【正文】 PLC控制的立體車庫設(shè)計組態(tài)仿真畢業(yè)論文目 錄前言 11. 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 立體車庫概述 1 立體車庫的類型及特點 2 升降橫移式立體車庫的構(gòu)成 2 升降橫移立體車庫的車位結(jié)構(gòu) 3 升降橫移式立體車庫系統(tǒng) 4 升降橫移立體車庫的控制系統(tǒng)的控制形式 52. 36升降橫移式立體車庫 6 主要器件 6 車庫的PLC控制流程 10 電氣控制的I/O連接 11 PLC的I/O口資源配置 13 控制程序 133. 基于MCGS組態(tài)軟件的仿真 144. 總結(jié) 19參考文獻 21附錄 22致謝 54PLC控制的立體車庫設(shè)計前言近幾年來，中國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們生活水平得到很大提高，汽車數(shù)量也在不斷增加，截至到2011年6月份中國有汽車9846萬輛，其中私家車7206萬輛，%。2012年中國市場汽車銷售2000萬輛，比2011年增長8%。到2013年初，國內(nèi)汽車總數(shù)已過億萬輛。汽車泊車位的增長卻不能與之同步，汽車車位與汽車數(shù)量嚴重失調(diào)。由此帶來了停車難、違章停車、停車管理困難等一系列問題。隨著人類社會的不斷發(fā)展和科學的進步，人們的生活和生產(chǎn)趨于集中。土地資源變得更加寶貴，更加加劇了停車難。為了解決矛盾，開始利用空間來泊車，建立機械式立體車庫。在現(xiàn)在大都市發(fā)展的道路上，道路擁擠、車多位少，已經(jīng)變成城市的發(fā)展的一大障礙。隨著人們的生活水平不斷提高，汽車進入家庭的步伐加快，解決停車難的問題也更加迫切，停車產(chǎn)業(yè)變得更加廣闊。建立一個混合的停車場，這是解決城市停車難有效途徑，也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。1. 緒論 課題研究的背景及意義隨著社會的發(fā)展，汽車數(shù)量不斷增加，在中國汽車市場上以每年5%7%的速度增加。而停車位的增加速度在2%3%。車輛的增加，必然造成道路的擁擠，特別是在酒店，商場附近，由于車多，車位少，很多車主為停車而發(fā)愁，有些車主干脆就把車停在路上，更加加劇了道路的擁擠。普通的露天停車場和地下停車場雖然停車方便，可以快速的存取，但占地面積廣，且停車數(shù)量有限，特別是現(xiàn)在，土地價格暴漲。投資商就不得不考慮土地占有的成本。為了緩解車多位少的矛盾，一些大城市現(xiàn)在已經(jīng)開始對建設(shè)立體車庫給予一定的補貼，比如許昌，南昌，杭州等地。杭州市近幾年來一直致力于解決停車難問題，鼓勵了社會人士投資建設(shè)立體車庫。 立體車庫概述所謂立體車庫就是利用機械設(shè)備將汽車存放到立體空間中。立體車庫是近幾十年來蓬勃發(fā)展起來的一種新型停車系統(tǒng)。與傳統(tǒng)停車場不同，在用地緊張，車多位少的狀況下，它順應(yīng)市場的發(fā)展。最大效率的利用有效的土地資源，將土地資源最大化利用。將停車位建在空間或者地下，利用機械存取車，自動化程度高，是停車場的發(fā)展方向。 立體車庫的類型及特點在國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗總局頒布的《特種設(shè)備目錄》中，將立體車庫分為九大類，具體是：升降橫移類、簡易升降類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、多層循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類和汽車專用升降機[1]。本次設(shè)計采用升降橫移式立體車庫，所謂升降橫移式立體車庫就是通過托盤升、降、橫移來存取車。地面一層只需要橫移，不需要升降。上層的車位需要通過下層車位的橫移讓出空道，然后在升、降存取。升降橫移式立體車庫的適應(yīng)性比較強，車庫可設(shè)在地下，可設(shè)在地上，也可一半地上一半地下[2]。根據(jù)不同條件來組合布置，配置特別靈活。 升降橫移式立體車庫的構(gòu)成立體車庫主要是由框架部分、傳動部分、載車板部分、控制部分、安全防護措施五大部分組成[3]。(1) 框架部分立體車庫的框架主要是由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，鋼結(jié)構(gòu)包括橫梁、縱梁、托盤等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是立體車庫的支撐部分。其中主框架是由垂直方向和水平方向的梁通過剛性節(jié)點連接而成。鋼結(jié)構(gòu)框架主要是由角鋼、槽鋼、鋼板焊接而成的，具有很強的強度和剛度。(2) 傳動部分傳動部分是升降橫移式立體車庫的一個重要組成部分。它控制載車板的運行。在整個車庫中傳動有橫移傳動和升降傳動部分。橫移傳動系統(tǒng)主要負責車庫的橫向移動。橫向傳動一般是由電機、減速器、驅(qū)動輪和從動輪導軌組成。除了頂層不需要橫移外其它層都需要橫移。升降傳動主要負責托盤的上下移動。主要是由電機、減速機、鏈條等構(gòu)成。由鏈條來拉著托盤上下移動，除了最底層的的不需要垂直移動其他的都需要上下移動。(3) 載車板部分載車板主要是是用來存放車的裝置。對于載車板的材料和制造要求較高，因為載車板需要承載車體的重量，如果材料不好，車板很容易變形。載車板底部一般是波浪板做成的，具有防滑和導流作用。(4) 控制系統(tǒng)升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)主要是由主回路和控制回路構(gòu)成。主回路主要控制載車板的升降和橫移，其主要是控制橫移小電機和升降大電機的運行?？刂苹芈肥强刂栖噹斓倪\行情況，存取車位的選擇以及該怎么運行的控制，還有一些安全控制，控制系統(tǒng)主要是圍繞控制核心進行的，控制核心可以是繼電器組，也可以是PLC,由現(xiàn)場采集的信息輸入控制核心。再由控制核心進行邏輯分析，運算，得出運行方式，再控制主回路運行。(5) 安全防護為了保證車庫的安全運行，系統(tǒng)采取安全掛鉤和傳動系統(tǒng)互鎖保護設(shè)計。系統(tǒng)中必須有光電傳感器，反饋元件，上下限位開關(guān)，橫移限位開關(guān)等組成。存取車時，根據(jù)輸入的控制信息，綜合各限位開關(guān)、行程開關(guān)、光電開關(guān)、反饋元件等反饋給PLC的信息，由PLC控制繼電器，再由繼電器控制接觸器的閉斷，進而控制電機的啟停及運行方式，從而控制載車板的升降和橫移，系統(tǒng)要求各開關(guān)嚴格互鎖，保證存取車的安全可靠。 升降橫移立體車庫的車位結(jié)構(gòu)用N表示車庫的層數(shù)，M表示車庫的列數(shù)，則車庫容量P=NM(N1)。由于立體車庫受到收鏈裝置及存取車時間的限制，一般為26層，以2,3層者居多，可根據(jù)泊車的多少決定停車位的規(guī)模。設(shè)計一座16車位的三層車庫。有公式可知：N=3，P=16則M=6，即設(shè)計為36立體車庫就可以滿足要求。本設(shè)計就是以36地面上布置的升降橫移式立體車庫為例介紹其運行原理。升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)及其運行規(guī)律。如圖11是36的升降橫移式立體車庫基本框架，共有18個空位，16個托盤，最多存停16輛車，車庫的運行條件為：一層的5號車位上的車可以直接存取。二層的10號車位上的車需要先通過5號車位橫移讓出空位后才可以通過升降存取。三層的1111116號車位上的車需要通過5號車位和10號車位的橫移讓出空車位后才可以通過升降存取。圖11 36升降橫移式立體車庫框架圖 升降橫移式立體車庫系統(tǒng) 廣義上，車庫系統(tǒng)主要由控制核心元件、驅(qū)動單元、接口和人機界面?？刂坪诵膯卧秸麄€控制系統(tǒng)的“大腦”。它可以是可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller）或者單片機控制，也可以是有繼電器控制組成的邏輯電路。PLC是現(xiàn)在車庫的首選。圖12是車庫控制原理圖。圖12 車庫控制原理人通過界面，輸入想要存取的車位號到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是以PLC為核心單元，通過PLC邏輯判定、運算后，控制執(zhí)行機構(gòu)（電機）來實現(xiàn)車庫的運行，車庫現(xiàn)場運行的同時，檢測系統(tǒng)檢測車庫的運行情況，并反饋給控制系統(tǒng)。接口是立體車庫控制系統(tǒng)中非常重要的一部分。接口是驅(qū)動單元與控制單元以及執(zhí)行元件與驅(qū)動單元之間的橋梁。升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)使用的接口電路是開關(guān)量接口電路，它主要包括一些行程開關(guān)，開關(guān)按鈕，光電開關(guān)等開關(guān)信號的輸入接口和控制輸出接口。驅(qū)動電路車庫控制系統(tǒng)的最后一個重要部分，驅(qū)動電路種類很多。但在停車庫系統(tǒng)中，驅(qū)動單元比較單一，只需要驅(qū)動一個專用的減速機。智能化車庫庫系統(tǒng)的運動是靠驅(qū)動元件來控制運動的。界面是操作人員與停車庫控制核心元件交流的平臺。操作人員可以通過控制界面來向車庫控制系統(tǒng)發(fā)送自己的意圖。界面也可向操作人員反饋車庫的運行情況。簡單的一些界面只有一個操作盒控制，但一些復雜的界面卻由微機控制的專用的應(yīng)用軟件控制的人機界面。升降橫移式立體車庫的控制界面要根據(jù)具體情況來確定。 升降橫移立體車庫的控制系統(tǒng)的控制形式車庫的控制系統(tǒng)控制核心元件的選取要綜合考慮其規(guī)模、應(yīng)用現(xiàn)場的條件等各方面的因素，比較常見的車庫控制單元主要有三種：單片機控制、可編程控制器控制、繼電器邏輯電路控制。單片機是將CPU,ROM,RAM，定時器/計數(shù)器和I/O接口集成在一個很小的硅片上來實現(xiàn)控制功能。由于它的控制功能強大、功耗低、成本低、體積小，在儀器中使用比較方便，在20世紀80年代以來得到快速的發(fā)展。理論上也可以用在立體車庫的控制上，來控制車庫的運行。但實際在立體車庫的控制系統(tǒng)中并沒有得到廣泛的應(yīng)用，很多原因決定了它不適合用在車庫的控制上。主要原因是其抗干擾能力比較弱，而車庫的運行現(xiàn)場復雜。系統(tǒng)調(diào)試耗費時間太長，其驅(qū)動環(huán)節(jié)比較復雜。單片機如果在車庫的控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，會很大程度的節(jié)約車庫的造價。這可以作為一個今后單片機系統(tǒng)開發(fā)研究的方向。在機械式立體車庫的初期，繼電器在控制系統(tǒng)中比較常用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，誕生了許多其他形式的控制元件來代替繼電器控制車庫，但在小型的立體車庫中繼電器依然繼續(xù)被使用。繼電器控制有很多缺陷：第一，難以實現(xiàn)智能控制：第二，不適合應(yīng)用在大容量大規(guī)模的立體車庫；第三，其元件毀壞率較高，可靠性低；繼電器控制在一些家用的車庫中比較常見。（Programmable Logic Controller）控制國內(nèi)外現(xiàn)有的的大部分升降橫移立體車的控制系統(tǒng)的控制核心大都采用PLC控制，特別是大規(guī)模，智能化程度高的升降橫移式立體車庫?？删幊炭刂破髟诹Ⅲw車庫控制中具有很多優(yōu)點：(1) 可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是立體車庫控制的首要因素。PLC利用軟件編程的方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器，故障率明顯降低。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間可以高達30萬小時[4]。硬件上采用屏蔽，多級濾波、隔離等技術(shù)，使PLC有很強的抗干擾能力。(2) 功能完善，適用性強PLC現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成各種系列的產(chǎn)品，可以應(yīng)用到各種規(guī)模的工業(yè)控制現(xiàn)場。不僅具有有很強的邏輯能力，還有很強的運算能力，可應(yīng)用到各種數(shù)字控制領(lǐng)域[5]。同時，PLC也具有很強的通訊能力。在車庫系統(tǒng)的運行中，PLC可以很好的采集車庫現(xiàn)場的的信息，并通過分析運算，做出相應(yīng)的輸出。(3) 易學易用，很容易上手PLC中內(nèi)置很多種編程方式，其中梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器相似，對編程人員來說，很容易上手 [6]。(4) 建造工作量小，維護方便，容易改造應(yīng)用PLC只需要利用幾個按鈕，便可以控制一個復雜的控制過程，既節(jié)省硬件設(shè)備，也精簡線路的復雜程度，便于維護與檢修[7]。(5) 體積小，重量輕，能耗低PLC外型小巧，便于安裝，同時，PLC重量比較輕，其中超小型PLC的質(zhì)量只有150g。功耗小，節(jié)省能源。2. 36升降橫移式立體車庫 主要器件36升降橫移式立體車庫有11個提升大電機，10個橫移小電機，有控制單元的輸出點控制正反轉(zhuǎn)。故需要42個點。托盤行程開關(guān)的位置檢測信號可作為控制系統(tǒng)的輸入，橫移定位開關(guān)20個，升降定位有22個，即需要42個輸入點。另外控制系統(tǒng)還要對車庫進行檢測，和安全控制等。所以控制系統(tǒng)的I/O點至少有100個以上，需要這么多的I/O點，單片機和繼電器都難以實習，但使用PLC就很容易是實現(xiàn)。本設(shè)計36升降橫移車庫總共需要97個數(shù)量輸入，63個數(shù)字量輸出。本設(shè)計采用西門子S7200系列的的CPU226控制，圖21是西門子CPUCPU226的外觀圖。有24輸入點和16個輸出點。另外選用五個擴展模塊，其中2個數(shù)字量輸入模塊EM221，其類型為16點24VDC輸入；3個數(shù)字量輸入/輸出模塊EM223，其類型為16點24VDC輸入/16點24VDC輸出。圖21 西門子CPU226 PLCPLC CUPU226參數(shù)：u 晶體管輸出u 輸入電壓： DC；u 輸出電流：；u 功耗：11W；u 數(shù)據(jù)存儲器：24KB；u I/O特性：24輸入/16輸出；u 模塊擴展：最多擴展7個；u 定時器總數(shù)：256個；u 接口：兩個RS4