立体车库系统硬件方面的设计

要想解决城市静态交通问题，可以将其大致分为软性和硬性两种措施。软措施就是指通过一些法律措施来限制公路停车和私用汽车行驶数量并提高停车位利用效率，以便一些车主可以多用公共交通，从而减少对停车的需求。硬性措施主要包括建造更多的停车场，地下停车场和多层立体停车场。总而言之无论采取什么步骤，我们都应该采取更加合理的计划，并在有限的能力范围内解决这种问题。政府和行政部门必将投入大量的精力和资金。1.2本课题设计的内容本主题的主要内容是基于西门子S-1200系列PLC的多层立体车库控制系统的设计。垂直和水平机械停车场使用桨式位移来生成高层停车位的垂直停放。停车位的结构为2D矩阵形式，可以设计为多层和多列。由于接收链装置和轿厢进出时间的限制，一般为2到6层，而2层和3层则比较多。多层立体车库的结构特征是：底层只能移动，顶层只能上下移动。除顶层外，底层必须留一个空的停车位来供车辆进入和离开车辆。当底部停车位进出汽车时，您可以直接进出汽车而无需移动其他托盘；当上层甲板进出轿厢时，必须首先确定相应的下层位置是否为空。可以降低它，然后上下车后回到原始位置。它们运动的一般原理是：恢复高程，不恢复平移。1.3本课题设计的目的及意义作为现代大都市的象征，三维建筑和三维交通已得到显着发展。在如今的社会中，交通道路上人满为患和车辆数量过多导致的交通堵塞已成为很大的问题。立体停车位的发展已经是迫在眉睫。如今的中国经济正处于快速发展时期，停车行业市场日趋成熟，因此，多层立体车库拥有广阔的前景。多层立体车库可在大范围内使用，并可与地面停车场，地下车库和停车场进行合理的搭配使用。首先，多层立体车库可以更加有效的利用土地面积。过去，地下车库必须留出足够的行车线，一辆普通的汽车要占用40平方米的面积。如果使用多层立体车库，土地利用率可以得到大大的提高。与地下车库相比，多层立体车库可以更有效地保证人员和车辆的安全。如果人员在车库中没有停在正确的位置，那么将会导致电子控制设备无法正常的工作。所以多层立体车库可以实现人员和车辆的完全转移。，因此，与传统地下车库相比，多层立体车库运行期间的能耗比人工管理的地下车库要少得多。机械车库通常不是作为一个完整的系统，而是一个整体。这样可以使您的土地优势减少，成为一个完整的游戏，并且可以将其转换为零，并且可以在居住区中的每个组中或以下随机安装机械停车楼。这为缺乏车库的社区提供了便利的条件，以解决棘手的停车问题。当以上在街道，人行道，地下停车场或地面上的停车不能解决以上问题时，使用多层立体车库停车设备是非常有效的措施。机械三维停车设备也称为三维车库。与传统地下车库相比，有着很多的有点，占用的空间小，空间利用率很高，安全方便。多层立体车库设计的目的就是为了解决城市土地面积短缺，停车困难的问题。立体车库具有广阔的市场前景。1.4本课题的章节安排本课题第一章主要介绍了基于PLC控制的立体车库的国内外的发展对比外，在第二章是本次设计的被控对象的描述介绍，第三章详细介绍了立体车库系统中的硬件方面的设计，第四章中着重介绍了组态王的相关应用和仿真过程与结果以及主要PLC程序的编写制作。

第二章被控对象建模2.1自动化立体车库的描述目前，三维车库主要有以下形式：水平高程和位移，道路堆放，垂直高程，垂直循环，箱式水平循环，圆形水平循环等。在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，结合成本，技术难度和用户需求等因素，可以发现立体车库的升降方式很多，可能很大。小型或小型，适应性强，并且使用这种设备的车库非常普遍。因此，最终确定调查的对象是三维升降机车库。2.2系统设计的基本步骤设计和调试三维车库系统的主要步骤如图2.1所示。图2.1立体车库控制系统的修订步骤在设计过程中，主要考虑以下几点：1.了解和分析多层里立体车库的控制要求。2.根据多层立体车库控制系统的功能要求，确定系统设计系统的结构。3.请根据设计地点选择电动机类型。4.根据I/O变量选择合适的PLC类型。5.分配I/O点，PLC输入和输出点。6.设计多层立体车库系统的梯形图布局。7.在PLC程序中输入程序进行调试。2.3主程序流程图设计主程序流程框图如图：图2.2主程序流程框图将本文的六层4列立体车库设定x轴y轴两个运行放行。当初始状态下汽车停靠后，智能车库根据目前立体车库内部存在的空余车位情况。以x轴和y轴两个运动方向将车位入库。

第三章立体车库系统硬件方面的设计3.1硬件系统总体设计多层立体仓库系统是由一些模块组成的，有PLC控制模块，螺杆驱动模块，步进驱动模块，三维仓库，工件弹出模块，气源处理等模块。当PLC发送脉冲时，步进电机的旋转都是以步进角旋转来进行的。X轴步进电机驱动X轴螺丝左右移动或Z轴步进电机驱动Z轴螺丝上下移动上，下，左，右舞台。而当脉冲为50时，平移距离的理论值为6.25厘米发行量为10000。3.2升降横移式立体车库的基本结构可移动和可移动的三维车库由四个部分组成：底盘，可容纳12辆汽车的六层停车库，运动机械和电气控制装置。机械零件由机械元件组成，例如滚珠丝杠，滑动螺丝，普通螺丝以及用作驱动组件的步进电机和直流电机。电气控制由西门子S-1200系列可编程逻辑控制器（PLC），步进电机电源模块，开关电源，位置传感器和其他设备组成。该系统关键部分是堆叠器。它由水平运动，垂直运动和前叉延伸机构组成。它由零件组成。水平和垂直运动分别由两个驱动滚珠丝杠的步进电机完成，拨叉伸出机构由直流电机控制。它分为上层和下层，上层是装载平台，可以从一侧延伸到另一侧，叉形延伸电机会向前驱动装载台以移走或送入货物。控制面板上的开关，按钮功能和停车位如图3.1所示。图3.1控制面板上的开关、按钮功能及车位号控制面板上的按钮功能如表3.1所示。表3.1控制面板上的按钮功能表操作的具体步骤如下：1.手动操作（1）打开电源。（2）将选择器开关设置到手动位置（此时，数字1至6有效）（3）按←1、2↓，3→，4↙，5↑，6↗按钮，并观察水平（X轴），垂直（Y轴）以及前后螺钉（Z轴）如果操作平稳且靠近极限位置，则必须实施极限保护（操作自动停止）。注意：仅当在相应位置执行X和Y轴（左数字管显示“”）时，前叉延伸机构才能工作。2.自动运行（1）通过PLC下载程序。（2）将选择器开关置于“自动”位置。（3）将带有桨的汽车模型置于零位置。放置模型时，请准确输入位置，并注意已在位置底部激活了检测开关。（4）执行“发送”指令。选择要发送的位置编号，按与该位置编号相对应的按钮，控制面板上的数字管将显示该位置编号。B、按下提交命令按钮并观察进纸动作（如果在选定位置有汽车，则该命令将不会执行）。C、完成说明后，机器将自动返回。D、没有轿厢处于零位，以下“发送”指令（错误的操作）将不会执行。（5）执行“获取”指令选择要搜索的位置编号，然后按与该位置编号相对应的按钮，控制面板上的数字管将显示该位置编号。B、按下“take”按钮，观察拉力动作（如果在所选位置没有轿厢，该指令将不会执行）。C、完成指令后，该机制将自动重启。D、如果位置为零的轿厢，将不执行以下命令“搜索”（错误的操作）。（6）演示程序中的其他内容①0＃仓库中有货物时，如果没有外部操作说明，则“Ready”灯点亮。延迟15秒后，货物将自动放置在仓库号最小的空地方，依此类推。由于1＃，2＃，3＃，4＃都有货物，程序需要15秒，如果15秒内没有任何外部操作说明，货物将自动放入5＃仓库。例如，1＃，3＃，4＃已经存储了货物，如果15秒内没有外部操作指令，则货物将自动放置在2＃仓库中。在延迟的15秒内，如果您按数字5＃，然后按“发送”按钮，则运营机构将把货物放入5＃仓库中，如果您按5＃按钮，则要取消此操作，可以按“退出”。此时，程序将处于待机状态，“就绪”指示灯亮起，并且可以执行其他操作。②0＃仓库中无产品时，如果没有人在操作，“Ready”灯将亮15秒钟，程序将把价值最高的仓库中的物品转移到没有产品的仓库中比他小。如果1＃，2＃，5＃有东西，程序将自动将项目5＃转移到仓库3＃。操作步骤如下：当“就绪”指示灯亮起时，延迟15秒后，程序将自动将5＃物料转移到0＃仓库中，并在延迟15秒后，将货物3＃将自动放置在仓库中。uando当程序正在运行并且货物已经在装载平台上时，在5秒钟后，程序将自动将装载平台上的物品运输到仓库号最小的仓库。3.3PLC控制模块的设计3.3.1PLC的概述PLC全英文名称ProgrammableLogicController，定义为:这是一种电子数字操作系统，专门为工业环境设计的。还是生产过程。在20世纪69年代初的PLC生产过程中，美国采用了替代继电器的方式来执行。例如逻辑判断，时间和计数这些控制功能。因此，日本称其为序列控制器。当时，因为汽车生产线的需求，最好用新的电子控制取代继电器控制板，来降低面板设计和生产的成本与时间。机器被改装时，继电器工作。随着半导体技术的发展，特别是自20世纪70年代中期以来，处理器和微计算机技术得到了发展，微处理器已被PLC广泛用作核心处理器，并且输入，输出组件和外围电路也被采用。3.3.2PLC的选型及特点PLC的结构较为灵活，通用性也较强。PLC的硬件在如今已经越来越标准化，也出现了许多系统的产品，拥有者各种各样的功能模块，可以按照自己的需求，随心所欲的搭配你所需要的控制系统，非常的便捷，在PLC的编辑器中编辑运行的程序，即可实现对系统的控制。接口较为简单，维修也非常的方便。如今使用的PLC的接口路线大部分都实现了模块化，维修更换非常的方便，而且PLC可以不需要通电来进行模块的拿取，所以可以不用脱离机器来进行故障模块的检修与更换。PLC的可靠性较高，抗干扰能力也较为强力，与微机相比，虽然功能较为不足，但是微机的抗干扰能力没有PLC好，而继电器和PLC相比虽然抗干扰能力较强，可是现场操作时线路较为繁琐，与之相比，PLC采用的是微电子技术，不会出现接线路很繁琐的问题，所以将微机和继电器这两种的优缺点和PLC相比较， PLC更加的适合。如今市场上主要的PLC类型分为S7-200,300,1200,1300几种。他们的核心都是CPU，上位机选用的都是组态王，200虽然价格较低，性能也可以，但是因为本次设计对于性能的要求较高，所以S7-200不合适。S7-300虽然性能十分的优越，可是价格过于昂贵，不符合本次实验的要求，所以不能选用。S7-1200的价格就较为合理，性能也足够本次设计的需求，所以选择S7-1200较为合理。S7-1300的性能过于优越，完全超出了本次设计的要求，而且市场的价格也较为昂贵，所以不适合本次设计。综上比较，S7-1200较为合适本次的设计。3.3.3I/O口分配表PLC管理控制立体车库系统的I/O地址分配如表3.2所示。表3.2PLC的I/O地址分配3.3.4PLC的I/O接线设计根据I/O地址分配表与系统的功能分析和输入输出接线图相结合，如图3-2所示。PLC1200系统连接图本文设计了一种基于PLC的6层4列立体车库系统，增了两组拓展模块。为了更加清晰的描述PLC接线过程，下面对前10个车库位进行简述。PLC管理控制立体车库系统的I/O地址分配，输入变量的分配为I0.0X轴左限位，I0.1X轴右限位，I0.2Y轴上限位，I0.3Y轴下限位，I0.4键盘值输入一位，I0.5键盘值输入二位，I0.6键盘值输入三位，I0.7键盘值输入四位，I1.0货台到位限位，I1.1货台回位限位，I1.2货台是否有车，I1.3手动/自动，I1.50号车库，I1.61号车库，I1.72号车库，I2.03号车库，I2.14号车库，I2.25号车库，I2.36号车库，I2.47号车库，I2.58号车库，I2.69号车库。输出变量的分配为Q0.0X轴脉冲Q0.1Y轴脉冲Q0.3X轴方向Q0.5Y轴方向Q0.6货台前伸Q0.7货台后退Q1.0就绪Q1.1取出Q1.2放置Q1.3十位显示Q1.4BCD输出显示一位Q1.5BCD输出显示二位Q1.6BCD输出显示三位Q1.7BCD输出显示四位.3.4步进驱动模块的设计3.4.1步进电动机的原理步进伺服驱动系统是典型的开路控制系统。但其结构和控制简单，易于调整，这使得它在低速和精度要求较低的情况下具有一定的使用价值。3.4.2步进电动机的选型在步进电机的选择上，首先选择步进电机的类型，然后在立体车库系统的设计中选择具体的类型。步进电机选择时，需要考虑低电压，小电流和定位扭矩。在选择步进电动机的类型时，必须考虑速度比i，轴向力Tt，额定转矩Tn和频率Fy的运行情况，以确定具体的规格和电动机控制设备。步进电动机具有以下特征：1、由步进电机和驱动电路组成的开路CNC系统简单，便宜且可靠。2、步进电机的动态响应快速，易于启动和停止，正向和反向以及变速。3.4.3步进驱动模块步进驱动模块主要是由两部分组成的，分别是步进电机和步进控制器。三维存储系统由两组分步驱动模块，分别控制X和Y轴上的螺杆移动。如表1所示设置SW4=ON，SW5=OFF，SW6=ON，则设置细分以800步/转，即800个脉冲使步进电机旋转一转，步角为（800×0.45=360o）。步进电机驱动组件使用联轴器直接驱动螺钉旋转，台架移动5mm步骤。通过控制压板在X-Z轴平面上的移动，将工件运输到指定的仓库位置。M415B步进电机控制器的输出相电流设置由DIP开关SW1，SW2，SW3设置，如表5所示。设置SW1=OFF，SW2=ON，SW3=OFF，输出相电流为1.05A。1.步进电机控制器步进电机驱动器主要包括电源输入部分，信号输入部分和输出部分。下表中显示了驱动器参数。表3.3电气规格表3.4电流设定表3.5细分设定表3.6接线信号描述PLC控制器与步进电机驱动器工作原理如图3.2所示：图3.2PLC控制器与步进电机驱动器工作原理图2.步进电机使用型号为42J1834-810的两相八冲程混合式步进电机，此模型，其电气图如下面的图3.3所示。图3.3二相八拍混合式步进电机串联型接法3.5丝杆驱动模块的设计丝杠驱动模块将步进电机的旋转运动输出转换为线性往复运动。在两个螺杆驱动模块上建立一个零位以校正位置并提供位置参考点。同时，为避免因过载而对螺杆驱动模块造成机械损坏。工件顶出模块采用直流电动机作为执行器，型号为32ZYC250。

第四章基于组态王的监控设计4.1组态王软件介绍Kingview6.0x采用了多线程和COM+组件等新技术来实时执行多任务处理和软件。可以用稳定可靠。PROJMANAGER是一个应用程序管理系统。PROJMANAGER具有强大的项目管理功能，可让您创建和删除新项目，搜索，备份并有效还原现有项目，以实现数据字典的导入和导出。4.2利用组态王实现上位机监控4.2.1组态王的发展历史组态王虽然在上世纪80年代就已经出现，但是因为各种各样的原因，组态软件并没有得到充分的利用。由于当时科技的限制，工业技术较为发展，所以当时人们更多是使用机械或者人工来进行操作。当时的人们对于组态软件并不是很了解，因此也没有多少人对组态软件的发展看好，并没有多少投资。那时想发展组态软件，价格十分的昂贵，没有多少用户可以支撑它的发展。当时国内的工业自动化发展的也不是很好，所以对组态软件的需求不是很大。但是随着社会的发展，工业化程度越来越高，组态软件重新走入人们的视线中，组态软件的需求变得越来越高，也逐渐成为了工业自动化的重要一部分，因此得到了不断地发展，组态的发展主要起到了降低工程开发时间的作用，大大提高了开发效率。作为国内PLC的公司亚控科技，成功的创造了组态王这一软件，并不断的发展。4.2.2创建组态画面Kingview开发系统后，您可以为每个项目创建无限数量的屏幕。该屏幕包含“kingview”提供的各种类型的图形对象。该系统为用户提供基本的图形对象，例如按钮（趋势曲线）和警报窗口，以及按钮（趋势矩形），直线，椭圆（圆形），扇形（圆形），点和位图，多边形（多边形）和文本。例如在窗口中移动，缩放，重塑形状，复制，删除和布置图形对象。创建一个简单的图形屏幕，然后在上一节中继续您的项目。步骤1：定义新屏幕进入新创建的Kingview项目，在ProjectExplorer的左侧选择“File\Screen”概述项目，弹出如图4.1所示的对话框。出现一个框。图4.1新建画面在“屏幕名称”中输入新的屏幕名称:3DGarage。此时无需更改其他属性。点击“确定”按钮进入内置的组态王屏幕开发系统。如图4.2所示。图4.2组态王开发系统步骤2：在Kingview开发系统上，通过“工具箱”和“库”绘制一个3D车库配置屏幕，如图4.3所示。图4.3创建图形画面设计好组态画面之后选择“文件\全部存”命令保存现有画面。4.2.3定义I/O设备当外部设备是需要交换数据的设备或程序时，就可以配置KING。外部设备通常是将低级计算机包括在内的。Windows应用程序通常通过DDE交换数据。外部设备还包括网络上的其他计算机。4.2.4构造数据库我们用的这个数据库是“KingKing”软件的主要部分，会将工业状况实时投影到屏幕上，而且可以将指令迅速的传递到现场。实时数据库作为中间环节的一个桥梁，因此该数据库是父计算机和子计算机之间的桥梁。在屏幕创建系统配置屏幕的屏幕开发系统中定义变量。数据库中的变量集合记录了用户可用的所有数据变量的详细信息。创建一个数据库继续上一节。单机项目浏览器左侧的“数据库\数据字典”，然后右侧单击项目浏览器中的“新建”图标。此对话框使定义数据变量的定义和修改以及数据库管理。在“变量名称”中输入变量名;选择变量A1的类型：在“变量类型”中选择IO变量类型，在“连接的设备”中选择之前定义的变量IO设备：SiemensPLC在“注册”中，定义I0.0：在“数据类型”中定义如下图所示的类型。此时不需要改变其他的属性，点击“确定”进行更改。图4.5创建IO变量4.2.5建立动画连接当变量值改变时，屏幕上图形的动画显示的是图形对象数据变量的值。改变“配置王”提供几种动画连接方法。命令语言分为三种，分别是按下时，弹出时，按下时。图形对象可以做到定义多个连接，并且是同时进行，并且可以按照自己所需要的要求灵活组合，来达到目的。双击图形对象图4.5动画连接用鼠标单击“填充属性”按钮，弹出对话框如图4.6所示。图4.6填充属性单击“变量名称”下的“？”，然后选择\\此站点\b7，然后在“颜色设置”中将常规颜色定义为绿色，将警报颜色定义为红色。其余属性此时无需更改。单击确定。同样，其余的变量都以这种方式设置，然后返回到Kingview开发系统。4.2.6运行和调试Kingview项目已初步建立，并已进入运营和调试阶段。图4.7运行系统画面选择菜单命令“文件\切换到视图”以进入Kingview操作系统。在操作系统中选择“Image\Open”命令，然后在“OpenScreen”窗口中选择“StereoscopicGarage”屏幕。显示正在运行的King配置系统的屏幕，可以看到屏幕的动态变化。如图4.7。4.2.7、主程序编写程序中的系统作用是当感应到有车辆要进入时，楼层会发生变化，楼层加一或者减一，使行驶车辆可以停放至空位。当车辆行驶进立体车库系统时，车辆应该停放的楼层，感应哪一层有空闲车位供车辆进行停放，当上层有空闲车位时，层数移动至该层。当地下层数有空闲车位时，将即将停放车辆放置该层。当车辆行驶至空闲车位时，该车位通过感应开门，将车辆放置空闲车位；当有车辆要驶出停车位时，按钮打开，将停车位里的车辆放行