基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計摘要 本次畢業(yè)設(shè)計課題為基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計升降橫移類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類、簡易升降類等。通過對這些車庫類型特點的比較與分析，選擇了三層三列升降橫移車庫結(jié)構(gòu)為研究模型和設(shè)計內(nèi)容。本設(shè)計論述了立體車庫的發(fā)展與當今現(xiàn)狀，論述分析了三層三列升降橫移式立體車庫的運行原理和結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了立體車庫的控制系統(tǒng)，并依據(jù)其運行原理設(shè)計了PLC程序。關(guān)鍵詞：立體車庫，升降橫移式，控制系統(tǒng)，PLC目 錄1 緒論11.1 課題的背景和意義11.2 課題的關(guān)鍵技術(shù)及其國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀31.2.1 國外研究現(xiàn)狀31.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)

2、狀42 升降橫移式立體車庫的機械設(shè)計部分62.1 立體車庫的分類及其特點62.2 升降橫移式立體車庫的工作原理82.3 升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)92.3.1 升降橫移式立體車庫的主要構(gòu)成92.3.2 升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)示意122.4 升降橫移式立體車庫中的安全防護裝置133 立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計153.1 電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計153.2 電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計183.2.1 PLC接線設(shè)計183.2.2 其他資源配置193.3 PLC控制程序設(shè)計203.3.1 PLC的選型223.3.2 PLC的IO資源配置233.4 電氣安全裝置244 升降橫移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計254.1 立

3、體車庫自動化控制系統(tǒng)254.2 基于Wincc的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)284.1.1 Wincc的概述284.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的功能284.1.3 Wincc的組態(tài)295 結(jié)論32參考文獻33致謝34附錄35隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應(yīng)的是城市停車狀況的尷尬。停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通（車輛行駛狀態(tài)）而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會出現(xiàn)停車難的

4、一系列問題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%，而同時期城市停車基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎(chǔ)設(shè)施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。2.1 立體車庫的分類及其特點升降橫移類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類、簡易升降類等。下面介紹其中幾種類型及其特點。（1）升降橫移式停車位為兩層或多層，有若干層的同層置車板可左右橫向移位，通過升降機構(gòu)改變置車板的高度?？蔀榈厣鲜交驇У乜邮?。特點：有效利用空間，提高空間利用率達數(shù)倍。 存取車快捷便利，獨特跨梁設(shè)計，

5、車輛出入無障礙。 采用PLC控制，自動化程度高。 環(huán)保節(jié)能，低噪音。 人機界面好，多種操作方式可選配，操作簡便。（2）垂直循環(huán)式通過傳動機械，驅(qū)使以垂直方式排列的各置車板作連續(xù)環(huán)形運動。車輛出入口位于設(shè)備最下面的稱為下出入口式，位于中間部分的稱為中出入口式，位于最上面的稱為上出入口式?？蔀榉忾]式高塔或敞開式低塔。特點：使用PLC自動調(diào)車，一次按鍵即可完成存取車?？稍O(shè)置在地面上或半地上半地下，可獨立或附設(shè)在建筑物內(nèi)，還可多臺組合?？墒∪ベ徶猛恋氐拇罅抠M用，有利于合理規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計。（3）巷道堆垛式采用巷道堆垛機和搬運器，將進到搬運器上的車輛一起作平面移動且垂直升降到停車位旁，再用存取機構(gòu)將車輛送

6、入停車位。特點：全封閉管理，安全、防盜、為車輛提供最佳防護?？稍O(shè)置于地上或地下，充分利用有效空間。載車板的升降和行走同時運行，存取車方便快捷。全封閉式管理，安全可靠，保障人、車安全。通過升降機、行走臺車及橫移裝置輸送載車板實現(xiàn)存取車操作，整個過程全自動完成。固定式升降機各層行走臺車的配置形式，可實現(xiàn)多個人同時存取車。（4）垂直升降（塔庫）式停放車輛的停車位和車輛升降機以立體方式組成的高層停車設(shè)備。通過搬運機械將車輛或載有車輛的置車板橫向或縱向地從車輛升降機搬運至停車位。停車位分橫置式、縱置式和圓周式三種。特點：占地少，容車量大，高層設(shè)計最高能夠達到平均一輛車僅占一平方米的空間。可同時提供多車位

7、進出口，等待時間短。智能化程度高，可預(yù)約存取車及空車位導(dǎo)向。利用車庫外形的空隙空間可以進行綠化，使車庫變成一個立體的綠化體，有利于美化城市和環(huán)境。（5）平面移動式 在同一層面上，用搬運臺車平面移動車輛，或使置車板平面橫移?？蔀閱螌悠矫鏅M移、單層（多層）平面往返以及門式起重機多層平移。特點：每層車臺和升降機分別動作，提高出入庫速度，可利用地下空間，停車規(guī)?？蛇_到數(shù)千臺。 部分區(qū)域發(fā)生故障時，不影響其他區(qū)域的正常運行。 通過計算機和觸屏界面進行綜合管理，可全面監(jiān)視設(shè)備的運行狀況，并且操作簡單。（6）簡易升降式停車位為兩層或三層，通過升降機構(gòu)或俯仰機構(gòu)改變置車板的高度或傾斜角度，供車輛出入?？蔀榈厣?/p>

8、式或帶地坑式。特點：構(gòu)造簡單實用，無需特殊地面基礎(chǔ)要求。適合裝置于工廠、別墅、住宅停車場?？扇我膺w移，搬遷安裝容易或根據(jù)地面情況，獨立及多臺設(shè)備。備有專用鎖匙開關(guān)，防止外人開動設(shè)備。車板防下滑保險裝置。（7）其他水平循環(huán)類：各置車板以兩列或多列方式水平排列，并循環(huán)移動。置車板以圓弧運動方式循環(huán)者稱為圓形循環(huán)式；以直線運動方式循環(huán)者稱為箱形循環(huán)式。多層循環(huán)式：各置車板以兩層或多層方式排列，在相鄰兩層間的兩端設(shè)有車輛升降機，同層置車板可在該層內(nèi)作水平循環(huán)移動。置車板在設(shè)備兩端以圓弧運動方式升降者稱為圓形循環(huán)式；以垂直運動方式升降者稱為箱形循環(huán)式。車輛入庫方式與水平循環(huán)相同。通過對各類立體車庫的分析

9、并結(jié)合本次設(shè)計的車庫容量，可以得出選用升降橫移式立體車庫為最佳選擇方案。2.2 升降橫移式立體車庫的工作原理升降橫移式立體車庫每個車位都有載車板，車輛就停在載車板上，最下層的載車板只做左右橫移，不能升降，中間層車位可以左右橫移和升降，上層車位只能升降，不能橫移，若中間層車位需要存取車，則需下層車位移出空位，才能降至底層，上層車位需要存取車，則需要中間層車位和下層車位移出空位方能下降至底層，存車時，當載車板到位后，駕駛員將車開上載車板后下車離開，中間層和上層載車板自動升至所在層位，取車時，下層車位直接開出，上層和中間層則是載車板降至底層后，等駕駛員進入車庫開走汽車后，載車板自動回至所在層位。圖2

10、-1 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖2.3 升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)2.3.1 升降橫移式立體車庫的主要構(gòu)成2.3.2 升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)示意圖2-6 升降橫移式立體車庫設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖圖2-7 立體車庫平面示意圖圖2-8 立體車庫立體模型示意圖2.4 升降橫移式立體車庫中的安全防護裝置當載車板?？康轿粫r，電磁鐵由通電狀態(tài)轉(zhuǎn)為失電狀態(tài)，驅(qū)動掛鉤勾住鐵環(huán)。當載車板要下脫離鐵環(huán)。電磁鐵由失電狀態(tài)轉(zhuǎn)為通電狀態(tài)，報警燈閃爍，按下急停按鈕使車庫立即停止。3 立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計在工業(yè)自動化控制中，最常用的三種控制方式有繼電器控制、單片機控制和可編程控制器控制，這三

11、種控制方式各有優(yōu)缺點。（1）繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時間及溫度等參量變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。繼電器控制系統(tǒng)的延時控制是靠時間繼電器的滯后動實現(xiàn)，精度不高且易受環(huán)境溫度和濕度的影響，調(diào)整時間困難。由于繼電器的觸點有限，其靈活性和擴展性也受到制約。（2）單片機控制單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，機構(gòu)

12、上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。單片機應(yīng)用范圍主要是大批量重復(fù)生產(chǎn)的民用消費品以及小批量產(chǎn)品，特別是儀器儀表，家電以及小型控制系統(tǒng)。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當大。 （3）可編程序控制器控制可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設(shè)計外部接線圖，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器

13、系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。此外，PLC還有以下優(yōu)點：（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還

14、可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)

15、的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100

16、mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。根據(jù)對幾種常見控制方式進行對比，再結(jié)合本設(shè)計可以得出使用PLC來控制立體車庫時最合適的。整個車庫由一臺PLC對其進行管理和監(jiān)控，由PLC來控制載車板升降橫移傳動裝置，完成車輛的存取操作，各車位車輛的存取由PLC根據(jù)當前各車位的停放情況，按照相應(yīng)的策略來調(diào)動載車板，以存取車輛。立體車庫的自動控制系統(tǒng)包括弱電和強電兩套系統(tǒng)，弱電系統(tǒng)主要是各種信號的采集和控制輸出，例如：通過PLC輸出信號給接觸器線圈，以此來控制接觸器的通斷，從而來控制強電系統(tǒng)。強電系統(tǒng)主要包括載車板電機控制線路，控制電機正反轉(zhuǎn)的接觸器

17、等。車庫采用面板按鈕呼叫車位存取車，用升降橫移裝置將汽車輸送到位。控制系統(tǒng)在面板上設(shè)有急停按鈕，當發(fā)生意外時，按下急停按 鈕將使車庫立即停止運行。3.2 電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計3.2.1 PLC接線設(shè)計3.2.2 其他資源配置本文所設(shè)計的PLC存取車控制系統(tǒng)只針對上2層和3層的車位，而對于1層車位，存取車直接開進開出即可。控制軟件采用梯形圖語言編寫。程序流程見圖3-4。需要說明的是，載車板用鏈條依靠載車板上的吊點懸吊在托架上，在靜止狀態(tài)時，防墜（安全）掛鉤掛住載車板。在設(shè)計不同層進出車程序時運用了“并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時執(zhí)行待各流程動作全部結(jié)束后，根據(jù)相應(yīng)執(zhí)行

18、條件，匯合狀態(tài)動作。即如果選擇第3層載車板進出車，可以使一層二層同時平移左移或右移，這樣，控制系統(tǒng)能自動處理設(shè)備動作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出，而且控制系統(tǒng)的試運行及故障檢查非常方便，可節(jié)約大量時間，提高工作效率。3.3.1 PLC的選型目前市面上主要的PLC有西門子、三菱、歐姆龍、施耐德等。其中西門子的功能強大，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能質(zhì)量好，市場占有率最高。基于西門子結(jié)構(gòu)化的編程方式，開放性好，支持多種通信協(xié)議。另外西門子適用多種人機界面和監(jiān)控組態(tài)軟件利于多廠家設(shè)備的通訊與集成，西門子做了很多功能塊，減少了設(shè)計人員的負擔。因此，本設(shè)計選用了西門子公司的PLC。西門子列的強大功能使其無論在獨立運行中，或

19、相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能價格比。S7-200分別是CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226；CPU 221集成了6輸入，4輸出共10個數(shù)字量IO點，無IO擴展能力。CPU 222集成了8輸入，6輸出共14個數(shù)字量IO點，可連接兩個擴展模塊；CPU 224集成了14輸入，10輸出共24個數(shù)字量IO點，可連接7個擴展模塊，最人擴展至168路數(shù)字量IO點或35路模擬量IO點； CPU 224XP集成了14輸入，10輸出共24個數(shù)字量IO點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量IO點或38路模擬量IO點；CPU

20、 226集成了24輸入，16輸出共40個數(shù)字量IO點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量IO點或35路模擬量IO點。3.3.2 PLC的IO資源配置輸入地址功能輸入地址功能I0.0啟動I2.2門前光電開關(guān)I0.13號載車板呼叫I2.31號載車板橫移到位I0.24號載車板呼叫I2.42號載車板橫移到位I0.35號載車板呼叫I2.53號載車板橫移到位I0.46號載車板呼叫I2.64號載車板橫移到位I0.57號載車板呼叫I2.7手動/自動I0.63號載車板平層I3.0上升按鈕I0.74號載車板平層I3.1下降按鈕I1.05號載車板平層I3.2左移按鈕I1.16號載車板平層I3.3右移按鈕I

21、1.27號載車板平層I3.41號載車板呼叫I1.3車庫平層減速I3.52號載車板呼叫I1.43號載車板光電開關(guān)I3.6載車板掛鉤到位I1.54號載車板光電開關(guān)I3.73號車位載車板檢測I1.65號載車板光電開關(guān)I4.04號車位載車板檢測I1.76號載車板光電開關(guān)I4.15號車位載車板檢測I1.77號載車板光電開關(guān)I4.26號車位載車板檢測I2.0載車板橫移限位開關(guān)I4.37號車位載車板檢測I2.1載車板升降限位開關(guān)輸出地址功能輸出地址功能Q0.03號載車板升降Q1.63號載車板防墜電磁鐵Q0.14號載車板升降Q1.74號載車板防墜電磁鐵Q0.25號載車板升降Q2.05號載車板防墜電磁鐵Q0.3

22、6號載車板升降Q2.16號載車板防墜電磁鐵Q0.47號載車板升降Q2.27號載車板防墜電磁鐵Q0.51號載車板左移Q2.33號載車板有車Q0.61號載車板右移Q2.44號載車板有車Q0.72號載車板左移Q2.55號載車板有車Q1.02號載車板右移Q2.66號載車板有車Q1.13號載車板左移Q2.77號載車板有車Q1.23號載車板右移Q3.0正轉(zhuǎn)Q1.34號載車板左移Q3.1反轉(zhuǎn)Q1.44號載車板右移Q1.5報警燈梯形圖附于附錄。在立體車庫中安全是非常重要的，因此做好安全防護十分有必要。以下是電氣安全中的的一些重要裝置。升降橫移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計4.1 立體車庫自動化控制系統(tǒng)4.2 基于Wincc的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)4.1.1 Wincc的概述4.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的功能4.1.3 Wincc的組態(tài)（1）為PC Access創(chuàng)建變量打開PC Access程序，對創(chuàng)建的PLC的屬性進行定義名稱以及地址。（2）將變量導(dǎo)入WinCC首先在WinCC 中添加OPC驅(qū)動，選擇“添加新的驅(qū)動程序”。在驅(qū)動程序選中對話框中選擇OPC.chn，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，在OPC條目管理的<LOCAL>中，選擇“S7-200.OPCServer”,建立一個連接，輸入新的連接名稱，此時可以在OPC驅(qū)動器的目錄下看到導(dǎo)入的條目。（3）創(chuàng)建監(jiān)控畫面（4）編輯主監(jiān)控