自动双层停车场控制系统设计

0 1 内容摘要内容摘要 随着社会不断进步与发展 人民的生活水平在不断地提高 城镇人口剧增 汽车 拥有量日益提高 由于汽车数量的迅速增加 对停车场的需求必将提高 停车难的问 题越来越突出 然而地面空间是有限的 特别是对城市已经特别拥挤的地面环境 单 城市拥挤的环境已无法提供更多的车位 这就要求车位从地面向空间发展 资料显示 全国 36 个大中城市停车位满足率不足 20 如何良好地解决城市泊 叫车问题 已成 为建设一个现代化城市必须解决的课题 因此 车位的空间设计技术就不得不引起人 们的注意 车库的合理设计以及怎样控制是设计者最需要考虑的问题 双层立体停车 库就是在这种打背景下产生的 该种类型的停车库车位需要完成上下移动和左右移动 这需要一个很好的控制技术 设计者应该根据不同的要求来设计控制系统 以执行一 系列的操作 本设计就是针对车库能很好运行来设计的 用 PLC 来控制 停车库中每 一个地面停车位都要有一个停车架 停车库的下层装有可以动的停车地板 在存 取 车时 上停车地板仅作垂直升降运动 下停车地板制作水平移动 呼叫车时 下排车 位只需直接将车子开出即可 如要呼叫上排车位车子 只要按下 1 至 3 的按钮 再按 下 叫车 按钮 则所按车位将降至下层 而下排车位将左右移动 让出位置让上层 车位降下 控制部分采用继电接触器控制或者采用 PLC 控制 例如叫 1 号车只需判断 4 有 无车 然后根据存车状态 利用系统对地面车左右动作 1 车再垂直下移 实现 自动叫车 0 1 目目 录录 第第 1 1 章章 引引 言言 1 第第 2 章章 双层自动停车场系统继电器双层自动停车场系统继电器 接触器控制设接触器控制设 计计 3 2 1 继电器接触器主电路设 计 3 2 1 1 继电器接触器主电路中电器元件动作的要求 3 2 1 2 继电器接触器主电路图的设计 3 2 2 继电器接触器控制电路的设计 5 2 2 1 继电器接触器控制电路中电器元件的作用 5 2 2 2 继电器接触器控制电路图的设 计 5 第第 3 3 章章 双层自动停车场系统双层自动停车场系统 PLCPLC 控制设计控制设计 7 3 1 PLC 简介 7 3 2 PLC 的选用原则及本设计 PLC 实现的功能 8 3 2 1 PLC 的选用原 则 8 3 2 2 本设计 PLC 实现功 能 8 3 3 自动双层停车场系统 PLC 控制流程 图 9 3 4 自动双层停车场系统 PLC 控制 I O 地址分配表和 I O 接线 图 10 1 1 3 5 自动双层停车场系统 PLC 控制梯形 图 12 3 6 自动双层停车场系统 PLC 控制语句 表 18 结结 论论 21 设计总设计总 结结 22 谢谢 辞辞 23 参考文参考文 献献 24 附附 录录 25 0 第第 1 章章 引言引言 实现自动叫车是城市的社会 经济 交通发展到一定程度产生的结果 立体叫车 自动控制的发展在国外 尤其日本已有近 30 40 年的历史 无论在技术上还是在经验 上均已获得了成功 我国也于 90 年代初开始研究开发自动叫车系统 距今已经近几十 年 这项研究具有很大的现实意义和潜在的市场经济效益 可编程控制器简称 PLC 是 今年来一种发展极为迅速 应用极其广泛的一种工业控制装置 它是一种专为工业环 境应用而设计的数字运行的电子系统 它采用可编程序的存储器 用来存储用户指令 通过数字模拟的输入和输出完成确定的逻辑顺序 定时 计数 运算和一些确定的功 能来控制各种类型的机械和生产过程 自动双层停车场控制系统设计 控制要求控制要求 1 双层自动停车场上层有三个车位 下层有两个车位 上下层共可停 5 部车 图 1 1 双层自动停车场配置图 2 本停车场设计的规则为 1 2 3 车位只能上下移动 不能左右移动 4 5 车位 只可左右不可上下移动 3 下排车位只需直接将车子开出即可 4 如果要呼叫上排车子 只要按下 1 至 3 按钮 再按下 叫车 按钮 则所按车位 即将降至下层 而下排车位将左右移动 让出位置让上层车位降下 1 课题要求课题要求 1 假设车位的移动均由电动机驱动 设计该控制系统的主电路 2 采用继电接触器控制 完成控制电路设计 3 采用 PLC 控制 列出 PLC 输入输出点分配表 4 画出 PLC 输入输出设备的接线图 5 利用 STEP7 Micro WIN32 软件完成梯形图 指令表的设计程序与调试 6 完成课程设计说明书 设计思路 设计思路 叫下排车只需判断有无车 如有车只需直接开走 叫上排车时需判断与其对应的 下排车位有无车盘 通过下排车盘的左右移动 给上排车留出车位 然后使其降至下 排车位 实现自动叫车 2 第第 2 2 章章 双层自动停车场系统继电器双层自动停车场系统继电器 接触器控制设计接触器控制设计 2 12 1 继电器接触器主电路设计继电器接触器主电路设计 这里需要控制对象的作用 一号 二号 三号电机分别控制上层 1 号 2 号 3 号 车盘的上下移动 四号 五号电机分别控制下层 4 号 5 号车盘的左右移动 这五台电 动机的启动没有直接的的关系 属于互相对立的关系 鉴于他们的容量较小 可将其 接于同一供电回路 2 12 1 1 1 继电器接触器主电路中电气元件动作的要求继电器接触器主电路中电气元件动作的要求 1 按下叫车按钮开关 再按下叫 1 车或叫 2 车或叫 3 车开关 使其主触点闭合 2 电路工作时应具有一定的指示及保护功能 2 12 1 2 2 继电器接触器主电路图的设计继电器接触器主电路图的设计 该电路图中该电路图中 KM1 KM2 实现 1 车盘的上 下升降运动 KM3 KM4 实现 2 车盘的上 下升降运动 KM5 KM6 实现 3 车盘的上 下升降运动 KM7 KM8 实现 4 车盘的左 右 移动 KM9 KM10 实现 5 车盘的左 右移动 在该电路中所用到的保护元件有 FU FU1 FU2 FU3 FU4 FU5 为熔断器 对电路起短路保护作用 FR1 FR2 FR3 FR4 FR5 为热继电器对电路起过载保护作用 其电路图如图 2 1 所示 3 图 2 1 继电器接触器主电路图 4 2 22 2 继电器接触器控制电路的设计继电器接触器控制电路的设计 2 22 2 1 1 继电器接触器控制电路中电器元件的作用继电器接触器控制电路中电器元件的作用 系统叫车过程中的泊车托板位置调整采用自动调整方式 叫上层车时只要按下 叫 车 和对应的车位按钮 下排泊车托板将按照设计的系统自动左右移动 进而腾出车位 上层下泊车托板降至下层 即能实现自动叫车 叫下排车时 只需判断泊车托板有无 车 若有直接开走即可 车库控制系统将自动完成托板位置调整动作 从系统工作可靠性和可维性出发 系统中作如下考虑 系统控制方式为顺序步进 逻辑控制 运动部件定位采用行程开关 判断泊车托板是否存在用偏光镜片反射型光 电开关 操作提示为声形式 系统位置调整用按钮点动 调整操作器 上层托板防滑 落用防落块保护 系统短路及过载保护 在软件和硬件上采用了自锁 联锁和系统故 障检测手段 时间继电器 按指定时间长短通断电路 此次由于叫车的情况较多 所以在顺序 控制电路中使用了较多的通电延时闭合常开时间继电器 为保证其精度 此次设计选 择电子式时间继电器 行程开关 利用泊车托板左 右或上 下移动的距离来决定电路通断 光电开关 判断泊车托板的是否存在 辅助触点 实现自锁或联锁 接通线圈 2 22 2 2 2 继电器接触器控制电路图的设计继电器接触器控制电路图的设计 该电路图 KT 为时间继电器 SM 为行程开关 KM 为线圈辅助触点 X10 X11 X12 X13 X14 X15 为光电开关 继电器接触器控制电路的电路图如图 2 2 所示 5 图 2 2 继电器接触器控制电路图 6 第第 3 3 章双层自动停车场系统章双层自动停车场系统 PLCPLC 控制设计控制设计 3 13 1 PLCPLC 简介简介 PLC 来源可编程序控制器的英文为 Programmable Controller 在二十世纪70 80年 代一直简称为 PC 由于到90年代 个人计算机发展起来 也简称为 PLC 加之可编程序的 概念所涵盖的范围太大 所以美国 AB 公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑 控制器 PLC Programmable Logic Controller 为了方便 仍简称 PLC 为可编程序控 制器 有人把可编程序控制器组成的系统称为 PCS 可编程序控制系统 强调可编程序控 制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各 个领域 是生产过程自动化必不可少的智能控制设备 掌握PLC 的组成原理及编 程方法 熟悉 PLC 的应用技巧 是每一位机电类专业技术人员必须具备的基本能力 之一 PLC 功能特点 系统构成灵活 扩展容易 以开关量控制为其特长 也能进 行连续过程的 PID 回路控制 并能与上位机构成复杂的控制系统 如DDC 和 DCS 等 实现生产过程的综合自动化 使用方便 编程简单 采用简明的梯形图 逻辑图或语句表等编程语言 而无需计算机知识 因此系统开发周期短 现场调试 容易 另外 可在线修改程序 改变控制方案而不拆动硬件 能适应各种恶劣 的运行环境 抗干扰能力强 可靠性强 远高于其他各种机型 PLC 是以微处理器为基础 综合自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的 工业自动控制装置 它具有体积小 功能强 程序设计简单 灵活通用 维护方便等 一系列的优点 目前 PLC 以被广泛应用于各种生产机械和生产过程的 自动控制中 成为一种最重要 最普及 应用场合最多的工业控制装置 被公认为现代工业自动化 的三大支柱 机器人 PLC CAD CAM 之一 特别是它的高可靠性和较强的适应恶 劣工业环境的能力 使它成为大规模控制工程的理想下位机 7 3 23 2 PLCPLC 的选用原则及本设计的选用原则及本设计 PLCPLC 实现的功能实现的功能 3 2 13 2 1 PLCPLC 的选用原则的选用原则 随着 PLC 技术的发展 PLC 产品种类也越来越多 而且功能也日趋完善 不同种类 之间的功能设置有着很大的差异 其结构形式 性能 容量 指令系统 价格也不尽 相同 适合的场合也个有侧重 这既给 PLC 机型的选择提供了十分广阔的空间 同时 也带来了一定的合理选用难度 PLC 型号选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下 追求好的性价比 因此 合理选择 PLC 对于提高 PLC 控制系统技术经济指标有着重要 意义 PLC 平均的 I O 点的价格比较高 因此应该合理选用 PLC 的 I O 点的数量 在满 足控制要求的前提下力争使用的 I O 点最少 但是必须留有一定的余量 考虑到本次设计的双层自动停车场控制系统 一般要求 PLC 的反应速度要满足此 控制的要求 根据 PLC I O 节点使用原则 需要预留出 20 30 的 I O 点来作为扩展使 用 双层停车场有 15 个输入信号 分别是叫车按钮 SB1 分别叫 1 2 3 号位上的车 的按钮 1 2 3 SQ1 至 SQ5 5 个限位开关 SQ 1 至 SQ 5 5 个关电开关 10 个输出信 号 分别为 1 至 3 号 3 个托盘的上下移动 4 号 5 号 2 个托盘的左右移动 在小型 PLC 中整体式比模块式的价格便宜 体积也小 所以本系统选用 PLC 型号为西门子 S7 200 CPU226 这种机型的 I O 点数分别为 24 16 3 23 2 2 2 本设计本设计 PLCPLC 实现功能实现功能 升降横移立体停车场使用时涉及到人身和车辆的安全 所以对设备的安全性和可靠 性要求非常高 整个车库设计由一台 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 PLC 是车库控制系统的核心 联系现场状况的数据 I O 操作 当有叫车操作时 PLC 会接收和分析操作人员在控制面板按钮输入的指令 做出合理的工控安排 判断检测元 件的状态 读取车库机械驱动部分的信息 然后 将信息反馈到执行元件 拖动车位板 实现其位置移动 完成车辆的叫车操作 整个动作区域配有行程挡块检测及安全系统 以防异常情况发生 该系统中 PLC 主要完成对托盘 托板位置及运行状态中叫车的操作 用各种按钮 开关 行程开关检测位置状态 用接触器 继电器执行对拖动电机的起停控制 对车位 的操作就是控制横移电机和升降电机 使它们按逻辑关系在不同时间实现正反转 而且 8 上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的 即当上层泊位在升降时 下面各层 泊位不能移动 反之亦然 并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动 3 33 3 自动双层停车场系统自动双层停车场系统 PLCPLC 控制流程图控制流程图 Y N 启 动 1 5 位 置 都 有 车 辆 假 设 1 2 3 取 车 4 或 5 位置按照不同情况左右移动 1 2 3 取 车 位 上 下 移 动 所 取 车 辆 到 达 出 口 将 未 取 车 辆 回 复 原 位 按 停 止 按 钮 9 图 3 1 PLC 控制流程图 3 43 4 自动双层停车场系统自动双层停车场系统 PLCPLC 控制控制 I OI O 地址分配表和地址分配表和 I OI O 接线图接线图 3 2 自动双层停车场控制系统 I O 地址分配表 控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码 叫车常开按钮 SB1I0 1 叫 1 车常开按钮 1I0 2 叫 2 车常开按钮 2I0 3 叫 3 车常开按钮 3I0 4 1 号车限位信号限位开关 SQ1I0 5 2 号车限位信号限位开关 SQ2I0 6 3 号车限位信号限位开关 SQ3I0 7 4 号车限位信号限位开关 SQ4I1 0 5 号车限位信号限位开关 SQ5I1 1 光电信号光电开关 SQ 1I1 2 光电信号光电开关 SQ 2I1 3 光电信号光电开关 SQ 3I1 4 光电信号光电开关 SQ 4I1 5 光电信号光电开关 SQ 5I1 6 输入信号 光电信号光电开关 SQ 6I1 7 1 号托盘上移接触器 KM1Q0 0 1 号托盘下移接触器 KM2Q0 1 2 号托盘上移接触器 KM3Q0 2 2 号托盘下移接触器 KM4Q0 3 3 号托盘上移接触器 KM5Q0 4 3 号托盘下移接触器 KM6Q0 5 4 号托盘左移接触器 KM7Q0 6 4 号托盘右移接触器 KM8Q0 7 输出信号 5 号托盘左移接触器 KM9Q1 0 结 束 10 5 号托盘右移接触器 KM10Q1 1 3 3 自动双层停车场控制系统 I O 接线图 11 3 53 5 自动双层停车场系统自动双层停车场系统 PLCPLC 控制梯形图控制梯形图 在 V4 0 STEP7 Micro WIN SP4 中输入编制好的梯形图 在该软件上 有对应的常 开 常闭的输入线圈 定时器 输出线圈等 编制的梯形图如附录 1 所示 在仿真软 件上的调试 首先在梯形图的编制面板上分别导出程序块和数据块 导出到桌面 在 打开仿真软件 选择 PLC 型号为 226 在工具栏程序中装载程序块和数据块 在点击 监视器和运行按钮 则梯形图可以仿真模拟 结果如附录 2 所示 下面所示梯形图为自动双层停车场控制系统 当线按下 0 1 0 2 两个按钮时 虚 拟线圈 M0 0 得电 网络 2 接通 限位开关 SQ1 作用 一号托盘下移后开出停车场 12 当四号车位上有车时 再判断 5 号车位上是否有车 如果 5 号车位无车 关电开 关 I1 6 闭合 同时限位开关 SQ4 作用 4 号托盘右移 在线圈 Q0 7 上接一定时器 T37 1 号托盘下移在 4 号托盘右移定时一段时间之后 如果 5 号托盘有车 则关电开 关 X15 所在的位置一定没车 5 号托盘先右移并用计时器 T38 计时 然后四号托盘右移 最后一号托盘下移 就可以取出 1 车位上的车 13 当要取 2 号车位上的车时 按下按钮 I0 1 和 I0 3 如果 5 号车位上没车 虚拟线 圈 M0 2 得电 2 号车限位开关 SQ2 作用 2 号托盘下移后开出停车场 14 如果 5 号车位上有车 则关电开关 X13 X15 作用 判断上面有无车 如果 4 号托 盘上无车 则 5 号托盘左移同时限位开关 SQ5 作用并用定时器 T37 计时 如果 4 号托 盘上有车 则 5 号托盘右移 2 号托盘在 5 号左移或右移之后下移 15 当要取 3 号车位上的车时 首先 X15 判断上面是否有车 若没车虚拟线圈 M0 5 得 电 3 号托盘直接下移同时限位开关 SQ3 作用 16 若关电开关 X15 判断其上面有车时 再判断 5 号车位上有无车 若没车 则托盘 左移相应的限位开关作用并用定时器 T37 计时 如果 5 号车位上有车 则 4 号车位上 一定没车 X14 车位上的托盘先左移 并用定时器 T38 计时 X13 车位上的托盘再左 17 移 最后 3 号下移 将车开出 3 63 6 自动双层停车场系统自动双层停车场系统 PLCPLC 控制语句表控制语句表 在梯形图的编制输入界面上 点击标题栏上的查看 选中 STL S 则自动生成语句 表 语句表如下所示 18 ORGANIZATION BLOCK 主程序 OB1 TITLE 程序注释 BEGIN Network 1 网络标题 网络注释 LD I0 1 A I0 2 LPS AN I1 5 M0 0 LPP A I1 5 M0 1 Network 2 LD M0 0 AN I0 5 Q0 1 Network 3 LD M0 1 A I1 6 AN I1 0 Q0 7 TON T37 60 Network 4 LD M0 1 AN I1 6 AN I1 1 Q1 1 TON T38 60 Network 5 LD T38 O Q0 7 AN I1 0 Q0 7 Network 6 LD T37 O Q0 1 AN I0 5 Q0 1 Network 7 LD I0 1 A I0 3 LPS AN I1 6 M0 2 LPP A I1 6 M0 3 Network 8 LD M0 2 19 AN I0 6 Q0 3 Network 9 LD M0 3 A I1 6 AN I1 5 A I1 7 AN I1 1 Q1 0 TON T37 60 Network 10 LD M0 3 A I1 6 AN I1 7 A I1 5 AN I1 1 Q1 1 TON T38 60 Network 11 LD T37 O T38 O Q0 3 AN I0 6 Q0 3 Network 12 LD I0 1 A I0 4 LPS AN I1 7 M0 5 LPP A I1 7 M0 6 Network 13 LD M0 5 AN I0 7 Q0 5 Network 14 LD M0 6 A I1 6 AN I1 1 Q1 0 TON T37 60 Network 15 LD M0 6 AN I1 6 AN I1 0 Q0 6 TON T38 60 Network 16 20 LD T38 O Q1 0 AN I1 1 Q1 0 Network 17 LD T37 O Q0 5 AN I0 7 Q0 5 END ORGANIZATION BLOCK SUBROUTINE BLOCK SBR 0 SBR0 TITLE 子程序注释 BEGIN Network 1 网络标题 网络注释 END SUBROUTINE BLOCK INTERRUPT BLOCK INT 0 INT0 TITLE 中断程序注释 BEGIN Network 1 网络标题 网络注释 END INTERRUPT BLOCK 结结 论论 自动双层停车场控制系统 操作简单 抗干扰能力强 可进行远距离控制 能实 现以下功能 若呼叫上排车子 只要按下 1 至 3 的按钮 再按下 叫车 按钮 则所按车 21 位将降至下层 而下排车位将左右移动 让出位置让上层车位降下 若呼叫下排车子 只需判断车子的有无 若有车子只需直接开走即可 本系统能够实现自动叫车 并且能够大大减少多余劳动力 同时大大提高用户的 时间利用率 满足人们追求效率 速度的市场经济观念 具有很好的市场前景和使用 价值 这种趋势是不可阻挡的 PLC 控制系统与继电器接触器控制相比 具有使用方便 工作可靠的突出优点 在继电器接触器控制系统中所用电器 均属于机械触头 这些触头可能由于自身的灵 敏度 触点间会产生电弧 烧坏触头 造成线路故障 影响工作的可靠性 在以后的研 究中应尽减少触点的数量 提高触点质量 保证系统能够按照指令进行动作 设设 计计 总总 结结 本学期学校给我们开设了一科重要的专业课程 机电传动与控制 为了加深同学 22 们对这门科目的理解 并且学以致用 因此安排我们进行了两个周的课程设计 每个 人的设计题目都不一样 通过设计自己的课题 能够把学到的理论知识跟实践相结合 我所做的是 自动双层停车场控制系统设计 分别采用继电器接触器控制和 PLC 控 制 以实现自动叫车 刚拿到课程设计题目的时候 不知道该如何下手 但静下心来 分析下停车场控制的逻辑关系 联系理论知识 最终分析出了怎样实现逻辑功能的控 制 双层自动停车场控制系统的设计 使我收获颇多 通过采用继电器接触器控制设 计我学会了 电气原理图 主 辅助电路 的绘制 理解和运用一些电气符号 在课 本上接触到继电器接触器以及其它的一些电器元件时 对他们的应用很模糊 但通过 此次课程设计 对这些电器元件的理解相对更加深入 让我对继电器接触器控制有了 从理论到实践认识的飞跃 PLC 控制设计使我学会了使用一些特定软件和语言绘制和编 写 PLC 流程图 梯形图 指令表 现在能够熟练的在相应软件上完成梯形图的输入 PLC 型号的选择 并完成相应的编译和调试 并由此判断程序是否能够实现要完成的逻 辑功能 通过此次课程设计我认识到了自己的一些不足 当我想用一些专业性软件时 竟是那么的力不从心 例如当我想用相应的专业软件画电路图时 由于以前没有接触 过此类软件 因此用起来显的非常的生疏 自己只能够完成一些比较简单的电路的绘 制 由于我的控制电路过于复杂 最后不得不选用手绘 设计 PLC 控制时