现代工业控制机及网络技术解析.docx

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现代工业控制机及网络技术解析

课程设计

课程设计题目：

现代工业控制机及网络技术

1系统方案

1.1被控对象分析与描述

1.1.1车库选型

国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》中，将立体车库分为九大类，具体是：

升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和汽车专用升降机。

其中升降横移类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类，这4种类型的车库都是最典型的、市场上最多采用的、市场占有率最高的、最适合大型化发展的。

升降横移类机械式立体车库设备，采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备。

由于型式比较多，规模可大可小，对地的适应性较强，因此使用十分普遍。

钢结构部分、载车板部分、链条传动系统、控制系统、安全防护措施等。

在停车设备的市场份额约占70%。

根据车库的设计要求能实现大型轿车的存取，由JB/T8713-1998可知,大型轿车的外形尺寸：

车长×车宽×车高=5000mm×1850mm×1550mm，参照同类产品资料,并考虑安装一些必要的检测装置（如检测车辆尺寸是否满足该车位尺寸要求的检测器）和横移电机的安装地点。

本立体车库前、后立柱之间的距离设为6000mm，车位的长度设为5500mm，为便于顾客出入还要确保地面平层停车的空间不小于1800mm,从而确定了地面平层与顶层直接的高度为1800mm；考虑顾客开车门等情况，确定了一个车位的宽为2000mm。

由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层，其中2,3层居多。

实地考察后，发现停车的地方比较狭窄或者在路边，而且长度在10米或10米的倍数。

决定采用3层*5车位升降横移类立体车库。

车库尺寸规格为10m*6m*5.4m。

1.1.2车库结构

升降横移式立体车库主要是通过上位计算机来操控载车板，做上下升降、左右横移来进行车辆的存取。

它的主要结构由五部分构成，分别是主结构框架、载车板系统、传动系统、安全防护系统、控制系统等。

其整体结构三视图如图1.1所示。

图1.1车库三视图

1.主体结构框架

主体结构框架是升降横移式立体车库的主要支撑部分，主要由立柱、纵梁、横梁以及导轨等组成。

2.载车板

载车板主要作用是乘载储存的汽车，其上安装一个横移电机，带动载车板系统做横移操作，载车板又通过四根链条（钢丝绳）与车库框架相连，实现了升降电动机带动载车板做升降运动。

在设计载车板时，不仅要考虑到所承载车辆的重量，而且要保证在运动过程中车辆与载车板之间不产生滑移现象。

为了防止这种现象的发生一般载车板上采用中间凸起、倒车限位装置、车轮防滑装置等。

载车板结构图如图1.2所示。

1-车轮固定装置；2-倒车限位杆；3-载车板

图1.2载车板结构图

3.传动系统

传动系统是整个车库系统的核心，分为横移、升降传动系统。

横移传动借助导轨、滑轮运用交流减速电机来驱动，它们之间通过一个链轮与链条的组合来实现动力的传递。

升降传动系统有升降电机提供动力，通过链条（钢丝绳）来提升。

如图1.3所示升降传动装置简图。

考虑到该车库结构的特殊性，以及所选电机的安装的地方，故选用两级链条来实现传动，图1.3中1、2链轮实现一级传动，3、4链轮以及3、7链轮实现二级传动。

1为传动链轮安装在减速器上，链轮2、3安装在同一个转轴上，链轮5安装在车库的纵梁上，用于链条的回转，链轮4、6是一种支撑链轮也安装在车库的纵梁上。

升降电机工作时，链轮1、2及链条带动主动轴旋转，主传动轴转动实现了链轮3的转动，从而带动载车板上升或下降。

链轮4、6是再升降的时候起支撑的作用。

1-减速器链轮；2-主传动轴大连轮；3-主传动轴小链轮；4、5、6-起吊链轮；7-载车板

图1.3升降传动装置简图

4.安全防护系统

车库的安全防护系统是十分重要的。

因此，我们必须考虑到设备在各种情况下的安全措施。

对此，安全防护系统有危险警报、防坠装置、车辆超长检测、紧急停车、温度检测等部分。

防止载车板坠落装置是安全防护系统的关键部件，决定了车库停车安全性能。

当车辆停放在车库时，通过这个装置可以防止载车板落下伤车伤人。

本车库选用了挂钩式防坠落装置，通过电磁铁驱动来实现其工作。

当电磁铁通电，推杆运动而触动安全挂钩解锁，反之亦然。

这种防坠装置结构简单、易操作、成本低、且安全性高等特点被广泛应用。

如图1.4所示挂钩式防坠落装置。

1-电磁铁；2-挂钩

图2.5挂钩式防坠落装置

1.2系统总体设计

1.2.1车库控制系统架构

立体车库控制系统主要是由下位PLC控制系统、上位工控机PC监控系统等两个部分组成，系统结构框图如图2.1所示。

图2.1立体车库控制系统结构框图

本文的重点是针对升降横移式立体车库控制系统，进行深入的研究与应用，如图2.1所示车库控制系统结构。

车库控制系统通过PLC接收、处理各个传感器反馈的数据，并实现控制车库存取动作，通过现场总线实现PLC与上位机的通信，利用上位PC机的数据通信、图形显示、数据处理及多媒体技术等对车库进行监控，进行实时接收、处理PLC从立体车库停车现场收集的各种信号，并通过这些信号数据驱动上位机监控界面中图形的运动，进行现场实时监控，减轻操作人员的工作量，更加方便快捷进行故障诊断。

立体车库的自动存取车控制系统主要包括：

（1）各种信号的采集和控制输出。

PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断，同时将车位的空闲情况用灯泡显示。

（2）电机控制线路、控制电机正反转的接触器、到位限位、平台的上下行程限位及闸门的开闭。

车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。

系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使平板无法继续运行，以保护人员及设备的安全。

1.2.2升降横移式立体车库控制系统组件

1.上位机

立体车库控制系统的上位机主要是带有车库监控系统的PC计算机，通过在PC机上安装相应车库管理与控制实现一个完整的监控系统。

如图2.11所示与其相关的设备还有打印机、显示器、语音提示设备和读卡设备等。

本文通过组态软件完成车库控制系统的应用，实现对车库系统的监控。

2.PLC

立体车库控制系统的核心部件就是下位机，也就是PLC（可编程控制器）。

它连接着执行机构与上位机，通过车库控制系统PLC能够实现上位机的指令传达与处理，控制车库执行机构的运动。

3.现场总线

现场总线主要采用的是MPI（多点接口通信协议）总线，通过MPI能够实现PLC与上位多台设备进行连接与通信。

MPI的主要任务就是实现了PLC与PC机之间的通信，且由于MPI有着高速通信的特性，能够实时对车库现场信息的采集、状态的监控和报警。

4.检测系统

检测系统是整个控制系统中不可或缺的一部分，其主要作用是提高车库的安全性能。

检测系统的主要设备有光电开关、限位开关和一些报警器等。

光电开关主要是对车辆的尺寸进行检测，也对停车是否到位进行检测；限位开关主要是对载车板的升降横移运动的位置是否到位进行检测；报警器主要是对车库的火灾等情况进行检测。

图2.2车位光电开关示意图

如图2.2所示，前后排光电开关1、2分别检测后排车辆和前排车辆是否倒车入位，车头当没有车时或者车辆停到位时，光电传感器接收端口与发光端口之间没有障碍物，光信号能顺利到达接收端口，此刻光电传感器没有信号发出，报警器不会发出报警信号，后续操作可以正常进行；当车辆没有停到位时，接收端口接收不到光信号，那么控制器将接收到光电传感器发出的信号，报警器报警，且锁死控制器，并在警报解除前不能进行任何后续操作。

2系统硬件设计

2.1硬件选型

目前，PLC的制造厂家众多，其系列型号更是琳琅满目。

据不完全统计，全球共有二百多家的生产厂商，主要代表的公司是美国的A-B公司、日本的三菱公司及德国的西门子公司等。

PLC的产品型号就更多了，适用的范围不同也各不相同。

选择一个合适的车库控制系统的PLC对整体车库的控制性能有很大的提高。

对本车库的分析可知，车库控制系统适用在工装固定、维护方便的小型立体车库，且车库基本上为开关型控制量，每一个3层*5车位的模块需要端口分别为82个DI、77个DO、2个AI和1个AO端口。

但是由于系统是模块化设计，为了方便以后车库的增加，而且PLC与上位机WINCC通信数据量大，同时为了以后扩展系统扩充方便，决定选用S7-300PLC。

电源模块选型，由手册知道：

CPU312额定电流为750mA。

SM321DI32*DC24V的电流为：

7mA*32=210mA，共3个模块650mA。

SM322DO32*DC24V的电流为0.5A，共三个模块1.5A。

SM334AI4/AO2*12Bit的电流为150mA。

电源模块电流=（0.75+0.65+1.5+0.15）/0.7=4.4A。

但由于PS307采用交流120/230V供电（面板上有输入电压选择开关），输出直流24V，有三种规格2A、5A、10A，所以选用5A的电源。

硬件选型如图2.3所示：

图2.2硬件选型

2.2硬件资源分配

系统模拟量输入有车库温度和车库可燃物两个：

IW352

车库温度

IW354

车库可燃物含量

系统模拟量输出，用于显示当前剩余车位数量：

QW352

当前剩余车位数量

表2.1数字量输入表

表2.2数字量输出表