自动双层停车场控制系统设计.docx

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自动双层停车场控制系统设计

第1章控制工艺流程分析

1.1自动双层停车场控制过程描述

可编程序控制器简称PLC，是近年来一种极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。

它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。

随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。

近年来，随着中国经济的迅速发展，城镇人口剧增，汽车拥有量日益提高。

由于汽车数量的快速增加，对停车场的需求必将日益提高，停车难的问题越来越突出，人们对停车的要求也越来越迫切。

而对于快速发展的中国各个城市，停车难也随着城市经济的快速发展和汽车数量的激增接踵而来。

PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。

随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。

国内家用汽车拥有量的迅速增加，使城市道路交通变得十分拥挤，各大城市高峰时塞车已经成为天天可见的一道景观。

家用汽车的停放也逐渐成为一个社会问题。

我国大城市中由于停车位少，而土地越来越紧缺的情况下，停车位价格十分昂贵，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。

我国立体车库发展虽经历了近十年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。

为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。

本次设计是将PLC用于自动双层停车场控制，对学习与实用是很好的结合。

1.2.自动双层停车场控制工艺分析

自动双层停车场的运行原理即升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。

其车位结构为2维矩阵形式，可设计为多层和多列。

由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层，2层、3层者居多，现以较为典型的地上3×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理。

图1-1自动双层停车场原理图

下排车位只需直接将车子开出即可。

如果要呼叫上排车位，只需按下1至3的按钮，再按下[叫车]按钮，择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来。

即底层只能平移，顶层只能升降。

除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。

当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。

其运动的总原则是：

升降复位，平移复位。

由于停车设备对场地的适应性强，系统各机械部分可以根据不同地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛

第2章控制系统总体方案设计

2.1系统硬件组成

（1）电动机根据机械传动要求，型号分别为Y1325-4;Y905-4和Y802-4。

（2）熔断器实际选用RT14-20/20A型熔体。

（3）接触器选用B25型交流接触器，主触头额定电压380V,主触头额定电流20A。

（4）中间继电器实际选用TP511型中间继电器，其线圈电压220V。

（6）行程开关行程开关选用LXK3T型可调滚轮转臂式行程开关，该行程开关的滚轮行程较大，工作可靠性较高。

（7）主令按钮从车库管理需要出发，为了防止非值班人员随意操作，选用钥匙按钮。

（8）光电开关为达到8m测量距离和动作重复精度，选用SNNXNX5-PRUM5A型红外光电传感器。

2.2控制方法分析

在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为7点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。

由于本系统的控制是顺序控制，选用日本松下电工公司生产的AFP12417PLC作控制单元来控制整个系统。

之所以选择这种PLC，主要考虑FP系列PLC有以下特点：

丰富的指令系统；快速的CPU处理速度、大程序容量；大的网络通信功能；编程及监控功能强大、维护简单、价格适中。

PLC的一般结构主要有6个部分组成，包括CPU、存储器、输入／输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。

（1）中央处理单元（CPU）

与通用计算机中的CPU一样。

PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。

CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。

（2）存储器

存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器。

称为用户程序存储器。

PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。

（3）I/O模块

输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。

PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。

输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。

通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。

（4）电源模块

输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。

它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。

2.3I/O分配

I/O地址分配表如表2-1、表2-2所示

表2-1输入信号的地址分配表

输入信号名称

输入点

1号车极限开关

00010

2号车极限开关

00011

3号车极限开关

00012

4号车极限开关

00013

5号车极限开关

00014

1号车呼叫

00001

2号车呼叫

00002

3号车呼叫

00003

叫车按钮

00000

6号车极限开关

00015

表2-2输出信号的地址分配表

输出信号名称

输出点

1号车平台上升

01000

1号车平台下降

01001

2号车平台上升

01002

2号车平台下降

01003

3号车平台上升

01004

3号车平台下降

01005

4号车平台左移

01006

4号车平台右移

01007

5号车平台左移

01010

5号车平台右移

01011

1号车取走显示灯

01100

2号车取走显示灯

01101

3号车取走显示灯

01102

2.4系统结线图设计

图2-3PLC接线

第3章控制系统梯形图程序设计

3.1控制程序流程图设计

呼叫1号车盘时运行梯形图如下图所示。

助记符见附录1。

图3-1呼叫1号车时运行的梯形图

3.2控制程序时序图设计

呼叫2号车盘时运行梯形图如下图所示。

助记符见附录2。

图3-2呼叫2号车时运行的梯形图

、

呼叫3号车盘时运行梯形图如下图所示。

助记符见附录3。

图3-3呼叫3号车时运行的梯形图

3.3控制程序设计思路

自动双层车库控制系统通过人机界面来实现。

存车时，在人机界面的主界面中按“存车界面”，在选择需要存车的车位，判断无误后按确认，自动完成存车过程；取车时人机界面进去取车界面，直接选择想要取车的库位，判断无误后按确定，自动完成驱车过程。

用户存车，进入存车界面。

发布存车指令，人机界面将相应信号送给PLC，此时，大门打开，司机将车开到升降台指定位置后下车，选择库位并按“确定”键，此时，大门开始关闭。

PLC判断是否升降，升降台低速上升，达到指定位置碰到主平层行程开关时，主电机制动。

此时汽车在制定车位，并且人机界面上显示相应库位有存车信息。

图3-4存车流程图

取车时，在人机界面上选择取车界面，选择枯萎，判断无误后按确认，进入驱车操作。

根据库位位置，PLC判断所取车位是否下降，升降台下降，并复位。

人机界面上显示相应库位的消失，并检测升降台是否到位，大门打开，司机把车从升降台上开出，延时一段时间后大门自动关闭，驱车过程结束。

图3-5取车流程图

第4章监控系统设计

4.1PLC与上位监控软件通讯

本次课程设计涉及到欧姆龙PLC与力控组态软件的通讯。

目前欧姆龙的小型PLC组要是CPM1A和CPM2A系列；PLC与组态软件通过串口RS232通信，那么就要了解PLC的通信协议是什么方式的。

第一步：

通过PLC的编程软件来了解通信协议，在欧姆龙PLC的“PLC设定”对话框中“外围端口”标签中设置“通信协议”为“标准”，模式是“HostLink”，单元号为“0”，在网络设置对话框的“驱动器”标签中，设置“端口名称”为“COM3”，“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”，在“设备类型设置”的“通用”标签中，设置“CPU类型”为“CPU40”在“变更PLC”对话框中，“设备类型”为“CPM1（CPM1A）”，“网络类型”为“SYSMACWAY”。

第二步：

与力控的通讯：

在上位机力控组态软件的“设备配置—第一步”的对话框中，设置“设备地址”为“0”，“通讯方式”为“串口（RS232/422/485）”，在“设备配置—第二步”的对话框中，设置“串口”为“COM8”,点击“设置”按钮设置通信参数“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”。

4.2上位监控系统组态设计

实现的效果PLC选用ModbusRTU主通讯模块（master）。

PakscanIIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备（slave）。

PLC的CPU通过ModbusRTU主通讯模块控制PakscanIIE主站控制器的读写，被称为Modbushost。

系统采用单Modbushost两线通讯方式，该方式最多可以连接32个PakscanIIE主站控制器。

　　通讯模块的初始化工作主要是配置3个初始化控制块的参数：

Slave控制块（SCB），信息控制块（MCB）和通讯要求参数块（COM_REQ）。

SCB是一个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。

MCB是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。

COM_REQ是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等，每一端口需要定义一个COM_REQ块。

所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的第一个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，此后RTU主通讯模块负责与PakscanIIE主站控制器通讯，而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。

读写Modbus/RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。

第5章系统调试及结果分析

5.1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。

1）X10车盘停、取车的调试：

系统上电以后，各指示灯正常情况下。

当按下SB1（I0.1）启动按钮时，KM1线圈得电，其电机正转带动X13车盘右移。

当车盘右移到行程开关SQ1（I1.3）时，启动能耗制动，X13车盘停止。

同时，SQ1触发X10车盘上挂钩（YB1）得电，挂钩动作（Q3.3）输出信号（I3.3）。

此时，KM8得电，电机转动带动X10车盘下降。

当车盘下降到行程开关SQ14（I3.0）时，电机制动X10车盘停稳。

。

进行停车或取车过程。

操作完毕之后，按下SB6（I0.6）上升启动按钮时，线圈KM7得电，电机反转并带动X10车盘上升。

当车盘上升至行程开关SQ9（I2.3）时，挂钩得电并动作（Q3.3），输出信号（I3.3）促使线圈KM2得电，电机反转带动X13车盘左移（Q1.4）。

当左移到位触发行程开关SQ2（I1.4）制动开始，X13车盘停稳，即完成了X10车盘停取车过程。

2）X11车盘停、取车的调试：

在按下SB2（I0.2）启动按钮，线圈KM3得电，电机正转带动X14车盘左移，当车盘左移到位触发SQ3（I1.5）开关时，输出信号使得X12车盘挂钩YB2（Q3.4）动作。

同时输出信号（I3.4）使线圈KM12得电，电机带动X11车盘下降。

当下降到位SQ16（I3.2）时,车盘停止动作，进行停取车操作。

当按下SB7（I0.7）上升启动按钮时，线圈KM11通电，电机反转带动X11车盘上升。

当运动到行程开关SQ10（I2.4）时，电机制动车盘停止运动。

此时，挂钩YB2得电动作（Q3.4），输出信号（I3.4）使KM4线圈得电。

电机反转带动X14车盘右移。

右移到位触发SO14（I1.6）行程开关后，制动进行车盘停止运动。

即完成X11车盘停取车过程。

3）X12车盘停、取车的调试：

在按下X12车盘启动按钮SB3（I0.3），线圈KM1、KM5得电，横移电机正转带动X13、X10车盘右移（Q1.7、Q1.3），当车盘左移到位触发SQ、SQ5（I1.3、I1.7）开关时，输出信号使得X11车盘挂钩YB3（Q3.5）动作并输出信号（I3.5），使线圈KM14得电，电机正传带动X11车盘下降（Q0.3）。

当下降到位SQ14（I3.0）时,线圈KM14失电车盘停止动作，进行停取车操作。

当按下SB8（I1.0）X12车盘上升启动按钮时，线圈KM13通电，电机反转带动X12车盘上升。

当运动到行程开关SQ11（I2.5）时，电机制动车盘停止运动。

此时，挂钩YB3得电动作（Q3.5），输出信号（I3.5）使KM2、KM5线圈得电。

电机反转带动X13、X14车盘左移（Q1.4、Q2.0）。

当左移到位触发SQ2（I1.4）、SQ6（I2.0）行程开关后，制动进行车盘停止运动。

即完成X12车盘停取车过程。

4）X13车盘停、取车的调试：

在按下启动按钮SB4（I4.0），使得X13车盘挂钩YB4（Q3.6）动作。

同时输出信号（I3.6）使线圈KM16得电，电机正转带动X12车盘下降。

当下降到位触及行程开关SQ15（I3.1）时,线圈失电电机制动，车盘停止运动，进行停取车操作。

当按下SB9（I1.1）上升启动按钮时，线圈KM15得电，电机反转带动X13车盘上升（Q1.1）。

当运动到行程开关SQ12（I1.6）时。

此时，挂钩YB4得电并动作（Q3.6），即完成X13车盘停取车过程。

5）X14车盘停、取车的调试：

当按下启动按钮SB5（I0.5），线圈KM3、KM9得电，横移电机正转带动X14、X12车盘左移（Q1.5、Q2.1），当车盘分别左移到行程开关时触发SQ3（I1.5）、SQ7（I2.1）时，输出信号使得303车盘挂钩YB5得电并动作（Q3.7），同时输出信号（I3.7）使线圈KM18得电，电机正传带动X14车盘下降（Q0.5）。

当下降到位SQ16（I3.2）时,线圈KM18失电车盘停止动作，进行停取车操作。

当按下SB10（I1.2）车盘上升启动按钮时，线圈KM17通电，电机运转带动X14车盘上升（Q1.2）。

当车盘运动到行程开关SQ13（I2.7）时，KM17失电电机制动车盘停止运动。

此时，挂钩YB5得电动作（Q3.7），输出信号（I3.7）使KM4、KM10线圈得电。

电机反转带动X14、X12车盘右移（Q1.6、Q2.2）。

当右移到行程开关触发SQ4（I1.6）、SQ8（I2.2）后，线圈KM4、KM10失电。

电机制动进行车盘停止运动。

即完成X14车盘停取车过程。

5.2结果分析

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、造价低的特点，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。

可以设置PC机作为控制系统的上位机，通过灵活、友好的人机界面，以互联网作为信息通道，可实现对停车库的远程网络化控制和管理。

“车库”是大中城市的热门话题，国家经贸委将“城市立体车库”列为“近期行业技术发展重点”，在现代化大都市中，自动停车场已经渗入到人们的各个生活领域，在机关、宾馆酒店、医院和居民区等许多地方，升降横移式立体停车库成了一个必不可少的基础设施。

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，所以在本设计中可能存在考虑不周全、设计漏洞等问题。

我希望大家提出宝贵意见与建议。

课程设计心得

两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的指导老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册[M].北京:

机械工业出版社,1992.

[2]钟肇新，彭侃.可编程控制器原理及应用[M].广州:

华南理工大学出版社,1999.

[3]杜桂荣.多层升降横移式立体车库的结构和控制[J].甘肃:

甘肃工业大学学报，2003.

附录

附录1：

呼叫1号车的助记符

LD0.00

AND0.01

OUTTR0

ANDNOT0.14

OUT10.11

LDTR0

AND10.11

TIM0000#0100

LDTR0

ANDT0000

ANDNOT0.14

OUT10.07

LDTR0

AND10.07

TIM0001#0100

LDTR0

ANDT0001

OUT10.01

LDTR0

AND10.01

TIM0002#0100

LDTR0

ANDT0002

AND0.10

OUT10.15

END（001）

附录2：

呼叫2号车的助记符

LD0.00

AND0.02

OUTTR0

ANDNOT0.14

OUT10.11

LDTR0

AND10.11

TIM0003#0100

LDTR0

ANDT0003

OUT10.02

LDTR0

AND10.02

TIM0004#0100

LDTR0

ANDT0004

AND0.11

OUT11.01

LDTR0

AND11.01

AND0.11

OUT10.02

LDTR0

AND10.02

TIM0005#0100

LDTR0

ANDT0005

ANDNOTT0006

ANDNOT0.14

OUT10.10

LDTR0

AND10.10

TIM0006#0100

END（001）