基于PLC和MCGS的自动立体化停车库自动控制系统的设计毕业论文.doc

毕业设计（论文）题目：基于PLC和MCGS的自动化立体停车场自动控制系统设计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“自动停车场”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。自动停车场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，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。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。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，实现了自动停车场的监控系统，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。目录摘要I目录II第一章 绪论11.1 立体车库的概述11.1.1 概述11.1.2 自动停车场的分类及其特点11.2 自动停车场的国内外发展状况31.2.1 国外的发展状况31.2.2国内的发展现状41.3 论文的目的与意义6第二章 升降横移式立体停车库82.1 概述82.2升降横移式立体停车库的主要组成部分82.3 升降横移式立体车库车位结构82.4 升降横移式立体停车库的结构及运动规律8第三章 升降横移式立体停车库的控制系统103.1 升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成103.2 升降横移式立体停车库系统的控制形式113.2.1 继电器控制113.2.2 可编程控制器(Programmable LogicController)113.2.3 单片微机(Single Chip MicroComputer)控制133.3升降横移式立体停车库36控制系统143.3.1 升降横移式立体停车库控制系统的控制任务143.3.2 升降横移式立体停车库控制系统的基本要求163.3.3 升降横移式立体停车库控制系统硬件的确定17第四章 升降横移式立体停车库PLC控制的控制程序244.1 软件所要完成的控制任务244.2 控制程序流程图244.3 升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成244.4 升降横移式立体停车库系统的控制形式274.5升降横移类立体车库的梯形图27第五章 基于MCGS对车库控制系统的应用研究365.1 MCGS工控组态软件简介365.2 MCGS的系统需求375.2.1 继电器控制375.2.2可编程控制器(Programmable LogicController)375.3 基于MCGS仿真实现的意义385.4 MCGS软件研究分析及工程画面的实现385.5 MCGS实时数据库的研究405.5.1数据对象的类型405.5.2 车库控制系统数据库的研究及构造415.6 工程画面的连接及图面仿真研究415.7 控制系统控制流程的研究445.7.1 脚本程序简介445.7.2 脚本程序基本语句445.7.3脚本语言的编辑455.8 MCGS的网络通信51第六章 总结52第1章 绪论1.1自动停车场的概述1.1.1概述机械式自动停车场就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停车位或从停车位取出的方式，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。1.1.2自动停车场的分类及其特点机械式自动停车场种类较多，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 (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。图1-5平面移动类立体车库 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。(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。 图1-9汽车专用升降机 1.2立体车库的国内外发展状况1.2.1国外的发展状况机械立体停车是解决大都市出现的停车难问题的有效方法。土地资源紧张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场都在亚洲的日本、韩国、中国等地。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。1.3论文的目的与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。第二章 升降横移式立体停车库1概述2升降横移式立体停车库的主要组成部分升降横移式立体停车库主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护措施五大部分组成。本文主要研究其控制系统。3升降横移式立体车库车位结构升降横移立体车库车位结构为NM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=NM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M6，即设计36立体车库完全可满足要求。本论文就以36地面上布置的升降横移立体车库为例，介绍其运行原理。2.4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36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3-1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。 第三章 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。 控制系统车库现场人检测系统执行机构界面 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、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。升降横移式立体停车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电路。驱动单元是升降横移式立体停车库控制系统的最后一个环节，其种类及范围也很广。但在车库控制系统中，驱动单元比较单调，其驱动部件只有一个专用减速机(带刹车)。所以，智能控制的车库系统的运动是靠受控的驱动元件来驱动的。界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。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。简单的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机界面。升降横移式立体停车库控制系统的具体组成，要根据具体的控制形式而定，其组成形式也很灵活多样。3. 2升降横移式立体停车库系统的控制形式升降横移式立体停车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:继电器逻辑电路控制、可编程控制器控制、单片机控制。3.2.1继电器控制在升降横移式立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。但对于小型低成本的升降横移式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。 在小型的升降横移式立体停车库中，其控制元件比较少，专用性比较强，利用继电器控制，其电路也相应的简单，电路搭载用时少，成本也很低，适合于家庭用升降横移式立体停车库。继电器控制也有许多不足之处。第一，难以实现智能模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，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。所以对于大中型升降横移式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。3. 2. 2可编程控制器(Programmable Logic Controller)控制国内外现有的升降横移式立体停车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体停车库中。可编程控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：1.灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。另外 PLC产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系列又有低档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。2.可靠性高、抗干扰能力强对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。首先，PLC采用微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。另外，PLC还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。硬件措施对于电源变压器、CPU和编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰;对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或n型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的互相影响；对CPU这个核心部件所需的+5 V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；在CPU与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效的隔离了内部电路与I/O间电的联系，减少故障和误动作;采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正常工作。软件措施监控程序定期的监测外界环境，如掉电、钳电压、后备电池电压过低及强干扰信号等:当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作;设置监视定时器WDT，如果程序每次循环执行时间超过了WDT规定时间，表明程序进入死循坏，立即报警;加强对程序的检查和校验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行;对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，确保信息不丢失。由于采取了以上措施，使PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高，这是PLC控制优于单片计算机控制的一大特点。3.编程简单、使用方便用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言”编程，容易掌握。例如目前大多数PLC采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电器技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电器技术人员所接受。PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。它与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的停车库控制设备来说，PLC的控制速度是足够的。用单片计算机控制，只有在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调试也比较麻烦。而PLC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使用很方便。4.接线简单PLC的接线只需将输入设备(如按钮、开关等)与PLC输入端子连接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与PLC输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。5.功能强现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D, D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库，又可控制一个车库群。既可现场控制，又可远距离控制。既可控制简单系统，又可控制复杂系统。6.体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。同样，可编程控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片微机控制;其开发潜力要差于单片微机，不如其功能灵活多样;通用性不好，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用等等。可编程控制器在升降横移式立体停车库的控制系统中被广泛的应用，并在停车库的发展演化中起着非常重要的作用，本文车库系统即采用可编程控制器控制形式。3. 2. 3单片微机(Single Chip MicroComputer)控制单片微机就是我们通常所说的单片机，是将CPU, RAM, ROM(EPROM)、定时器/计数器和1/0接口全部集成在一个硅片上。单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，所以在20世纪80年代以来得到飞速发展。理论上也可用于立体停车库系统，但实际上在立体停车库的控制系统中，单片微机控制却没有得到广泛的推广应用，其原因主要有以下几点：1.单片微机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；2.单片微机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻；3.单片微机自身就是弱电驱动，但是对于停车库系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可靠性就下降了；4.单片微机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。因此，单片微机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还不成熟，也是以后停车库系统研究开发的一个方向。3.3升降横移式立体停车库36控制系统升降横移式立体停车库的控制系统必须确保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，并把监控信息反馈至系统的控制核心，由它对系统机构的运作进行修正，保证车库整个系统在稳定正常的状态下进行工作。所以，在确定车库控制系统时，首先应该明确系统的控制任务。3.3.1升降横移式立体停车库控制系统的控制任务制定升降横移式立体停车库控制系统的控制任务，前提是要深入了解被控对象车库的结构、运动规律等，并根据客户提出的控制要求和实际的可能性、必要性来确定其任务。本文均以36升降横移式立体停车库控制系统为例。图3-2 36升降横移式立体车库状态1现在我们在图3-2中的状态下对13号托盘取车,取车完毕后对8号托盘存车。根据车库的运动原则，8号和2号车位位于其垂直下方，必须要横移让出空位，所以就要求8,9,10号车位各向右横移一个车位，同时1,2号托盘各向左移一个车位,然后13号托盘便在提升机构的作用下，降到底层存车，如图3-3所示。图3-3 36升降横移式立体车库状态2现在在8号托盘存车，承接13号托盘取车过程，根据运动原则，8号托盘下必须要求空位，那么13号载车板必须提升到车位架的位置，停放完毕后，3号托盘就可以向左横移一个车位，如图3-4所示图3-4 36升降横移式立体车库状态3这样，8号载车板就可以下降到底层存车，停好车后8号托盘上升方便以后的存取，从图示状态完成13号托盘存取车，8号托盘存车后的状态如图3-5所示。图3-5 36升降横移式立体车库状态4根据运动的规律，不难发现，存取车过程中，涉及最多的就三个方面：一、为了让出空位，托盘需要横移；二、为了存取车，需要托盘的升降；三、托盘左右横移一个准确的停车位行程和升降到准确的位置。由此看出，控制任务主要就是要完成对横移、升降以及定位的控制。在升降横移式立体停车库中，每一个有效车位都有一组独立的横移和升降系统，分别由一个横移专用小型减速电机和一个升降专用减速大电机组成。横移定位靠安装在横移导轨规定位置的行程开关来完成，升降定位则靠安装在地面和车位架规定位置的行程开关来完成。控制横移电机和升降电机可以看作是控制系统的输出(开关量输出)，行程开关可以看作是控制系统的信号输入（开关量输入）。3.3.2升降横移式立体停车库控制系统的基本要求车库现场一般环境比较恶劣(一般为室外)，如高温、粉尘、高湿度、振动、强电设备启动的磁场干扰等，所涉及的控制系统除了要满足控制任务，还需要满足如下的基本要求：1.可靠性高车库控制系统在车库现场应能长期、可靠、稳定地工作。一方面，必须具有很强的抗车库现场干扰能力;系统设计时，就应根据使用环境，考虑合适的抗千扰措施。另一方面，控制系统必须能长期稳定的运行。如用下面公式来衡量，有效度A愈接近1，控制系统长期运行的可靠性就越高，这取决于合理的系统设计、控制电路的设一计、元器件质量、组装调试时严格的工艺规程等。 式中:MTBF平均无故障工作时间 MTTR平均修理时问2.操作性能好车库控制系统的操作性能好，表现在它的使用性能和可维护性能两个方面，这是在系统硬件和软件设计时就要考虑和注意的坏节。使用性能方面，硬件设计时要尽量降低操作人员的专业知识要求，如控制界面不要太复杂，操作顺序简单、操作出错不会引起人身设备故障等，使操作人员感到容易学习，使用方便。软件开发时，按照软件工程的要求，尽量使用高级语言开发用户程序，使程序具有较好的开放性并易于再开发。在可维护性能方面，硬件设计时，控制柜应有较大的维修操作空间，硬件采用模块式组合结构，出现故障时，容易采用更换方式进行维修，从而缩短维修时间。软件设计时，应配有查错、故障诊断程序，使故障出现时，易于查找故障部位。3.通用性好工业控制技术发展迅速，更新换代快，而且被控对象的控制要求也会根据生产的发展不断提出新的要求。因此系统设计时，要考虑所设计的控制系统具第三章升降横移式立体停车库的控制系统益。要达到这一目的，系统设计时，主要采用标准化总线设计，输入输出通道设计。电源设计时，预留一定的余量和空间，这样功能扩充时，可以很方便的增加一些输入通道而不需重新更换控制柜，同时，只要更换CPU模块或模块扩展，就可以达到系统升级的目的。控制系统硬件确定主要包括系统控制形式及控制核心单元的选择、输入参量的检测和传感器的选择、输出驱动方式和驱动元件的选择、人机联系方式的选择，最后生成硬件接线图。一、控制系统控制核心单元的选择升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元确定与控制任务有关，36升降横移式立体停车库有11个提升大电机，10横移小电机，由控制单元的输出点控制，并要求实现正反转，故需要42个输出点；托盘行程开关：横移定位开关20个，升降定位有22个，行程开关的位置监测信号可作为控制系统的输入，即需 42个输入点。此外车库的控制系统要对车库运行进行监控、安全监测等。所以控制系统的输入/输出点至少在100以上，对于如此众多的输入/输出点，继电器和单片微机控制系统很难达到，而对于可编程控制器就显得很简单，它在理论上，可无限制的扩展输入/输出模块。从功能、性能、经济等各方面考虑，36升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元采用S7-200系列的非集成式可扩展型可编程控制器。只要选择与输入/输出模块相匹配的电源和CPU单元，可编程控制器便可完成36升降横移式立体停车库控制任务。可编程控制器的系统框图如下图3-6：图3-6可编程控制器的系统框图S7-200 PLC的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。新一代的CPU模块按I/O点数多少不同和效能不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU 222、CPU224、CPU224XP、CPU226，其中CPU 226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，数据存储容量10KB，7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，3K字节程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。本文36升降横移式立体车库控制系统总共有97个数字量输入，63个数字量输出，根据I/O点数，以及程序容量和控制的要求，选择CPU226作为该控制系统的主机，外加5个扩展模块即可满足使用要求。其中2个数字量输入模块EM221,其类型为16点24VDC输入；3个数字量输入/输出模块EM223，其类型为16点24VDC输入/16点24DC 输出。二、传感器的选择36升降横移式立体停车库控制系统要完成对车库现场的监控、运动位置的检测等任务，需要大量的检测传感装置。在选择检测传感装置时，其装置一般要符合以下要求：1.输入输出信号之间要求一定的函数关系。经常要求时单值、直线性的函数关系，即符合 Sc=ASr+K式中:Sc传感器的输出值； A灵敏度系数，常数； Sr传感器输入值； K零点输出，常数。2.有较高的的灵敏度和较大的信噪比。灵敏度高，意味着被测量有微小变化时传感器就有较大的输出，但又要求传感器本身噪声小，且不易从外界引进干扰噪声。3.响应速度快又不失真。即要求输出信号随输入信号变化的响应时间越短越好。4.线性范围宽。任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成正比关系。线性范围愈宽，表明传感器的工作量程愈大。5.稳定性好，抗干扰能力强。稳定性指传感器经过长期使用后其输出特性不发生变化。影响传感器稳定性的是时间和环境，环境又包括温度、湿度、尘埃、振动、电场、磁场干扰等因素。6.有较高的精确度。传感器的精确度表明传感器输出与被测量之间的对应程度以及重复一致的程度。7.输出信号易于微机接口。对于控制系统而言，要求传感器的输出信号尽量符合计算机控制系统输入通道的信号要求，即为05V, 15V, 010V, 020mA, 4 20mA等标准电压、电流。8.结构要简单，易于安装更换，易于维护，性价比要好。在选择传感器监测装置时，要以上述要求为依据。36升降横移式立体停车库控制系统中所涉及到的传感监测装置有以下几种： 1、红外探测器 停车库安装红外探测器有两种功能:车库在运行时，不允许有其它物体进入车库工作区域，例如人和小宠物;在夜间或者无管理员时，防止偷盗和蓄意破坏等违法行为。在警戒范围内，为什么人在移动时被动红外探测器能够发生报警信号?在自然界，任何高于绝对温度(-273. 151C)的物体(例如人和小宠物)，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PTR)，它能将波长为8-12 u m之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体或小宠物进入车库运行警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射 (反射)在PTR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的性是在PTR上产生变化热释红外信号，这样PTR就能产生变化的电信号。2、行程开关36升降横移式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。行程开关是将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制，应用于车库系统的限位保护和行程控制。行程开关靠外加机械力使触点动作，可分为三种:快速动作、非快速动作和微动。非快速行程开关在机械系统的移位控制中被广泛的应用，其缺点就是触头的通、断速度与机械运动部件推动推杆的速度有关。当运动部件移动速度较慢时，触头打开与闭合的速度缓慢，触点断开时产生的电弧维持时间长，容易损坏触头。当运动部件移动速度小于0. 4m/min时应当选用快速动作的行程开关。停车库中部件的运动均大于这个速度，使用的均为非快速行程开关。 3、光电开关 PSH16D/5K型升降横移式立体停车库中，光电开关主要用来检测车库有无车的检测装置以及检测车库是否停靠到位。光电开关由投光器、受光器和电源组成，投光器常用发光二级管，受光器常用光敏元件。它的工作原理:使投光器和受光器相对，当被测物体挡住从投光器射出的光线时，受光器得到控制信号。并根据光学系统检测方式分为:透光方式和反射方式。在停车库中所应用的光电开关均有这两种形式。光电开关是一种非接触检测元件，它几乎可检测各种物体，而且反应速度快，使用寿命长，检测距离可从几毫米到数十米，广泛的应用于定位测量和信号检测。三、驱动元件在此驱动元件是完成车库托盘的横移和升降的专用减速电机,查阅相关资料得知升降速度 lOmmin；横移速度 13mmin；最大提升重量 2800kg；升降机构电机功率 455kW；横移机构电机功率 037055kW 。则本文横移选用Y8012-2三相异步电动机，升降选用Y132S2-2三相异步电动机，两种型号电动机性能技术数据如表3-1。表3-1电动机性能技术数据型号额定功率（KW）满载时堵转电流/额定电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩转速(r/min)电流（A）效率（%）功率因数cos 220V380vY801-20.7528253.211.9750.847.02.22.2Y132S2-27.5292017.71586.20.887.02.22.2由于36升降横移式立体停车库的控制核心单元选用可编程控制器,可编程控制器内部驱动都是弱电直流器件，内部最大的电压不超过+24V，所以电机应外接电源380V工业交流电。对于每一部电机，可编程控制器的输出单元都有两个输出点，分别驱动。实现正反转的两个交流接触器如图3-7所示。图3-8控制系统驱动电机示意图五、生成控制系统PLC硬件接线图根据上述停车库控制系统的各部分控制硬件及停车库的具体结构和运动规律，以及在满足现有技术和实际功能的情况下，生成控制系统PLC硬件接线图如图3-9所示，然后编写控制程序。图3-9 控制系统PLC硬件接线图第四章 升降横移式立体停车库PLC控制的控制程序4.1软件所要完成的控制任务 在36升降横移式立体停车库控制系统分析中，硬件配置部分己在前面章节详细的进行了说明，并提出硬件配置的依据基本上是要根据停车库所要完成的控制任务来确定，包括控制核心器件、传感检测装置等。同样，在现有控制硬件的条件下，如何来完成控制任务，这就要通过软件系统对控制的实现。本节将要详细的明确软件所要完成的控制任务。 总体来说软件系统就是在硬件系统的支撑下，向驱动单元发出控制指令，使执行机构在预想的过程中，准确无误的完成所要完成的控制任务。而控制硬件和软件都有自己的控制任务。36型升降横移式立体停车库中的软件系统就是要运用自身的编程语言(梯形图)以及相关的功能块语言，进行合理的排序和逻辑运算，再通过合理的判断和扫描程序运算结果，由硬件系统向驱动单元输出最终的判断结果，从而完成软件控制。4.2控制程序流程图该系统存取车控制只针对上层(二、三层)车位，而对于下层车位，存取车只需直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写，程序流程图如图4-1所示。需要说明的是，托盘用钢丝绳或链条依靠托盘上的吊点悬在托架上，在静止状态时，防坠（安全）挂钩挂住托盘，托盘要下降时，必须移开安全挂钩才能下降软件在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧，所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行，待各流程动作全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动作。即如果选择第三层托盘进出车，可以使一层二层同时平移(左移或右移)，这样，设备动作顺序之间联锁或双重输出时，控制系统均能自动处理，而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间，提高工作效率。4.3控制程序优化由于上层的托盘升降都必须使其下层车位为空车位之后才能进行，以地上三层车位运动为例，一层空车位位置有N种，二层托盘升降涉及的运动方式有N2种，三层托盘可能的运动方式有N3种，随着车位和层数的增加，程序会出现剧烈膨胀，因此，如何寻求简便方法，使程序得到优化将是该系统程序设计的难点。以第二层为例，在变量Dm中存放第二层需要存取的车位号，该车位号为1N，如进行上层X(1XN)号车位存取，则DmX；在Dn中存放下层空车位号，设空车位为Y号车位，则DnY；在进行存取车时，把Dm和Dn中的数值进行比较，其结果为零，则上层车位的托盘可以直接下移；如果结果大于零，则表示空车位在左边，这样先把空车位右边第一个托.按下启动按钮？初始化系统安全检测发生故障吗？手动操作上层存取车信息下车位各层有托盘？确定以下各层那边有空位？托盘左移托盘右移下通道建立否？弹开防坠挂钩托盘下移托盘到底否？发出存取车信号车停好否？托盘复位信号托盘上升托盘达到最高点？伸出防坠挂钩上层存取车完成YYNYN紧急停车YNYNY报警NYNYN开始结束图4-1 停车库软件系统控制流程图盘左移到空位上，之后重复上述过程，直到空车位在上层需要存取的车位正下方时，上层车位的托盘才能进行升降运动。程序优化结构图如图4-2所示三层存取车的处理方法和第二层类似。图4-2 控制程序优化结构框图模块化程序设计PLC控制程序采用模块化编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且为车位的拓展提供了便利的条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、托盘平移运动程序模块、光电开关子程序模块、托盘升降运动程序模块和故障报警子程序模块。软件设计中关键问题的处理程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件，当系统掉电时元件保持掉电前的状态，以保存现场信息，待上电后继续完成被中断的动作；当发生意外情况时，按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息；当出现如电机过载、过热电气或机械故障时，自动中止系统的运行，并发出声光报警，同时系统转入手动方式进行故障处理。4.4 PLC的I/O口资源配置36升降横移类立体车库的输入点、输出点具体分布可按表4-1和表4-2进行，该表按照输入、输出部分不可重叠来排列的。表4-1输入点分配启动I0.0故障输入I1.4停止I0.1安全检测I1.5手动I0.2轮廓检测I1.6自动I0.3报警复位I1.7上移I0.41-16按钮I2.0-I3.7下移I0.56-16号托盘有车I4.0-I5.2左移I0.6101-206车位有托盘I5.3-I6.6右移I0.71-10号托盘左限开关I6.7-I8.0存车I1.01-10号托盘右限开关I8.1-I9.2取车I1.16-16号托盘上限开关I9.3-I10.5复位I1.26-16号托盘下限开关I10.6-I12.0车未到位I1.3表4-2输出点分配运行指示灯Q0.0安全报警Q1.0手动指示灯Q0.1轮廓超限灯Q1.1自动指示灯Q0.21-10号托盘左移Q1.2-Q2.3存车指示灯Q0.31-10号托盘右移Q2.4-Q3.5取车指示灯Q0.46-16号托盘上移Q3.6-Q5.0可存取指示灯Q0.56-16号托盘下移Q5.1-Q6.3车未到位报警Q0.66-16号挂钩Q6.4-Q7.6故障报警Q0.74.5升降横移类立体车库的梯形图 该程序中用到PLC的指令有主程序、子程序、跳转程序、比较指令、传送指令等等。 此为主程序，先初始化，有手动自动选择，上层有车辆时才能进入取车操作，上层有空车位时才能进行存车操作，若出现故障则停止运行。此程序段为自动运行控制子程序auto，其里嵌套SBR_13，SBR_13为1-16号托盘对应的按钮；VW0存放二层存取托盘号，VW1存放三层存取托盘号，VW2存放一层无托盘号，即一层空车位号，VW3存放二层无托盘号，即二层空车位号;二层存取、三层存取可分别跳到相应的程序段；通道建成后，进行存取的托盘号可下移，车停到位后按下复位按钮，托盘回到先前位置。现以图3-2状态下对13号托盘取车来说明整个梯形图如何执行的。在此状态下，接通电源按下启动按钮，启动指示灯亮，由于车库目前车库有车，按下取车按钮后，取车指示灯亮,接着按下自动按钮，自动指示灯亮，进入自动控制程序段，下面按下所取车的托盘号，则VW1=3，VW2 =1，VW3=6，接着进入三层存取车程序段，由于VW1=3 VW2 =1,也执行子程序SBR_1，执行一次子程序SBR_1，一层空车位号右边的托盘左移一个车位，一层空车位号就加1，第一次执行后VW2 =2，第二次执行后VW2 =3，同样VW1 =VW2 =3，不再执行循环程序；经过一二层托盘的移动，VW1=VW2=VW3=3，则13号托盘的下通道建好，弹开1号托盘的防坠挂钩，便可下降至碰到下限位开关，1秒后，可存取指示灯亮，司机