毕业论文-基于PLC控制的立体车库系统设计.doc

摘要SJ005-1 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于PLC控制的立体车库系统设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10 自 二 评阅教师： 职称： 2014 年 6 月 摘要摘要伴随着我国经济的快速发展，中国的汽车工业国际化程度日益提高，人民的汽车拥有率也逐步上升。目前，解决停车难这一问题显得十分迫切。此时，一种多停车位、少利用空间、使用方便、操作简单的“立体车库”孕育而生。立体车库是一种基于单层平面停车场、多平面的空间停车车库，通过可编程控制器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。在分析了国内外现有立体车库功能及特点的基础上，本文将介绍一种以PLC为核心的垂直升降式立体车库。首先对垂直升降式立体车库的硬件部分进行了设计与研究，并阐述了立体车库自动存取车辆的工作原理。其次，对立体车库软件部分，给出了PLC的I/O端口分配，程序流程图以及程序等。最后，通过MCGS组态软件，对立体车库的存取车界面进行了设计。关键词：垂直升降式立体车库；可编程控制器；工作原理；MCGS组态 AbstractWith the rapid development of China,the degree of auto industry internationalization is increasing day by day.Also,the cars ownership rates are gradually rising. At present, the problem of sovling the difficulty in parking is extremely urgent. At this point, a multi-parking space, less use of space, easy to use, simple operation of “stereo garage” is born. Stereo garage is a parking garage based on single plane parking lot, multiple planar space.It realizes the function of multiple single plane parking through the PLC to control the change of the parking spaces position and achieve space to plane transformation.Based on the analysis of the functions and characteristics of the existing stereo garage at home and abroad, this paper will introduce a kind of vertical lifting stereo garage with PLC as the core. Firstly，the hardware part of vertical lifting stereo garage is designed and researched.Then it will expound the working principle of stereo garages automatic access of vehicles. Secondly, for the software of the stereo garage，it will give I/O port assignments of PLC, the program flowchart and procedures etc. Finally, through the MCGS configuration software, it will design the interface of parking and lefting of vehicle of the stereo garage. Key words：Vertical lifting stereo garage; Programmable controller; The working principle; The MCGS configuration 目录目录第1章 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 国内外的发展动态11.3 课题设计的主要内容31.4 本章小结3第2章 立体车库方案选择42.1 立体车库类型比较42.2方案总结72.3本章小结7第3章 立体车库的硬件设计83.1立体车库的工作原理83.2立体车库执行机构83.2.1三相异步电动机的选型93.2.2变频器的选型103.3 PLC的概述113.4 PLC的选型及介绍123.4.1 PLC的I/O分配133.4.2 PLC的I/O接线图163.4.3 PLC的硬件接线图163.5立体车库保护机构163.5.1电磁抱闸制动163.5.2行程开关173.6传感器选择183.7本章小结19第4章 立体车库的软件设计204.1 PLC的主程序设计204.2 PLC的子程序设计214.2.1存取车流程设计224.2.2入库检测及限长保护流程设计244.2.3存取车程序设计244.2.4 PLC总梯形图274.3本章小结27第5章MCGS组态软件设计285.1 MCGS组态软件285.2车库监控界面设计295.2.1 设计动画界面295.2.2 设置动画属性305.2.3 动画连接及控制设计325.3本章小结33第6章仿真与调试346.1启动GX Simulator346.2软元件调试356.3本章小结36第7章总结37致谢38参考文献39附录 PLC的I/O接线图40附录 PLC的硬件接线图41附录 PLC总梯形图42第1章绪论第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义伴随着我国经济的快速发展，尤其是在21世纪初，中国正式加入WTO后，中国的汽车工业国际化程度日益提高。随后的几年，几乎所有海外知名汽车厂商都在中国入市，因此我国人民的汽车拥有率也逐步上升。2007年，中国汽车的产出和销售双双突破800万辆，并保持着每年近20%的增长速度。然而，众多困扰也随之而来。就停车位而言，现有的停车位已经远远不能满足有车一族的需求。据介绍，截止2013年6月底，整个北京市的机动车总量为531.2万辆，但停车位仅有276.3万个，几乎一半车辆没有停车位可以使用。就此现状，北京市交通部门相关负责人指出，上世纪90年代以前建成的旧小区、胡同平方等根本就没有考虑过机动车的停车位需求，即便是现在执行的三环内每10户3个车位、三环外每10户5个车位的居住区停车位提供标准，也远低于目前城六区每10户8辆车的拥有率，而且这一标准从1994年至今都没有调整过。与此同时，受土地资源有限、拆迁难度大、现有停车位改造成本高等众多因素影响，停车供需矛盾的缓解比较困难。因此，我们必须重视城市停车难的问题，积极探索解决的措施。解决城市停车难的问题，总体上可以分为软硬两种方法。所谓软方法，即相关部门通过政策的制定，限制私家车的购买，上路，提高停车场的利用率等，而硬方法，主要就包含增加停车场的建设，利用其他空间满足停车的需求。此时，一种多停车位、少利用空间、使用方便、操作简单的“立体车库”孕育而生。立体车库是一种基于单层平面停车场、多平面的空间停车车库，通过可编程控制器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。最近几年，机械式立体车得到了广泛的应用。2008年，国内进行安装的立体车库总计达到687个，比2007年的652个增加了35个，增长了5.37%，立体停车设备出口额增长仍达到了68.1%的增速。从我国机械式车库实际安装情况看，由于PSH（升降横移）类具有类型多、规模可大可小、场地适应性强、价格便宜等特点，决定了PSH类应用最为广泛，数量占绝大多数，今后相当一段时间内仍将是PSH的天下。而三类循环类车库数量很少，所占市场份额非常有限，PCX（垂直循环）和PSX（水平循环）两类在08年只销售了20个泊位，PDX（多层循环）只售出121个泊位。对于PJS（简易升降）、PPY（平面循环）、PXD（巷道堆垛）、PCS（垂直升降）这四种类型车库，PJS属于结构简单、操作方便、价格便宜，使用较多，PPY、PXD、PCS都属于自动化程度较高、全/半封闭式的大型立体车库，技术含量较高，价格也相对较高，多适用于停放车辆多且集中的地区。今后，在建设面向社会大众的大型公共停车场时，这些类型的立体车库可能将越来越多地被采用。1.2国内外的发展动态早在50多年前，立体车库就在国外有所发展。其中日本、美国、德国等发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国以及我国的港、澳、台地区的停车业也通过技术引进，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难问题。就日本而言，从1960年初就已经开始研究机械式的停车设备。目前在役的停车设备最多，已经投入使用的机械式立体停车位占总停车位的七成；80年代，日本已经开始向韩国、台湾等地区出口技术；90年代初，日本的汽车量总计达约6.2千万辆，机械式的停车设备充分得到发展，年均递增率增到百分之三十以上，品种也变得多样化。至今，已经研发生产出共计近百个类别。由于欧洲国家的土地资源比较富余，停车问题不是很突出，停车应用的设备不是很多，而且产品多数为巷道堆垛式和多层升降横移式。在德国，生产停车设备的厂家多达30家，其中，KLAUS和OTTO WOHR两家公司生产的设备占德国总产量的八成。与大陆应用的机械式车库相比，台湾使用的时间更早。在70年代初，70%的公共停车场还只是平面的停车场，机械式的还很少见。1980年，台湾引入了日本的技术，建成了首座垂直循环式的车库。1982年，生产了双层式车库。20世纪90年代初，由于汽车的大量进口，机械式车库制造业迅猛发展。就1992年这一年，制造车库的企业增加了65家，截止1996年，登记过的制造企业就达644家，机械式车库行业步入发展高峰。然而，从1997年起，台湾因房地产萧条，股市暴跌等元素，机械式车库行业开始走下坡路，经优胜劣汰后，行业逐步趋向稳定发转状态。从80年代中期开始，我国的机械式车库开始了早期研究开发工作，90年代引进和生产停车设备。目前我国的停车设备生产厂家已发展到几百家，停车设备种类丰富，有些已经开始出口。2003-2009年我国立体车库市场规模如图1.2所示。即便立体车库产业逐步发展，但仍然存在一些问题，例如没有统一的生产技术标准；大多数的产品都是引进或模仿国外的技术，技术研发水平低，缺少科研单位的共同参与，创新的能力十分不足；国家的政策也不配套，对停车设备产业的管理和发展严重滞后等。为了解决以上的问题，从市场角度看，需要我们寻求一种合理的经营管理模式，大力推动立体车库的普及；从技术角度看，需要我们进一步提高立体车库的适应性和可靠性。图1.2 2003-2009年中国立体车库产品供给情况1.3课题设计的主要内容本课题主要是设计一款以PLC为控制核心的5层20个车位的垂直升降式立体车库，配以完善的监控系统以及报警系统。课题设计内容：硬件部分： 依据国内市场中的立体车库，简要介绍立体车库的执行结构； 设计PLC控制系统的硬件连接方式； 电机、传感器的选用等。软件部分： 编写PLC控制系统的程序； 利用MCGS组态软件设计立体车库的管理系统。课题预期目标：当车主将车行驶到立体车库入口处，可按下存车按钮，选择车位编号，车辆自动停放。车主需要取车时，可通过出口处的控制面板，按下取车，选择自己停车的编号，车辆自动取回。停取车过程中，若出现故障，报警器将给予警示，提醒技术人员及时处理。1.4 本章小结本章主要介绍了课题研究的背景、意义以及立体车库在国内外发展的动态，并且依据指导老师所下发的任务书要求，明确了本次设计的主要内容。3常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第2章 立体车库方案选择2.1 立体车库类型比较目前市场上应用的立体车库总体上可分为四种，分别是升降横移式、堆垛类机械式、水平循环式、垂直升降式。就这四种立体车库，分别分析它们各自的特点。升降横移式的立体车库：升降横移式的立体车库，如图2.1.1所示，它是一种利用载车板的升降或横移来存取车辆的停车设备。因其型式多、规模可大可小、对地的适应性较强等特点，受到普遍使用。它包含了钢结构部分、运车板部分、链条传动系统、控制系统、安全防护措施等，在停车设备市场中，约占70%的份额。但是，每一组设备至少得留有一个空车位且链条传动系统不具备防止因倾斜而坠落的功能。 图2.1.1 升降横移式立体车库示意图堆垛类机械式的立体车库：该类型的立体车库利用桥式的起重机或者是巷道堆垛机，将驶入搬运设备的汽车水平或垂直的移动到相应的存车位，并采用存取机构来存取车辆。其框架如图2.1.2所示，为单侧巷道堆垛式立体车库。这种车库是一种集合了光、电以及自动控制的全自动化的立体停车设备。堆垛类机械式的立体车库解决了许多大型全自动化停车的难题。该类车库主要适用于大型密集式存车。然而设备结构复杂，设有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，相对比较故障率高。距离驱车口最远的车位取车消耗的时间较长，实用性较差。图2.1.2 单侧巷道堆垛式立体车库水平循环式的立体车库：此类车库的主体结构为一水平放置的链式输送机构，采用两层停车结构。如图2.1.3所示。车辆停放在链式传送带的托车板上，根据车辆的出入情况，所有的车辆按照一定的顺序循环移动。此类立体车库外形窄而长，通常适用于空间狭长的地段，有效地提高了土地利用率且整个车库只有水平循环动作，所以电气控制系统较为简单，易于维护。但是此类车库水平循环动作时容易磨损导轨，反而增加了维护所投入的成本，同时，受结构等因素限制，停车数量一般在十几辆左右。图2.1.3 水平循环式立体车库垂直升降式的立体车库：此类车库也可称作塔式立体设备，它是通过升降机和装在升降机上的横移机构来实现车辆或者托车板的横移动作，车库的示意图如图2.1.4所示。这种车库一般有几十米高，每层有两个或几个停车位。它要求升降速度快，结构刚度好，一般采用工业计算机或者高档可编程控制器构成其自动控制系统。虽然这种立体车库可存储的车较多，但对地基以及消防的要求比较高。 图2.1.4垂直升降式立体车库2.2方案总结经过2.1节对几种不同类型立体车库的分析与比较，垂直升降类车库具有占地面积小、平面和空间利用率高、技术性能好、噪声低，速度快，装置齐全可靠、进出入车方式自由、操作简单等优点且自动化程度较高，具安全有广阔的发展前景。因此，本次毕业设计采用垂直升降式立体车库设计方案，平面示意图如图2.2所示。 图2.2 垂直升降式立体车库平面示意图本次设计采用5层20个车位的车库规模，分为甲、乙、丙、丁四个区，由于基层设有出入口且设有旋转机构，所以，除基层不停放汽车外，其余5层，每层停放4辆，共计20个车位。2.3本章小结本章主要分析了目前市场上存在的几种类型的立体车库，并根据这几种立体车库的优缺点，最终确定了自己的方案。51常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第3章 立体车库的硬件设计3.1立体车库的工作原理垂直升降式立体车库系统主要由PLC控制模块、钢结构骨架、旋转机构、升降机构、横移机构、检测模块以及安全报警系统组成。垂直升降式立体车库的工作示意图如图3.1所示。图3.1立体车库的工作示意图存车时，用旋转机构调整汽车的方向，以便存入相应方向的停车位，同时也能有效地提高取车时的效率；然后用升降机构将车辆和载车板提升到指定的楼层，接着用安装在升降机构的横移机构将车辆和载车板存入车位。取车时，首先升降机构运行到需要取车的楼层，通过横移机构将指定车位上的车辆和载车板取出送入升降机构，升降机构下降到底层，甲区和丙区的车辆可直接驶离出口，乙区和丁区的车辆再次通过旋转机构矫正车头方向，驶离车库。3.2立体车库执行机构垂直升降式立体车库的执行机构可分为三大类，即旋转机构、升降机构和横移机构，见图3.2。1-限位开关；2-接近开关；3-升降机构；4-横移机构；5-旋转机构图3.2立体车库结构示意图旋转机构旋转机构由三相异步电机，旋转平台组成；主要用于乙、丁两区车辆方向的调整。升降机构升降机构主要由三相异步电动机，变频调速器、滑轮、卷筒和钢丝绳组成。升降机变频调速系统控制过程是：通过软件方选择速度，然后输出信号给变频器，改变频率值，最终达到调速的目的。在基层的底部和第五层的顶部装有限位开关，对运车台起到限位保护作用。其余四层，在每层的托车板下分别装有接近开关，用于确定运车台上下升降的具体位置。横移机构横移机构的作用是将托车板从运车台横移到停车位，或者将托车板横移回运车台。横移机构的执行主要靠固定在运车台和各个车位金属框架上的电机，电机轴上安装的齿轮与托车板上的齿轮啮合，通过电动机运转，带动齿轮运转，达到横移的效果。3.2.1三相异步电动机的选型所谓三相异步电动机，就是通过同时接到380V上的三相相位相差120度的交流电源来供电的一类电机，如图3.2.1所示。因为三相异步电动机转子与定子旋转的磁场以同方向、不同转速成旋转，且它们之间存在着转差率，所以称之为三相异步电动机。 图3.2.1三相异步电机三相异步电动机是感应类电动机的一种，给定子通以电流之后，有部分的磁通穿过短路环，并在短路环中产生了感应电流，导致磁通被其中的电流阻碍，致使短路环部分的磁通与无短路环的磁通产生了相位差，进而形成了旋转磁场。上电运行后，转子绕组因为同磁场之间存在相对运动，所以就产生了感生电动势与电流，换言之，当旋转磁场和转子间存在相对转速并且与磁场互相作用产生了电磁转矩，使转子得以转动起来，实现了能量的变换。一般的轿车重量在1000kg-1700kg之间，考虑到运车台以及钢丝绳等的重量，这里假设总重为2100kg,则升降过程中绳索所承受的总拉力：F=20580N，绳索的上升速度：v=0.1m/s。传动效率约为90%，电动机所需的功率P=FV/= 20580*0.1/0.9=2.286Kw。所以，这里的三相异步电动机选取东力PF型号的电机，其参数如表3-2-1所示。表3-2-1东力三相异步电动机品牌：东力产品类型：三相异步电动机型号：PF极数：4极额定功率：100W-3700W额定电压：380V额定转速：1440（rpm）产品认证：CE应用范围：立体停车场设备、自动仓储、立体仓库3.2.2变频器的选型变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是一种利用变频与微电子技术的，通过变换电动机工作电源频率的，控制交流电机的电力设备。变频器主要的组成有：整流部分即交流变成直流、滤波部分、逆变部分即直流变成交流、制动单元部分、驱动单元部分、检测单元部分以及微处理单元部分。变频器通过其内部的IGBT的开断，调节输出电源的电压与频率，再参照电动机的实际要求，给予其所需求的电源电压，从而达到调节速度、降低能耗的目的。除此之外，变频器还有许多保护功能，例如过压、过载、过流保护等。在工业自动化程度不断提高的环境下，变频器也发挥了更加广泛的作用。当系统的电动机确定后，就可着手进行控制系统的设计。首先是变频器的选型，现在国内外变频器品牌不少，控制水平和可靠性差别较大。用于升降机的传动系统，最好选用具有矢量控制或者直接转矩控制，运行稳定，可靠性高的变频器。变频器在选型时要确定以下几点：采用变频器的目的：恒压控制或恒流控制。变频器与负载的匹配问题，电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相等；电流匹配：变频器的额定电流与负载的额定电流相等；转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。经比较市面上的西门子变频器，三菱变频器以及施耐德变频器，本次毕业设计选择三菱FR-A540系列变频器，其主要端子接线如图3.2.2所示。 图3.2.2 FR-A540主要端子接线图其中，R、S、T为交流电源的输入端子；U、V、W为变频器的输出端子，用来接三相异步电动机,绝对不能够与电源直接相连；STF、STR分别代表正反转启动；RL、RH分别表示变频器多段速度选择中的低速与高速，变频器实现变频调速功能就是通过对这两个端子进行设置参数，如表3-2-2所示。此次使用时，出厂已对其设置完成。表3-2-2 多段速度选择端子功能选择设定端子名称功能相关参数设定值RLPr.59=0低速指令Pr.4-6,Pr.24-27,Pr.232-2390Pr.59=1、2遥控设定清零Pr.59Pr.79=5程序运行速度组选择Pr.79，Pr.200，Pr.201-210，Pr.211-220，Pr.211-230，Pr.231Pr.270=1、3档位定位选0Pr.270，Pr.275，Pr.276RHPr.59=0高速指令Pr.4-6,Pr.24-27,Pr.232-2392Pr.59=1、2遥控设定加速Pr.59Pr.79=5程序运行速度组选择Pr.79，Pr.200，Pr.201-210，Pr.211-220FR-A540系列变频器针对0.75至280kw三相异步电机产品，适用于平移、提升以及快速定向运动的制动控制；使用重量传感器进行负荷测定；高速提升；制动反馈管理；限位开关管理；吊索松弛等。3.3 PLC的概述PLC，即可编程逻辑控制器，是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用广泛的工业控制装置，是现代工业自动化控制的首选产品，与机器人、CAD/CAM并称为工业自动化的三大支柱。PLC所采用的是一种可编程存储器，该存储器可供PLC内部的程序存储，可使其执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时与算术操作等指令，而且还可以以数字量或者模拟量的形式控制不同类别的生产过程或具体的机械。事实上，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以I/O等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置。因此，PLC实际上就是“工业专用计算机”。PLC的特点也十分鲜明：编程的方法简而易学。PLC编程语言使用最多的就是梯形图，其电路的图形符号、表达方式等与继电器电路的原理图十分相似，并且其语言既形象又直观、易学易懂；功能强，性价比高。一台小型PLC内有成百上千个可以供给用户使用的编程组件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能，与具备相同功能的继电器系统相比，又具有很高的性价比。硬件配套齐全，适应性强。如今的PLC产品已经实现标准化、模块化，配有品种丰富的各类硬件装置供用户选择。可靠性强，抗干扰能力强。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，大大减少了因接触不良而造成系统故障。此外，PLC还具有系统的设计、安装、调试工作量小，维修方便，体积小、能耗低等特点。3.4 PLC的选型及介绍PLC是一种通用的工控装置，大多数用户都可根据自己的需要对其功能进行设置。许多PLC产品不仅给用户提供了广阔的选择余地，而且也给用户规定了一些使用环境和要求，因此，用户在使用PLC产品时会遇到一定的困难。PLC的选型与继电器接触器控制系统元件的选用不同，后者的选用，得在设计结束后才可以定出各种元器件的型号、数量以及规格大小，而PLC的选用则在应用设计的开始就可以根据工艺要求预先进行。在选择PLC型号时，一般从以下几个方面来着手。1.功能要求PLC选型的基本要求是满足控制系统的需要。控制系统需要完成什么功能，相应地，就得选择带有这些功能的PLC。2. I/O的点数PLC选型的基础就是能够准确地统计出被控设备对I/O点数的总量，把各个输入设备和被控设备列出，然后在实际统计的I/O点数基础上增加15%-20%的余量，便于在之后的设计中扩充。3. 考虑I/O信号的性质除了确定好I/O的点数外，还得注意I/O信号的参数、性质等因素。比如，输入信号的电压类型，输出信号的负载性质是交流的，还是直流的等等。4. 价格因素小型PLC控制系统通常都选用价格便宜的简易编程器。综上所述，根据本次毕业设计的要求，初步统计共有36个输入点，都是开关量，其中按钮共22个，检测感应元件共14个；输出点有51个，也均是开关量，其中4个用于变频器控制，44个用于电机控制，3个用于报警。所以采用三菱公司的FX2N系列的PLC。下面就这一系列的PLC做一下简介。三菱可编程控制器（PLC）FX系列如表3-4所示。表3-4三菱PLC-FX2N系列选型表型号点数供电电压FX2N-128MR-001输入点：64输出点：64AC 220VFX2N-80MR-001输入点：40输出点：40AC 220V FX2N-64MR-001输入点：32输出点：32AC 220V FX2N-48MR-001输入点：24输出点：24AC 220V FX2N-32MR-001输入点：16输出点：16AC 220V FX2N-16MR-001输入点：08输出点：08AC 220V FX2N-80MR-D输入点：40输出点：40DC 24V FX2N-64MR-D输入点：32输出点：32DC 24V FX2N-48MR-D输入点：24输出点：24DC 24V FX2N系列是FX型的PLC大家族中最为先进的，它最大限度的包含了标准特点，程序执行起来更加迅速，充分地补充了通信方面的功能，适应于世界不同国家的电源，即便是针对单个的需求，它也能够与大量的特殊功能模块配合使用，给你的自动化控制方面的应用予以最大灵活性、控制能力的支持。FX2N-128MR-001型PLC满足输入输出点的个数，其输入输出继电器地址分配为X000-X077,Y000-Y077。3.4.1 PLC的I/O分配根据整个立体车库的设计要求，可初步将输入点分配如表3-4-1-(a)所示，将输出点分配如表3-4-1-(b)所示.表3-4-1-(a) 输入地址分配输入地址符号名功能X000SB1存车按钮X001SB2取车按钮X002SB3甲区第1层车位选择按钮X003SB4甲区第2层车位选择按钮X004SB5甲区第3层车位选择按钮X005SB6甲区第4层车位选择按钮续表3-4-1-(a)输入地址分配输入地址符号名功能X006SB7甲区第5层车位选择按钮X007SB8丙区第1层车位选择按钮X010SB9丙区第2层车位选择按钮X011SB10丙区第3层车位选择按钮X012SB11丙区第4层车位选择按钮X013SB12丙区第5层车位选择按钮X014SB13乙区第1层车位选择按钮X015SB14乙区第2层车位选择按钮X016SB15乙区第3层车位选择按钮X017SB16乙区第4层车位选择按钮X020SB17乙区第5层车位选择按钮X021SB18丁区第1层车位选择按钮X022SB19丁区第2层车位选择按钮X023SB20丁区第3层车位选择按钮X024SB21丁区第4层车位选择按钮X025SB22丁区第5层车位选择按钮X026SQ1基层接近开关X027SQ2第1层接近开关X030SQ3第2层接近开关X031SQ4第3层接近开关X032SQ5第4层接近开关X033SQ6第5层接近开关X034SQ7托车板左移完成光电开关X035SQ8托车板右移完成光电开关X036SQ9托车板前移完成光电开关X037SQ10托车板后移完成光电开关X040SQ11车头检测光电开关X041SQ12车尾检测光电开关X042SQ13上行程开关X043SQ14下行程开关表3-4-1-(b)输出地址分配输出地址符号名功能Y000STF升降机顺时针转动Y001STR升降机逆时针转动Y002RH变频器快速Y003RL变频器慢速Y004KM1旋转电机顺时针转动Y005KM2旋转电机逆时针转动Y006KM3甲区第1层电机顺时针转Y007KM4甲区第1层电机逆时针转Y010KM5甲区第2层电机顺时针转Y011KM6甲区第2层电机逆时针转Y012KM7甲区第3层电机顺时针转Y013KM8甲区第3层电机逆时针转Y014KM9甲区第4层电机顺时针转Y015KM10甲区第4层电机逆时针转Y016KM11甲区第5层电机顺时针转Y017KM12甲区第5层电机逆时针转Y020KM13丙区第1层电机顺时针转Y021KM14丙区第1层电机逆时针转Y022KM15丙区第2层电机顺时针转Y023KM16丙区第2层电机逆时针转Y024KM17丙区第3层电机顺时针转Y025KM18丙区第3层电机逆时针转Y026KM19丙区第4层电机顺时针转Y027KM20丙区第4层电机逆时针转Y030KM21丙区第5层电机顺时针转Y031KM22丙区第5层电机逆时针转Y032KM23乙区第1层电机顺时针转Y033KM24乙区第1层电机逆时针转Y034KM25乙区第2层电机顺时针转Y035KM26乙区第2层电机逆时针转Y036KM27乙区第3层电机顺时针转Y037KM28乙区第3层电机逆时针转续表3-4-1-(b)输出地址分配表输出地址符号名功能Y040KM29乙区第4层电机顺时针转Y041KM30乙区第4层电机逆时针转Y042KM31乙区第5层电机顺时针转Y043KM32乙区第5层电机逆时针转Y044KM33丁区第1层电机顺时针转Y045KM34丁区第1层电机逆时针转Y046KM35丁区第2层电机顺时针转Y047KM36丁区第2层电机逆时针转Y050KM37丁区第3层电机顺时针转Y051KM38丁区第3层电机逆时针转Y052KM39丁区第4层电机顺时针转Y053KM40丁区第4层电机逆时针转Y054KM41丁区第5层电机顺时针转Y055KM42丁区第5层电机逆时针转Y056KM43运车台电机顺时针转Y057KM44运车台电机逆时针转Y060HL1限位报警灯Y061HL2超长报警灯Y062HBL声音报警器3.4.2 PLC的I/O接线图根据表3-4-1-(a)和3-4-1-(b)，可绘出I/O接线图，见附录。3.4.3 PLC的硬件接线图见附录。3.5立体车库保护机构3.5.1电磁抱闸制动三相异步电动机切除电源后依靠惯性还要转动一段时间（或距离）才能停下来，而生产过程中的起重机吊具需要准确定位；万能铣床主轴需要能够快速停止转动；升降机在突然断电后要求准确定位控制和安全保护等，这些都需要对拖动的电动机进行制动，所谓制动，就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它迅速停转（或限制其转速），此时就需要采取电磁抱闸制动，如图3.5.1所示。图3.5.1电磁抱闸制动器 1、电磁抱闸的结构： 主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。 2、工作原理：电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈也得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。断开开关或接触器，电动机失电，同时电磁抱闸线圈也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停转。 3、电磁抱闸制动的特点 机械式的制动方法包括电磁离合器制动和电磁抱闸制动，两者全都利用了电磁线圈在通电以后产生的磁场，使静铁芯产生很大的吸力，从而吸合动铁芯或者衔铁即动摩擦片与静摩擦片的分合，克服弹簧拉力，满足现场工作的要求。电磁抱闸制动是通过闸瓦的摩擦片来制动闸轮的。优点：电磁抱闸制动，制动力强，广泛应用在起重设备上。它安全可靠，不会因突然断电而发生事故。 3.5.2行程开关行程开关，是位置开关（又称限位开关）的一种，是一种经常使用的小电流的主令电器。通过生产运动部件对开关的碰撞，其触头动作，实现分断或接通所要求控制的电路，满足相应的控制目的。一般，这一类的开关被利用以控制机械运动的行程或者位置，使运动的机械按照一定的行程或者位置，实现反向、变速运动，自动停止或者自动做往返运动等。常规国产行程开关：常规行程开关中LX19系列中的LX19-001/111，LXK3系列中的LXK3-20S/T，JLXK1系列JLXK1-111/411/511最具代表力,这些产品有结构简单、功能实用、价格低廉的优势深受广大使用者的青睐。本次采用宇诺牌LXK3-20S/T行程开关，如图3.5.2所示。3.5.2 LXK3-20S/T行程开关LXK3系列行程开关适用于交流5060Hz；AC380V。电流10A的控制电路中，作为机床、机械的自动控制、限制运动、传动机构动作或程序控制之用。3.6传感器选择本次设计所用到的传感器共2种，分别为光电开关、接近开关。光电开关，用于检测车辆停放的位置，判断是否将车停放到位；接近开关，用于确定运车台上下升降的具体位置。一光电开关光电接近开关简称为光电开关，也可称之为光电传感器。通过被检测物体对光的遮挡或者反射，经同步回路将电路选通，进而检测物体是否存在。物体不受材料的限制，只要所有能遮挡或者能反射光线的物体都可被检测到。光电开关通过发射器将输入的电流转换为光信号发出，然后接收器再参照收到的光线的强弱或有无，对被检测的物体进行探测。光电开关已经被应用于定长剪切、宽度判别、液位控制、孔洞识别、产品计数、速度检测、物位检测、色标检出、自动门传感、信号延时、冲床以及其他安全防护等众多领域。除此之外，利用红外线具有隐蔽性的特点，还可将其用在在商店、办公室、仓库、银行等场合，作为防盗、警戒之用。二接近开关接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（PLC)装置提供控制指令。接近开关可分为电感式、电容式、霍尔式、交、直流型，既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能。与一般行程开关相比， 接近开关具有定位精度高，动作可靠，性能稳定，频率响应快，使用寿命长，抗干扰能力强并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等。如图3.6.1所示是一种电感式的接近开关。所谓电感式，即是由金属来触发的。信号输出整形放大器高频振荡器感应开关金属图3.6.1电感式的接近开关接近开关的组成部分主要包含了高频振荡器以及整形放大器。首先，振荡器震荡，然后在感应面产生了交变的磁场，在金属接近感应面时，金属就会产生涡流，吸收振荡器的能量，使振荡器振荡减弱直至停止。通过振荡和停止的两种状态，再由放大器转换成高低两种不同的电平，起到开关的作用。3.7本章小结本章在内容上主要分为三部分，第一部分简单地介绍了立体车库的执行机构，即旋转、升降、横移机构；第二部分详细地阐述了PLC的I/O分配，并绘制了PLC的外部接线图以及硬件接线图；第三部简要说明本次毕设所用到的传感器类型。第4章 立体车库的软件设计4.1 PLC的主程序设计垂直升降式立体车库的PLC程序设计总体上分为两部分：1.主程序部分，所谓主程序，就是控制程序的总体方向；2.子程序部分，即编写具有特定功能的程序，例如，取板程序、存车程序、取车程序、存板程序等。本次程序设计所采用的是步进指令，FX2N系列PLC步进指令使用的软元件有1000个，它的分类、编号、数量及用途见表4-1。表4-1 FX2N状态软元件类别组建编号数量用途及特点普通用途初始状态继电器S0-S910用于状态转移图的初始状态复原状态继电器S10-S1910在复原程序中作复原状态非停电保持用途继电器S20-S499480用于用于状态转移图的中间状态停电保持用继电器S500-S899400用于停电点后继续运行状态信号报警用继电器S900-S999100用于故障诊断或报警状态步进指令的使用说明：在状态梯形图中，步进接点与左母线相连，起到主控制的作用。当步进接点接通时，其后面的电路才能相应的动作。如果步进接点没有接通，则后面的电路也就不能动作，相当于该段程序被跳过。若要保持输出结果，可以用SET和RST指令。步进结束指令(RET)可以在一系列的步进开始指令(STL)最后安排返回，也可在STL指令中需要中断返回主程序时使用。同一元件的线圈允许在不同的STL接点后使用，但是定时器线圈不能够在相邻的状态中出现。当然，要想完成状态梯形图或指令表，一般得先绘出状态转移图(SFC)。SFC的构成来源于状态编程的设计思想：首先，将一个复杂的控制过程分为若干个工作状态，理清这些工作状态的细节，如功能、转移条件、转移方向等，接着根据总的控制要求，把这些分散的工作状态联系起来，最终形成了作为状态编程重要工具的状态转移图。主程序的设计思想：PLC上电后等待命令，在司机选择需要存的车位后，PLC跳转到相应的取板程序，待托车板取到基层且将车开入，接着司机按下存车按钮，PLC执行存车程序将车辆停放到位且将升降机返回到基层，等待下一步命令。当司机按下取车按钮后选择存车号，PLC执行取车程序，待运车台下降到基层且基层接收到接近信号，开启定时器(时间按实际调节)。若定时过程中有司机按下存车按钮，则停止定时，继续存车；若存车按钮未被按下，则定时时间到，PLC跳转执行送板程序，升降机返回基层，等待下一步命令。其程序流程图如图4.1所示。图4.1主程序流程图4.2 PLC的子程序设计4.2.1存取车流程设计存取车程序是构成立体车库所有程序重要的组成部分。根据这次毕设的任务，由于总共有20个不同的车位，所以每个车位的存取车程序也有所不同，但是总体流程走向是一致的。图4.2.1-(a)给出的就是总体存车流程图，它也包含了存车之前必备的取板流程，以及将车存完后运车台回到基层，图4.2.1-(b)给出的是总体取车流程图。4.2.1-(a)总体存车流程图4.2.1-(b)总体取车流程图取完车后，尽管司机已经将车驶离出口，但是托车板还在运车台上，此时就得考虑这个时候是否还有新的车辆来停车，如果有，司机就可以直接将车驶入运车台，按下存车按钮，实现停车；如果在定时器设定的时间内没有司机来存车，那么就得将托车板送回原来的车库且托运台回到基层，等待命令。总体送板流程图与取板流程图类似，这里就不详细给出。4.2.2入库检测及限长保护流程设计在车辆入库过程中设置了超长检测，见流程图4.2.2-(a)。车头检测的光电开关接X040，车位检测的光电开关接X041。当X040