基于PLC立体车库控制系统的设计

1、泰山学院 本科毕业论文 基于PLC立体车库控制系统的设计 所 在 学 院 _ 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 2011 2011 级（3+23+2） 学生姓名、学号 王永平 20111702312011170231 指导教师姓名、职称 陈宏圣 副教授 完 成 日 期 2013 2013 年 5 5 月 3030 日I 摘要 摘要 立体停车库生产在中国是个新兴行业， 立体停车库可缓解城市动、静态交通 问题，改善居住环境，有效利用土地价值。本系统采用 PLC、计算机结合组态画 面监控，按动按钮或控制组态画面即可完成汽车存取过程， 操作简单，存取方便。

2、控制电路部分采用交流接触器传统方式，使运行安全可靠。设计采用可分组合， 模块式安装，方便灵活，具备维护使用方便，造价低等特点。 关键词：自动控制，立体停车场，垂直循环式， PLC2 Abstract AbstractAbstract Parking equipment production in China is an emerging industry, parking can relieve urban dynamic and static traffic problems and improve the living environment and efficient use of la

3、nd value. The system uses PLC, combining computer configuration screen monitoring, press the button or control the configuration screen to complete the process of car access, simple operation, easy access. Control circuit AC contactor traditional way to make safe and reliable operation. Design uses

4、a combination separable, modular installation, convenient and flexible, with easy maintenance and use, and low cost. Keywords: automatic control, three-dimensional parking, vertical circulation, PLCIII 目录 目录 1引言 . 1 2西门子PLC简介 . 3 2.1德国西门子S7-200系列PLC的性能指标和分类 . 3 2.11 PLC的主要性能指标 . 3 2.12 PLC的分类. 3 2.2

5、可编程序控制器的工作方式及编程语言 . 4 3双层立体车库功能介绍 . 6 3.1立体车库系统组成 . 6 图 3-1 . 6 3.2 PLC核心控制部分 . 6 3.3移动方案的比较 . 6 3.4升降横移式立体车库的系统控制原理 . 7 3.5检测点与控制点 . 8 3.6控制点分布 . 9 3.7电机控制及接线设计 . 9 4硬件选型 . 10 4.1 PLC型号的选择 . 10 4.1.1 I/O 点数的确定 . 10 4.1.2 选定 PLC . 10 4.1.3 控制系统I/O地址分配 . 10 4.14闸门控制程序. 12 4.1.5指示灯控制程序 . 14 4.2变频器的选择

6、. 15 4.3传感器的选择 . 16 4.4车位停车信号 . 16 结论与讨论 . 17 参考文献 . 18 致谢 . 19 附录：车库总程序 . 20泰山学院本科毕业论文 1 1 1 引言 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结 果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近3040年的历史，无论在技 术上还是在经验上均已获得了成功。我国也丁 90年代初开始研究开发机械立体 停车设备，距今已将近二十年的历程。由丁很多新建小区内住户与车位的配比为 1:1,为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其 平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受

7、。 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。以往的地下车库由丁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。 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

8、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。 （一） 升降横移式 升降横移式立体车库采用模块化设计，每个单元可设计成两个，三个，四个， 五个，半地下等多种形式，车位数从几个到上白个。这种三维的地表和地下车库 停车，配置灵活，成本低。 （二）巷道堆垛式 巷道堆垛式立体车库堆垛机作为一种工具来使用，存取车辆，所有车辆进行访问 的堆垛机，堆垛机，因此技术要求较高，单堆垛机成本较高，所以巷道堆垛立体 车库车位数量较大的客户所需。 垂直升

9、降式停车 类似的垂直升降类停车电梯工程，安排在两侧的电梯车位，通常需要一辆车转盘 地泰山学院本科毕业论文 2 面，省去司机掉头。垂直升降式停车设备的安全性，一般海拔较高（几十米） ， 精密加工和安装的要求都很高，所以成本较高，但面积是最小的。 （三）垂直循环式 产品特点：1）占地面积小，两个泊位面积可停放 6至10辆。2）可以添加 只有屋顶和外墙装饰，消防栓。 3）价格低，地基，外墙装修，火灾和其他投资 少，建设周期短。4）可自动地控制，安全和可靠的操作。 本课题以二层五车位为研究对象，采用德国西门子S7-200为控制元件，进行 模拟，结合所学专业知识，成功的设计出二层五车位PLC控制系统.由

10、丁本人水 平有限，本设计中难免有不当和错误之处，恳请各位老师批评指正。泰山学院本科毕业论文 3 2 2 西门子 PLPLC C 简介 2.1德国西门子S7-200系列PLC的性能指标和分类 2.11 PLC的主要性能指标 (1) 输入/输出点数(I/O点数) I/ O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个 开关、按钮和可以控制多少个负载。 (2) 存储容量 存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位， 二进制16位即一个字为一步。 (3) 扫描速度 一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步 指令所需

11、时间来计算的，单位用11 s/步。 (4) 功能扩展能力 可编程序控制器除了主模块之外， 通常都可配备一些可扩展模块，以适应各 种特殊应用的需要，如 A/ D模块、A模块、位置控制模块等。 (5) 指令系统 指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和， 它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指 标。 2.12 PLC的分类 通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同 ，可 以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型 PLC三种类型。 1)PLC系统的组成 PLC是一种以微处理器为核心的通用工业自动控制设备， 硬件结构和微电脑 控制系统类似。PLC设置

12、由硬件系统和软件系统两部分组成。泰山学院本科毕业论文 4 2)PL C的硬件结构 一个PLC系统硬件的基本单位(包含中央处理单元，存储器，中央处理单元， 输入/输出接口，内部电源)，I / O扩展单元和外部设备。图2-1 PLC硬件结构 图。 至 其 *他 扩 展 2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言 1. PLC的工作方式 1) PLC的扫描工作方式 编程 PC机 图2-1 PLC的硬件结构图 泰山学院本科毕业论文 5 2) PLC的扫描过程泰山学院本科毕业论文 6 图2-2 PLC的扫描过程 可编程控制器进入运行状态，循环扫描模式。从开始的第一个指令，或者， 两不中断的控制下，根据所存

13、储的程序的地址号码递增的顺序执行， 该程序顺序 执行一个接一个，直到程序结束。然后再次开始从头扫描和循环很重要。可编程 控制器扫描工作过程如图2-3所示，包括五个阶段：内部处理，通信处理，输入 扫描，程序执行和输出处理。PLC来完成扫描被称为扫描周期所需的时间。用 户程序的长度和扫描速度的扫描周期的长度。 3) PLC的程序执行过程 PLC的程序的执行过程大体可以分为以下三个主要阶段：输入采样、程序执 行和输出刷新，如图2-4所示。 图2-3 PLC的程序执行过程 4) PLC的扫描周期 PLC过程的实际工作中，除了以前通用的输入采样的每个扫描周期中，程序 的执行，输出刷新三个阶段，同时也为自

14、诊断，和外围设备(例如编程设备，主 计算机)的通信处理。也就是说，在一个扫描周期还应该包括自我诊断和通信等 外围设备的时间。 3 3 双层立体车库功能介绍 3.1立体车库系统组成 系统主要由：PLC、组态监控部分、电气传动部分、检测部分、手动控制部分、 支架模型 系统图见图3-1： 输入采样阶段 程序执行阶段 泰山学院本科毕业论文 7 图3-1 3.2 PLC核心控制部分 系统核心部分采用西门子200系列CPU226为控制元件，它是200系列中功 能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达 0.08us,远 远超过了很多大型可编程控制器。它功能强大实用，价格便宜，工作稳定可靠

15、， 24点输入，16点输出，采用继电器输出形式，可驱动交直流负载，负载电流在 2A左右。220V AC供电。并且输入端内部自带24V直流电源，还可为负载提供 直流电源。 3.3移动方案的比较 机械式立体停车库有许多种类型，根据其工作原理可分为：升降横移式；水 平循环式；平面移动式等等。采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设 备叫做升降横移式立体停车库，由丁升降横移式停车库的类型比较多， 规模可大 可小，对场地的适应性强，因此采用这一类型的停车库十分的普遍。 升降横移式立体停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

16、泊在这 类车库内地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需要通过中间层横 移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开 出车库。升降横移式立体停车库的布置型式主要有两种：半地下布置型式和地上 布置型式 本设计是双层六位五车的小型立体车库， 多用丁居民小区，其简图如下所示 4 5 6 1 2 3 泰山学院本科毕业论文 8 图3-2立体车库各车位移动方案 移动方案（1）： 将1号车位作为定位，2, 3号车位可以直接提取车。 在存取4号车时，将4号位降到1号位上，进行存取车。 在存取5号车时，将2号位移动到1号为上，5号位降到2号位上，进行存 取车。 在存取6号车时，

17、将2号位移动到1号位上，3号位移动到2号位上，5降 到3号位进行存取车。 移动方案（2）: 可将3号车位作为定位，其存取方式和方案（1）相同，故不再做表述。 移动方案（3）: 将2号车位作为定位，1, 3号车位可以直接进行存取车。 在存取4号车时，将1号车位移动到2号车位上，4号车位降到1位进行存 取车。 在存取5号车时，将5号车位降到2位上，进行存取车。 在存取6号车时，将3移动到2位上，6降到3号车位上，进行存取车。 综上所述，可以知道方案（3）最快捷，所以本设计采用方案（3）作为车库 整体移动的方案。 3.4升降横移式立体车库的系统控制原理 通过交换在控制系统上的信息（接口）的操作信息传

18、递到控制系统，系统的 处理，系统控制信息，以确定辅助设备驱动程序的执行结构来完成该操作车库站 点的操作者(人)。其系统控制原理框图，如图3.3所示。 图3.3车库系统控制原理框图 升降横移式立体车库，控制系统控制单元内的车库和电梯电机的主要控制对象的 第一进给电机，控制系统，使它们在不同的时间内取得积极， 其次车库的各种辅 助设备，如灯各种保安设施。为了确保载波汽车板块滑动到预定位置和董事会的 车可以上升或下降到指定的位置，使用行程开关。为了判断载车板上有无车辆， 采用了红泰山学院本科毕业论文 9 外对射开关。 3.5检测点与控制点 1.检测点分布 (1) 载车板上汽车停放到位否检测 光电开关

19、在底部的扫描测试。光电开关的接收器和发射器被安装在底部的 左，右两侧，在载流子车辆的前部和后部的位置被检测到的板，不到位当车辆停 放，车辆起飞的光源光学块，系统就不能动，只有车辆停放到位，系统才能正常 工作。 (2) 载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开 关，用丁检测载车板上有无车。 (3) 载车板平移运动是否到位检测 只有较低的汽车板包含平移运动，每个停车位上的限位开关，用丁检测所述 带轮板的平移运动被安装在已安装到位。 (4) 载车板升降是否到位检测 只有在上板升降运动的汽车，在每个垂直运动的汽车上的轨道板，分别在下 部和上部安装一个限位开关，用丁检测汽车面板的下降

20、和上升，是在这里的。 (5) 上层载车板吊钩是否挂好检测 可以用来钩是否已挂出了汽车板块的反馈信号控制电磁钩行动。 3.6控制点分布 (1) 一层载车板左右平移控制 一层载车板只有两个， 每个载车板只有左右移动两个动作， 采用带自 动抱闸的三相交流电机控制。 (2) 二层载车板升降运动控制 二层载车板有三个， 每个载车板只有升降两个动作， 采用带自动抱闸 的三相交流电机控制。 (3) 吊钩动作控制 只有二层的载车板使用吊钩， 每个载车板用2套吊钩，吊钩用电磁铁控 制。 泰山学院本科毕业论文 10 3.7电机控制及接线设计 在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行， 这两

21、个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之 亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。 这些在程序中可采 用联锁和互锁的方法来解决。泰山学院本科毕业论文 11 4 4 硬件选型 4.1 PLC型号的选择 4.1.1 I/O 点数的确定 根据设计要求，其输入大致有：传感器、行程开关、光电开关、操作面板按 钮；输出有：指示灯、数码管、闸门、升降电机、横移电机。经过计算，输入点 大致需要26个左右，输出点需要24个左右。 4.1.2 选定 PLC 西门子200系列PLC的I/O地址分配表如下所示: 型号 输入端编亏 输出端编亏 CPU221 I0.0 I0.7 Q

22、0.0 Q0.5 CPU222 I0.0 I0.7, I1.0 I1.7 Q0.0 Q0.7, Q1.0 Q1.4 CPU224 I0.0 I0.7, I1.0 I1.7 Q0.0 Q0.7, Q1.0 Q1.7 CPU224CN I0.0 I0.7, I1.0 I1.7 Q0.0 Q0.7, Q1.0 Q017 CPU226 I0.0 I0.7, I1.0 I1.7 I2.0 I2.7 Q0.0 Q0.7, Q1.0 Q1.7 CPU226XM I0.0 I0.7, I1.0 I1.7, I2.0 I2.7, I3.0 I3.7 Q0.0 Q0.7, Q1.0 Q1.7 Q2.0 2.7 表

23、4.1西门子200系列PLC的I/O地址分配表 根据控制系统的需求，选定PLC型号为西门子S7-200CPU226 4.1.3 控制系统I/O地址分配 根据控制系统设计的要求及选定的 PLC型号，确定系统的I/O地址分配如 下表所示： 信号名称 I/O地址 启动按钮 I0.0 停止按钮 I0.1 急停按钮 I0.2 泰山学院本科毕业论文 12 T 上限位开关 I0.3 二号上限位开关 I0.4 三号上限位开关 I0.5 T 下限位开关 I0.6 二号下限位开关 I0.7 三号下限位开关 I1.0 四号车位左限开关 I1.1 六号车位左限开关 I1.2 四号车位右限开关 I1.3 六号车位右限开

24、关 I1.4 1号车位存取开关 I1.5 2号车位存取开关 I1.6 3号车位存取开关 I1.7 检测车是否在前部停好光电传 感器 I2.0 检测车是否在后部停好光电传 感器 I2.1 检测四号车位是否有车光电传 感器 I2.2 检测空车位是否有车光电传感 器 I2.3 检测六号车位是否有车光电传 感器 I2.4 1、2、3载车板上升按钮 I2.5 进门光电传感器 I2.6 出门光电传感器 I2.7 进闸门上限开关 I3.0 进闸丁下限开关 I3.1 出闸门上限开关 I3.2 泰山学院本科毕业论文 13 出闸丁下限开关 I3.3 表4.2输入I/O地址分配 信号名称 I/O地址 一号平台上升

25、Q0.0 二号平台上升 Q0.1 三号平台上升 Q0.2 一号平台下降 Q0.3 二号平台下降 Q0.4 三号平台下降 Q0.5 绿灯 Q0.6 红灯 Q0.7 四号平台左移 Q1.0 六号平台左移 Q1.1 四号平台右移 Q1.2 六号平台右移 Q1.3 报警灯 Q1.4 1号防坠电磁阀 Q1.5 2号防坠电磁阀 Q1.6 3号防坠电磁阀 Q1.7 进闸门上升 Q2.0 进闸丁下降 Q2.1 出闸门上升 Q2.2 出闸丁下降 Q2.3 表4.3输出I/O地址分配 4.14闸门控制程序 设计要求：当汽车到达闸门前时，若车库内有空车位，系统自动打开闸门让 车辆进入动作平台；如果停车位已满，系统将

26、拒绝打开停车场闸门。在车库进出 口处各装有一个传感器I3.0、I3.1。当有车进入车库时，I3.0检测到实现加1运 算；当有车出去时，I3.1检测到实现减1运算。这样，当车库内车辆未达到5辆泰山学院本科毕业论文 14 时，系统会在检测到车辆时自动打开进口闸门； 当车库内车辆达到5辆时，系统 将拒绝打开进口闸门。 泰山学院本科毕业论文 网轿 5 15 4.1.5指不灯控制程序 设计要求：红色灯在系统处丁等待状态时能代表车位已经满， 绿色灯则代表 车位还有剩余。利用闸门控制程序检测到的车位情况即可实现该显示。 设计要求：停车场的指示灯能够自动分辨系统当前处丁的控制状态(红灯闪 烁代表进车模式，绿灯

27、闪烁代表取车模式，黄灯代表手动控制模式，粉红色灯闪 烁代表系统处丁等待选择状态)。 SMOO W 一导位有军：14。 -=JTS：Q3.0 I I I I - 1 1 I II II I - I I ()() E 二号位有车：14.1 二号灯re：gn 三号位有军：14 2 三号打亮:口 3.2 I I I I - C )C ) 四号位有车:心四号灯充归 I I I I $ ) 符号 地址 注暮 六号平台左移 Q1.1 三号平台上升 Q0.2 三号上限位 10.5 同络6 复位 六号右限位:11.4六号平台左 存1号位车程序SBR4:I z I|(:) 六号平台右卸3 顷R) 三号下限位：11

28、.0三号平台下-ms H-rH： ：) 空位检测看车：以3三号上限位0L5 A卜 上升吃6 三号平台上河曜 S ) 1 三号上8艮位:10 泰山学院本科毕业论文 网墙1 28 网舞3 4号左移到位时,1号平台下降 号下限:IQ6 号平台下即,3 , I - 1(:) 四号平台左Mi.。 R R) 1 符号 地址 注释 四号平台左稼 Q1.0 四号左限 11.1 一号平台下降 Q0.3 1 号下限 io.e 网帑4 郡会触发下降，下降到位后把车开到四号车位，检四号平台有车，司机出车库门后按I2第钮将始 一号平台上升 导下限:心6 号平台下-QQ3 1 I - ( R) 1 符号 地址 注释 一号

29、平台下降 Q03 一号下限 IDE 箱号 地址 w | 四号平台左移 Q1.0 四号位有车 I22 1 T40 IN TON 10C- PT WO rns 四号左限： ：11.1 31.5 网墙2 _判断四号位置有没有车，如果有则先把4号左暮，如果元则直接把1号平台下降 网绷琢 SMOLD T40 四号位有车:122 四号左限:PU 四号平台左叩1一泰山学院本科毕业论文 网站5 29 四号位有5:12.2 -号上限:1。一3 上升:I21E 车前停好关一 0 车后停好拒一1 -号平台上CJCm I I - * - 1 I - 1 I - 1 I - S) 1 符号 地址 注暮 车后停好 121

30、 车前停好 IZO 上升 IZG 四号位有车 I22 一号平台上升 QO.D 一号上限 I0.3 网路6 上升回原位 号上限;I0 3 四号右限：113 一号平台上RQO |符号 地址 注释 四号平台痛 Q1.2 四导右陶 11.3 存2号位车程序SBR5:泰山学院本科毕业论文 网第1 30 101 -FT IDOms T41 二号下限:IU.F 二号平合下FQD.4 I- 1 I - ( s ) 1 符号 地址 摆二号平台下降 Q0.4 二号下限 ID7 阳筋3 到到下限位复位口0.4,按上升按钮，二号平台上升 二号下限：旧7 二号平台下“ Q0.4 T I - ( R) 1 符号 地址地址

31、 二号平台下降 Q0.4 二号下限 II07 网锵4 空位检测有车;区3 上升;吐6 车前停好-12。 车后停奸121 二号平台上“;Q01 T I - I - 1 I - 1 I - s) 1 符号 地址 猝 车后停好 121 车前停好 I2.D 二号平台上升 Q0.1 泰山学院本科毕业论文 31 网彷5 到达上限后复位 二号上限：10.4 二号平台上:即1 ”匚 I JLliL I 存3号位车程序SBR6: Q1 7 ) T42 IN TON 1J J- FT 皿丽 网命2 判断骋位置有没有车,如果有则先把皓 右移，如果无则直接把辑平台下降 网络注释 SM0.0 T42 六号位有车：24 六号右限位:IL4六号平台右-Q1.3 1 泰山学院本科毕业论文 32 符号 地址 注群 1六导平舍右慈 1.3 1 泰山学院本科毕业论文 33 网锵3 砖右移到位时,3号平台下降 六号右限位II 4三号下PBfcn.O三号平台下F