基于PLC的双层五车位停车场控制电气设计-电气传动技术课程设计

南华大学船山学院课程设计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。基于PLC的双层五车位停车场控制电气设计控制要求：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。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：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双层自动停车场系统继电器-接触器控制设计2.1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。2.1．1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。2.1．2继电器接触器主电路图的设计该电路图中：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。2-1继电器接触器主电路图2.2继电器接触器控制电路的设计2.2．1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。2.2．2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。图2-2继电器接触器控制电路图3双层自动停车场系统PLC控制设计3.1PLC简介PLC来源可编程序控制器的英文为ProgrammableController,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-ProgrammableLogicController),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：⑴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。⑵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。⑶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。3.2PLC的选用原则及本设计PLC实现的功能3.2.1PLC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PLCI/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SQ55个限位开关，SQ-1至SQ-55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。3.2．2本设计PLC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。3.3自动双层停车场系统PLC控制流程图启动启动1~5位置都有车辆1~5位置都有车辆假设1、2、3取车假设1、2、3取车4或5位置按照不同情况左右移动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1、2、3取车位上下移动所取车辆到达出口所取车辆到达出口将未取车辆回复原位将未取车辆回复原位按停止按钮？按停止按钮？YN结束结束图3-1PLC控制流程图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输入信号叫车常开按钮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3I0.41号车限位信号限位开关SQ1I0.52号车限位信号限位开关SQ2I0.63号车限位信号限位开关SQ3I0.74号车限位信号限位开关SQ4I1.05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光电信号光电开关SQ-6I1.7输出信号1号托盘上移接触器KM1Q0.01号托盘下移接触器KM2Q0.12号托盘上移接触器KM3Q0.22号托盘下移接触器KM4Q0.33号托盘上移接触器KM5Q0.43号托盘下移接触器KM6Q0.54号托盘左移接触器KM7Q0.64号托盘右移接触器KM8Q0.75号托盘左移接触器KM9Q1.05号托盘右移接触器KM10Q1.13-3自动双层停车场控制系统I/O接线图3.5自动双层停车场系统PLC控制梯形图在V4.0STEP7MicroWINSP4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。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。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。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。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车位上的托盘再左移，最后3号下移，将车开出3.6自动双层停车场系统PLC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ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork1//网络标题//网络注释LDI0.1AI0.2LPSANI1.5=M0.0LPPAI1.5=M0.1Network2LDM0.0ANI0.5=Q0.1Network3LDM0.1AI1.6ANI1.0=Q0.7TONT37,+60Network4LDM0.1ANI1.6ANI1.1=Q1.1TONT38,+60Network5LDT38OQ0.7ANI1.0=Q0.7Network6LDT37OQ0.1ANI0.5=Q0.1Network7LDI0.1AI0.3LPSANI1.6=M0.2LPPAI1.6=M0.3Network8LDM0.2ANI0.6=Q0.3Network9LDM0.3AI1.6ANI1.5AI1.7ANI1.1=Q1.0TONT37,+60Network10LDM0.3AI1.6ANI1.7AI1.5ANI1.1=Q1.1TONT38,+60Network11LDT37OT38OQ0.3ANI0.6=Q0.3Network12LDI0.1AI0.4LPSANI1.7=M0.5LPPAI1.7=M0.6Network13LDM0.5ANI0.7=Q0.5Network14LDM0.6AI1.6ANI1.1=Q1.0TONT37,+60Network15LDM0.6ANI1.6ANI1.0=Q0.6TONT38,+60Network16LDT38OQ1.0ANI1.1=Q1.0Network17LDT37OQ0.5ANI0.7=Q0.5END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCKSBR_0:SBR0TITLE=子程序注释BEGINNetwork1//网络标题//网络注释END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCKINT_0:INT0TITLE=中断程序注释BEGINNetwork1//网络标题//网络注释END_INTERRUPT_BLOCK4元器件的选择及依据4.1热继电器的选择系统中电机为75KW,电源线电压为380V,电机正常工作时应为三角形接法。I=(1.1-1.5)IN选带有断相保护的热继电器：，并将其值整定为160A4.2低压断路器的选择根据动力供电支线用断路器的动作电流整定原则，现采用非选择型二段式(过载延时及短路瞬动保护）保护，各参数计算如下：瞬时或短延时脱扣器的整定电流所选断路器的瞬时或短延时脱扣器整定电流应大于线路尖峰电流。配电断路器可按不低于尖峰电流倍的原则确定，电动机保护电路当动作时间大于时可按不于倍起动电流的原则确定，如果动作时间小于0.02s，1.7—2倍。⑴断路器额定电压Un=380V。⑵过载保护：Idz=KkIn，取Kk=l.35，则Id2=192.29(所以设定Id2=200A)。⑶短路瞬动保护：Ioc=(1.7-2)IN，IOC=(242-284)A。综合以上各个条件，选:DZ20L-250/4300。4.3控制按钮和旋钮的选择根据系统原理图及系统电压可选择：按钮用SLA1-11M工作电压为24~220V。尺寸为：直径为18mm，安装孔为16mm.旋钮用LA18-44X2,直径为48mm。4.4交流接触器的选择电机回路中的电流估算如下：In=Pn/(1.732*UN*C0Sa)=75000(380X1.732X0.8)=142.44A所以根据I=(1.3-2)IN选交流择接触器,额定工作电流为300结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。设计总结基于PLC的双层五车位停车场控制电气的设计，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，对一些定时器，常开常闭开关的运用不熟练，以后要加强这方面的训练。本次课程设计是毕业前的最后一次课程设计，下学期我们就要做毕业设计，因此本次设计指导