基于PLC的多层升降横移立体车库控制系统设计.doc

摘 要 本文设计针对由于城市空间有限 并且城市中车辆日益增多所造成的停车难问题 设计了基于 PLC 的多层升降横移立体车库控制系统 立体横移式车库占地面积小 操 作方面 智能 利用 PLC 程序 可以使操作变得简单易懂 使人们存取车辆更加方便 快捷 并且运用世纪星组态软件对 PLC 进行实时监控 本文首先介绍了立体车库的开发背景 意义以及国内外的现状 其次对立体车库 做了整体性的设计 包括工作原理 操作方式等 接着对 PLC 的软件单元进行了透彻 的分析并编写控制程序 软件设计分为手动移动 自动移动两种模式 自动模式下能 够实现自动判断存取状态 自动复位等功能 最后通过世纪星组态软件实现对智能立 体车库的实时监控 立体车库在生活中的确有着广泛的应用空间 能够给人们带来巨大的帮助 随着 科学的进一步发展 立体车库必定会有更大的发展 会更好的服务于人们 关键词 立体车库 可编程控制器 组态软件 Abstract This article is designed by the targeted to slove the problems of urban space is limited and the growing number of cities caused by vehicles parking difficult issue Three dimensional sliding garage area is small operational intelligence the use of PLC program you can make the operation simple and easy to understand make it faster and more convenient access to vehicles and the use of Century Star configuration software to conduct real time monitoring of the PLC This paper describes the development of three dimensional garage background the significance of the status quo at home and abroad Secondly three dimensional garage done overall design including the working principle operation methods Then the software unit of the PLC conducted a thorough analysis and preparation of control procedures software design is divided into manual movement automatically move two modes automatic mode can be achieved automatically determine access to the state automatic reset functions The final adoption of the century Star configuration software for intelligent real time monitoring of three dimensional garage Parking is indeed in life has a wide range of applications of space it will give people a huge help With the further development of science three dimensional garage will be greater development will better serve the people Keywords Three dimensional Garage Programmable Controller configuration software 目 录 绪 论 1 1 立体车库的控制方案设计 8 1 1 立体车库的工作原理 8 1 2 设备的控制要求及控制方式的设计 9 1 3 系统的操作过程 9 1 3 1 手动操作 9 1 3 2 自动操作 10 2 立体车库系统的硬件设计 11 2 1 控制系统设计 11 2 2 可编程控制器 PLC 的选取 11 2 2 1 PLC 的特点 11 2 2 2 PLC 的应用广泛 12 2 2 3 PLC 的工作原理简单易懂 13 2 3 立体车库机械部分部件的设计 14 2 4 其它设备的简介 15 2 4 1 传感器 15 2 4 2 减速电动机 15 2 4 3 行程开关 15 2 4 4 按钮 16 2 4 5 变频器 16 2 5 本章小结 16 3 立体车库系统的软件设计 17 3 1 立体车库控制系统的程序设计 17 3 1 1 PLC 的工作原理 17 3 1 2 编程软件 CX Programmer 的应用 17 3 1 3 PLC 的外部接线图 18 3 1 4 PLC 的 I O 地址分配 19 3 1 5 立体车库控制系统的 PLC 程序编程语言的选择 20 3 1 6 立体车库控制系统的流程图 20 3 1 7 立体车库控制系统的程序设计 21 3 2 世纪星组态监控 23 3 2 1 世纪星软件的介绍 23 3 2 2 世纪星软件的特点 23 3 2 3 实时监控系统的设计 24 3 2 4 内部参数系统的设定 25 3 2 5 软件语言的编程 26 3 3 组态画面的动态衔接 27 3 3 1 组态画面的设计 28 3 3 2 动态衔接的介绍 28 3 4 本章小结 30 结 论 31 致 谢 32 参考文献 33 附录 A 英文原文 34 附录 B 中文翻译 45 附录 C PLC 梯形图 53 绪 论 1 课题研究的背景和意义 随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展 拥有私家车的家庭越来越多 而与此 相对应的是城市停车状况的尴尬 以北京市为例 截止 2006 年底 市区仅有公共停车 场 827 处 共计车位 5 6 万个 仅占市区机动车拥有量的 8 5 停车环境与城市规划 的矛盾十分突出 据建设部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查 城市机动车保有量与停车位之比平均为 4 84 1 这一比值对于渴望 车者有其位 的车 主来说 形式不容乐观 停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足 上 世纪 80 年代初期 北京市权威部门对 2000 年北京汽车发展数的预测仅仅是 70 万 80 万辆 而事实上到新世纪钟声敲响之前 北京市汽车总量则足足比预期多了 100 万辆 其中私人小客车的数量就高达 45 万辆 面对迅速发展的城市车流 停车设施建设的落 后也就不足为奇 据建设部停车技术开发推广中心介绍 北京市停车设施的 欠账 最 保守估计应为 20 30 1 图 1 被汽车占领的城市 停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通 车辆停放状态 问题 静态交通 是相对于动态交通 车辆行驶状态 而存在的一种交通形态 二者相互联系 互相影 响 停车设施是城市静态交通的主要内容 随着城市的不断发展 各种车辆的不断增 加 对停车设施的需求也在不断增加 如果两者之间失去平衡 城市里就会出现停车 难的一系列问题 数据显示 最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在 15 20 而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有 2 3 特别是大城市的机动车拥有 量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度 因此 我们必须重视城市停车难的 问题 并积极探求解决的措施 1 专家们指出 解决城市静态交通问题 大体分为软硬两种措施 所谓软措施 就 是通过政策法规 限制路面停车 提高停车场利用效率 使部分车主更愿意改乘公共 交通工具 以减少机动车对停车场的需求 而硬措施 主要包括增建停车场 建设地 下及立体停车场 利用其它空间满足停车需求 而无论采取什么措施 在规划后再收 拾残局 于局限内弥补不足 政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小 图 2 先进的自动化立体车库 随着人类社会的不断进步和科学技术的发展 人类的生产 生活方式趋于集中 城市的规模越来越大 人们在城市里的生存空间却越来越小 于是出现了要利用空间 的理念 城市中开始建设立体建筑 立体交通和立体停车 作为现代大都市的标志 城市中心商住区高楼大厦林立 社区道路 高架交通干道 立交桥和地下铁路 编织 出城市立体交通网 汽车的住宅 停车场也有了长足的发展 由平面停车向立体停车 由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变 成为具有较强的实 用性 观赏性和适合城市环境的建筑 伴随着汽车进入家庭 城市动态 静态交通管 理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高 给停车产业提供了前所未有发展机 遇 停车产业市场前景广阔 2 作为现代大都市的标志 立体建筑和立体交通都有了显著发展 道路拥挤 车满 为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音 发展立体停车已成为人们的共识 目 前我国经济正处在高速发展时期 随着人们生活水平的不断提高 汽车进入家庭的步 伐正在加快 停车产业市场前景广阔 机械式立体车库既可以大面积使用 也可以见 缝插针设置 还能与地面停车场 地下车库和停车楼组合实施 是解决城市停车难最 有效的手段 也是停车产业发展的必由之路 当前 我国许多大城市如北京 上海 深圳都开始大力发展机械式立体停车产业 机械车库与传统的自然地下车库相比 在 许多方面都显示出优越性 首先 机械车库具有突出的节地优势 以往的地下车库由 于要留出足够的行车通道 平均一辆车就要占据 40 平方米的面积 而如果采用双层机 械车库 可使地面的使用率提高 80 90 如果采用地上多层 21 层 立体式车库 的话 50 平方米的土地面积上便可存放 40 辆车 这可以大大地节省有限的土地资源 并节省土建开发成本 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全 人在车库内或车 不停准位置 由电子控制的整个设备便不会运转 应该说 机械车库从管理上可以做 到彻底的人车分流 在地下车库中采用机械存车 还可以免除采暖通风设施 因此 运行中的耗电量 比工人管理的地下车库低得多 机械车库一般不做成套系统 而是以单台集装而成 这样可以充分发挥其用地少 可化整为零的优势 在住宅区的每个组团中或每栋楼下 都可以随机设立机械停车楼 这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便 条件 近年来 随着经济的发展 我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高 汽车 数量的不断增加 截至 2003 年底 我国个人汽车保有量为 12427672 辆 其中 个人 轿车 4890387 辆 比 2002 年增加 1462441 辆 增长率为 42 7 但与此同时 汽车停 车场地的增长却不能与之同步 汽车泊位与汽车数量的比例严重失调 由此带来停车 难 违章停车 停车管理困难等一系列问题 当以往的路边 人行道上停车 地下或 地面停车场均解决不了上述问题时 采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施 机 械 式立体停车设备又名立体车库 它占地空间小 并且可最大限度地利用空间 安全方便 是解决城市用地紧张 缓解停车难的一个有效手段 国家计委已明确机械 式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业 上述措施为我国立体车库 产业的成长提供了良好的条件 也为我国解决城市停车空间问题提供了机会 可以预 见立体车库具有非常广阔的市场前景 2 2 国内外现状 早在 50 多年前 立体停车就在国外有所发展 先后出现了针对家庭使用的双层停 车设备 利用住宅空地建起 2 4 层升降横移停车设备 适合城市中心商住区使用的停 车楼和停车塔 利用广场 建筑物下面的空间建设地下车库 自 70 年代末起 世界经 济高速发展 汽车逐渐普及 保有量不断增加 迫使地少人多 车多的国家 地区和 一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用 以日本 美国 德 国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平 韩国和我国的港 澳 台地区的停车行业也通过引进 移植制造 得到了蓬勃发展 较好地解决了本地区 的停车难 并开始向外输出技术和出口产品 图 3 国外高容量的立体车库 目前世界停车产业正向多元化发展 其停车技术几乎包含了当今机械 电子 液 压 光学 磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术 机械方面 应用了许多新 材料 新工艺 设备结构采用模块化设计 便于组合使用 易于安装拆卸 钢结构选 用新型优质钢材 既提高了设备的强度和刚度 又使设备轻巧美观 载车板采用一次 成型的镀锌板或彩涂板组装 美观 强韧 耐用 控制技术方面 广泛采用可编程序 控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术 使运行高速平稳 节省电力 振动和噪音 也趋于最小 控制形式有 按钮式 锁匙式 IC 卡式 键盘式 触摸屏式 遥控式等 安全元件采用各种光栅显示屏 光电管 机械式行程开关 磁性接近开关 光敏感应 开关等 安全保护装置日臻完善 如汽车出入声光引导和定位 汽车尺寸和重量自动 识别 限速保护与多重机构互锁 停车泊位自动跟踪 链条和钢丝绳长度超范围报警 和弹性变形自动补偿 汽车图象摄影对比安全检测 自动消防灭火系统等 日本是最早应用机械式车库的国家之一 其在上世纪 60 年代初就开发并使用可最 大限度的利用空间的机械式停车设备 当时日本全国汽车保有量大约为 500 万辆 大 多采用的是垂直循环式停车设备 从 80 年代开始 日本开始向亚洲地区的韩国 中国 及台湾地区出口产品及技术 韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生 其机械 停车产业从 20 世纪 70 年代中期开始起步 80 年代开始引进日本技术 经过消化生产 和本土化 90 年代开始为供应使用阶段 由于这几个阶段得到政府的高度重视 各种 机械停车设备得到普遍开发和利用 韩国近几年增长速度都在 30 左右 目前韩国停 车设备行业进入稳步发展阶段 图 4 韩国 LG 公司研发的塔式 我国机械式车库的早期研究开发工作是从 80 年代中期开始 90 年代开始引进和生 产停车设备 在北京 上海 广州 深圳等地都有使用 参照日本等国标准制定的我 国行业标准也于近几年出台 目前停车设备生产厂已发展到几百家 生产各种类型的 停车设备 有些停车设备已开始出口 机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑 不仅包含了机械停车设备 其规划建设涉及到区域整体景观 交通疏导 建筑结构 供电照明 通讯监视 通风排水 环境保护 安全消防 收费管理等各学科领域 就 停车设备本身而言 其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征 需要多学 科 多专业的复合型人才积极参与 把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国 停车产业 开发出安全 经济 高效 节能 省地的产品 满足国内外市场的需求 在我国的停车产业发展中还存在一些问题 如没有统一的技术标准 多数产品是 仿效或引进国外技术制造 技术水平低 缺少具有一定规模的企业 生产能力不足 市场竞争无序 个别企业为抢占市场 采取低价竞争 缺少科研设计单位的参与 技 术创新能力严重不足 政策不配套 对停车产业发展和管理严重滞后等 解决上述问 题 需要我们在政策市场 管理和技术多方面做出努力 政策方面应参照发达国家的 有关政策法规 规划确定出专用和公共停车位的合理数量 实现投资主体多元化 确 定车库的管理属性和停车收费标准 给予投资和经营者相应的优惠政策 使其有利可 图 市场方面应建立车库市场运行机制 利用价格杠杆调高占路停车收费标准 逐步 消除 路满库空 现象 鼓励按市场规则经营车库 并实施政府监督和政策调控 使停 车产业良性发展 图 5 在我国广泛使用的升降横移式立体车库 3 本文的主要工作目标和意义 目前 立体车库主要有以下几种形式 升降横移式 巷道堆垛式 垂直提升式 垂直循环式 箱型水平循环式 圆形水平循环式等 在对国内外各种同类产品进行分 析的基础上 再结合造价 技术难度以及用户需求等各个方面的因素 可以发现升降 横移式立体车库形式比较多 规模可大可小 而且对场地的适应性较强 同时采用这 类设备的车库十分普遍 因此 本文最终确定研究对象为升降横移式立体车库 4 论文结构 1 本文首先介绍了课题的背景和研究意义 简述了国内外的现状 2 对立体车库的工作原理作了介绍 设计了手动 自动了两种操作模式以及具 体的运行过程 3 完成工作方式的设计后 针对需要实现的设计目标进行了硬件选择 并且作 了详细的介绍 4 本文最后根据选择的硬件以及立体车库具体功能的需要进行了软件的选择 随后进行了相应的软件程序设计 并且设计了立体车库的世纪星组态设计 1 立体车库的控制方案设计 1 1 立体车库的工作原理 升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停 车设备 升降横移式立体车库每个车位均有载车板 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 驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库 以 7 车位 的升降横移式停车设备为例 具体形式如图 1 1 所示 图 1 1 立体车库的存车状态 其工作原理是 三层三个车位可以升降 二层两个车位可以升降和平移 一层的 两个车位只能横向横移 空车位供三层和二层的车位下降时借用 1 2 号车位可以直 接存放车辆 5 号车位需下降后再存放车辆 3 号车位 1 号载车板左移 再将 3 号载 车板下降 4 号车位 则需先将 1 号和 2 号载车板左移 再将 4 号存车板下降 6 号 车位则需要先将 1 3 号载车板右移 再将 6 号载车板降下 7 号车位需要先将 1 2 3 4 号四个载车板右移 再将 7 号载车板下降 由于升降横移式停车设备对场 地的适应性强 介绍系统各机械部分部件结构和功能 可根据不同的地形和空间进行任 意的组合 排列 规模可大可小 对土建的要求比较低 因此 应用非常广泛 1 2 设备的控制要求及控制方式的设计 本系统为升降横移式立体车库的控制系统 设置有操作面板 具有手动 自动两种 工作状态 有车位选择 移动方向选择以及复位功能 自动模式中允许用户刷卡控制 经过相关设备的处理 直接对相应的车位进行存取操作 由 PLC 程序控制相应的变频 器和电机控制在车板移动 达到存取车辆的目的 由车位传感器确定车辆是否已经被 取走或者车辆是否已经存入 并且在完成相应的工作后自动恢复成为到原位 手动模 式控制设备与自动模式相同 主要是服务于故障检测以及特殊情况的 具体的操作是 首先选择车位 然后选择车位的移动方向 当车位移动到相应的位置后由相应的限位 开关控制其自动停止 不同于自动控制的是 当完成相应的操作的时候 需要将车位 手动复原 可以让设备随时停止 以便于机械故障的时候减少损失和维修 在中央控制室 需要一台控制的计算机 并且利用组态软件监控车库的运行状态 以便于及时的发现问题 组织维修 上位机与 PLC 通过通信电缆连接 1 3 系统的操作过程 1 3 1 手动操作 选择按键手动或者自动 手动运行 指示灯亮 即可在电柜面板上选择相应的手 动按钮及动作升降横移选择开关进行操作 另外取车之前要保证各车位与车盘 车位与车盘的定义参见机构工位简述的规定 在相对应的位置上 才能按照下面的操作方法进行操作 否则要根据实际情况进行相 对应的手动操作 1 取车位 3 上的车 手动操作过程如下 按下车位 1 按钮 选择左移按钮 直至车位 1 移动到左侧的时候由限位开关控制 自动停止 然后选择车位 3 在选择下移按钮 车位 3 移动到底部的时候由限位开关控 制自动停止 取车完毕需要手动复位 2 取车位 4 上的车 手动操作过程如下 选择车位 1 然后选择左移按钮 车位 1 实现左移 然后选择车位 2 选择左移按 钮 车位 2 实现左移 然后选择车位 4 选择下移按钮 车位 4 下移 取车完毕需要手 动复位 3 取车位 5 上的车 手动操作过程如下 选择车位五 然后选择下移按钮 则车位 5 视线下移 取车完毕需要手动复位 4 取车位 6 上的车 手动操作过程如下 选择车位 1 然后选择左移 实现车位 1 左移 然后选择车位 3 选择左移按钮 车位 3 实现左移 然后选择车位 6 选择下移按钮 车位 6 视线下移 取车完毕需要手 动复位 5 取车位 7 上的车 手动操作过程如下 分别移动车位 1 车位 2 车位 3 车位 4 分别实现左移 然后选择车位 7 选择 下移按钮 视线下移 取车完毕需要手动复位 1 3 2 自动运行 按下自动按钮 然后刷卡 则车位下移 然后通过车位传感器 实现自动归位 例如对车位 6 的自动操作 当读卡器接到用户的输入后 车位 1 和车位 3 左移 结束 后车位六下移 当车位里的车被用户取走之后 车位六 6 自动上移 然后车位 1 和车 位 3 左移 实现自动复位 2 立体车库系统的硬件设计 2 1 控制系统设计 立体横移式升降横移车库的控制系统的硬件可根据具体的需要选择 程序控制方 面需要可编程控制器 PLC 汽车的存放需要钢架和在车板 车位的移动控制需要变 频器和电机 载车板移动的行程采用限位开关控制 汽车已经存好或者已经取走的判 断需要车位传感器来实现 2 2 PLC 的选取 立体车库的控制系统有很多种 各有特点 本文针对本系统的实际需要 选择 PLC 进行控制 主要是因为如下特点及原因 2 2 1 PLC 的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术 采用严格的生产工艺制造 内部电路采取了先进的抗干扰技术 具有很高的可靠性 使用 PLC 构成控制系统 和同等规模的继电接触器系统相比 电气接线及开关接点已 减少到数百甚至数千分之一 故障也就大大降低 此外 PLC 带有硬件故障自我检测 功能 出现故障时可及时发出警报信息 在应用软件中 应用者还可以编入外围器件 的故障自诊断程序 使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护 这样 整个系统将极高的可靠性 2 配套齐全 功能完善 适用性强 PLC 发展到今天 已经形成了各种规模的系列化产品 可以用于各种规模的工业 控制场合 除了逻辑处理功能以外 PLC 大多具有完善的数据运算能力 可用于各种 数字控制领域 多种多样的功能单元大量涌现 使 PLC 渗透到了位置控制 温度控制 CNC 等各种工业控制中 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展 使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 PLC 是面向工矿企业的工控设备 它接口容易 编程语言易于为工程技术人员接 受 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近 为不熟悉电子电路 不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门 4 系统的设计 工作量小 维护方便 容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑 大大减少了控制设备外部的接线 使控制系统设 计及建造的周期大为缩短 同时日常维护也变得容易起来 更重要的是使同一设备经 过改变程序而改变生产过程成为可能 这特别适合多品种 小批量的生产场合 安装与布线 动力线 控制线以及 PLC 的电源线和 I O 线应分别配线 隔离变压 器与 PLC 和 I O 之间应采用双胶线连接 将 PLC 的 I O 线和大功率线分开走线 如必 须在同一线槽内 分开捆扎交流线 直流线 若条件允许 分槽走线最好 这不仅能 使其有尽可能大的空间距离 并能将干扰降到最低限度 PLC 应远离强干扰源如电焊 机 大功率硅整流装置和大型动力设备 不能与高压电器安装在同一个开关柜内 在 柜内 PLC 应远离动力线 二者之间距离应大于 200mm 与 PLC 装在同一个柜子内的 电感性负载 如功率较大的继电器 接触器的线圈 应并联 RC 消弧电路 PLC 的输 入与输出最好分开走线 开关量与模拟量也要分开敷设 模拟量信号的传送应采用屏 蔽线 屏蔽层应一端或两端接地 接地电阻应小于屏蔽层电阻的 1 10 交流输出线和 直流输出线不要用同一根电缆 输出线应尽量远离高压线和动力线 避免并行 I O 端的接线 输入接线一般不要太长 但如果环境干扰较小 电压降不大时 输 入接线可适当长些 输入 输出线不能用同一根电缆 输入 输出线要分开 尽可能采 用常开触点形式连接到输入端 使编制的梯形图与继电器原理图一致 便于阅读 输 出端接线分为独立输出和公共输出 在不同组中 可采用不同类型和电压等级的输出 电压 但在同一组中的输出只能用同一类型 同一电压等级的电源 由于 PLC 的输出 元件被封装在印制电路板上 并且连接至端子板 若将连接输出元件的负载短路 将 烧毁印制电路板 采用继电器输出时 所承受的电感性负载的大小 会影响到继电器 的使用寿命 因此 使用电感性负载时应合理选择 或加隔离继电器 PLC 的输出负 载可能产生干扰 因此要采取措施加以控制 如直流输出的续流管保护 交流输出的 阻容吸收电路 晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护 2 2 2 PLC 的应用广泛 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行业 使用情况主要分为如下几类 1 开关量逻辑控制 取代传统的继电器电路 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线等 2 工业过程控制 在工业生产过程当中 存在一些如温度 压力 流量 液位和速度等连续变化的 量 即模拟量 PLC 采用相应的 A D 和 D A 转换模块及各种各样的控制算法程序来 处理模拟量 完成闭环控制 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方 法 过程控制在冶金 化工 热处理 锅炉控制等场合有非常广泛的应用 3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制 一般使用专用的运动控制模块 如可 驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 广泛用于各种机械 机床 机 器人 电梯等场合 4 数据处理 PLC 具有数学运算 含矩阵运算 函数运算 逻辑运算 数据传送 数据转换 排序 查表 位操作等功能 可以完成数据的采集 分析及处理 数据处理一般用于 如造纸 冶金 食品工业中的一些大型控制系统 5 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信 随着工厂自动化网络 的发展 现在的 PLC 都具有通信接口 通信非常方便 2 2 3 PLC 的工作原理简单易懂 PLC 是采用 顺序扫描 不断循环 的方式进行工作的 即在 PLC 运行时 CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序 按指令序号 或地址号 作 周期性循环扫描 如无跳转指令 则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序 直至 程序结束 然后重新返回第一条指令 开始下一轮新的扫描 在每次扫描过程中 还 要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作 PLC 的一个扫描周期必经输入采样 程序执行和输出刷新三个阶段 PLC 在输入采样阶段 首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入 端子的通断状态或输入数据读入 并将其写入各对应的输入状态寄存器中 即刷新输 入 随即关闭输入端口 进入程序执行阶段 PLC 在程序执行阶段 按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令 经相 应的运算和处理后 其结果再写入输出状态寄存器中 输出状态寄存器中所有的内容 随着程序的执行而改变 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕 输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶 段送至输出锁存器中 并通过一定的方式 继电器 晶体管或晶闸管 输出 驱动相 应输出设备工作 2 3 立体车库机械部分部件结构的选取 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主 在升降横移式车库中我们选用钢 架结构示 钢架结构与其它建筑结构相比 具有如下特点 1 可靠性高 钢材在生产时 整个过程可严格控制 质量比较稳定 性能可靠 钢材组织均匀 接近于各向同性匀质体 钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符 合较好 钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果 计算结果可靠 所 以说钢结构的可靠性高 2 材料的强度高 钢结构自重小 与混凝土等材料相比 虽然钢材的重力密度大 但它的强度和弹性模量较高 而 且强度与重力密度之比也高得多 钢结构自重小 从而便于运输与安装 可减轻基础 的负荷 降低地基和基础部分的造价 3 材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好 钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂 破坏前一般都会产 生显著的变形 易于被发现 可及时采取补救措施 避免重大事故发生 钢材的韧性 好 钢结构对动力荷载的适应性强 具有良好的吸能能力 抗震性能优越 4 钢结构制造简便 施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造 易实现机械化 生产效率和产品精度高 质量易于 保证 是工程结构中工业化程度最高的一种结构 构件制造完成后 运至施工现场拼 装成结构 拼装可采用安装方便的螺栓连接 有时还可在地面拼装成较大的单元 再 进行吊装 施工工期短 可尽快发挥投资的经济效益 由于钢结构具有连接的特性 故易于加固 改建和拆迁 5 钢结构密闭性好 钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构 管道等 6 钢材的耐锈蚀性差 在没有腐蚀介质的一般环境中 普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防 锈涂料 锈蚀问题并不严重 立体车库多在没有腐蚀介质的环境中 所以对钢结构本 身的维护费用低 结构主体采用热制H型钢 槽钢 角钢和钢板等型材制造 具有较好的强度和刚度 轻巧 美观 并可二次拆卸安装 运输方便 2 4 其他设备的简介 本文篇幅有限 不能对于所使用的硬件一一详细介绍 下面涉及的都是其他必需的 硬件 简介如下 2 4 1 传感器 它是一种测距的光电传感器 具有测距远 最远可达到 5 米 采用反射镜反射的 检测方式 DC12 24V 供电 遮光 ON 入光 ON 选择 本设计中主要用于车辆有无的自动判断 2 4 2 减速电动机 采用德国技术进行模块化设计 于减速机 电机 刹车器集成机电一体化组合使 用 配置美国托林顿轴承 日本产机与德国伦茨 TSB 电磁刹车器 国内出口创汇企业 的电机 各项指标符合技术要求 TGS 专用减速机与国外进口专用减速机对比 TGS 优势是电机连续工作制 提升重量大 刹车扭矩大 这是本设计的核心器件之一 主要控制载车板的移动 2 4 3 行程开关 又称限位开关 可以安装在相对静止的物体 如固定架 门框等 简称静物 上或者 运动的物体 如行车 门等 简称动物 上 当动物接近静物时 开关的连杆驱动开 关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合 由开关接点开 合状态的改变去 控制电路和机构的动作 适用于操动机构交流电压 380V 直流 220V 发热电流为 5A 的控制电路中 本设计中主要用于控制载车板的行程 2 4 4 按钮 主要用于交流 50Hz 60Hz 工作电压至 380V 和直流工作电压至 220V 的控制电路中 作控制 信号 互锁之用 2 4 5 变频器 本系统的核心部分就是载车板的移动 在车板主要是电机控制 出于本系统对于 电机控制的极高要求 选择了变频器作为电机的主要控制器 2 5 本章小结 本章主要是根据立体横移车库的具体控制要求 选取相应的硬件 主要针对可编 程控制器 PLC 变频器 车库的钢架结构做了详细的选取说明 并且对传感器 限 位开关 又称行程开关 按钮等做了简要的介绍 3 立体车库系统软件的设计 3 1 立体车库控制系统的程序设计 本文选用的是欧姆龙公司的 CPM2A 型 PLC 该公司采用的编程软件是 CX Programmer 所以选取该软件作为程序编写的工具 3 1 1 PLC 的工作原理 PLC 的工作方式与微型计算机相比有较大的不同 PLC 不是利用微型计算机中的 中断处理方式 而是采用循环扫描的工作方式 CPU 按照系统程序所赋予的功能 接 收并把用户程序和数据存在 RAM 中 系统上电后 它按扫描方式开始工作 从第一条 用户指令开始 逐条扫描并执行直到最后一条用户指令为止 它进行周期性扫描 每 扫描一次 程序就被执行一次 由于 PLC 扫描用户程序的时间一般只有几十 ms 因此 可以满足大多数工业控制的需要 而且响应速度远远高于其他控制器 7 PLC 按扫描 的方式执行程度是最基本的工作方式 也是最主要的 这种工作速度不仅适应于工业 生产中 80 以上的控制设备要求 就是在具有快速处理的 PLC 中 其主程序是以扫描 方式执行的 3 1 2 编程软件 CX Programmer 的应用 CX Programmer 是 OMRON 公司 PLC 的软件编程 调试的工具程序 适用于 C CV CS1 系列 PLC 它可完成用户程序的建立 编辑 检查 调试以及监控 同 时还具有完善的维护等功能 使得程序的开发及系统的维护更为简单 快捷 CX Programmer 编程软件支持模块化设计 在程序编写时可以直接将编写好的程序通过 RS 232C 传送到 PLC 来控制现场设备 CX P 编程软件可以实现梯形图或语句表的编 程 编译检查程序 程序和数据的上载及下载 设置 PLC 的设定区 对 PLC 的运行状 态或内存数据进行监控和测试 打印程序清单 文档管理等功能 6 根据立体车库控制具体要求 本程序采用了 CX Programmer 编程软件 利用 CX Programmer 系统的继电器指令 定时器和上升 下降沿微分指令可完成立体车库控制 系统的控制要求 互锁控制手动 自动各状态下的运行 选择车位 上下左右可选择 的移动控制等 3 1 3 PLC 外部接线图 本系统共有 18 个输出 35 个输入 经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑 发现欧姆龙可编程序控制器产品 CPM2A 比较适合本系统 因为它是一种功能很强的 小型机 在设计的过程中采用先进的方法及组件使其通常只有在大型 PLC 中才具有的 功能 且具有其他控制器所不具备的功能 虽然是小型机 但是其功能较完善 能较 好的完成系统所需要的功能 而且 性能价格比高 较适合自动车库 具体接线方式如 图 3 1 所示 图 3 1 PLC 的外部接线图 3 1 4 PLC 的 I O 地址分配 本系统由 35 个输入和 18 个输出组成 具体功能见下表 其中输入如表 2 1 所示 表 2 1 I O 分配表之输入表 输入输入 00002自动00203车位传感器 3 00003上运行选择按钮00204车位传感器 4 00004下运行选择按钮00205车位传感器 5 00005车位 1 选择按钮 00206车位传感器 6 00006车位 2 选择按钮00207车位传感器 7 00007车位 3 选择按钮 00208左运行选择按钮 00008车位 4 选择按钮 00209右运行选择按钮 00009车位 5 选择按钮 00000复位 00010车位 6 选择按钮 00001手动 00100车位 7 选择按钮00210限位开关 15 00101 00102 00103 00104 00105 00106 00107 00108 00109 00110 00111 00200 00201 00202 限位开关 1 限位开关 2 限位开关 3 限位开关 4 限位开关 5 限位开关 6 限位开关 7 限位开关 8 限位开关 9 限位开关 10 限位开关 11 限位开关 12 限位开关 13 限位开关 14 00211限位开关 16 输出如表 2 2 所示 表 2 2 I O 分配表之输出表 输出输出 01000电机 1 正运行 01002电机 1 反运行 02000 02001 电机 6 反运行 电机 7 正运行 01003电机 2 正运行 01004电机 2 反运行 01005电机 3 正运行 01006电机 3 反运行 01007电机 4 正运行 01008电机 4 反运行 01009电机 5 正运行 01010电机 5 反运行 01011电机 6 正运行 02002 00203 00204 00205 00206 电机 7 反运行 电机 8 正运行 电机 8 反运行 电机 9 正运行 电机 9 反运行 3 1 5 立体车库控制系统的 PLC 程序编程语言的选择 PLC 有多种编程语言 梯形图语言 助记符语言 逻辑功能图语言 布尔代数语 言和某些高级语言 如 Basic C 语言等 但使用最广泛的还是梯形图语言和助记符语 言 用户可以根据自己的需要利用这些软件来改善软件的开发环境 提高编程效率 9 鉴于梯形图简洁易懂 操作方便 而且在平时的上课与实验中一直应用 因此比 较熟悉 所以本文选择了梯形图的编程方式 欧姆龙 CMP2A 型号 PLC 采用的是梯形图编程语言 这种语言能很简单 很容易 掌握 也很直观的看到程序的执行的结果 比起 C 语言和汇编语言等计算机语言 梯 形图语言逻辑性更强 它以图形代替一成不变的指令 让人更容易的记住它 指令也 更简单明了化 不用过多的涉及计算机的原理和结构 所以即使对计算机原理与结构 掌握不够好 学习起梯形图语言也不会有太大的障碍 梯形图主要是以逻辑的顺序控制来编程的 也就是以内部继电器的接通顺序 以 及一些特殊的指令 如时间继电器 TIM 来实现自动控制的目的 3 1 6 立体车库控制系统的流程图 根据前面介绍的 PLC 的工作原理 PLC 的接线方式 I O 口的具体分配 CX Programmer 的使用方法之外还需要流程图来辅助 根据流程图来编写具体的程序 本 设计流程图如图 3 2 所示 手动自动 车位选择 移动方向选择 过程结束 车位移动 回原位 完成取 存否 N Y 过程结束 开始 车位选择 图 3 2 系统流程图 3 1 7 立体车库控制系统的程序设计 本程序主要是由四大部分组成 手动 自动选择 上下左右运行控制 车位存取自 动识别 车位选择 微分信号和一些辅助功能组合而成 主要运用了常开 常闭触点 上升沿 下降沿微分 以及中间继电器等器件有机 组合而成 由于本系统程序复杂 为了不使文章过长 见附录 C 下面结合车位 3 在手动模 式下左移的具体操作说明一下程序的实际运行方式 1 程序启动时 当启动时 需要选择手动模式或者自动模式 此时按钮 00001 则选择自动模式 按 00002 则选择手动模式 如图 3 3 所示 图 3 3 手动 自动模式选择 2 手动模式下选择车位的操作 如果选择的是手动模式 那么下面需要选择需要移动的车位 以车位 3 为例 所 以首先选择车位 1 此时按 00005 则选定车位 1 如图 3 4 所示 图 3 4 选择电机 1 3 移动方向的选择 选定车位之后就是选择运行方式 分为上 下 左 右四种 由于需要将车位 1 左移 人为设定左移为电机 1 反运行 此时按下 00003 则启动左运行 则相应的电机 1 反运行 如图 3 5 和图 3 6 所示 图 3 5 选择左运行 图 3 6 电机 1 反运行 4 关断 当遇到限位开关 4 的时候 需要关断 按键 01004 相当于限位开关 4 按下之后发 出上升沿微分 则常闭触点 20200 瞬间断电 揭开正运行以及电机 1 的自锁 实现停 机 如图 3 7 所示 图 3 7 限位开关 4 上升沿微分 完毕之后必须手动复位 3 2 世纪星组态监控 本系统需要设计实时监控系统 所以需要选择一款监控软件来实现 本文选择了 世纪星组态软件 3 2 1 世纪星软件的介绍 世纪星组态软件 是在 PC 机上开发的智能型人机接口 HMI 软件系统 运行 于 Windows 98 2000 NT XP 中文操作系统平台 全中文界面 产品在开发和设计过程 中 采用国际先进的组态理念 吸收当前国内外先进组态软件的优秀成果 并经过严 格的实验测试和众多行业的现场实践 世纪星组态软件 作为一个实时的人机界面实用程序生成器 可以产生在管理 级别上的监控和数据采集 SCADA 程序 世纪星组态软件 由开发系统 CSMaker 和运行系统 CSViewer 两部分组 成 开发系统和运行系统是各自独立的 Windows 32 位应用程序 均可单独使用 两 者又相互依存 在开发系统中设计开发的画面应用程序必须在运行系统中才能运行 世纪星组态软件 开发系统是其应用程序的集成开发环境 开发者在这个环境 中完成工况画面的设计 数据库定义 动画连接 设备安装 命令语言编写等 开发 系统具有先进完善的图形生成功能 数据库中有多种数据类型 对应于控制对象的特 性 对数据的报警 趋势曲线 历史数据记录 安全防范等重要功能有简单的操作方 法 世纪星组态软件 运行系统是世纪星的实时运行环境 用于显示开发系统中建 立的动画图形画面 并负责数据库与 I O 服务程序的数据交换 它通过实时数据库管 理从工业控制对象采集到的各种数据 并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来 同时完成报警 历史数据记录 趋势曲线等监视功能 10 3 2 2 世纪星软件的特点 1 先进性 世纪星组态软件 作为一个实时界面实用程序生成器 可以产生在管理级别上 的监控和数据采集程序 世纪星组态软件 集强大功能和使用方便于一体 可视化 IE 风格界面 丰富的工具栏 使用它 操作人员可以直接进入开发状态 节省宝贵的时 间 上百种图形控件 既提供所需的组件 又是画面制作向导 强大的全屏幕编辑功 能 提供更大的制作空间 终身技术支持及软件升级服务 使用户系统永远保持最新 的技术 有效地保护用户的投资 2 方便性 世纪星组态软件 的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系 现场操作 人员和工厂管理人员都可以看到各种数据 管理人员不需要深入生产现场 就可以获 得实时和历史数据 优化控制现场作业 提高生产效率和产品质量 3 全面性 世纪星组态软件 可用于电力 通讯 制冷 化工 石油 机械制造 钢铁 煤炭 水泥 纺织 造纸 食品 水处理 建材 环保 智能楼宇 实验室 交通等 多种工程领域 无论应用场合如何 都可以使用 世纪星组态软件 构造有效的监控 和数据采集系统 4 独特性 世纪星组态软件 可从屏幕抓取点位图提高该系统的运行效率 用户自定义函 数功能精确的控制应用系统 用户自定义图库功能可以不受限制扩充图库或新建图库 以满足不同行业的需求 渐进颜色的使用 将用户带入三维立体世界 真正的 32 位应 用程序 智能型人机接口软件系统 以 Microsoft Windows 98 2000 NT 中文平台作为其 操作系统的全部强大功能 能及时为用户实现各种控制策略 其功能包括 抢先多任 务 多线程 即插即用硬件兼容性等等 11 3 2 3 实时监控系统的设计 在设计画面