本科毕业设计 基于PLC控制的立体车库.doc

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1、本科毕业设计 基于PLC控制的立体车库 本科毕业论文（设计） 题目基于PLC控制的立体车库 专业机械设计制造及其自动化 作者姓名 学号 单位机械与汽车工程学院 指导教师 2015年5月 教务处编 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名：日期： 指导教师签名:日期： 摘要 在对国内外车库现状及发展趋势做了充分学习

2、的基础上，选择两层三列式车库结构为研究模型。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器PLC作为控制系统简单易行。为了使停车设备满足使用要求，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行，根本解决停车难的问题。 关键词：立体车库；控制系统；可编程序控制器；PLC I Abstract Based on the full study of the garage to the domestic and foreign statu

3、s and development trend , choose the two layer and three formulistic garage structure as the research model. In the up-down and translation stereo garage control system design, using the advanced PLC control, Using software to programme the up-down and translation stereo garage control system progra

4、m, After commissioning, operation, it is proved that the programmable controller PLC as control system is simple and easy. In order to make parking equipment to meet the using requirements, I add some necessary safety technology in the up-down and translation stereo garage. So this can ensure the ab

5、solute safety of vehicles and make the whole garage operation safely and stably, and finally solve the problem of parking ultimatey. Key words：Stereo garage control system,；programmable controller； PLC, II 目录 摘要 . I Abstract . II 目录 . III 基于plc控制的立体车库 . - 1 - 1. 绪论 . - 1 - 1.1现状背景 . - 1 - 1.2国内现状 .

6、- 1 - 1.3设计内容和思想 . - 2 - 2.可编程控制器PLC概述 . - 2 - 2.1 PLC发展历史 . - 3 - 2.2 PLC内部运作方式 . - 4 - 2.3 硬件结构 . - 5 - 2.3.1电源模组 . - 5 - 2.3.2中央处理单元 . - 5 - 2.3.3内存 . - 5 - 2.3.4输入/输出单元 . - 5 - 2.3.5通讯 . - 6 - 2.3.6外部设备 . - 6 - 2.4程序设计 . - 7 - 2.4.1 指令表 . - 7 - 2.4.2结构式文件编程语言 . - 8 - 2.4.3 阶梯图 . - 8 - 2.4.5功能区块图

7、 . - 9 - 2.4.6内部元件 . - 9 - 3. 横移式立体停车库设计 . - 9 - III 百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆! 聊城大学本科毕业设计 2.3 硬件结构 一般讲，PLC分为箱体式和模组式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模组式PLC，有CPU模组、I/O模组、内存、电源模组、底板或机架。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合5。 2.3.1电源模组 有些PL

8、C中的电源，是与CPU模组合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模组的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源如果为交流电源通常为220VAC或110VAC，若为直流电源常用的为24V6。 2.3.2中央处理单元 PLC中的CPU是PLC的核心，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和资料，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或资料，并存入规划的暂存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 2.3.

9、3内存 内存主要用于存储程序及资料，是PLC不可缺少的组成单元。PLC内部会存放撰写完成编辑的程序指令及资料，通常也可使用RAM或EEPROM等专用内存卡片方式扩充，但扩充能力得依各厂牌与型号有所不同。 2.3.4输入/输出单元 输入单元是用来连结撷取输入元件的信号动作并透过内部总线将资料送进内存由CPU处理驱动程序指令部分。PLC输入模组PLC系统的架构和输入模组产品的选择端视需要被监测的输入信号位准而定。输出单元是用来驱动外部负载的接 - 5 - 聊城大学本科毕业设计 口，主要原理是由CPU处理以书写在PLC里的程序指令，判断驱动输出单元在进而控制外部负载，如指示灯、电磁接触器、继电器、气

10、（油）压阀等。 2.3.5通讯 现在PLC大多具有可扩充通信网络模组的功能，简单的PLC以BUS缆线或RS-232方式通讯连结，较高阶的PLC会采用USB或以太网路方式做通讯连结。它使PLC与PLC之间、PLC与个人电脑以及其他智慧设备之间能够交换资讯，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。PLC通讯协定规格可分为RS-232、RS-422、RS-432、RS-485。 图2-3 底板上由左至右分别是：电源模块、处理器模块、接口模块和通讯处理器模块 2.3.6外部设备 外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 ? 编程设备：有简易编程器和智慧图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控

11、PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 ? 监控设备：资料监视器和图形监视器。直接监视资料或通过画面监视资料。 - 6 - 聊城大学本科毕业设计 ? 存储设备：有存储卡、存储磁带、软碟或只读存储器，用于永久性地存储用户资料，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。 ? 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器，输入模拟量的电位器，打印机等。 2.4程序设计 PLC的编程编程语言与一般电脑编程语言相比，具有明显的特点，它既不同于高阶语言，也不同与一般的组合语言，它既要满足易于编写，又

12、要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能相容的编程语言。IEC 61131-3是一个国际标准，它规范了PLC相关之软件硬件的标准，其最终的目的是可以让PLC的使用者在不更改软件设计的状况下可以轻易更换PLC硬件。其程序设计图如图2-4所示。 图2-4 PLC程序设计示意图 2.4.1 指令表 类似组合语言的描述文字。由指令语句系列构成，如Mitsubishi FX2的控制指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MMP、MMS与OUT等，一般配合书写器写入程序，而书写器只能输入简单的指令，与计算机程序中的阶梯图比较起来简单许多。书写器不太直观，可读性差，特别

13、是遇到较复杂的程序，更难读；但其优点就是不需要电脑就可以更改或察看PLC内部程序。使用书写器时，必须注意的是PLC指令中输出有优先次序，其中若有输出至相同的单元时（如Y000）， - 7 - 聊城大学本科毕业设计 输出的优先次序以位址越大优先次愈越高，一般不容易从书写器中察觉所输入的单元7。 2.4.2结构式文件编程语言 类似PASCAL与C语言的语法，适合撰写较复杂的算法，除错上也比阶梯图要容易得多。ST语言类似于编程语言的特性，因此可利用与微电脑及个人电脑相同的程序设计技术进行阶梯式语言所难以执行的复杂计算，完成程序的建立。 2.4.3 阶梯图 类似于传统上以继电器控制接触器的阶梯图，梯形

14、图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为资料控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。例如图2-5所示的自保持回路的阶梯图，当开关ON触动后，电灯即自我保持在输出，直到开关OFF触动才会切断 图2-5 自保持回路的阶梯图 2.4.4 顺序功能流程图 类似于流程设计，流程图中的

15、步骤组合而完成，主要是规划动作顺序的流程图，故谓之顺序功能流程图。所谓步序式控制，即是一步一步控制，而这一步与 - 8 - 聊城大学本科毕业设计 上一步是有关连性的，有顺序性的。必须有上一个动作（STL），才会启动（SET）下一个动作（STL）。 2.4.5功能区块图 以画电路图的方式来写PLC程序。常用的程序及回路可透过FB（功能区块）的建立轻易地重复利用。其他一些高档的PLC还具有与电脑相容的C语言、BASIC语言、专用的高阶语言，还有用布尔逻辑语言、通用电脑相容的组合语言等。 2.4.6内部元件 PLC在程序设计过程中，会利用到内部内存，规划许多顺序控制程序上常会使用到的元件，这些元件包

16、括： 输入接点与输出接点：用于PLC与外部元件之间的状态传送。 辅助继电器：用来取代传统顺序控制中的继电器。 计数器：在程序中被用来计算重复动作的次数。 计时器：用来计算动作的时间长短。 资料暂存器：用来储存字元组之数值或字元资料。 3. 横移式立体停车库设计 3.1立体车库的分类及特点 目前立体停车库主要有以下几种形式： （1） 升降横移式如图：采用模块化的设计，变化灵活可以设计两层、三层、四层等多种形式。车位从几个到上百，规模可大可小，对场地的适应性强应用最 - 9 - 百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆! 聊城大学本科毕业设计 为广泛，如图3-1所示

17、。 图3-1 升降横移式 （2） 垂直循环式：是用一个垂直循环运动的载车板系统存取停放汽车的机械式停车设备，特点占地面积小，场地利用率高，结构简单，操作方便，安全性高，但存车速度较慢，如图3-2所示。 图3-2 垂直循环式 （3） 简易升降式：由电力或者液压传动，设备可安装在地面，也可沉入地坑，使结构器件不外露，更易与地面环境协调，特点是能充分利用空间，节省场地，多重保护，安全可靠，存取更容易，运行平稳，噪声低，耗能省等，如图3-3所示。 图3-3 简易升降式 - 10 - 聊城大学本科毕业设计 （4） 平面移动式：平面移动类停车设备通过升降机的垂直升降和搬运机（输送车）的平面往返移动，把车辆

18、自动移送到布置成多层平面的停车区域，如图3-4所示。 图3-4平面横移式 （5） 巷道堆垛式：大型巷道堆垛停车设备，采用多种提升、搬运装置、包括堆垛机、升降机、机械手、运送车、转台等。通过电脑智能化集成控制，快速调度，自动存取车辆但对堆垛机的技术要求较高，投资成本大，如图3-5所示。 图3-5巷道堆垛式 3.2升降横移式立体车库的工作原理 升降横移式立体停车库以钢结构框架为主题，采取电机驱动链条或者是钢丝绳带动载车板使其横移升降运动，实现车辆的存取，其属于机电一体化的产品，其主要由主体钢框架、载车板装置、传动装置、安全检测装置、电气控制装置、安全保护装置等组成8，如图3-6所示。 - 11 -

19、 聊城大学本科毕业设计 图3-6 升降横移式立体停车库主要组成 立体停车库通过检测系统检测车库状态信息，反馈到控制系统，通过电机驱动链条或者钢丝绳，从而带动载车板，在检测控制系统的帮助下达到安全停车，升降横移式立体停车库采用MN维的形式，每层设一空位，作为交换车位，除底层以外的所有车位均能自行升降，除顶层以外的所有车位均能自行横移，当某一车位需存取车辆时，该车位下方到空位之间的所有车位向空位方向横移一个车位的距离，此时该车位下方形成一升降通道，此时该车位便可自由升降，当车位降至地面时，车辆便可开进或开出，本次设计采取23维的横移式立体停车库为例，采用如图的车位停放方式9。 停车位201停车位2

20、02停车位203停车位101102停车位103 图3-7 立体车库车位停放方式 本次设计的两层三列式立体车库是升降横移式停车库的一种类型，此类型的停车要求： （1） 立体停车库的一层留出来一个空车位，为其他车位的升降横移留出空间。 （2） 101号车位、103号车位只能左右移动，不能上下移动。 （3） 201号车位、202号车位、203号车位不能左右移动只能上下移动。 - 12 - 聊城大学本科毕业设计 （4） 最下面的车辆可以直接开出。 （5） 上层的车辆需要先让下层的车辆左右移动腾出空位，才能下降到最下面车位，然后再进出车辆。 3.3 升降横移式立体车库的结构与功能 升降横移式立体车库主要

21、由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。 图3-8 升降横移式车库机构图 3.3.1上载车板及其提升系统 每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工作原理是电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。 3.3.2下载车板及其横移系统 每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 - 13 - 聊城大学本科

22、毕业设计 3.3.3安全装置 上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车9。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。

23、 3.3.4控制系统 升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，主要有手动、自动、复位、急停四种控制方法。此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。 3.4.升降横移立体车库控制系统设计 3.4.1立体停车库控制系统的原理 整个立体停车库控制系统设计由一台西门子S7-200 PLC对停车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制驱动电机来控制传动装置，从而来完成对汽车的存取工作10。 图3-9 车库系统控制原理框图 - 14 - 百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆! 聊城大学本科毕业设计 图5-3 手动控制仿真 在立体停车库

24、系统中由于底层车位不需要升降移动，只需左右移动，所以底层的车辆可以直接进行停取车操作。 （1） 201车位存取车调试 按下所需存取车位按钮I0.4上电，再按下存车按钮I0.0，在正常的情况下，主程序调用201自动存取车子程序，使电机正转，101车盘右移到102车位，当车盘移动到102右限位开关I2.4时，启动能耗制动，101车盘停止，同时使得201车盘挂钩得电动作Q2.0输出信号I3.3，从而使KM5得电，201车盘下降，当车盘下降到101下限位开关时，电机制动201车盘停稳，进行存取车。 当车辆正确停到201车盘上后，会触发光电开关信号I4.0，当人离开车时触发的离车信号I4.3同时满足时或

25、者当检测车辆不在车盘上的车辆检测信号I4.5满足时，使得线圈KM2得电，电机反转从而带动201车盘上升，当车盘上升到201上限位开关I3.0时，使得201车盘挂钩动作输出信号I3.3，从而使KM2线圈得电，电机反转带动101车盘左移，当左移到101左限位开关I2.1时，电机制动使得101车盘停稳，即整个201车位停取车完成。 （2） 202车位存取车调试 按下所需存取车位按钮I0.5上电，再按下存车按钮I0.0，在正常情况下，主程序调用202车盘存取车子程序，使得202车盘挂钩得电动作Q2.1，输出信号I3.4，从而使得线圈KM6得电，202车盘下降，当其下降到102下限位开关时电 - 25

26、- 聊城大学本科毕业设计 机制动使车盘停稳，进行存取车。 当车辆正确挺到位后，会触发光电开关I4.1得到信号，离车信号输入端I4.4也得到满足时或者离车信号I4.7得到满足时，会使KM2得到，从而使电机反转车盘102上升，当车盘上升到202上限位开关时，使得202车盘安全挂钩动作输出信号I3.4，即202车位整个存取过程完成。 （3） 203车位存取车调试 按下所需存取车位按钮I0.6上电，再按下存车按钮I0.0，在各项指示正常的情况下，主程序调用203车盘存取车子程序，使得KM4线圈得电，其电机正转使103车盘左移到102车位，当车盘移动到102左限位开关I2.3时，启动能耗制动，103车盘

27、停止，同时使得203车盘安全挂钩Q2.2得电动作，输出信号I3.5，从而使KM7线圈得电，电机正转203车盘下降，当车盘下降到103下限位开关时，电机制动203车盘停稳，进行存取车。 当车辆正确停到203车盘上后，会触发光电信号I4.2，当人离车时触发的离车信号I4.5同时满足时或者当检测到车辆不在车盘上的车辆检测信号I5.0满足时，使得线圈KM2得电，电机反转从而带动203车盘上升，当车盘上升到203上限位开关I3.2时，使得203车盘的安全挂钩动作输出信号I3.5，从而使KM2得电，电机反转带动103车盘右移，当右移到103右限位开关时，电机制动使得103车盘停稳，即整个203车位存取车完

28、成。 （4） 手动存取车调试 手动存取过程中载车板的每个动作都是独立的，通过每个动作的输入按钮可以使载车板移动到相应的位置。 - 26 - 聊城大学本科毕业设计 5. 总结 随着汽车工业的迅速发展和人民生活水平的不断提高，汽车保有量迅速增长，汽车停放车位紧张的问题越来越突出，对立体车库的需要越来越迫切。如何设计建造占地面积少、停放车辆多而且存取速度快的立体车库已是现在许多企业和研究机构追求的目标。因此，升降横移立体车库的研究与设计是十分必要的。本文在研究立体车库的发展技术与现状的基础上，对升降横移式立体车库进行了研究，完成了升降横移立体车库的电气设计17。 通过本次设计，将课堂上的理论知识转化

29、成实践设计，通过所学的专业知识，做出软件和硬件方面的设计，进一步理解了PLC与电机的结合控制方法，也进一步学会了程序的编程以及程序的调试仿真方法和技巧。 - 27 - 聊城大学本科毕业设计 参考文献 1 任伯淼.中国机械式停车设备发展概况J.中外停车设备及配套产品重点厂商名录.1999,1：5-7. 2 杨兰春等.电梯曳引机设计安装维修M.北京：机械工业出版社，2000:46-58. 3 陈家胜.电梯结构原理及安装维修M.北京：机械工业出版社，2006：18-90. 4 喻乐康，左东晓.机械停车库的技术发展J.建设机械技术与管理.1999：30-32. 5 佳隆等编.都市停车库设计M.杭州：浙

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