、驱动单元和界面。
控制核心单元是整个车库控制系统的大脑,控制形式的不同控制核心单元也不同,可以是继电器组成的逻辑电路,也可以是可编程控制器PLC(ProgrammableLogicController)或单片机系统。
可编程控制器是现有车库控制系统的首选。
接口在车库的控制系统中是不可缺少的。
它在驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间起着连接点的作用。
在整个车库控制系统中,驱动单元的选择比较单一,只有一个专用减速机用来减速。
由此可见,整个车库的智能控制系统的运动是靠驱动元件来驱动运行的。
界面起着操作人员与车库控制核心单元之间交流信息的作用。
操作人员可以通过界面向车库系统发送动作意图,车库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。
3.2立体停车库的控制形式的选择
在众多车库的控制系统中最常见的三种控制形式分别为:
继电器逻辑电路控制,单片机控制和可编程控制器控制。
现在对这三种控制形式优缺点分别作下简单的分析。
继电器逻辑电路控制:
它主要利用多个主交流接触器、中间接触器和过载热继电器等电器元件经过合理的联接,构成简单控制功能的逻辑电路。
较多的运用于小型低成本的升降横移式立体停车库。
优点:
控制元件较少,专用性较强,利用继电器控制,其电路也比较简单,电路搭载用时少,成本低,适合家用升降横移式立体停车库。
缺点:
智能模块化控制难以实现,不适合在大规模立体停车库中应用,元器件比较容易损坏,车库运行不可靠,随着驱动部件的不断增加,其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。
对于大中型的升降横移式立体停车库,其控制形式就不太适合运用继电器的控制形式。
单片机控制:
单片机控制在机电设备中是比较常见的一种控制形式,因为它的控制功能强、成本低、功耗小和使用方便,可以直接安装到仪器设备上。
虽然在理论上可应用在立体停车库系统中,但实际应用于立体停车库的控制系统中的时候,单片微机控制得不到广泛的推广应用,其主要原因有以下几点:
1.单片微机控制时,系统在调时候试耗较多,开发周期也比较长;
2.单片微机对现场工作环境要求较高,抗干扰能力不强;
3.单片微机自身因为是弱电驱动,但停车库系统的执行部件是电机,属强电系统,这就需要用弱电来驱动强电,因为驱动环节的增加,系统的可靠性也就大大的下降了;
4.单片微机控制系统,它的控制程序基本上都是汇编语言,虽然功能比较强大,可是程序编制工作量比较大。
可编程控制器(ProgrammableLogicController):
可编程控制器控制,特别是在智能化要求程度高、大容量、多车位的现代化升降横移式立体停车库中应用较广。
可编程控制器跟继电器跟单片微机相比有着许多优点:
1.通用、灵活
2.抗干扰能力、强可靠性高
3.使用方便、编程简单
4.功能强
5.接线简单
6.体积小、重量轻易于实现机电一体化
但是,可编程控制器控制也有其不足之处,在性价比方面普遍的高于继电器控制和单片微机控制;它的开发潜力也比单片机来的差,单片机功能灵活多样,不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用的。
通过对三种控制形式的分析比较以及在实际中的应用程度,立体停车库的发展中可编程控制器发挥着越来越重要的作用。
本文中的立体车库系统就采用可编程控制器控制形式。
3.3立体停车库控制系统运动结构的分析
升降横移式立体停车库中控制系统必须使车库的各运动机构能够在规定的时间内准确无误完成所要求的动作,确保对车库现场的工作状况进行实时监控,并将监控信息反馈到系统的控制核心,让它对系统机构的运作进行修正,保证整个车库系统在稳定状态下进行工作。
本文以2*3升降横移式立体车库控制系统为例,进行以下分析。
如下图(3-2,3-3,3-4)所示,如果需要要取二号车,那么首先应该检测它的下方是否有空位,图中二号车位下方的五号车位有车,所以先要将五号车位向左横移四号车位再下降,执行取车动作之后二号车位再上移,最后五号车位归位,。
①
②
③
④
⑤
图3-2车库控制系统运动结构分析图
①
②
③
④
⑤
图3-3车库控制系统运动结构分析图
①
②
③
④
⑤
图3-4车库控制系统运动结构分析图
如果要向三号车位存车,那么需要先将三号车位下移,存车完毕后三号车位再上移,如下图(3-5,3-6)所示:
①
②
③
④
⑤
图3-5车库控制系统运动结构分析图
①
②
③
④
⑤
图3-6车库控制系统运动结构分析图
根据以上的运动规律,容易发现,存取车过程中,涉及到三个方面:
1、如果要让出空位,必须将托盘横移;
2、如果要存取车,必须将托盘的升降;
3、先将托盘左右横移至所需停车位和然后再下降到准确的位置。
可以看出,控制系统的任务主要是进行横移、升降和定位的控制。
在该立体停车库中,每个车位都有一组独立的横移,一组独立的升降系统,分别由一个专用横移减速小电机,一个专用升降大电机组成。
安装在横移导轨位置的行程开关来完成车库横移的定位,通过安装在地面和车位架位置的行程开关来完成车位升降定位。
分别控制横移电机和控制升降电机可看作是控制系统的输出量或者开关量输出,行程开关则可以看作是控制系统的信号输入或者开关量输入。
3.4立体停车库控制系统硬件设计及确定
系统主要由:
PLC、电气传动部分、手动控制部分、检测部分、组态监控部分、支架模型系统图如图3-7所示。
图3-7立体停车库硬件图
3.4.1PLC核心控制部分
(1)PLC的选择
常见的PLC有德国西门子PLC和日本三菱PLC。
三菱PLC拥有便宜适用面广,结构灵活,带宽稳定,范围广,低成本,传输质量高,速度快等特点,但是目前用的很少,兼容性比较差。
西门子PLC比较贵但是用的较多,操作方便,资料易找,可靠性相当好。
西门子是真正的PLC,存储区每位都是周期扫描。
因为西门子PLC应用的比较多,和其他设备如软件组态监控,触摸屏等也比较好兼容,为以后改造提供了可能。
SIMATICS7-200,PLC是超小型化的PLC,它适用于各行各业,各种场合中的自动检测、监制等。
S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行,还是连接网络都能实现复杂的控制功能。
新一代的CPU模块按照I/O点数不同,以及效能的不同而分为五种不同结构配置的品种,即CPU221,CPU222,CPU224,CPU224XP,CPU226,其中CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点,有7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O点,在2*3立体停车库的设计中,有47个输入点,23个输出点,所以用CPU226外加2个扩展模块分别是EM221,其类型为16点24VDC输入;EM223,其类型为16点24VDC输入/16点24VDC输出。
结合上面分析的输入、输出点的数量可知,选择西门S7-200CPU226模块。
该CPU是S7-200系列中资源最多的,具有24个输入和16个输出,通过扩展I/O口可以满足设计的要求。
(2)光电传感器的选择
升降横移式立体停车库控制系统中主要通过光电开关来检测车库中有没有车辆和检测车辆在车库中是否停靠到位。
光电开关是由受光器,投光器和电源所组成的。
光敏元件用于受光器,发光二级管常用于投光器。
它的工作原理是使投光器和受光器相对,如果被测物体挡住投光器射出光线时,受光器就得到控制信号。
一般在停车库控制系统中所应用的光电开关均有这两种形式。
(3)驱动电机
升降电机部分:
在主接触器后分别导出两路电路,接到升降电机组和横移电机组中,控制系统通过控制电动机的正转反转来实现车板的升降。
每个接触器后都接一个热继电器FR2,其作用是用来保护电机。
分别与3个电机相接的接触器,用于对各个电路的控制,即控制电机是否转动。
横移电机部分:
跟升降电机部分相似,在主接触器后并接KM1和KM2两个接触器来控制车般的左右横移。
在每个接触器后都有1个热继电器FR1保护电机。
和2个电机分别相连的接触器,用来控制各个电路的通断。
4升降横移式立体车库PLC控制的程序设计
4.1车库控制系统软件设计
本立体车库控有手动和自动两种控制方法。
手动是指在现场手动控制每个载车板:
自动控制是在操作面板上由PLC自动逻辑控制。
本系统中主要用PLC来检测各载车板的位置及其运行状态并控制电机的启动和停止。
分别利用光电开关和行程开关来检测载车板的位置,用接触器和继电器来控制电机的启动和停止。
如果要存取车辆时,首先PLC根据控制面板上输入的指令,判断各个检测元件的状态,然后将读取车库机械装置部分的信息反馈到电机,让载车板实现升降或横移。
整个过程中,通过光电检测、限位开关和过载保护等装置,来确保整个系统的平稳安全的运行。
PLC控制程序采用梯行图编写。
整个程序包括各个车位的停车位安排程序,存取车程序,手动存取车程序等几个模块。
存车时,入车口处安装有信号灯,显示车位有无情况,红灯表示车位已满,绿灯表示还有空车位,从而节省时间。
当有车进入停车场先经过入车口处只对汽车起作用的红外感应装置,其向PLC输入停车信号,系统开始为司机安排停车位。
离此处前2米出设计一个道闸,停车位没安排好前,道闸不打开。
安排好车位后车辆才可以进入。
停车时为了避免二层车因停放位置不当而造成在升降的过程不必要的事故发生,在底层左边立柱上各安放一对红绿警示灯(用于底层及二层车辆,绿灯表示停放到位,红灯表示停放不到位)。
工作过程:
车辆开上停车板,指示灯开始工作引导司机正确停车。
当指示灯为绿色时司机可从车上下来离开停车位。
其中灯的点亮由安装在停车板前后两端的红外感应装置来给PLC发出输入信号。
4.1.1控制程序流程图
以图3-3-1为例,将一号车存入,画出流程图
图4-1-1将车存于1号车位的流程图
以图3-3-1为例,将一号车取出,画出流程图
图4-1-2将1号车位上的车取出的流程图
分析说明:
存车时,车辆进入车库时操作人员按下存车键1,先确定4号车板上是否有车辆。
如果4号车板上停有车辆,那么系统会自动将4号载车板横移至5号车位,4号载车板碰到限位开关时停止运动,1号停车板下降。
将车辆开进1号载车板,当光电开关检测到车辆停放后,1号载车板会自动上升,上升到位后,4号载车板从5号车位回到4号车位,完成停车过程;若关电检测开关检测到4号车位没有车辆时,1号载车板直接下降,车辆停放在1号载车板上,光电开关检测到停放好后,1号载车板直接上升。
完成停车过程。
取车时要移
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 立体车库 控制系统