三菱PLC立體車庫控制系統(tǒng)的設計

...wd...摘要立體車庫是專門實現各種車輛的自動停放及科學存放的存儲設施。近年來隨著我國經濟的飛速開展，城市人口日益增多，特別是隨著改革開放以來，我國進入了汽車擁有率進入急速上升時期。機械式立體車庫可充分利用地上資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合介紹了升降橫移式立體車庫的運行模式和操作模式。本課題以典型常見的地上3×3升降橫移式為例,說明了停車庫的運行原理。并用組態(tài)王對立體車做了實時監(jiān)控和動態(tài)演示。本文在對國內外車庫現狀及開展趨勢做了充分調研的根基上，選擇三層三列式車庫構造為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成局部而言，可分為三大局部：車庫構造局部、傳動機構局部和控制系統(tǒng)局部。本文簡單介紹了車庫的主體構造和特點，對車庫的控制系統(tǒng)也作了詳細的說明。依據升降橫移式立體車庫的運行原理，運用理論對升降橫移式立體車庫的構造進展了全面的分析，包括升降橫移式立體車庫的框架構造的機械強度、橫移傳動系統(tǒng)中軸的強度和升降傳動系統(tǒng)中軸的強度等。在對升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計中，采用了常用的的PLC控制，運用三菱公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，并經調試、運行，證明采用可編程序控制器(PLC)作為控制系統(tǒng)簡單易行。其穩(wěn)定、可靠、快速、性價比高的特點使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可行。為了使停車設備滿足使用要求，根據國家關于機械式停車設備通用安全要求的標準、升降橫移式立體車庫的實際運行，在升降橫移式立體車庫中采取了一些必要的安全技術，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩(wěn)的運行。關鍵詞：立體車庫；控制系統(tǒng)；PLC目錄TOC\o"1-3"\h\u60771緒論 168051.1本課題設計的背景 1322901.2此題設計的目的及意義 1103511.3立體車庫在國內外研究開展現狀 279691.4此題設計的內容 3155992系統(tǒng)方案的設定 4301492.1方案論證 432502.2自動化立體車庫常見形式 5233092.3升降橫移式立體庫控制系統(tǒng)整體方案 5287403立體車庫機械局部設計 6170803.1立體車庫的根本構造 672363.1.1升降橫移式立體車庫的工作原理 6182653.1.2立體車庫主要機械構件及其功能 7244813.2立體車庫中的安全防護裝置 8184684立體車庫控制系統(tǒng)硬件設計 9165674.1電氣控制系統(tǒng)整體設計 9118014.2硬件系統(tǒng)配置 9226134.2.1PLC概述9234044.2.2PLC的工作方式 104994.3其他硬件資源配置1180385立體車庫控制系統(tǒng)軟件設計 12293495.1PLC的特點及選型1266725.2PLC的I/O口資源配置 1352565.3電氣控制系統(tǒng)PLC接線圖 1457305.4PLC控制程序設計 17129935.5控制系統(tǒng)程序梯形圖 1822226基于組態(tài)王的監(jiān)控界面設計 1987716.1組態(tài)王軟件介紹 19285346.2利用組態(tài)王實現上位機監(jiān)控 19138156.2.1建設組態(tài)王新工程192566.2.2創(chuàng)立組態(tài)畫面 1950866.2.3定義I/O設備21164236.2.4構造數據庫22126876.2.5建設動畫連接22193906.2.6運行和調試23323607立體車庫控制系統(tǒng)程序仿真 2515735完畢語 2911032參考文獻 304601致謝 3132120附錄 321緒論1.1本課題設計的背景隨著我國城市經濟和汽車工業(yè)的迅速開展，擁有私家車的家庭越來越多，截至2012年8月底，全國機動車保有量到達2.19億輛。其中，汽車保有量首次突破1億輛。而早在2001年，全國機動車保有量僅為1249萬輛，汽車保有量為625萬輛。通過以上數據可以看出，短短10年里，中國的機動車輛增加了17倍，汽車增加了16倍。而與此相對應的是城市停車狀況的為難。以北京市為例，截止2007年底，市區(qū)僅有公共停車場828處，共計車位5.7萬個，僅占市區(qū)機動車擁有量的8.6％，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的229個地下車庫使用面積缺乏60萬平方米，只能滿足1.3萬輛機動車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達64％，而且還有繼續(xù)上升之勢。停車問題是城市在開展過程中出現的靜態(tài)交通問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯系，互相影響，停車設施是城市靜態(tài)交通的主要內容，隨著城市的不斷開展，各種車輛的不斷增加，對停車設施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會出現停車難的一系列問題。數據顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%~20%，而同時期城市停車根基設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根基設施的增長速度，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。專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停車場利用效率，使局部車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內彌補缺乏，政府和管理部門所需投入得精力和資金都不小。1.2此題設計的目的及意義作為現代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著開展，道路擁擠、車滿為患已成為當今快節(jié)奏社會中的最不和諧之音，開展立體停車已成為人們的共識。目前我國經濟正處在高速開展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐正在加快，停車產業(yè)市場前景廣闊。機械式立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80％~90％，如果采用地上21層立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)本錢。機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。當以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決不了上述問題時，采用機械式立體停車設備是一個非常有效的措施。機械式立體停車設備又名立體車庫，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，立體車庫的設計目的：是解決城市用地緊張，緩解停車難的一個有效手段?？梢灶A見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。1.3立體車庫在國內外研究開展現狀早在50多年前，立體停車就在國外有所開展，先后出現了針對家庭使用的雙層停車設備；利用住宅空地建起2-4層升降橫移停車設備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔；利用廣場、建筑物下面的空間建設地下車庫。自70年代末起，世界經濟高速開展，汽車逐漸普及，擁有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū)和一些興旺國家積極開展了機械式停車技術的研究開發(fā)和制造應用。以日本、美國、德國等為代表的興旺國家在停車技術領域的研究處于世界領先水平，韓國和我國的港、澳、臺地區(qū)的停車業(yè)也通過引進移植制造，得到了蓬勃開展，較好地解決了本地區(qū)的停車難，并開場向外輸出技術和出口產品。目前世界停車產業(yè)正向多元化開展，其停車技術幾乎包含了當今機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術等領域的所有成熟先進技術。機械方面，應用了許多新材料、新工藝。設備構造采用模塊化設計，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼構造選用新型優(yōu)質鋼材，既提高了設備的強度和剛度，又使設備輕巧美觀，載車板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強韌、耐用?？刂萍夹g方面，廣泛采用可編程序控制器和矢量變頻變壓調速閉環(huán)控制技術，使運行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動和噪音也趨于最小?？刂菩问接?，按鈕式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光柵顯示屏、光電管、機械式行程開關、磁性接近開關、光敏感應開關等，安全保護裝置日臻完善，如汽車出入聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈條和鋼絲繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車圖象攝影比照安全檢測、自動消防滅火系統(tǒng)等。在我國的停車產業(yè)開展中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術標準；多數產品是仿效或引進國外技術制造，技術水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產能力缺乏；市場競爭無序，個別企業(yè)為搶占市場，采取低價競爭；缺少科研設計單位的參與，技術創(chuàng)新能力嚴重缺乏；政策不配套，對停車產業(yè)開展和管理嚴重滯后等。解決上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術多方面做出努力。政策方面應參照興旺國家的有關政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專用和公共停車位的合理數量，實現投資主體多元化，確定車庫的管理屬性和停車收費標準，給予投資和經營者相應的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場方面應建設車庫市場運行機制，利用價格杠桿調高占路停車收費標準，逐步消除“路滿庫空〞現象。鼓勵按市場規(guī)則經營車庫，并實施政府監(jiān)視和政策調控，使停車產業(yè)良性開展。1.4此題設計的內容本課題的主要內容是基于三菱FX2N系列PLC的立體車庫控制系統(tǒng)的設計，升降橫移類停車庫利用托盤移位產生垂直通道,實現高層車位升降存取車輛。由于受收鏈裝置及存取車時間的限制,一般為2~4層(國家規(guī)定最高為4層),2層、3層者居多,現以典型常見的地上3×3升降橫移式為例,說明停車庫的運行原理。立體車庫構造特點是:最底層只能平移,最頂層只能升降，中間層既可升降也可平移。除頂層外,底層都必須預留一個空車位,供進出車升降之用。當底層車位進出車時,無需移動其他托盤就可直接進出車；頂層進出車時,先要判斷其對應的下方位置是否為空,不為空時要進展相應的平移處理,直到下方為空才可執(zhí)行下降動作,進出車完成后再上升回到原位置。2系統(tǒng)方案的設定2.1方案論證隨著我國城市經濟和汽車工業(yè)的迅速開展，擁有私家車的家庭越來越多。所以順應時下的現狀立體車庫迅速開展起來，其設計也在不斷的趨向于完善化，本車庫模型系統(tǒng)的設計也有很多不同的方法。我們對車庫模型控制作了兩種設計方案，并對其進展了研究和討論方案一：基于單片機的立體車庫模型控制系統(tǒng)設計。采用單片機作為主控制器來控制步進電機的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)所要設計的控制電路較多，較為復雜?！?〕單片機抗干擾能力比較弱，所以對現場工作環(huán)境要求很苛刻?！?〕單片機控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調試耗時比較多。〔3〕單片機自身就是弱電驅動，但是對于停車庫運行系統(tǒng)來說，執(zhí)行部件是電機，屬強電系統(tǒng)，這就需要由弱電驅動強電，隨著驅動環(huán)節(jié)的增加，系統(tǒng)的可靠性就會下降。〔4〕單片機控制系統(tǒng)，其控制程序根本上是匯編語言，匯編語言雖然功能比較強大，但是程序編制工作量比較大。因此，單片機在升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)中的應用現在還不成熟，只是停車庫系統(tǒng)研究開發(fā)的一個方向。方案二：基于PLC立體車庫模型控制系統(tǒng)設計。它具有很多其他設計方法不可比較的優(yōu)點：〔1〕可靠性高、環(huán)境適應性強：可編程控制器輸入/輸出端口均采用繼電器和光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，所以具有很強的抗干擾能力。〔2〕通用性好：由于可編程控制器采用模塊化構造，一般有CPU模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性?！?〕使用方便、靈活：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件構造選定后，如果輸入/輸出作很小的變動時，只需修改相應程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現場調試的工作量，使用起來靈活方便?！?〕具有順序、周期性的工作特征?！?〕體積?。河捎谠谥圃鞎r采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現了小型化。綜上所述：我們選擇方案二，即PLC作為設計中的主控制系統(tǒng)，能夠更好的滿足設計要求，到達設計的目的。2.2自動化立體車庫常見形式目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等。在對國內外各種同類產品進展分析的根基上，再結合造價、技術難度以及市場需求等各個方面的因素，可以發(fā)現升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚?，而且對場地的適應性較強，采用這類設備的車庫十分普遍。因此，最終確定研究對象為升降橫移式立體車庫。2.3升降橫移式立體庫控制系統(tǒng)整體方案升降橫移式立體停車庫是一種比較典型的跨學科機電一體化產品，集機械、電子、信息和電氣技術于一體。升降橫移式立體停車庫的控制系統(tǒng)是整個車庫系統(tǒng)的核心組成局部。如果說執(zhí)行機構是“四肢〞，框架是“區(qū)體〞，那么控制系統(tǒng)就是“大腦〞。它指導著車庫的每個運作過程，并對整個系統(tǒng)的狀態(tài)過程進展監(jiān)控。圖1立體車庫系統(tǒng)控制整體框圖升降橫移式立體停車庫的系統(tǒng)控制原理:操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經經系統(tǒng)處理后，然后系統(tǒng)把可識別的控制信息通過控制設備〔PLC〕來驅動執(zhí)行構造，進而完成車庫現場的運作。同時該動作的信息通過檢測裝置傳送到檢測系統(tǒng)，經處理后反響到控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面，這樣操作者就可以直觀的看到車庫現場的運行實況了，由此可以使車庫更安全的運行。整個系統(tǒng)控制原理框圖，如圖1所示。3立體車庫機械局部設計3.1立體車庫的根本構造3.1.1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，假設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，載車板回至所在層位。以下列圖為一個地上3×3型七車位的升降橫移式立體車庫，其工作原理是:上層載車板可以做升降運動，中間層載車板可以做升降運動和橫移運動，下層載車板只能做橫移運動。通過中間層和下層的空位，利用載車板橫移變換空位，將汽車停到上層或降至下層，第一層的汽車可直接開進和開出，無需變換位置。圖2七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖如圖2所示：1、2號車位可以直接存取車輛；7號車位需下降后再存取車輛；3號車位，則需先將1號和2號載車板右移，再將3號載車板下降后才能存取車輛；4號車位，則需先將2號載車板右移，再將4號載車板下降后才能存取車輛；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降后才能存取車輛；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板下降后才能存取車輛。升降橫移式立體車庫對場地的適應性很強，所以可根據不同的地形和空間進展相應的構建，規(guī)?？纱罂尚?，對場地的要求比較低，因此應用非常廣泛。3.1.2立體車庫主要機械構件及其功能3×3型升降橫移式立體車庫，其主要有六大局部組成，分別是：構造框架局部，載車板局部，橫移系統(tǒng)，升降系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，安全防護系統(tǒng)。1．框架立體車庫一般主要以鋼構造和鋼筋混凝土為主，在本文中，選擇用鋼構造。鋼構造一般在專業(yè)工廠制造，易實現機械化，生產效率和產品精度高，質量易于保證，是工程構造中工業(yè)化程度最高的一種構造。構件制造完成后，運至施工現場拼裝成構造。拼裝可采用安裝方便的螺栓連接，有時還可在地面拼裝成較大的單元，再進展吊裝。施工工期短，可盡快發(fā)揮投資的經濟效益。由于鋼構造具有連接的特性，故易于加固、改建和拆遷。2．一層載車板橫移傳動系統(tǒng)第一層車位設置在地面上，汽車的存取可以直接在對應的位置進展，車輛駛上載車板后，只能實現水平移動的方式。傳動方式為電動機帶動主動鏈輪，使鏈條帶動從動鏈輪從而帶動主軸，進而驅動行走輪帶動載車板在導軌上做橫移運動，采用這種鏈傳動方式與齒輪齒條傳動方式相比，構造簡單，本錢低。同樣可以到達傳動準確，效率高的目的。3．二層載車板升降橫移傳動系統(tǒng)第二層車位是由一個橫移矩形框架及一個懸掛載車板組成，汽車駛上載車板后不光要進展橫移運動，還要進展垂直升降運動。橫移傳動方式為：橫移電動機帶動橫移主動鏈輪，使鏈條帶動橫移從動鏈輪從而帶動橫移主軸，進而驅動行走輪帶動橫移框架，實現二層載車板的橫移運動做橫移運動。升降傳動方式為：升降電動機帶動升降主動鏈輪，使鏈條帶動升降從動鏈輪從而帶動升降主軸，進而驅動升降鏈輪帶動升降鏈條，從而帶動載車板，實現二層載車板的垂直升降運動。4．三層載車板垂直升降運動的傳動系統(tǒng)第三層車位是由一個焊接在立體車庫骨架上的框架和一個懸掛載車板組成的。當汽車駛上載車板后，只能進展垂直升降運動。升降傳動方式為：電動機帶動主動鏈輪，使鏈條帶動從動鏈輪從而帶動主軸，進而驅動升降鏈輪帶動升降鏈條，從而帶動載車板，實現二層載車板的垂直升降運動。5．安全裝置在立體車庫上層停車位和下層停車位的縱梁處裝有上下行程限位開關，在中間層和底層車庫橫梁兩端裝有左右行程限位開關。上載車板上裝有防墜落安全裝置，防墜落安全裝置安裝在縱梁和上載車板停泊位置之間，在縱梁兩邊各安裝兩只電磁鐵控制的掛鉤，載車板兩側相應位置裝兩只勾環(huán)，當上載車板上升到位后，縱梁上安裝的四只掛鉤便會自動勾住四只勾環(huán)，以防止當升降電機制動器失靈后，上載車板汽車和上載車板墜落，從而壓毀下層的汽車。行程限位開關的作用是當載車板到達位置是自動停頓。6．控制系統(tǒng)升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)采用PLC控制，主要有自動，手動和急停三種控制方式，立體車庫一般采用自動控制方式工作，當出現緊急異常的情況時候使用急?？刂?。3.2立體車庫中的安全防護裝置車庫是用來存放汽車的，汽車由人駕駛而且汽車的價格是很昂貴的，所以車庫一旦發(fā)生事故，所造成的人員和經濟損失會很大，所以，我們要將事故防范于未然。為此車庫的安全防護措施應該做到以下幾點，并安裝相應的防護設備。1.急停措施：在控制盒上安裝紅色的緊急停頓開關，當發(fā)生異常情況時，按下急停開關能使立體車庫立即停頓運轉。2．阻車裝置：為了防止汽車在載車板上發(fā)生滑動，應該在載車板后端和前端安裝一高25mm以上的阻車擋塊，司機在停車時應將汽車停在載車板適宜的位置上，并拉好手剎。3．限位保護：立體車庫的載車板在升降和橫移過程中是靠定位開關來定位的，為了防止定位開關出現故障而導致事故，所以在上升定位上方，下降定位下方，左移定位左邊，右移定位右邊分別裝有限位開關。當定位開關出現故障時，一旦限位開關觸碰到載車板時，限位開關立即使車庫停頓工作。4．載車板固定裝置：當載車板到達指定位置后，為防止載車板下滑或因故墜落，損害其下方的車或人，所以安裝電磁鐵控制的掛鉤形式的防墜裝置。當載車板?？康轿粫r，電磁鐵由通電狀態(tài)轉為失電狀態(tài)，驅動掛鉤勾住鐵環(huán)。當載車板要下脫離鐵環(huán)。電磁鐵由失電狀態(tài)轉為通電狀態(tài)，按下急停按鈕使車庫立即停頓。4立體車庫控制系統(tǒng)硬件設計4.1電氣控制系統(tǒng)整體設計整個車庫由一臺PLC對其進展管理和監(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根據當前各車位的停放情況，按照相應的策略來調動載車板，以存取車輛。4.2硬件系統(tǒng)配置4.2.1PLC概述1.PLC的分類通常，PLC產品可按構造形式、控制規(guī)模等進展分類。按構造形式不同,可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。2.PLC系統(tǒng)的組成PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件構造與微型計算機控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大局部組成的。3.PLC的硬件構造一套PLC系統(tǒng)在硬件上由根本單元〔包含中央處理單元、存儲器〔RAM/ROM〕、輸入／輸出接口、內部電源〕、I/O擴展單元及外部設備組成。圖3為PLC的硬件內部構造圖。圖3PLC的硬件內部構造圖圖3為三菱FX2N小型PLC產品主機示意圖。本課題中FX2N－80MR為根本單元，(40個輸入點、40個輸出點)，M表示根本單元、R表示該單元為繼電器輸出型。4.2.2PLC的工作方式開場內部處理開場內部處理通信處理RUN方式輸入掃描程序執(zhí)行輸出處理NY圖4PLC的掃描過程可編程序控制器在進入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開場，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序完畢。然后再從頭開場掃描，并周而復始地重要進展?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖4所示，包括五個階段：內部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。輸入端子輸入映象存放器輸入端子輸入映象存放器輸出映像存放器輸出鎖存器輸出端子輸入……….輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X001Y001Y001M1讀讀①②③④⑤2.PLC的程序執(zhí)行過程PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖5所示。4.3其他硬件資源配置1.繼電器和接觸器在立體車庫中，由于載車板的運行過程并不是連續(xù)的，而是根據按鈕操作進展動作的，因此需要PLC根據當前按鈕的情況來控制載車板的啟動和停頓，在本系統(tǒng)中，需要用到18個接觸器，分別是：1號載車板左移接觸器，1號載車板右移接觸器，2號載車板左移接觸器，2號載車板右移接觸器，3號載車板左移接觸器，3號載車板右移接觸器，4號載車板左移接觸器，4號載車板右移接觸器，3號載車板上升接觸器，3號載車板下降接觸器，4號載車板上升接觸器，4號載車板下降接觸器，5號載車板上升接觸器，5號載車板下降接觸器，6號載車板上升接觸器，6號載車板下降接觸器，7號載車板上升接觸器，7號載車板下降接觸器。用到了一個繼電器，用來控制PLC的啟動。2.電動機三相異步電動機的工作原理：當電動機的三相定子繞組〔各相差120度電角度〕，通入三相對稱交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流〔轉子繞組是閉合通路〕，載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向一樣。3.傳感器〔1〕載車板平移運動是否到位檢測只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝有限位開關，用于檢測載車板平移運動是否到位?！?〕載車板升降是否到位檢測只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關，用于檢測載車板下降和上升是否到位。其中，各個限位開關都是自動復位式。4.控制點分布〔1〕一層載車板左右平移控制。一層載車板有兩個，每個載車板只有左右移動兩個動作。〔2〕二層載車板升降橫移運動控制。二層載車板有兩個，每個載車板有橫移、升降四個動作?！?〕三層載車板升降運動控制。三層載車板有三個，每個載車板只有升降兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。〔4〕只有二、三層的載車板使用吊鉤，每個載車板用2套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。5立體車庫控制系統(tǒng)軟件設計5.1PLC的特點及選型1.可靠性高，抗干擾能力強〔1〕所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現場的外電路與PLC內部電路之間電氣上隔離?！?〕各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為10~20ms?！?〕各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾?！?〕采用性能優(yōu)良的開關電源?！?〕對采用的器件進展嚴格的篩選。〔6〕良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大?！?〕大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。2.通用性強，控制程序可變，使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產工藝流程改變或生產設備更新的情況下，不必改變PLC的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3.功能強，適應面廣現代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產機械、一條生產線，又可控制一個生產過程。4.編程簡單，容易掌握目前，大多數PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式〞。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數工廠企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易承受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。5.減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現場的調試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產品，其構造緊湊，穩(wěn)固，體積小，重量輕，功耗低，具有強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現機電一體化的理想控制設備。綜上所述，根據控制系統(tǒng)的要求，從經濟性，實用性和可靠性等方面考慮，本次采用三菱FX2N-80MR-001型PLC作為控制系統(tǒng)的核心控制器。本控制器集成了40點輸入,40點輸出，共有80個數字量I/O口。而本次控制系統(tǒng)需要24個輸入點和22個輸出點，所以，選用三菱FX2N-80MR-001型PLC可以滿足課題需要，而且也保證了I/O口的使用裕量，可以滿足控制系統(tǒng)適當的擴展需求。5.2PLC的I/O口資源配置根據立體車庫控制系統(tǒng)的要求功能，對PLC進展I/O分配，具體分配如下：輸入分配如表1所示。表1PLC輸入口分配表輸入輸入設備輸入輸入設備X0啟動按鈕X153號載車板左限位開關X1緊停按鈕X164號載車板左限位開關X23號載車板按鈕X173號載車板下限位開關X34號載車板按鈕X204號載車板下限位開關X45號載車板按鈕X213號載車板上限位開關X56號載車板按鈕X224號載車板上限位開關X67號載車板按鈕X235號載車板下限位開關X71號載車板右限位開關X246號載車板下限位開關X102號載車板右限位開關X257號載車板下限位開關X111號載車板左限位開關X265號載車板上限位開關X122號載車板左限位開關X276號載車板上限位開關X133號載車板右限位開關X307號載車板上限位開關X144號載車板右限位開關X31載車板復位輸出分配如表2所示。表2PLC輸出端口分配表輸出輸出設備輸出輸出設備Y01號電機右轉Y145號電機下降Y12號電機右轉Y156號電機下降Y21號電機左轉Y167號電機下降Y32號電機左轉Y175號電機上升Y43號電機右轉Y206號電機上升Y54號電機右轉Y217號電機上升Y63號電機左轉Y223號載車板防墜電磁鐵Y74號電機左轉Y234號載車板防墜電磁鐵Y108號電機下降Y245號載車板防墜電磁鐵Y119號電機下降Y256號載車板防墜電磁鐵Y128號電機上升Y267號載車板防墜電磁鐵Y139號電機上升Y27報警燈5.3電氣控制系統(tǒng)PLC接線圖PLC接線設計：在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內實現正反轉，其次是車庫內的各種輔助裝置，為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了雙穩(wěn)位置開關。PLC接線圖如圖6所示。圖6PLC外部接線圖電機控制及接線設計：在存取車時車位的升降不能同時進展，車位的升降和橫移也不能同時進展，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進展上下升降運動。可以在程序中用自鎖和互鎖的方式完成。電機控制原理如圖7所示。圖7電動機控制原理圖5.4PLC控制程序設計本文所設計的PLC存取車控制系統(tǒng)只針對上2層和3層的車位，對于第1層車位，存取車直接開進開出即可?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫，程序流程見圖5.3。需要說明的是，載車板所用鏈條和載車板上的吊點懸吊托架在靜止狀態(tài)時，防墜掛鉤已經掛住了載車板。取車流程和存車流程如圖8和9所示。圖8取車程序流程圖圖9存車程序流程圖根據立體車庫的運行控制要求，程序設計方案如下：程序所用狀態(tài)元件、定時器及數據存儲器均選用具有掉電保護功能的元件，當系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現場信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作當發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現場斷點信息當出現電氣或機械故障時，如電機過載、過熱時自動中止系統(tǒng)運行，同時由人進展故障處理。5.5控制系統(tǒng)程序梯形圖基于PLC立體車庫設計的控制系統(tǒng)程序梯形圖，見附錄。基于組態(tài)王的監(jiān)控界面設計6.1組態(tài)王軟件介紹組態(tài)王6.55是運行于MicrosoftWindows98/2000/NT/XP中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、COM+組件等新技術，實現了實時多任務，軟件運行穩(wěn)定可靠。組態(tài)王6.55軟件由工程瀏覽器、工程管理和畫面運行系統(tǒng)三局部組成。在工程瀏覽器中您可以查看工程的各個組成局部，也可以完成數據庫的構造、定義外部設備等工作；工程管理器內嵌畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)立和已有工程的管理。畫面的開發(fā)和運行由工程瀏覽器調用畫面制作系統(tǒng)TouchMake和工程運行系統(tǒng)TouchVew來完成的。6.2利用組態(tài)王實現上位機監(jiān)控建設新組態(tài)王工程的一般過程是1.設計圖形界面〔定義畫面〕。2.定義設備。3.構造數據庫〔定義變量〕。4.建設動畫連接。5.運行和調試。6.2.1建設組態(tài)王新工程要建設新的組態(tài)王工程，首先為工程指定工作目錄〔或稱“工程路徑〞〕?！敖M態(tài)王〞用工作目錄標識工程，不同的工程應置于不同的目錄。工作目錄下的文件由“組態(tài)王〞自動管理。6.2.2創(chuàng)立組態(tài)畫面進入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建設數目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關聯的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王〞提供的類型豐富的圖形對象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形〔圓角矩形〕、直線、橢圓〔圓〕、扇形〔圓弧〕、點位圖、多邊形〔多邊線〕、文本等根本圖形對象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復雜的圖形對象。提供了對圖形對象在窗口內任意移動、縮放、改變形狀、復制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性進展改變的操作工具。第一步：定義新畫面進入新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側大綱項“文件\畫面〞，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建〞圖標，彈出對話框如圖10所示。圖10新建畫面在“畫面名稱〞處輸入新的畫面名稱:立體車庫，其它屬性目前不用更改。點擊“確定〞按鈕進入內嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。如圖11所示。圖11組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)第二步：在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中通過“工具箱〞和“圖庫〞，繪制立體車庫組態(tài)畫面，如圖12所示。圖12創(chuàng)立圖形界面設計好組態(tài)畫面之后選擇“文件\全部存〞命令保存現有畫面。6.2.3定義I/O設備組態(tài)王把那些需要與之交換數據的設備或程序都作為外部設備。外部設備包括：下位機〔PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等〕，它們一般通過串行口和上位機交換數據；其他Windows應用程序，它們之間一般通過DDE交換數據；外部設備還包括網絡上的其他計算機。只有在定義了外部設備之后，組態(tài)王才能通過I/O變量和它們交換數據。為方便定義外部設備，組態(tài)王設計了“設備配置向導〞引導用戶一步步完成設備的連接。本設計中使用三菱FX2N-80MRPLC和組態(tài)王進展通信。PLC為組態(tài)王提供數據。其中PLC連接在計算機的COM1口。繼續(xù)上面的工程。選擇工程瀏覽器左側大綱項“設備\COM1〞，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建〞圖標，運行“設備配置向導〞。選擇“FX2系列PPI〞項，單擊“下一步〞。為外部設備取一個名稱，輸入“三菱PLC〞，單擊“下一步〞，彈出“設備配置向導〞。為設備選擇連接串口，假設為COM1，單擊“下一步〞。填寫設備地址，為1，單擊“下一步〞。設置通信故障恢復參數(一般情況下使用系統(tǒng)默認設置即可)，單擊“下一步〞，彈出“設備配置向導〞。檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成〞。設備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側看到新建的外部設備“三菱PLC〞。在定義數據庫變量時，只要把IO變量連結到這臺設備上，它就可以和組態(tài)王交換數據了。6.2.4構造數據庫數據庫是“組態(tài)王〞軟件的核心局部，工業(yè)現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產現場，所有這一切都是以實時數據庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。在TouchVew運行時，它含有全部數據變量的當前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數據庫中變量的集合記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息。選擇工程瀏覽器左側大綱項“數據庫\數據詞典〞，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建〞圖標，彈出“變量屬性〞對話框如圖13所示。此對話框可以對數據變量完成定義、修改等操作，以及數據庫的管理工作。在“變量名〞處輸入變量名：a1；在“變量類型〞處選擇變量類型：IO離散，在“連接設備〞中選擇先前定義好的IO設備：三菱PLC；在“存放器〞中定義為：X1；在“數據類型〞中定義為：Bit類型。其它屬性目前不用更改，單擊“確定〞即可。圖13創(chuàng)立IO變量6.2.5建設動畫連接定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數據庫的數據變量之間建設一種關系，當變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對象改變數據變量的值。雙擊圖形對象——即“小車〞，彈出“動畫連接〞對話框，如圖14所示。圖14動畫連接同理，其余變量也如此設置后返回組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。設置完成之后，選擇“文件\全部存〞菜單命令。6.2.6運行和調試組態(tài)王工程已經初步建設起來，進入到運行和調試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件\切換到View〞菜單命令，進入組態(tài)王運行系統(tǒng)。在運行系統(tǒng)中選擇“畫面\翻開〞命令，從“翻開畫面〞窗口選擇“立體車庫〞畫面。調出組態(tài)王運行系統(tǒng)畫面，即可看到畫面的動態(tài)變化。自動調試如圖15所示。1、調試結果：此車庫設置了自動和手動操控方式。自動方式下車庫由PLC設計的程序控制；手動方式下，車庫則由人工按鈕觸發(fā)接觸器等執(zhí)行機構對車庫進展控制，手動控制是人工的調整車位進展存車和取車操作。本次調試在組態(tài)王里進展，調試效果良好。2、存在問題：本次課題設計的立體車庫，雖然經過仿真和演示看到了根本局部的實際效果，但整個課題還是存在缺乏之處。本次設計由于自身的編程水平和時間限制，所以PLC的程序使用根本指令編程，只實現了根本功能，所以程序存在漏洞和不妥之處；本次設計只對車庫的控制局部做了詳細說明，而對其他機械構建和硬件局部只做了圖示和根本概述，所以有所欠缺；本次設計只是理論和仿真，所以真正的實際運用還是有待實踐。15自動運行系統(tǒng)控制界面手動動調試如圖16所示。圖16自動運行系統(tǒng)控制界面7立體車庫控制系統(tǒng)程序仿真下面僅就3號載車板的進與出進展仿真：1.按下啟動按鈕后X0后，輔助繼電器M0得電；呼叫3號載車板X2，輔助繼電器M1得電，輸出繼電器Y1得電，自鎖，2號載車板右移。如圖17所示。圖172號載車板右移2.2號載車板右移碰到限位開關，輸入繼電器X10瞬間得電，常閉斷開使輸出繼電器Y1失電，2號載車板停頓右移；同時輸入繼電器X10常開閉合使輸出繼電器Y0得電，自鎖，1號載車板右移。如圖18所示。圖181號載車板右移3.1號載車板右移碰到限位開關，輸入繼電器X7瞬間得電，常閉斷開使輸出繼電器Y0失電，1號載車板停頓右移；同時輸入繼電器X7常開閉合使輸出繼電器Y10得電，自鎖，3號載車板下降。如圖19所示圖193號載車板下降4.3號載車板下降碰到限位開關，輸入繼電器X17瞬間得電，常閉斷開使輸出繼電器Y10失電，3號載車板停頓下降，這時可以停車。如圖20所示。圖20停車5.停好車后，按下復位按鈕后，輸入繼電器X31瞬間得電，常開閉合使輸出繼電器Y12得電，自鎖，3號載車板上升。如圖21所示。圖213號載車板上升6.3號載車板上升碰到限位開關，輸入繼電器X21瞬間得電，常閉斷開使輸出繼電器Y12失電，3號載車板停頓上升；同時輸入繼電器X21常開閉合使輸出繼電器Y2、Y22得電，自鎖，彈出防墜機構，同時1號載車板左移。如圖22所示。圖221號載車板左移7.1號載車板左移碰到限位開關，輸入繼電器X11瞬間得電，常閉斷開使輸出繼電器Y2失電，1號載車板停頓左移；同時輸入繼電器X11常開閉合使輸出繼電器Y3得電，自鎖，2號載車板左移。如圖23所示。圖232號載車板左移8.2號載車板左移碰到限位開關，輸入繼電器X12瞬間得電，常閉斷開使輸出繼電器Y3失電，2號載車板停頓左移，同時使輔助繼電器M1失電，本次動作完畢。如圖24和25所示。圖242號載車板停頓左移圖25動作完畢完畢語隨著中國經濟的騰飛，城市化進程加快，汽車越來越快的走進工薪階層家庭，而土地