立体车库PLC控制系统.docx
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立体车库PLC控制系统
常州信息职业技术学院
学生毕业设计(论文)报告
系别:
电子与电气工程学院
专业:
电气自动化
班号:
电气111
*******
学生学号:
**********
设计(论文)题目:
立体车库PLC控制系统
*******
设计地点:
常州信息职业技术学院
起迄日期:
2013.09~2014.06
毕业设计(论文)任务书
专业电气自动化班级电气111姓名王方
一、课题名称:
立体车库的PLC控制系统
二、主要技术指标(或基本要求):
整个车库设计有一台PLC对车库进行统一的管理和监控,通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。
各车位内车辆的调入调出由plc根据当前各车位的车辆存放情况,按照相应的调度策略调度车辆进出。
三、主要工作内容:
1、立体车库的概述2、升降横移式立体停车库3、升降横移式立体停车库的控制系统4升降横移式立体停车库PLC控制的控制程序5、基于MCGS对车库控制系统的应用研究
四、主要参考文献:
1、张文明刘志军曹丽霞,《组态软件控制技术》,2、清华大学出版社北京大学出版社2006.8贾贵礼昊尚庆,《组态软件控制技术》,3、北京理工大学出版社,4、2007.8张光明李果朱炜,《PLC控制技术》,国防出版社,4、2007.3张春雷尚江卫游国祖,《电机选用安装与故障检修》,中国电力出版社
学生(签名)年月日
指导教师(签名)年月日
教研室主任(签名)年月日
系主任(签名)年月日
毕业设计(论文)开题报告
设计(论文)题目
立体车库的PLC控制系统
一、选题的背景和意义:
随着我国经济持续快速的发展,大中型城市建设的不断加强,城市交通拥堵和停车成了影响城市发展的重要因素,路边停车和传统的自走式停车库已经不能适应城市发展的要求,再加上我国汽车保有量的不断增加,机械式立体车库成为解决这一问题的必然途径。
机械式立体停车库在我国出现和使用虽然只有短短十几年,但发展迅速,方兴未艾,成效显著。
不仅能够生产造价低廉,原理简单,使用方便的立体车库,而且也向高技术集成的高端立体车库产品发展,本文是研究的立体车库是类似于巷道堆垛式的较高端的立体车库,希望能在立体车库技术的某些方面做一些探索。
二、课题研究的主要内容:
1升降横移式立体停车设备的总体结构的研究
综合考虑各方面因素,在参照和对比国内外同类停车设备的基础上,完成了本车库的总体结构的设计。
2车库存取结构的研究
选取链传动横移机构作为本车库的车辆存取机构,根据国家标准中的规定,设计了车库停车位、载车板的具体结构。
然后由此为尺寸参考,完成了链传动横移存取机构的详细设计。
3车库升降系统的研究
采取曳引式升降驱动形式作为升降系统的提升形式,对曳引能力进行了验算,选用变频变压调速电机作为提升系统的电机,并完成了升降系统的安全机构的研究和设计。
4立体车库总体钢结构骨架的研究与设计
通过对比,设计了立体车库的钢结构骨架,对钢结构骨架进行了各种工况的受力分析和变形分析,找出了钢结构骨架的最大应力作用单元和最大变形单元。
验证设计钢结构满足刚度和强度要求。
在此基础上,建立钢结构骨架优化设计模型,对钢结构骨架进行优化设计,进一步降低材料的消耗,提高车库的经济性。
三、主要研究(设计)方法论述:
为了用户直观方便的使用,需要给予人机界面,采用如下所述的控制结构。
在整个控制系统中,总共有四大部分组成,分别是:
PLC控制器、工控组态软件、传感器器、模拟仿真。
下面分别介绍各个组件的功能。
1.PLC控制器:
系统的控制核心。
采集、传感器、车库位置等有关的各类对象信息。
PLC经过对输入信号的处理,综合所获得的信息,反馈控制监控对象,将信息送入上一级监控器。
同时接受上位机的控制指令,输出控制信号,完成对监控对象的实际控制。
2.工控组态软件:
建立画面,实现模拟画面,进行监控
3.传感器器:
在工作过程中,检测、监测各种信息和各种物理量的方法和手段,通过实验可对各种不同的信息进行处理
4、模拟仿真:
模拟实物进行仿真测试
四、设计(论文)进度安排:
时间(迄止日期)
工作内容
2013/9/23-2013/9/28
设计选题
2013/9/30-2013/10/2
完成任务书
2013/10/5-2013/10/8
查阅相关资料
2013/10/9-2013/10/12
确定毕业设计大体内容
2013/10/13-2013/10/15
完成开题报告
2013/10/16-2013/10/29
完成初稿
五、指导教师意见:
指导教师签名:
年月日
六、系部意见:
系主任签名:
年月日
答谢辞
摘要
随着我国经济的飞速发展,城市人口日益增多,特别是随着改革开放以来,我国进入了汽车拥有率迅速上升时候。
以往那种单层平面停车场也越来越不能满足市场的需求。
对多停车位、少占空间、使用操作简单、安全可靠的“立体停车库”的建设,是解决目前寸土寸金的大都市内停车难的有效办法。
立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库,通过可编程控制器(ProgrammingLogicController,简称PLC)控制车位空间位置的变动,使车位能够实现空间到平面的转化,实现多重单层平面停车的功能。
升降横移式立体车库利用托盘移位产生垂直通道,实现多层车位的升降来存取车辆。
本文主要通过对升降横移式立体车库原理的研究,探讨了应用可编程控制器PLC实现车库的控制系统,介绍了3×6立体车库模型实现情况。
控制系统的监控采用基于WINDOWS平台的工控组态软件MCGS,通过对组态软件数据库的构建、动画的连接及控制流程编制、调试,实现了立体车库的监控系统,最后探讨了利用MCGS实现远程控制的网络功能。
本文的研究对PLC在计算机自动化控制系统中的应用,以及利用MCGS实现工业工程实时监控,提高工业的自动化水平,都具有很重要的实践意义。
关键词:
立体车库、可编程控制器PLC、MCGS工控软件组态、模拟仿真
Abstract
Alongwiththeourcountryeconomyrapiddevelopment,theurbanpopulationincreasesdaybyday,speciallysincealongwiththeReformandopenpolicy,theautomobiletotalquantityismoreandmore.FormerlythatkindofSingle-Layerplaneparkinglotcouldnotsatisfythedemandofthemarket.Tothemulti-parkingspots,littleoccupiesofthespace,theuseoperationissimple."Three-DimensionalGarage",whichistheeffectivesolutionofstopsdifficultinthepresentbigcity.
TheThree-DimensionalGarage,whichtakesthesingle-layerplaneparkinglotasthecore,isthemulti-dimensionalspaceparkinggarage.Itusestheprogrammablecontroller(ProgrammingLogicController,alsocalledPLC)torealizemultiplemonolayerplanestopsbycontrollingtheberthspacepositionthechange.Vertical-horizontalmovingundergroundcarparks,whichrealizemultilayerberthfluctuationdepositsandwithdrawsthevehiclesbyshiftingthetraytoproducetheverticalchannel.
ThearticleresearchesthetheoryoftheThree-DimensionalGarage,ithasdiscussedusingProgrammable-ControllerPLCtorealizethegaragecontrolsystem,andintroducetherealizationsituationof3×6three-dimensionalgarage.ThesystemsimulationusescontrolsconfigurationsoftwareMCGS,whichisbasedontheWINDOWSplatform.Throughestablishingthedatabaseofconfigurationsoftwareconstructs,connectingtheanimation,preparingthecontrolflowanddebuggingtheprocedures,ithasrealizedthethree-dimensionalgaragemonitoringsystem.
ThearticleresearchhasthecertainpracticesignificanceintheareaofapplyingthePLCinthecomputercontrolsystemaswellasusingMCGStoachievereal-timemonitoringofindustrialprojects,whichraisesthelevelofindustrialautomation.
Keyword:
Three-DimensionalGarage,ProgrammableController,MonitorandControlGeneratedSystem(MCGS),Simulation
Keywords:
PLC;configuration;monitoring
第1章前言
1.1立体车库的概述
机械式立体车库就是以立体化的方式用机构来存取、停放车辆的整个停车设施,即用机械设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位取出的方式。
机械式立体停车库是近几十年顺应市场经济发展,在市场需求的迫切影响下应运而生的一种新型停车系统,与传统的自走式停车库不同,在用地紧张,车多位少的状况下,将车辆多层存放,其最大的优点是能够大量节省有限的地表面积,将停车位向空间和地下发展,采用光机电方式存取汽车,自动化程度较高,代表了停车场的发展方向。
1.2立体车库的特点
机械式立体车库种类较多,运行原理和结构组成各有特点,目前我国把机械式停车设备共分为九大类,代码4D10---4D90,即:
升降横移类(psh),垂直循环类(pcs)、多层循环类(pds)、平面移动类(ppy)、巷道堆垛类(pxd)、水平循环类(psx)、垂直升降类(pcs)、简易升降类(pjs)、汽车专用升降机类(pqs)。
上述各种类型的停车设备,采用不同的工作原理和技术,适用于不同的场地条件,各有其特点和优势。
(1)升降横移类采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫升降横移机械式车库。
升降横移式立体车库采用模块化设计,车位数从几个到上百个均可采用,能利用多种场地条件,运用多种组合方式,有效利用场地现有空间,也能广泛使用于地下停车场及地面停车场的改造,主要应用在住宅社区的公用停车场、机关单位、商用写字楼、宾馆饭店的地上、地下停车场,如图1-1所示。
图1-1升降横移类立体车库图1-2垂直循环类立体车库
(2)垂直循环类采用垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆的停车设备直循环类立体车库。
这种停车库设备动力单一、控制简单、占地面积小,适散地块,小规模停车场,也可用于机关单位及车辆不多、停车区域小又分散车场,如图1-2所示。
(3)水平循环类采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆的机械式设备的存车库叫做水平循环类立体车库,如图1-3所示。
图1-3水平循环类立体车库图1-4多层循环类立体车库
(4)多层循环类多层循图环式机械立体车库是通过使载车板作上下循环运动,来实现车辆多层循环式停车的,从而实现减少占地面积,提高存取车自动化程度的机械式立体车库。
多层循环式立体车库最适宜建造于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所,如建筑的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面,如图1-4所示。
(5)平面移动类采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆,或使载车板平面横移实现存取停放车辆,亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类立体车库,如图1-5所示。
(6)巷道堆垛类巷道堆垛机械式停车库采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位,并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。
这种停车库的设备是20世纪60年代后欧洲根据自动化立体仓库原理设计的一种专门用于停放小型汽车的立体停车库。
该种立体车库的设备采用先进的计算机控制,是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停车库,它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题:
全封闭车库,存车安全等特点。
巷道堆垛机械式立体车库主要适用于需要大型密集式存车的地方,如图1-6所示。
图1-5平面移动类立体车库图1-6巷道堆垛类立体车库
(7)垂直升降类垂直升降类汽车停车库亦称为塔式机械立体停车库,它是通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移,实现存取车辆的机械式停车设备。
它又称为塔式立体停车库或电梯式立体停车库。
垂直升降类停车库在我国发展比较快,特别是一些电梯企业因这类设备的升降机构部件与电梯类似,而对其进行了大量的研发上作,并大量生产,如图1-7所示。
图1-7垂直升降类立体车库图1-8简易类立体车库
(8)
简易升降类将停车位分成上、下二层或二层以上,借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机械式停车设备。
简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式,即人离开后移动汽车的方式,如上图1-8所示。
图1-9汽车专用升降机
(9)汽车专用升降机汽车专用升降机是专门用于处于不同平面汽车搬运的升降机,它只起搬运作用,无自接存取的作用。
当前,由于土地资源的稀缺,建设立体车库时,往往会遇到土地狭小而无法采用建设自走式坡道车库的情况,这个时候,就可以采取利用汽车升降机的办法,将汽车自接升降,替代汽车进入车库的斜坡道,大大节省了空间,提高了车库的利用效率。
汽车升降机适用于小区、医院、酒店、写字楼、空港等多层车库,替代汽车自走坡道,节省了大量的土地,如上图1-9所示。
1.3立体车库未来发展前景
从1999年开始,国内城市的汽车保有量开始大幅增加,再加上国内房地产开发不断的升温,城市停车难的问题日益突出。
在此情况下,我国的机械式停车设备行业行到了一个高速发展的机遇,行业年销售机械车位数由1000多个,迅速增加到50000多个;生产企业也由最初的3-4家猛增到100多家,据统计截止到2004年底,已获得国家质量监督局颁发的生产许可证的主机生产厂为52家。
市场的需求,推动了行业的发展,同时也促进了产品技术的更新。
我国机械停车设备从最初简单的两层升降横移式,发展到现在技术含量最大的平面移动类,已拥有了九大类多种规格的停车设备。
机械停车设备是一种机电一体化的产品,根据其使用的场合和数量,分为多种形式,每一种设备其结构不同,动作过程不同,它的控制复杂程度也不同,技术含量也不同。
我国机械停车设备技术发展经过了三个阶段,第一个阶段为自主开发阶段,此阶段为行业发展初期,市场较小,主要靠生产企业根据客户要求,自行开发设计,因此种类较少,技术单一;第二阶段是技术引进阶段,当停车设备市场的需求加大时,国内外许多企业都开始看好这个行业,为了弥补各自的不足,开始寻求合作,于是国内出现了许多合资企业,或一些有实力的企业引进国外的技术,利用国外的成熟技术、国内的廉价的生产成本,加入到行业的竞争中;第三阶段就是消化与创新阶段,从2003年开始,市场竞争加剧,各企业为加强自身的竞争力,开始在降低产品成本,提高产品技术水平方面下功夫,对引进的技术,进行充分的消化与分析,并根据国内的实际使用情况进行改造与创新,走上自主开发的道路。
我国机械停车设备经过了十多年的研制、开发与使用,现有产品可以说已基本上能够满足国内的需求,而且产品的质量也有很大的提高尤其是变频调速、激光测距、PLC、IC卡触摸屏等新兴智能控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用,大大提高了产品的高技术含量和现代化水平。
未来机械式停车设备与技术的展望随着社会的发展,人们对城市的交通状况越来越重视。
面对各大中城市日益增加的汽车,在解决动态交通问题的同时,也要加强对静态交通的管理。
据有关部门统计,2004年,我国城市汽车保有量已突破1000万辆,到2010年将达到2000万辆。
就北京市而言,汽车的保有量已超过了230万辆。
数量如此众多的汽车停放,将对城市的交通和环境起着重大的影响。
而停车难问题的出现,也给我们机械停车设备行业带来了巨大的市场,我国的机械停车设备行业也将从快速发展阶段进入稳定发展阶段。
未来市场是巨大的,但对产品的需求,将会向两个极端发展:
一个极端就是价格的极端,市场大量需要低价格的机械停车设备,它只要能够达到增加停车位的目的,能够保证最基本的使用性能,以价格优势占领市场,这一部分的市场份额预计将达到70%-80%;另一个极端就是技术与性能的极端,要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。
机械式立体停车库在我国出现和使用虽然只有短短十几年,但发展迅速,方兴未艾,成效显著。
不仅能够生产造价低廉,原理简单,使用方便的立体车库,而且也向高技术集成的高端立体车库产品发展,本文是研究的立体车库是类似于平面横移式的较高端的立体车库,希望能在立体车库技术的某些方面做一些探索。
第2章升降横移式立体停车库
2.1概述
升降横移式立体停车库由于适应性强而备受青睐,该类车库每个车位均有载车板(即托盘),所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层,驾驶员进入车库,存取车辆,完成存取过程。
停泊在这类车库内地面的车只作横移,不必升降,上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位,将载车板升或降到地面层,驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开出车库,升降由一台电机驱动,通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降,横向移动借助导轨,也是利用一台电机便可实现车位的移动,它的主要优点在于同一层的车位移动独立,可以自由动作,并且动作时间短,缩短了存取车的时间。
车库可设在地上,也可设在地下,或一半设在地下一半设在地上。
其钢结构框架按一定规格的分格单元进行组合,可纵向延伸、分段集中控制,也可横向并列,分排单独控制。
车库组合布置的不同形式可适应不同场地条件的需要,配置非常灵活。
2.2升降横移式立体停车库的主要组成部分
升降横移立体车库车位结构为N×M二维矩阵形式,可设计为多层、多列,车库提供的总车位容量为:
P=N×M一(N一1)
其中:
N为二维矩阵的行,即车库的层数
M为二维矩阵的列,即车库的列数
由于受收链装置及进出车时间的限制,一般为2-4层(国家规定最高为4层),以2,3层者居多,可根据泊车的多少决定停车库的规模。
假如要设计一座能提供16车位的三层升降横移式立体车库。
由公式可知,N=3,P=16则M=6,即设计3×6立体车库完全可满足要求。
本论文就以3×6地面上布置的升降横移立体车库为例,介绍其运行原理。
2.3升降横移式立体停车库的结构及运动规律
图2-1是全地上布置型式的3×6升降横移式立体停车库,共18个车位,16个托盘,最多停16辆车,n号托盘上为n号车。
车在库内运行的情况是这样的:
图中1、2、3、4、5号车直接存取车;16号车下降到地面层后存取车;6、7、8、9、10号车需通过1、2、3、4、5号车横移出空位后下降到地面层存取车。
11、12、13、14、15、16号车位通过1、2、3、4、5号车位和6、7、8、9、10号车位的横移让出空位后,再下降到地面层存取车。
如需在13号车位存取车,则将8、9、10号车位和3、4、5号车位向右移动,13号车位下降即可,如需在6号车位存取车则1、2、3、4、5号车位向右横移,6号车位下降即可。
同样n层m排的存取车原理都是相同。
图2-1全地上布置型式的PSH16D/5K升降横移式立体停车库
我们发现地面上布置的升降横移立体车库结构特点为:
底层只能平移,顶层只能升降,中间层既可平移又可升降。
除顶层外,中间层和底层都必须预留一个空车位,供进出车升降之用。
当底层车位要存取车时,无需移动其它托盘就可直接进出车;中间层、顶层进出车时,先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进行相应的平移处理,直到下方为空才可进行下降和进出车动作,进出车后托盘再上升回到原位置。
其运动总原则是:
升降复位,平移不复位。
地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。
第3章升降横移式立体停车库的控制系统
3.1升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成
升降横移式立体停车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品,集机械、电子、信息技术于一体。
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是整个车库系统的重要组成部分,也是车库系统的核心。
执行机构是“四肢”,框架是“区体”,那么控制系统就是“大脑”。
它指挥着车库的每个运作过程,并对整个系统的状态过程进行监控。
图3-1车库系统控制原理框图
升降横移式立体停车库的系统控制原理:
操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统,经系统处理后,系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构,来完成车库现场的运作。
其系统控制原理框图,如图3-1所示。
广义上来说,车库的控制系统主要有以下几部分组成:
控制核心单元、接口、驱动单元和界面。
控制核心单元是整个控制系统的“脑件”,它可随着控制形式的不同而不同,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必不可少。
接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。
接口电路大致有三种:
开关量接口电路、数字量接口电
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