自动双层停车场控制系统设计PLC.docx
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自动双层停车场控制系统设计PLC
东北石油大学课程设计任务书
课程PLC工程课程设计
题目自动双层停车场控制工艺
专业自动化姓名学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容：
1.掌握利用Auto-CAD绘制常减压装置常压炉控制工艺流程图。
2.掌握节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算方法,完成常压加热炉燃料油指示。
3.掌握调节阀的选型及口径计算方法，完成对常压加热炉燃料油的调节。
基本要求：
1.在工程设计中，必须严格贯彻执行一系列国家技术标准和规定。
2.边学习标准和规定，边上机设计。
3.必须按阶段完成任务。
4.设计完成后交出一份包括上述三个部分符合撰写规范的设计报告。
主要参考资料：
[1]HG/T20636～20639-1998，化工装置自控工程设计规定（上下卷）[S].
[2]GB/T2624-1993，流量测量节流装置[S].
[3]奚文群，翁维勤.调节阀口径计算指南[M].兰州：
化工部自控设计技术中心站，1991.
[4]董德发，张天春.自控工程设计基础[M].大庆：
大庆石油学院，1999.
[5]王骥程，祝和云.化工过程控制工程[M].北京：
化学工业出版社，2003.
完成期限2013.11.4~2013.11.15
指导教师
专业负责人
2013年11月20日
目录
第1章自动双层停车场控制工艺分析1
1.1自动双层停车场控制过程描述1
1.2自动双层停车场控制工艺分析1
第2章自动双层停车场控制系统总体方案设计4
2.1自动双层停车场系统硬件组成4
2.2自动双层停车场控制方法分析4
2.3I/O分配5
2.4外部接线7
第3章自动双层停车场控制系统梯形图程序设计8
3.1自动双层停车场控制程序流程图设计8
3.2控制程序设计思路8
第4章监控系统设计12
4.1PLC与上位监控软件通讯12
4.2上位监控系统组态设计12
4.3实现的效果12
第5章系统调试及结果分析14
5.1系统调试及解决的问题14
5.2结果分析15
参考文献17
附录18
第1章自动双层停车场控制工艺分析
1.1自动双层停车场控制过程描述
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
（1）泊车驾驶员只需用按钮操作，系统完成对应泊位托板位置调整，将托板调到车辆进出口处，存取车完毕后，托板自动回复原位。
（2）系统具有停电时状态保持功能：
当断电后恢复通电，在操作者重新启动后，系统能按停电前原动作顺序继续工作。
（3）为防止超长车辆进入车库造成车辆和车库损坏，系统应具有车辆测长功能，对超长车辆能做超长报警处理。
（4）上层泊位应具有防坠落保护装置。
（5）具有必要的工作状态指示和提示功能。
（6）具有系统故障检测和报警功能。
（7）托板上下运动速度0.05m/s，左右移动速度为0.1m/s，停位精度±10mm。
确定设计思想。
1.2自动双层停车场控制工艺分析
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。
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1-2存车流程图
取车时，在人机界面上选择取车界面，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。
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1-3取车流程图
第2章自动双层停车场控制系统总体方案设计
2.1自动双层停车场系统硬件组成
自动双层停车场系统所用到的主要硬件有：
（1）电动机：
根据机械传动要求，油泵电动机5.5Kw,平移托板电动机1.1Kw；挡板电动机0.75K。
考虑设备使用环境，三台电动机均选用Y系列封闭自扇冷式笼型异步电动机，同步转速1500r/min，型号分别为Y1325-4;Y905-4和Y802-4。
（2）熔断器：
由单台电动机熔体额定电流计算公式：
I=（1.5-2.5）In，系数取值视负载轻重而定。
油泵电动机熔体额定电流：
实际选用RT14-20/20A型熔体。
挡板电动机熔体额定电流：
实际选用RT14-20/2A型熔体。
托板平移电动机熔体额定电流：
A=4.18A
（3）接触器：
系统中电动机运行不频繁，线圈电压去交流220V，接触器主触头通断负载额定电压380V。
主触头额定通断电流由经验公式：
（K=1.0-1.4）。
但是考虑同一控制系统中元器件规格型号尽可能一致，按最大的油泵电动机5.5Kw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：
中间及电子选用主要是依据是受控对象的负载性质、触头数量、控制电压和电流。
实际选用TP511型中间继电器，其线圈电压220V（与接触型线圈电压一致）；触头额定电流2A，电压220V。
（5）控制箱内配线导线5.5Kw电动机主电路选用铜心绝缘硬线（环境温度下允许载流23A）1.1Kw、0.75Kw电动机主电路选用铜心塑料绝缘硬线（环境温度下允许载流17A），其它配线用0.5多股软线。
（6）行程开关考虑两层车库设备较庞大，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
（8）光电开关从车库管理需要出发，为了防止非值班人员随意操作，故选用钥匙按钮。
如试验测试节所述，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自动双层停车场控制方法分析
传统的控制方法是采用继电器—接触器控制。
这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。
采用可编程控制器较好地解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制。
还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。
因此，将可编程控制器应用于多种液体混合灌装机，完全能满足控制要求。
且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。
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：
（1）丰富的指令系统。
在FP系列PLC中，即使是小型机，也具有近200条指令。
除能实现一般的逻辑控制外，还可进行运动控制、复杂数据处理，甚至可直接控制变频器实现电动机调速控制。
而且各类PLC产品的指令系统都具有向上兼容性，便于应用程序的移植。
（2）快速的CPU处理速度、大程序容量。
（3）大的网络通信功能。
可直接连接调制解调器，可方便地与其他PLC或上位机连成通信网络，通过上位计算机对生产现场的PLC进行实时监控。
在生产规模较大，所控制的机床达到两台以上时,可采用1：
n上位链接通信方式，用一台计算机管理多台床，构成一个二级分布式集一散控制系统。
（4）编程及监控功能强大、维护简单、价格适中。
际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）颁布的PLC的定义为：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC的一般结构主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。
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。
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。
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。
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
表2-1I/O分配
输入点地址
功能
输出点地址
功能
X0
SB0启动按钮
Y0
1车位升降电机
X1
SB1停止按钮
Y1
2车位升降电机
X2
1车位行程开关
Y2
3车位升降电机
X3
2车位行程开关
Y3
4车位移动电机
X4
3车位行程开关
Y4
5车位移动电机
X5
4车位行程开关
Y5
报警指示灯
X6
5车位行程开关
Y6
加热器H
Y7
热继电器FR
表2-2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2-3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外部接线
外部接线图如图2-1所示：
图2-1 PLC外部接线图
第3章自动双层停车场控制系统梯形图程序设计
3.1自动双层停车场控制程序流程图设计
自动双层停车场控制程序流程图如图3-1所示。
图3-1自动双层停车场控制程序流程图
3.2控制程序设计思路
呼叫1号车盘时运行梯形图如下图所示。
助记符见附录1。
呼叫2号车盘时运行梯形图如下图
图3-1呼叫1号车时运行的梯形图
图3-2呼叫1号车时运行的梯形图
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3-3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3-4呼叫3号车时运行的梯形图
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
仿真程序的编写利用FORCECONTROL2.6,下位机程序的编制则利用PLC专用编程软件完成的。
再详细设计过程中，没有将上位机的设计和下位机的设计整体分开来写，而是相互交替尽量清楚的叙述。
人机界面显示按键可以用来存、取相应号位的车，其应用方便直接，不需要复杂的应用知识。
使用者只需选择存车或者叫车，确定后选取相应的车号即可。
如图4-1。
图4-1自动双层停车场存、取车的人机界面
4.3实现的效果
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
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SB（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）KM4、使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。
心得体会
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。
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。
近四年的大学学习，让我的专业知识有了进一步的提高。
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
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