PLC立体车库控制系统设计方案与应用.docx

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PLC立体车库控制系统设计方案与应用

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

毕业设计[论文]

题目：

基于PLC立体车库控制

系统的设计与应用

系别：

电气与电子工程系

专业：

电气工程及其自动化

姓名：

孙丹英

学号：

091209108

指导教师：

芦明

河南城建学院

2011年月日

摘要

立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。

机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。

本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。

升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：

车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的力学分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。

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，运用欧姆龙公司的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。

其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。

为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，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。

关键词：

立体车库，控制系统，可编程序控制器，钢结构

Abstract

Stereogarageisthestoragewhichisusedforautomaticparkingandscientificstorageofkindsofautomobile.Asthequantityofurbanautomobilehasincreasedcontinuouslyinnowadays,thehard-to-ParkProblemhasbecomeacommonphenomenon.Mechanicalstereogaragecanuselandresourcesufficientlyandbringspaceadvantageintoplay,andmaximizethenumberofparkingcars.Ithasbecomeanimportantwayforstatictrafficproblemofcities.Theissuestudiesthetypemechanicalparkingsystemwhichnamedup-downandtranslationstereogarage,andregardsofthetwofactorsofcostofmanufactureandoperationalefficiencysynthetically.

Onthebasisofinvestigationoncurrentsituationanddevelopingtrendofgarageindomesticandabroad,wechoosethree-layerandthree-formulisticgaragestructureastheresearchmodel.Accordingtotheformofthedragging-formsofmultiplayerup-downandtranslationear-base,itismadeofthreeparts:

partofear-basestructure、partofdriving-frameworkandpartofcontrolsystem.Thepapersimplyintroducesmainstructureandcharacteristicsofgarageandalsogivesashortintroductiontoitscontrolsystem.Thefiniteelementreliabilitycheckingofsteelstructureofgarageisutilizedaccordingtotheoperationprincipleofup-downandtranslationstereogarage,themechanicswasusedtocomprehensivelyanalyzetheup-downandtranslationstereogarage.Includingintensionoftheframeworkstructureandaxes,etc.ThepaperadoptedPLCascontrolsystemindesigningtheup-downandtranslationstereogarage,PLCsoftwareofOMRONcompanywasusedtoweavetheprogramofcontrolsystem,throughdebuggingrunning.TheresultprovedthatadoptedPLCascontrolsystemissimpleandeasytorealize.Thecharacteristicofstabilization,credibility,speedinessandhighcapabilitymadethecontrolsystemveryperfection.Inordertosatisfyusingdemandindesignstereogarage,accordingtocriterionofmechanicalparkingsystems-generalsafetyrequirementandthefactsoftheup-downandtranslationstereogaragethePaperintroducedsomesafetytechniquewhichwasusedintheup-downandtranslationstereogarage.ThiscanensureabsolutesafetyforCarandmakethewholestereogaragesafetyandrunningsmooth.

Keywords：

Stereogarage,Controlsystem,PLC,Steelstructure.

第一章绪论

1.1本课题的提出与意义

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，立体车库设备的发展在国外，比如在日本已有快40年的历史，无论是在技术上还是在经验上均已获得了成功。

我国在90年代初开始研究开发立体车库停车设备，到现在也有20多年的历程。

由于很多新建小区内住户与车位的配比很难实现1：

1，为了解决停车位占地面积与住户商用地面积的矛盾，立体车库停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

从改革开放以来，作为我国经济发展的支柱产业汽车工业得到了迅猛的发展，汽车的增多给经济带来繁荣的同时，也带来了一系列的社会问题。

城市交通拥挤已成为各地政府关心的社会问题，城区内交通及车辆停泊管理越来越成为难题，特别是在城区的高级宾馆、饭店、人型商场的车辆密集区，由于受到原有占地面积限制而无法扩大泊车位，停泊困难和交通阻塞已成为一个突出难题。

据有关部门统计:

在上海，每天有40多万辆汽车停泊在马路两边；而在北京每天又有90万多辆汽车“无家可归”，这些问题必将阻碍汽车工业的发展。

立体车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面显示出优越性。

首先，立体车库具有突出的节地优势。

以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均每辆车要占据40平方M的面积，而如果采用双层的立体车库，可以使地面的使用率提高将近90%，如果采用地上多层（20层以上）立体车库的话，五十平方M的土地面积上便可存放至少40辆的车，这样可以大大的节省我们有限的土地资源，并节省了土建开发成本。

其次，立体车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，有电子控制的整个设备便不会运转。

立体停车设备可以用较小的基地面积停放较多数量的车位，免去了坡道式车库的坡道设计等空间问题。

将车库设计中的建筑空间问题转化为机械方式的研究，并一可采用新技术、新材料来解决停车的问题。

采用计算机控制，库区无人进入，可以有效地防止盗窃和损坏。

止是由于机械式停车设备的占地一积省，停车灵活，既可以大一积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合实施的优点，己成为解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必经之路。

从某种意义上说，立体车库从管理上已经彻底的做到人车分流。

大中城市地价不断上涨，使得固定停车场成本不断增加。

而汽车增长速度，却远远超过停车场的新建。

所以，占地面积小，停车数量大的立体停车设备受到很多大中城市的欢迎，立体停车设备产业已被誉为新世纪的阳光产业。

目前香港、澳门及新加坡、印尼、马来西亚、泰国和东南业的一些国家的停车设备主要是靠进口，因此从现有停车位情况和今后市场需求可以看出，立体停车设备的国际、国内市场前景十分良好。

1.2立体车库的类型

自动化停车库是机电合一的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经。

机与电的高度合一，使自动化停车库成了现代科学技术的综合产品。

目前市面上常见的机械式立体停车库有:

升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种，其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。

（1）升降横移类（代号SH）

采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式立体停车库叫做升降横移类停车库。

其上作原理为:

一层车位只能横移，中间车位即可横移又可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取（见图1.1升降横移类）。

（2）垂直循环类（代号CH）

垂直循环类机械式停车库是采用垂直方向作循环运动的停车系统来存取车辆的停车设备。

这种停车设备的工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引机构—链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架随链条起做循环运动，达到存取车的目的（见图1.2垂直循环类）。

（3）水平循环类（代号SX）

采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆的停车库叫水平循环类停车库。

其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到出入口处，驾驶员再将汽车存入或取出（见图1.3水平循环类）。

（4）多层循环类（代号DX）

多层循环类停车库是通过使载车板作上下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，减少了占地面积，提高了存取车的自动化程度（见图1.4多层循环类）。

（5）平）盯移动类（代号PY）

采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动来存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类停车库（见图1.5平面移动类）。

1.3本课题的主要任务与解决方法

（1）控制系统总体设计

立体停车设备很多，各有各的适用形式，其中升降横移式立体停车库是中小型车库的一种典型机电一体化产品，由于占地面积小，型式比较多，规模可大可小，对场地的适应性强，这种车库在国外应用十分广泛，所以是公司及单位在建造立体停车库时的理想选择。

本文就三层七车位的升降横移式立体停车库的结构和控制系统设计做一详细阐述和讨论。

整个系统将由PLC、变频器、条码打印机和条码扫描器组合控制，用转换开关来控制设备的手动运行、自动运行和正常停止。

（2）组态软件的控制界面设计

本系统以MCGS组态软件设计监控界面，利用数据通信手段，实时接收和处理PLC从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信号驱动PC控制界面中的各种图形，实时显示现场的各种状况，在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。

（3）PLC电路的设计

软件PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。

软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/0系统的及网络的开放式结构。

根据所设计的输入输出点数选择合适的PLC型号，画出PLC硬件设计图。

（4）PLC梯形图的程序设计

用GPP编写梯形图，SW3D5-GPPW-E是三菱电气公司开发的用于可编程控制器的编程软件，可在WindowSXP及98下运行，在GPP软件中，你可通过线路符号，助记符来创建顺控指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据，并可将其存储为文件，用打印机打印。

（5）其他标准件的选型设计

升降横移式立体停车库的结构设计在整个车库中非常重要，主框架部分、载车板部分和传动系统是升降横移式立体停车库的主要组成部分。

根据所设计的立体车库，选择合适的电动机、减速器、轴承等。

第二章PLC与MCGS的介绍

2.1PLC介绍

20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统由于它的结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。

但是继电器控制系统有明显的缺点：

设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难于实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬件连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。

到20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求，但由于价格高，输入、输出电路不匹配和编程技术复杂等原因，一直未能得到推广应用。

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个控制系统重新配置。

为抛弃传统继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开招标，对汽车流水线控制系统提出十条要求。

这些要求实际上提出了继电接触器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点，与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬件连线逻辑转变为计算机的软件编程设想。

1969年美国数据设备公司根据要求，研发开发世界上第一台可编程序控制器，并在通用公司汽车生产线上首次应用成功。

当时人们把它称为可编程序逻辑控制器（Progrrmma1eLogicalcpntroller），简称PLC，它主要用来取代继电接触器逻辑控制，系统功能仅限于执行继电逻辑、记时、记数等。

进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大集成电路等微电子技术的迅速发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。

不仅控制功能增强，功耗、体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示也有了长足的发展，所有这些己经使PLC应用于连续生产的过程控制系统，使之成为今天自动化技术的三人支柱之一。

2.2MCGS的介绍

组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/0产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持己经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterfaie）的概念，监控组态软件应该是一个使用户能快速建立白己的HMI的软件工具，或开发环境。

在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差。

或者购买专用的土控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。

组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MICrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就一可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能成熟，维护量小并且具.备专业水准的计算机监控系统的开发工作。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化上、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的一民期实际运行，系统稳定一可靠。

第三章立体车库的控制总体方案

升降横移立体停车库以停放轿车为主，适用于地面及地下停车场，配置灵活。

而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的安全，所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。

PLC采用了以计算机为核心的通用自动控制装置，集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，适用于频繁启动和恶劣的环境，因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为电控系统的核心。

同时，木系统以MCGS组态软件设计监控界面，利用数据通信手段，实时接收和处理PLC从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信号驱动PC控制界面中的各种图形，实时显示现场的各种状况，在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。

3.1系统的工作原理及过程

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（国家规定最高为4层），2层、3层者居多，现以典型的地上3×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理（其外观见图3.1车库结构示示意图）

整个系统将PLC、变频器、条码打印机和条码扫描器组合控制，用转换开关来控制设备的手动运行、自动运行和正常停止。

当把转换开关置于手动运行档时，手动指示灯亮，可通过按钮和转换开关来控制车位的上下和左右移动；在把转换开关置于自动挡时，自动指示灯亮，按下存车按钮，此时条码打印机通过PLC传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车，最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到PLC中去，经过PLC的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车。

在把转换开关置于停止挡时，车位在完成移动后停下，接着停止指示灯亮。

在运行过程中，当发生特殊情况或故障时，按下急停按钮，车位瞬间停下，直到排除故障后，复位急停按钮，车位.又按原来停下的位置继续运行下去。

用PLC内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动，由变频器的正反转及输出停止来控制电机移动和急停，存车则由条码打印机来打出凭条，取车则把该凭条用条码扫描器扫进PLC，实现存取车的自动化。

最后完成对PLC、PC机、Profibus总线、变频器、条码打印机、条码扫描器电机、转换开关、按钮站、电控柜、光电传感器、限位开关、车位和车库的安装及接线。

整个系统共有一个电控柜，一个存取车操作系统，另设一个按钮站，操作及维护简单，安全可靠性高。

电气控制系统的主电路供电为三相四线制AC380V，控制回路用单相22OV供电，信号电路由PLC可编程控制器本身提供DC24V供电。

在确保各设备都正常的情况下。

接通电源，电源指示灯亮。

该设备有以下几种工作情况：

（1）手动运行：

将电柜的“自动/停止/手动”选择开关扳到“手动”位置时，手动指示灯亮，即可在电柜面板上选择相应的手动按钮及动作升降横移选择开关进行操作；

（2）自动运行：

将电柜的“自动/停止/手动”选择开关扳到“自动”位置，“自动运行”指示灯亮，即可按下存车按钮，此时条码打印机通过PLC传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车。

最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到PLC中去，经过PLC的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车；

（3）正常停止：

将电柜“自动/停止/手动”转换开关扳到“停止”位置时，设备恢复到原位正常停止，关闭电柜电源开关，停止设备；

还有以下几种保护功能：

（1）断电保护：

当设备突然断电，恢复供电后，系统能按断电前的动作继续工作下去；

（2）车子超长保护：

当遇到车子过长时，将会报警提示，直到解除报警后，车位才回到原位等待下一辆车的到来；

（3）急停保护：

当发生特殊情况或故障需紧急停机时，按下急停按钮开关，设备瞬时停止。

当排除故障，将急停按钮复位，设备将按照停止前的状态继续运行下去，直到按停止按钮才恢复到原位正常停止；

（4）离车保护：

当驾驶员离车后走出黄色警戒线，车位才开始运转（见图3.2车库原理图）。

图3.2车库原理图

第四章控制系统的详细设计

4.1用MCGS设计监控界面

4.1.1组建新工程的一般过程

（l）工程工程系统分析:

分析工程工程的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。

（2）工程立项搭建框架：

MCGS称为建立新工程。

主要内容包括:

定义上程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的.名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。

经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分