机电传动控制课程设计自动双层停车场控制设计.docx
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机电传动控制课程设计自动双层停车场控制设计
湖北文理学院
《机电传动控制课程设计》报告
题目
自动双层停车场控制设计
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制1212
姓名
QQ845964301
学号
2012516207
指导教师
职称
吴何畏副教授
2015年1月10日
湖北文理学院机械与汽车工程学院课程设计成绩评定表
课程名称
机电传动控制课程设计
课程编号
07ZX091122
专业
机械设计制造及其自动化
班级
1212
姓名
舒群
项目
评分标准
评分等级
得分
折合分
平时成绩（占20％）
1、态度端正，设计认真，能积极动脑思考，学习纪律好。
优秀
2、态度较好，较认真，能积极动脑思考，学习纪律较好。
良好
3、态度一般，较认真，能动脑思考，学习纪律尚可。
中等
4、态度较差，不够认真，不善于动脑思考，纪律较差。
及格
5、态度差，不认真，不动脑思考，纪律差。
不及格
图纸质量成绩（占40％）
1、绘图规范，标注准确，结构合理，图纸质量高。
优秀
2、绘图较规范、准确，结构基本合理，图纸质量较好。
良好
3、绘图基本规范、准确，结构基本合理，图纸质量一般。
中等
4、绘图不够规范、准确，结构不太合理，图纸质量较差。
及格
5、绘图不规范、准确，结构不合理，图纸质量差。
不及格
设计报告成绩（占40％）
1、撰写规范，设计思路清晰，知识运用熟练，设计详尽细致，按要求完成设计。
优秀
2、撰写较规范，设计思路基本清晰，知识运用较熟练，设计基本详尽细致，能按要求完成设计。
良好
3、撰写基本规范，设计思路基本清晰，知识运用尚可，设计基本详尽细致，能按要求完成设计。
中等
4、撰写不够规范，设计思路不太清晰，知识运用一般，设计不够详尽细致，基本完成设计。
及格
5、撰写不规范，设计思路不够清晰，知识运用不熟练，设计不够详尽细致，没有按要求完成设计。
不及格
总评成绩
指导教师：
2015年1月10日
注：
1、该成绩评定表每位学生一份，并装订在设计说明书的最后；
2、指导教师按课程设计大纲的要求评定成绩，并给出总评成绩；
3、折合分：
优秀≥90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格<60分。
摘要：
车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果。
近些年来，随着我国国民经济的快速发展，城市规模不断扩大，人民生活水平的不断提高，机动车数量大幅度增加，停车难问题在我国愈发明显，已经成为影响城市发展和管理的重大问题。
立体车库是近年来迅速发展起来的一种先进停车方式，它以结构简单、操作方便、安全可靠、造价低、存取车时间短、运行平稳，噪音低等优点为城市中已经出现的日益严重的汽车停放问题提供了一条较为有效的解决途径。
本文以一个自动双层停车场为主要研究对象，在深入分析了升降横移式自动化立体停车库工作原理的基础上，对立体车库的车位自动存取控制、安全性和快速性控制及上位机监控等方面进行研究和设计。
关键词：
城市交通；自动化立体车库；PLC；两层三列结构；升降横移；控制系统
目录
第一章前言1
1.1引言1
1.2设计内容1
1.3自动双层停车场系统的设计目的1
1.4实现的目标1
第二章自动双层停车场总体设计方案3
2.1双层停车场系统组成部分及控制原理3
2.2系统硬件配置及组成原理4
2.3系统变量定义5
2.4系统接线图设计5
2.5系统可靠性设计5
第三章控制系统设计6
3.1I/O估算6
3.2PLC选型6
3.3I/O分配表7
3.4外部接线图设计8
3.5控制程序流程图9
3.6控制程序设计10
3.7创新设计内容11
第四章系统调试及结果分析12
4.1系统调试及解决的问题12
4.2结果分析13
第六章结束语14
参考文献：
15
附录15
第一章前言
1.1引言
目前数控技术在工业控制系统中得到愈来愈广泛的应用，其采用的PLC具有可靠性高、体积小、通用性好、使用方便等优点，使这项技术不仅普遍应用于机床设备和工业自动化生产线中，而且也应用到建筑、冶金、化工和日常生活等各个领域中。
大型的立体车库就采用了这种先进技术。
1.2设计内容
通过PLC控制双层立体停车场来实现车辆的存取。
1.3自动双层停车场系统设计的目的
通过本次课程设计掌握PLC的编程原理、思路及硬件的接线方式，培养了我们可编程控制器应用能力，同时通过本次课程设计与实践巩固和加深了我们对PLC、继电-接触器控制等理论知识的理解；增强了我们设计PLC控制系统的硬件和软件的能力；通过自己动手接线调试程序提高了自我动手能力；通过小组一起讨论研究，增强了自我团队意识和培养了团队协作能力。
1.4自动双层停车场系统需实现的目标
（1）双层停车场配置如图1所示，上下层共可停5部车；
（2）本停车场设计规则为1、2、3车位只能上下移动，不能左右移动，4、5只能左右移动，不能上下移动；
（3）下排车位只需直接将车子开出即可；
图1自动双层停车场的配置
（4）如要呼叫上排车子，只需按下1至3的按钮，再按下“叫车”按钮，则所按车位将降至下层，而下排车位将左右移动，让出位置让上层车位下降，即除上层外，下层都必须预留一个空车位，供进出车升降用。
当下层车进出车时，无需移动其他托车盘就可以直接进出车；上层进出车时，下层车位需要进行相应的平移处理，直到下方车位为空时才进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。
下排车辆可直接进行存取操作。
第二章自动双层停车场总体设计方案
2.1双层停车场基本组成部分及控制原理
本文所设计的两层三列升降横移式立体车库，由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六个部分组成。
如图2所示。
其也可以概括为为四个部分即升降控制系统、横移控制系统、液压控制系统和安全防护系统.
（1）升降控制系统,由一个电动机带动两个缠绕钢丝绳的轴来转动,控制系统需要控制电动机的正反转、停止,从而使载车托盘能够实现上下移动和停止在相应的车位;
（2）横移控制系统,当升降控制系统将载车托盘停止在相应的停车位时,横移控制系统开始工作,此时由控制系统启动小电动机的正反转和停止,从而实现车辆的存和取;（3）液压控制系统,在存车时当横移控制系统将车辆移入车位后启动液压装置使车辆与载车托盘脱离,横移控制系统将载车板移出,液压装置再将车辆放下,接下来升降控制系统将载车托盘降到最低点等待存下一辆车,从而完成整个过程。
其中安全防护系统包括防坠装置，限位保护器、急停开关等。
图2车库基本组成部分
2.2系统硬件配置及组成原理
2.2.1PLC定义
PLC（ProgrammableLogicController，可编程序程控制器）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术、和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。
是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.2.2可编程控制器PLC的基本组成
可编程控制器是可以读取程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
基本组成可归为四大部件：
中央处理单元（控制器的核心）、电源部件、输入部件（按钮行程开关等）和输出部件（接触器电磁阀等）。
如下图3所示：
图3PLC的基本组成
2.3系统变量定义
根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。
2.4系统接线图设计
系统接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。
主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。
PLC采用24V交流电压，车库系统的升降横移电机采用220V交流电压供电。
2.5系统可靠性设计
PLC是专门为工业生产环境设计的控制装置，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用。
但是，如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或PLC的安装和使用方法不当，都可能给PLC的安全和可靠运行带来隐患。
因此，在PLC控制系统设计中，还需要注意系统的可靠性设计问题。
PLC的可靠性设计应注意以下方面：
PLC的环境适应性设计；控制区系统工程的抗干扰性设计；控制系统的故障诊断。
针对以上方面的设计注意事项分析自动双层停车场控制的可靠性设计知：
工作环境为25到95摄氏度，电源为220V交流供电等，PLC及外部电路（I/0模块、辅助电源等）要可靠接地，并且要对PLC采取隔热的措施；对于电热器来说抗干扰能力是比较强，因此不必考虑；对于故障诊断，在PLC中设置了报警器和报警指示灯，当发生故障时，报警器报警、报警指示灯闪烁，直到按下复位按钮和热继电器的辅助常闭按钮复位才停止报警，PLC的故障检查和扩展是非常方便的，因为接线线路是很简单的，PLC只要修改程序就可以达到不同的控制目的。
第三章控制系统设计
3.1I/O估算
经过对控制过程和要求的详细分析，我明确了具体的控制任务，共有X0、X1、X2、X3、X10、X11、X12、X13、X14、X15、十个输入点，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11十个输出点，考虑到实际情况所以共需要输入点10个，输出点为10个。
经考虑选用FX1N-24M的PLC，输入点和输出点数量满足设计要求，而且允许进一步扩展空间，且经济，用起来正好，不浪费。
3.2PLC选型
PLC是升降横移式自动化立体车库控制系统的核心，PLC接收上位计算机发出的指令，然后进行分析、运算和控制。
PLC首先检测现场各种限位开关和光电检测开关的状态，读取车库控制执行部分的信息，作出逻辑判断；然后再控制载车板，实现它的位置移动，完成车辆的存取操作和信号指示。
结合光电检测、软硬件信号联锁、限位、防坠保护、过载保护等装置和措施，来确保整个系统的安全、平稳和可靠运行。
PLC型号的选择：
选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题.目前,国内外生产PLC的厂家很多,如西门子、三菱、松下、欧姆龙、LG、ABB公司等,不同的厂家的PLC产品虽然基本功能相似,但有些特殊功能、价格、服务及使用的编程指令和编程软件都不一样.而同一家公司生产的PLC产品又有较大的差别.因此,正确选择合适的机型至关重要.在满足控制要求的前提下,选型时应选择最佳的性能价格比.
PLC容量的确定：
PLC的容量指I/O点数和用户存储器的容量两方面的含义。
在选择PLC型号时不应盲追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有裕量，以做备用或系统扩展时使用。
I/O模块的选择：
I/O部分的价格占PLC价格的一半以上。
不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。
3.3I/O分配表如下表1所示：
信号输入
信号输出
输入信号名称
输入点
输出信号名称
输出点
1号车位托盘位置开关
X10
1号车托盘上升
Y0
2号车位托盘位置开关
X11
1号车托盘下降
Y1
3号车位托盘位置开关
X12
2号车托盘上升
Y2
4号车位托盘位置开关
X13
2号车托盘下降
Y3
5号车位托盘位置开关
X14
3号车托盘上升
Y4
空车位托盘位置开关
X15
3号车托盘下降
Y5
取1号车
X1
4号车托盘左移
Y6
取2号车
X2
4号车托盘右移
Y7
取3号车
X3
5号车托盘左移
Y10
叫车按钮
X0
5号车托盘右移
Y11
表1I/O分配表
3.4外部接线图设计如图4（详细图见附表）
图4外部接线图设计
3.5控制程序流程图设计如图5
图5存取车流程图
3.6控制程序设计
根据自动双层停车场的控制要求,设计了用户存取哪一个车位的车只需按下哪个按钮，等二层车位下降到一层后，用户可直接进行存车或取车，然后按下X0即可完成存取车操作。
根据自动双层停车场的控制要求适合点动操作，即按下点动启动按钮时，常开触点接通车位上升或下降的启动回路，升降机开始工作；松开按钮后，按钮自动控制制复位，常开触点断开，切断了车位上升或下降的启动控制回路，升降机停止工作。
点动启、停的时间表长短由操作者手动按下X0控制。
如下图
当用户存取2层车库车辆后，只需按下X0按钮，二层车库托盘自动上升到位后，程序会回到最初始的置零状态。
3.7创新设计内容
本文采用了SFC编程，再转换成PLC梯形图，程序流程直观清楚，显得非常有条理性.SFC程序如下图6所示：
图6SFC程序图
第四章系统调试及结果分析
4.1系统调试及解决的问题
在本停车库操作系统中，由于底层不需要升降，只需左、右横移。
所以，可直接进行停、取车操作。
存取车辆操作面板如下图7所示：
图7存取车辆操作面板
4.1.1一号车位车辆存取调试：
系统上电，各部件无故障后，若存取一号车，只需按下1号车按钮（X1），5号车位右移至6号空车位，当6号空车位托盘位置传感器（X15）感知到5号车位到位后，4号车位右移至5号车位，当5号车位托盘位置传感器（X14）感知到4号车到位后，一号车下移到4号车位，当4号车位托盘位置传感器（X13）感知到一号车到位后，司机方可进行存取车操作，操作完成后，按下“叫车”（X0）按钮,一号车将自动上升到一号车位置，当一号车托盘位置传感器（X10）感知到一号车到位后，4号车将左移至4号车库位置，当4号车位托盘位置传感器（X13）感知到4号车到位后，5号车将左移至5号车库位置，当5号车位托盘位置传感器（X14）感知到4号车到位后，系统将转跳至初始状态，一号车存取操作完毕。
4.1.2二号车位车辆存取调试：
系统上电，各部件无故障后，若存取2号车，只需按下2号车按钮（X2），5号车位右移至6号空车位，当6号空车位托盘位置传感器（X15）感知到5号车位到位后，2号车下移到5号车位，当5号车位托盘位置传感器（X14）感知到2号车到位后，司机方可进行存取车操作，操作完成后，按下“叫车”（X0）按钮,2号车将自动上升到2号车车库位置，当2号车位托盘位置传感器（X11）感知到2号车到位后，5号车将左移至5号车库位置，当5号车位托盘位置传感器（X14）感知到5号车到位后，系统将转跳至初始状态，2号车存取操作完毕。
4.1.3三号车位车辆存取调试：
系统上电，各部件无故障后，若存取3号车，只需按下3号车按钮（X3），3号车将下移至六号空车位处，当6号车位托盘位置传感器（X15）感知到3号车到位后，司机方可进行存取车操作，操作完成后，按下“叫车”（X0）按钮,3号车托盘将自动上升到3号车库位置处，当3号车位托盘位置传感器（X13）感知到3号车到位后，系统将转跳至初始状态，3号车存取操作完毕。
若呼叫下排车子，只需判断车子的有无，若有车子只需直接开走即可。
4.2结果分析
通过系统调试的一系列过程，使得程序达到了控制要求，由于设计的环境有限，且只能到实验室接按钮输入接LED灯输出调试，没有使程序达到一定的使用效果，也是这一设计的不足之处，但通过了准确的仿真调试，系统的控制要求都已基本实现。
结束语
自动停车场集中了现代多方面的先进技术，是科技含量较高的车库，其中双层自动停车场停车方便、存取速度快、车库结构灵活、造价低，可实现远距离控制的特点，能实现以下功能：
若呼叫上排车子，只要按下1至3按钮，再按下“叫车”按钮，则所按车位将降至下层，而下排车位将左右移动，让出位置让上层车位降下，若呼叫下排车子，只需判断车子的有无，若有车子只需直接开走即可。
本系统能够实现自动叫车，并且能够大大减少多余劳动力，同时大大提高用户的时间利用率，满足人们的追求效率、速度的市场经济观念，具有很好的市场前景和使用价值这种趋势是势不可挡的，且将可能成为今后停车库发展的主要形式。
立体停车库目前在全国各地的很多新建小区内逐渐开始应用，今后随着家庭轿车的增加，经济实用的自动的立体停车库必将兴起，车库实现自动化控制是未来车库技术发展的主方向。
根据双层自动停车场的运动原理及特点，明确了运动规律，通过对PLC的输入、输出信号数量的确定合理的对PLC进行了选型，并对其运行过程进行了PLC控制程序的编程。
总体来说，此次设计给我的影响颇大，让我知道了怎样做好一件事情，也明白了以往所学PLC课程还很不够，经过我这几天在实验室对程序进行多次调试仿真，让我对PLC有了更深的了解和掌握。
课程设计是我们学习中一个重要的实践性环节，它是一个综合性较强的设计课题，为我们以后从事实际的技术工作，打下了一个良好的基础,并且对我们掌握所学知识情况，进行了全面而又直观的检验。
想想这次的课程设计，我在其中学到了很多知识，但其中所遇到的困难，也仍旧记忆犹新。
它让我明白了无论是设计新产品，还是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。
通过系统调试的一系列过程，使得程序达到了控制要求，由于设计的环境有限，且只能到实验室接按钮输入接LED灯输出调试，没有使程序达到一定的使用效果，也是这一设计的不足之处，但通过了准确的仿真调试，系统的控制要求都已基本实现。
通过本次课程设计掌握PLC的编程原理、思路及硬件的接线方式，培养了我们可编程控制器应用能力，同时通过课程设计与实践巩固和加深我们对PLC、继电-接触器控制等理论知识的理解；增强了我们设计PLC控制系统的硬件和软件的能力；通过自己动手接线调试程序提高了自我动手能力；通过小组一起讨论研究，增强了自我团队意识和培养了团队协作能力。
参考文献
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高等教育出版社.2001.
[11]何存兴，张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉：
华中科技大学出版社.2000.
附录
附录一：
程序梯形图设计（见附表）
附录二：
系统外部接线图（见附表）
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