基于PLC的自动化立体车库控制系统设计毕业设计

毕 业 论 文题 目： 基于PLC的自动化立体车库控制系统设计 _ 学 院： 电气信息学院_ _ 专 业： 班级： 学号： 学生姓名： _ 导师姓名： xxxxx _ _完成日期： 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书题目： 基于PLC的自动化立体车库控制系统设计 姓名 系别 专业 班级 学号 指导老师 职称 教研室主任 一、基本任务及要求： 本自动化立体车库系统的机械部分由车库和取送车机构两大部分组成，车库共有4层，每层均有3个停车仓位。在车库最底层的入口处有一个0号位置，凡需入库的汽车，都必须先开到0号位置，再由取送车机构从0号位置将车送入车库中指定的停车仓位；反之，凡需出库的汽车，都必须先由取送车机构从车库中指定的停车仓位取出，并送至0号位置，再从0号位置开走。取送车机构由M1、M2、M3共三台电动机拖动，能在X、Y、Z轴上作左右、前后、上下6个方向的运动。 本毕业设计要求设计者以PLC为核心，为该立体车库设计一个汽车自动入库与出库的控制系统。具体设计要求如下：1.该控制系统应具有手动和自动两种工作方式，且能使这两种工作方式不发生冲突。 2.在手动方式下，应能对取送车机构进行左右、前后、上下6个运动方向的手动控制，并具有这6个方向的限位保护措施。 3.在自动方式下，（1）只有当0号位置有车，且车库中指定的停车仓位无车时，发出汽车入库命令后，取送车机构才将汽车送到该停车仓位，否则该汽车入库命令无效。（2）只有当0号位置无车，且车库中指定的停车仓位有车时，发出汽车出库命令后，取送车机构才将该停车仓位的汽车取出并送到0号位置，否则该汽车出库命令无效。 4.应具有完备的信号显示功能和故障保护功能。 5.要求设计者确定控制系统的总体设计方案；确定PLC的型号规格；确定PLC I/O元件；列出PLC I/O元件分配表；设计电动机的主电路原理图；设计立体车库控制系统的公用程序、手动程序、自动程序、信号显示程序和故障保护程序；上机调试程序；撰写毕业设计论文。 二、进度安排及完成时间： （1）1月7日至3月15日：明确设计任务和要求，收集设计资料，查阅有关文献，了解本课题的研究现状、存在问题、实际意义和发展前景，撰写文献综述和开题报告，开题报告上传到FTP。 （2）3月16日至3月29日：毕业实习，撰写毕业实习报告。 （3）3月30日至4月5日：全面了解自动化立体车库的工作过程，工作原理和对控制系统的各项设计要求，撰写毕业设计的绪论部分和控制对象概述部分。 （4）4月6日至4月12日：确定自动化立体车库的控制方案。设计自动化立体车库各拖动电机的主电路原理图，确定自动化立体车库控制系统的PLC的型号规格，确定PLC I/O元件。 （5）4月13日至4月19日：列出PLC I/O元件分配表，绘制PLC I/O接线图。 （6）4月20日至5月3日：设计自动化立体车库控制系统的公用程序、手动程序、自动程序、信号显示程序和故障保护程序。 （7）5月4日至5月10日：上机调试程序。 （8）5月11日至5月31日：撰写毕业设计论文。 （9）6月1日至6月6日：指导老师评阅毕业设计论文、电子文档上传FTP。 （10）6月7日至6月10日：毕业设计答辩。 （11）6月11日至6月14日：毕业设计成绩评定。 （12）6月15日至6月20日：毕业设计资料归档 。 基于PLC的自动化立体车库控制系统设计前 言随着现代科学技术的不断进步，城市规模不断扩大，人口增多和人们生活水平的提高，停车一直是大中城市的热门话题，国家经贸委曾将“城市自动化立体车库”列为行业技术发展的重点项目，随着私家汽车的数量不断增加，社区和公共场所存车矛盾的问题将会越来越严重，在人们对生活质量及环境意识不断增强之时，“车库”逐渐成为我们口中的热门话题，自动化立体车库将会在新开发的楼盘和商业界里大显身手。研究立体停车库网络智能管理系统不仅能够降低成本，带来经济效益，更能提高效率，方便人们的日常生活。与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不准停位置，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。目 录摘要- 1 -ABSTRACT- 2 -第1章 绪 论11.1 自动化立体车库的发展历史11.2 自动化立体车库的发展现状及发展方向11.3 课题背景及研究的目的与意义21.4 课题研究的主要内容与要求2第2章 立体车库概述4第3章 控制方案论证53.1继电器控制方案53.2单片机控制方案53.3 PLC制方案53.4 结论5第4章 控制系统硬件部分设计64.1 电器元件的选择64.2 PLC控制部分的硬件电路设计104.3 控制电气元件的选择13第5章 控制系统程序设计205.1 程序设计方案205.2 各程序模块之间的衔接205.3 公用程序设计215.4 小车入库出库的顺序功能图215.5 小车入库程序的执行过程285.6小车入库的库号选择程序设计思路295.7 小车入库的库号选择程序设计295.8 小车出库程序执行过程315.9 小车出库库号选择程序设计思路325.10 小车出库库号选择程序设计325.11 手动程序设计34结束语35参考文献36致 谢37附录38附录A 立体车库硬件连接图38附录B 立体车库完整源程序42I基于PLC的自动立体车库控制系统设计摘要：本文介绍了立体车库PLC控制系统的设计方法，给出了硬、软件的设计与实现方案。对基于PLC的自动立体车库控制系统中电动机的电气控制系统的设计过程作了阐述。给出了各电器元件、PLC及其输入、输出元件的型号选择结果，详细地阐述了PLC用户程序的设计过程，其中包括对公用程序、手动程序、小车自动入库程序、小车自动出库程序的设计过程，并给出了上述所有程序的顺序功能图和梯形图。关键词：立体车库；PLC；控制系统；硬件设计；软件设计Design for the PLC control systemof the automatic stereo garageAbstract：This article introduced the three-dimensional garage PLC control systems design method, gave hardly, softwares design with to realize the plan. To electric motors electric control systems design process has made the elaboration based on the PLC automatic three-dimensional garage control system. Has given various electric appliances part, PLC and the input/output elements model choice result, elaborated in detail PLC user program design process, including to the common program, the manual procedure, the car automatic warehousing procedure, the car is automatic the storehouse procedure the design process, and has given the above all procedure smooth functional diagram and the trapezoidal chart .Key word：Three-dimensional garage; PLC; Control system; Hardware design; Software design- 1 -第1章 绪 论1.1 自动化立体车库的发展历史早在60多年前，立体车库在国外就有所发展，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，得到了蓬勃发展，较好的解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。我国机械式车库的研究开发工作是从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，参照日本等国标制定的我国行业标准也在近几年出台。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，有些停车设备已经开始出口。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、通讯监控、通风排水、环境保护、安全消防等。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、节能的产品，满足国内外市场的需求。1.2 自动化立体车库的发展现状及发展方向我国停车产业发展中还存在一些问题，比如没有统一的技术标准；多数产品是仿照或者引进国外技术制造，技术水平低，市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取不可持续的低价竞争方案与同行业的竞争对手争夺市场。政策不配套，对停车产业管理严重滞后。另外，我国的停车产业在发展过程中存在一些亟待解决的问题，如没有统一的技术标准；大多数产品是模仿或引进国外技术进行制造，技术水平落后；缺乏具有一定规模的大型企业，生产能力有限；市场竞争紊乱，少数企业为抢占市场，采取不正当竞争手段；没有科研设计单位的参与，无技术创新能力；政策不成熟，对停车产业的发展和管理相对滞后等。为了解决上述问题，我们需要在政策、市场、管理以及技术方面加大努力。政策方面鼓励参照发达国家的政策法规并形成自己有效的政策，规划出停车位的合理数量，实现投资主体多元化，制定合理的停车收费标准以及确定车库的管理属性，并给予投资者一定的优惠政策，使其实现财富梦想。市场方面应有效地建立车库市场运行机制，加大违章停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励正当的市场规则经营车库，加大贯彻政府管理监督机制，使停车产业良性发展。需要我国在政策、市场、管理等多方面做出努力。1.3 课题背景及研究的目的与意义随着社会的蓬勃发展，人口数量日益增多，车辆也越来越多，特别是在改革开放的推动以来，国民经济的飞速发展给汽车行业的发展注入了动力。近日，公安部交管局发布汽车保有量的相关报告，数据显示截至2016年底，全国机动车保有量达2.9亿辆，其中汽车1.94亿辆，机动车驾驶人3.6亿人，而汽车驾驶人超过3.1亿人。私家车总量达1.46亿辆，平均每百户家庭拥有36辆。与2015年相比，私家车增加2208万辆，增长15.08%。2016年我国车市产销量双双突破2800万辆，汽车产销分别完成2811.9万辆和2802.8万辆，比上年同期分别增长14.5%和13.7%。我国大城市普通住宅区以及老城区以前建立的住宅区大部分都没有建停车场，也不会有太大的地方和空间来建大型停车场，也就无法满足住宅小区内广大居民的停车需求，为此停车问题也就逐渐成为大城市一个大难题。城市中有限的地面面积已经无法提供足够的停车车位，于是向空间发展成为解决当前停车难的一条重要途径。立体停车库就是在这种背景下发展起来的。设计立体停车库自动化控制系统系统不仅能够降低成本，带来经济效益，更能提高效率，方便人们的日常生活。最后，通过毕业设计，在综合利用以前所学知识同时，进一步的学习了专业知识，可为参加工作和进一步的深造做准备。1.4 课题研究的主要内容与要求本自动化立体车库系统的机械部分由车库和取送车机构两大部分组成，车库共有4层，每层均有3个停车仓位。在车库最底层的入口处有一个0号位置，凡需入库的汽车，都必须先开到0号位置，再由取送车机构从0号位置将车送入车库中指定的停车仓位；反之，凡需出库的汽车，都必须先由取送车机构从车库中指定的停车仓位取出，并送至0号位置，再从0号位置开走。取送车机构由M1、M2、M3共三台电动机拖动，能在X、Y、Z轴上作左右、前后、上下6个方向的运动。本毕业设计要求设计者以PLC为核心，为该立体车库设计一个汽车自动入库与出库的控制系统。本课题的主要内容：要求设计者确定控制系统的总体设计方案；确定PLC的型号规格；确定PLC I/O元件；列出PLC I/O元件分配表；设计电动机的主电路原理图；设计立体车库控制系统的公用程序、手动程序、自动程序、信号显示程序和故障保护程序；上机调试程序；撰写毕业设计论文。本课题的设计要求如下：（1）该控制系统应具有手动和自动两种工作方案，且能使这两种工作方案不发生冲突。（2）在手动方案下，应能对取送车机构进行左右、前后、上下6个运动方向的手动控制，并具有这6个方向的限位保护措施。（3）在自动方案下 只有当0号位置有车，且车库中指定的停车仓位无车时，发出汽车入库命令后，取送车机构才将汽车送到该停车仓位，否则该汽车入库命令无效。 只有当0号位置无车，且车库中指定的停车仓位有车时，发出汽车出库命令后，取送车机构才将该停车仓位的汽车取出并送到0号位置，否则该汽车出库命令无效。（4）应具有完备的信号显示功能和故障保护功能。第2章 立体车库概述本课题的立体车库为堆垛类机械式类型，由仓库本体、巷道起重机、PLC控制单元、电源单元、接口单元组成，从设计思路来看，由可编程序控制器(PLC)构建的控制系统，通过光电开关、限位开关、认趾开关等实现车辆尺寸、位置和进出的信号检测，利用PLC实现自锁互锁等安全保护，用程序实现安全效率的控制思想，驱动电机正反转实现小车托盘的上下左右前后运行，由PLC设备的高可靠性来保证系统的稳定运行。自动化立体车库的优点在于存取车辆的实时性，安全性，可靠性和快捷性等项要求都能得到保障，这样可充分利用PLC实现立体车库的自动化管理。车库本体分为二个部分，分别为取送机构、车库。取送机构是主要由取送台组成，用来周转车的，当车辆入库以及车辆出库时，都是通过取送机构来完成的；车库是由十二个车位组成，分成四行、三列，主要用于存放车辆。在取送台、车库都分别安装了检测传感器，用于检测实现对车辆的定位及判断。在车库最底层的入口处有一个0号位置，凡需入库的汽车，都必须先开到0号位置，再由取送车机构从0号位置将车送入车库中指定的停车仓位；反之，凡需出库的汽车，都必须先由取送车机构从车库中指定的停车仓位取出，并送至0号位置，再从0号位置开走。取送车机构由M1、M2、M3共三台电动机拖动，能在X、Y、Z轴上作左右、前后、上下6个方向的运动。第3章 控制方案论证目前，对开关量的控制方案主要有3种：传统的继电器控制方案、单片机控制方案、PLC控制方案。现对这3种控制方案的特点和适用场合分述如下：3.1继电器控制方案传统的继电器控制方案结构简单、价格低廉、容易操作等优点，适用于工作模式固定，程序比较简单的场合，但设计制造周期长，维修和改变控制逻辑困难，并且不具备智能化、网络化的特点，己经处在淘汰的边缘，且系统升级改造难度大，难以满足立体车库设备的高精度、高安全性、高实时性的要求，因此，本课题不予选择此方案。3.2单片机控制方案单片机控制方案编程简单、直观，但抗干扰能力比较弱，单片机控制方案基本能够满足车库的基本控制要求，但单片机仅仅是一片没有外部设备的芯片，需要与其它的元器件组合才能构成一个控制器，因此，单片机控制系统的设计制作周期长、工作量大，且抗扰能力强，对工作环境的要求较高，因此，本课题不予选择此方案。3.3 PLC制方案PLC是当代控制技术的主流，以计算机技术、微电子技术和通讯技术为基础，结合自动控制技术而发展起来的一种新型工业计算机，广泛应用于石油、汽车、冶炼、矿山等各种生产场合，功能完善，性能可靠，价格低廉。PLC的程序存储器存储用户程序，其CPU芯片能执行逻辑运算、顺序运算、定时计数和数学运算，完成对各种指令的执行。通过I/O接口采集外部的输入输出信号，驱动控制外围设备按照预定程序执行，构成一个完整的控制系统。PLC不仅能够满足立体车库所需要的控制要求。而且能够完全满足对于平时的维护和日后的升级改造的需要，且设备和系统造价合理，安全可靠。因此，本立体车库的控制方案将采用PLC控制。PLC控制方案可靠性高，抗干扰能力强；编程简单、直观；控制能力强；易于安装，便欲维护。3.4 结论综上所述，本课题采用PLC控制案。第4章 控制系统硬件部分设计4.1 电器元件的选择4.1.1 电动机的选择电动机是立体车库存/取小车的动力设备，在电动机的选择中，功率的选择是首要的，同时电机的转速、型式、电压等的选择也是必须考虑的因素。正确选择电动机功率的意义很大，功率选的过大，设备投资大，将造成浪费，同时由于电动机的欠载运行，使之效率和功率因数（对于交流电动机）降低，运行费用也会提高；相反，功率选的过小，电动机过载运行，会使其寿命降低甚至烧毁。正确选择电动机功率的原则是，电动机在满足负载要求的条件下，合理的确定电动机的功率。选择电动机功率的依据是负载功率。公式1： 公式2：（1）X轴电机的选择一般小车和存/取小车机械的总重量m为3吨左右，托盘托起小车在X轴上水平移动的速度为1m/s,钢与钢之间的摩擦系数为0.25，总效率为=60，那么根据公式1可计算出X轴方向拖动电机的功率为PN=10KW，有根据公式2可算出IN为19A，因此，可以选择型号为Y150L-4的三相鼠笼式异步电机。其主要技术参数如下：PN=10KW，UN=380V，IN=19A，NN=1450r/min, =70,COS=0.8（2） Y轴电机的选择Y轴方向拖动电机的选择基本跟X轴方向拖动电机的选择差不多，它们所需要克服也只是钢与钢之间的摩擦力，所以同样小车的重量m为3吨左右，托盘托起小车在Y轴上前后移动的速度为1m/s, 钢与钢之间的摩擦系数为0.25，那么根据公式1可计算出其功率为PN=10KW，根据公式2可算出IN为19A，因此可以选择型号为Y150L-4的三相鼠笼式异步电机。其主要技术参数如下：PN=10KW，UN=380V，IN=19A，NN=1450r/min, =70,COS=0.8（3） Z轴电机的选择Z轴方向拖动电机的选择与X、Y轴的有所不同，它要克服负载的重力作功，那么小车的重量3吨左右，托盘托起小车在Z轴方向移动的速度为10m/min, 那么根据公式1可计算出其功率为PN=42.8KW，有根据公式2可算出IN为81A，因此，可以选择型号为Y210L-4的三相鼠笼式异步电机。其主要技术参数如下：PN=42.8KW，UN=380V，IN=81A，NN=1450r/min, =70, COS=0.8。4.1.2 低压刀开关QS的选择刀开关主要用作长期接通和切断电源，根据前面所选定的各电机额定电流,可知配电支路的总工作电流为119A，选用规格为HD-11-150/18型的单投刀开关作为自动线控制系统配电支路的电源开关，数量为1只。其主要技术参数如下：UN=380V，IN=150A4.1.3 接触器的选择（1）X轴方向拖动电机正反向接触器KM1、KM2的选择X轴电机额定功率为10KW、额定电流为19A，选择其接触器KM1型号为CJ10-20，数量为2台，其额定电压为交流380V，额定电流为20A，可控制电动机最大功率为15KW，1.05倍额定电压时通断能力为200A，操作频率为600次/h，电寿命为60万次，机械寿命为300万次。线圈电压为220V，动作时间起动时16ms，释放时18ms。（2）Y轴方向拖动电机正反向接触器KM3、KM4的选择Y轴电机额定功率为10KW、额定电流为19A，选择接触器KM2型号为CJ10-20，数量为2台，其额定电压为交流380V，额定电流为20A，可控制电动机最大功率为15KW。（3）Z主轴方向拖动电机正反向接触器KM5、KM6的选择Z轴方向拖动电动机额定功率=42.8KW、额定电流=81A，选择接触器KM5、KM6型号为CJ10-100，共2台，其额定电压为交流380V，额定电流为100A，可控制电动机最大功率为90KW。4.1.4 热继电器的选择（1）X轴方向拖动电机热继电器FR1的选择根据X轴方向拖动电机额定功率为10KW、额定电流为19A，可选用热继电器FR1的型号为JR0-40/3D，数量为1只，极数为3，有断相保护功能，有温度补偿功能，触头数量：1个常闭，1个常开。其额定电压为交流500V，额定电流为20A，热元件额定电流为20A。（2）Y轴方向拖动电机热继电器FR2的选择Y轴方向拖动电机热继电器的选择跟X轴的一样，因为Y轴方向拖动电机额定功率为10KW、额定电流为19A，同样可选用热继电器FR1的型号为JR0-40/3D，数量为1只，极数为3，有断相保护功能，有温度补偿功能，触头数量：1个常闭，1个常开。其额定电压为交流500V，额定电流为20A，热元件额定电流为20A。 （3） Z轴方向拖动电机热继电器FR3的选择根据Y轴方向拖动电机额定功率为42.8KW、额定电流为81A，可选用热继电器FR1的型号为JR0-100/3D，数量为1只，极数为3，有断相保护功能，有温度补偿功能，触头数量：1个常闭，1个常开。其额定电压为交流500V，额定电流为90A，热元件额定电流为90A。 4.1.5 断路器的选择立体车库控制系统中常用的是TGM1系列断路器。可选断路器QF1QF3的型号选为TGM1-250/3300 160A。4.1.6 按钮SB的选择根据设计要求，可选型号为KN3-2的按钮。其额定电压为220V，额定电流为2A。4.1.7 电流互感器TA的选择电流互感器TA的二次侧接电流表，因此选精度等级为0.5级，一次侧串接于主电路中，由前面的计算结果可知，流过TA一次侧的总电流为119A，可选LMZ1-0.5型电流互感器，电流比为150/5。4.1.8 电流表PA、电压表PV的选择电压表接于主电路，选择依据应以主电路的参数为准，电压表的量程应比它所测的线路电压大0.5倍，电流表的量程应比流过它的线路电流大0.5倍；电流表接于电流互感器的二次侧，选择依据应以电流互感器的二次测的参数为准，电流表的量程应比它所测的线路电压大0.5倍，、电压表量程的计算如下：Imax=5(1+0.5)7.5A Umax=380(1+0.5)570V据此，可选6L2-A型交流电流表1只，6L2-V型交流电压表1只。根据前面所选的电器元件，可设计出所示。图4-1 自动化立体车库拖动电机主电路电气原理图 4.2 PLC控制部分的硬件电路设计4.2.1 PLC输入/输出元件配置 输入元件的配置（1）库号选择按钮 SB1SB12 对应输入点 I0.1I1.4用途：选择需停放车辆或取出车辆的车库（2）检测各停车仓位有无小车的行程开关（包括0号位） SQ1SQ13 对应输入点 I1.5I3.3用途：检测各车库中有无小车（3）停止按钮 SB13 对应按钮 I0.0用途：紧急情况或事故以保证能马上停止所有的动作。（4）检测机械托盘运动位置的限位开关 SQ14SQ23 对应输入点 I3.5I4.5用途：检测机械托盘所处位置（5）工作方案选择开关 SA1SA3 对应输入点 I5.0、I5.1、I5.2用途：用于手动、入库、出库这三种工作方案的选择（6）限位保护开关 SQ24SQ29 对应输入点 I4.6、I4.7、I5.3I5.6用途：确保机械托盘不会运行至导轨以外（7）手动按钮 SB14SB19 对应输入点 I5.7I6.4用途：手动操作机械托盘运行综上所述,共需51个输入点。 输出元件配置（1） 接触器 KM1KM6用途：控制机械托盘电机的启停动作（2）指示灯 0号位12号库、6个运动方向指示用途：显示12个车位的存放车辆的状态和机械托盘运行状态综上所述,共需25个输出点。4.2.2 可编程控制器的选型 可编程控制器物理结构的选择根据物理结构的不同，可以将可编程控制器分为整体式和模块式两种。整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，小型控制系统一般使用整体式可编程序控制器。模块式可编程控制器的功能扩展方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类和块数等的选择，比整体式可编程控制器灵活得多。模块式可编程序控制器还具备有多种特殊I/O模块供用户选用，可完成各种特殊的控制任务，在判断故障范围和维修时更换模块等也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般采用模块式可编程控制器。 可编程控制器指令功能的选择现代可编程序控制器的指令功能越来越强，内部编程元件(如辅助继电器、定时器和计数器)的个数越来越多,任何一种可编程控制器都可以满足开关量控制系统的要求。S7系列可编程控制器提供了具有不同档次功能的几个子系列，可根据系统的具体情况选用满足要求的子系列。本立体车库控制系统所需可编程控制器的I/O点数多、控制功能复杂，可以选择S7-200系列。 可编程控制器I/O点数的确定根据3.2.1统计出来的I/O点数可知，所需可编程控制器的输入点数为51, 所需可编程控制器的输出点数为27，在此基础上，应留有10%20%的裕量，以备今后对系统的改进和扩充时使用。 存储器容量的选择对于仅需开关量控制的系统,将I/O点数乘以8，就是所需的存储器的存储单元的字数,即（5127）8624个字数的存储单元。 开关量I/O模块的选择开关量I/O模块的点数有8点、16点、32点等，点数多的每点平均价格低一些。点数少的I/O模块使用接线端子，点数多（如32点）的I/O模块的接线一般采用插座方案，前者的接线较为方便。本立体车库选用32点的开关量I/O模块。开关量I/O模块按外部接线方案分为隔离式、分组式和汇点式，隔离式的每点平均价格较高。本立体车库控制系统所需可编程控制器的输入输出信号不需要隔离，所以选用汇点式接线方案。 开关量输入模块的输入电压的选择开关量输入模块的输入电压一般有DC 24V和AC 200V两种。直流输入电路的延迟时间较短,可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方案的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。本立体车库控制系统的可编程控制器输入模块的输入电压选用DC 24V电压。 开关量输出模块的选择PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢，寿命(动作次数)有一定的限制。晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。本立体车库对PLC输出点的动作速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以，选用继电器型输出模块。 编程器的选择本控制系统选用安装有PLC编程软件的PC机作为PLC 的编程器。综上所述,并查阅我国各大企业使用较多的PLC的技术手册，确认德国西门子公司生产的S7-200系列型基本单元完全能过满足上述要求，因此本课题选用S7-200系列CPU 224 DC/DC/Relay型基本单元1台作为自动化立体车库控制系统PLC的主机，该型PLC为整体式结构，具有本立体车库所需的所有指令功能，输入模块电压为DA 24V，输出模块为继电器型。该基本单元与2个EM221和1个EM222扩展单元合用，其输入总点数可达51点以上，输出总点数可达27点以上。由此可知，其技术性能指标完全能满足本课题的上述要求。为了让读者能更形象的理解立体车库的模型，作者画出了立体车库机械托盘运行区间示意图，如图4-2所示：图4-2立体车库托盘运行区间示意图4.3 控制电气元件的选择4.3.1 按钮型号的选择按钮用于车库库号选择、停止、手动这类的操作。只有需要这些动作时才闭合这类按钮的常开触点，而平时它们的触点处于断开状态。根据国家对按钮帽颜色的规定：红色代表停止，而绿色代表起动。所以在选取按钮时应根据按钮所起作用来选取按钮帽的颜色。所以选用型号为LA19-11D的按钮19个，其中12个标有112数字的按钮，6个带方向箭头的绿色按钮，1个红色按钮。4.3.2 行程开关型号的选择为避免行程开关在闭合和断开时产生的强电弧烧坏其触头，所以不能选取机械式的行程开关，而应选取滚轮式行程开关。所以选取型号为LX31-4的行程开关28个。4.4 立体车库控制系统电气元件明细表综上所述，可列出立体车库控制系统电气元件明细表，如表4-1所示。表4-1 立体车库控制系统电气元件明细表序号代号名称数量规格型号1M1X轴电机1Y150L-42M2Y轴电机1Y150L-43M3Z轴电机1Y210L-44QS刀开关1HD-11-100/185KM1、KM2X轴电机正反向接触器2CJ10-206KM3、KM4Y轴电机正反向接触器2CJ10-207KM5、KM6Z轴电机正反向接触器2CJ10-808FR1热继电器1JR0-40/3D9FR2热继电器1JR0-40/3D10FR3热继电器1JR0-80/3D11QF断路器1TGM1-250/3300 160A12SB1SB13按钮13LA19-11D13SA选择开关1KN3-214PA电流表16L2-A15PV电压表16L2-V16SB14SB19手动按钮开关6LA19-11D17SQ1SQ13检测开关13LX31-418SQ14SQ23限位开关10LX31-419SQ24SQ29限位保护开关5LX31-420LED0LED18指示灯19TLL0501-HMC4.5立体车库控制系统I/O分配表 综上所述，可列出立体车库控制I/O接口分配细表如表4-2、4-3所示。表4-2 PLC输入元件分配表输入接口分配信号名称外部原件内部地址停止信号SB13I0.01号库位选择SB1IO.12号库位选择SB2IO.23号库位选择SB3IO.34号库位选择SB4IO.45号库位选择SB5IO.56号库位选择SB6IO.67号库位选择SB7IO.78号库位选择SB8I1.09号库位选择SB9I1.110号库位选择SB10I1.211号库位选择SB11I1.312号库位选择SB12I1.40号位状态检测SQ1I1.51号位状态检测SQ2I2.02号位状态检测SQ3I2.13号位状态检测SQ4I2.24号位状态检测SQ5I2.35号位状态检测SQ6I2.46号位状态检测SQ7I2.57号位状态检测SQ8I2.68号位状态检测SQ9I2.79号位状态检测SQ10I3.010号位状态检测SQ11I3.111号位状态检测SQ12I3.212号位状态检测SQ13I3.3X轴0号位检测SQ14I3.4Y轴0号位检测SQ15I3.5Y轴1号位检测SQ16I3.6X轴1号位检测SQ17I3.7X轴2号位检测SQ18I4.0X轴3号位检测SQ19I4.1托盘1层检测SQ20I4.2托盘2层检测SQ21I4.3托盘3层检测SQ22I4.4托盘4层检测SQ23I4.5左限位SQ24I4.6右限位SQ25I4.7前限位SQ26I5.3后限位SQ27I5.4上限位SQ28I5.5下限位SQ29I5.6手动操作SAI5.0入库SAI5.1出库SAI5.2手动右行SB13I5.7手动左行SB14I6.0手动前行SB15I6.1手动后行SB16I6.2手动上行SB17I6.3手动下行SB18I6.4表4-3 PLC输出元件分配表输出接口分配信号名称外部原件内部地址KM1KM2Q0.0KM2KM1Q0.1KM3KM4Q0.2KM4KM3Q0.3KM5KM6Q0.4KM6KM5Q0.50号位状态灯LED0Q2.01号车库状态灯LED1Q2.12号车库状态灯LED2Q2.23号车库状态灯LED3Q2.34号车库状态灯LED4Q2.45号车库状态灯LED5Q2.56号车库状态灯LED6Q2.67号车库状态灯LED7Q2.78号车库状态灯LED8Q3.09号车库状态灯LED9Q3.110号车库状态灯LED10Q3.211号车库状态灯LED11Q3.312号车库状态灯LED12Q3.4托盘右行LED13Q4.0托盘左行LED14Q4.1托盘前行LED15Q4.2托盘后行LED16Q4.3托盘上行LED17Q4.4托盘下行LED18Q4.54.6 PLC I/O接线图根据前面对PLC I/O点的分配情况，可设计出PLC I/O接线图，如图4-3所示：图4-3 PLC外部接线图（1）图4-3 PLC外部接线图（2）图4-3 PLC外部接线图（3）第5章 控制系统程序设计5.1 程序设计方案根据课题要求，该控制系统应该具有手动和自动两种工作方式,并且这两种工作方式不能发生冲突,在手动工作方式下,应能对取送车机构进行左右、前后、上下6个方向的手动控制，并具有6个方向的现为保护措施，在自动工作方式下，只有在0号位有车，发出小车入库命令后，并且指定的车库无车时工作，否则小车入库命令无效，只有在0号位无车，并且车库中指定的停车车库有小车时，发出小车出库命令，取送车机构执行命令，否则无效。刚开始我的自动程序设计需用到三个动作，先按下启动按钮，再把选择开关打到入库或出库的挡位，最后按下库号选择按钮。感到动作很烦琐。在老师的细心指导后，再思考后，想能否把先前的三步操作变成两步更为简单，毕竟操作的动作越少效率越高而且出错的机率也会更小。因此我就省去了启动按钮这一步，那少了一步该如何解决，于是我设计了一些置复位电路来实现简化操作动作（在后面详细介绍）。那么这样操作的动作就得到了简化。那么如果此时如果执行小车入库自动程序，只要把选择开关打到入库档位，再按下把小车要送到的车库号，自动程序会自动执行。先检测0号位置是否有小车同时检测要送的车库是否有车，只要其中的哪一个要求不满足，程序就会自动停止（体现在设计电路中，在后面详细讲到），在前面的条件都满足的情况下，程序就自动运行，下面以1号车库为例说下入库程序运行过程，此时机械托盘前进到限位开关I3.6，然后托起小车，然后托盘后退至限位开关I3.5同时S0.1的条件也满足，托盘右移，移动到限位开关X35的位置托盘前进将小车送进1号车库中，然后放下小车，托盘推出最后回到原点等到下次指令。这就是自动入库程序的设计思路，其他库号的入库工作方式同样，出库程序设计的设计思路也大体相同。5.2 各程序模块之间的衔接由于立体车库在工作过程中主要的动作过程由可编程序控制器进行自动控制。所以该系统必然需要编写自动程序。同时为了使该系统有实用价值，即在操作中可实施调整和纠正误操作。该控制系统又必须有手动程序。从而得设计一段公用程序来实现其自动和手动的切换。I5.0是自动/手动切换开关，当它为ON时将跳过自动程序，直接执行手动程序，当I5.1为ON时将去执行入库的自动程序而不执行手动程序，而当I5.2为ON时则执行出库的自动程序也不执行手动程序。如图5-1所示：图 5-1 PLC梯形图程序总体结构图5.3 公用程序设计公用程序是用来实现自动程序和手动程序相互切换的处理的，此系统的公用程序如下图5-2所示：图5-2 立体车库公共程序5.4 小车入库出库的顺序功能图小车入库出库的顺序功能图如图5-3、5-4所示。说明：由于所需功能图的图形较大，它的选择序列不能画在同一水平线上，因此我在选择序列线上标有、标记，表示标有的是同一根水平线， 、的同样。图5-3 入库顺序功能图 (1)图5-3 入库顺序功能图 (2)图5-3 入库顺序功能图 (3) 图5-4 出库顺序功能图 （1）图5-4 出库顺序功能图 （2）图5-4 出库顺序功能图 （3）5.5 小车入库程序的执行过程我是采用梯形图来实现，下面描述一下他的动作过程：要让机械托盘动作，首先要把选择开关打到入库档位，然后再按下你想让小车进入的车库的库号按钮，在这两个动作完成的同时，由于我设计了一置复位电路（在下面详细介绍），程序会自动检查0号车库有无小车，同时也会检查指定的车库是否有车，在上面所有条件都满足的情况下，程序就会自动运行，下面我以每一层的第一个车库为例说明其工作过程。1号入库：在选择开关打到入库档位，然后按下1号车库的按钮，条件都满足的情况下，当辅助继电器SM0.1会产生一个脉冲，程序进入初始步，然后在满足S0.3I3.4I3.5I4.2的情况下，S1.1步工作托盘上行，当托起0号车库中的小车，此时0号车库检测到无小车，同时满足V1.0，此时S1.3步工作，机械托盘右行，一直移动直到碰到限位开关I3.7，托盘前进，碰到限位开关I3.6，S1.5步工作，托盘下降放下小车，此时1号车库的检测开关检测到右小车，托盘后退，直到碰到限位开关I3.5，S1.7步工作，托盘左行，直到碰到限位开关I3.4，回S0.0步，等待下一个命令的执行。那么第一层的其他两个的工作过程相似。4号入库:前面两步的操作步骤一样（选择开关打到入库，库号4按下），在托盘右移的时候碰到I3.7托盘上行，直到碰到限位开关第二层的限位开关I4.3，托盘前进，碰到限位开关I3.6后托盘下行放下小车，在4号车库检测到有小车时托盘右退至I3.5，然后托盘下降，直到碰到限位开关I3.7托盘左移，然后回S0.0步。第二层的其他两个车库的动作情况一样。7号入库：前面两步的操作步骤一样（选择开关打到入库，库号7按