自动双层停车场控制设计PLC课程设计.docx

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自动双层停车场控制设计PLC课程设计

2013~2014学年第1学期

《电气控制及PLC》

课程设计报告

题目：

自动双层停车场控制设计

专业：

自动化

班级：

姓名：

指导教师：

电气工程学院

2013年11月2日

1、任务书

课题名称

自动双层停车场控制设计

指导教师（职称）

执行时间

2013~2014学年第1学期第9周

学生姓名

学号

承担任务

设计目的

PLC课程设计是与专业课《电气控制及PLC》相配套的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的一个重要教学环节。

通过课程设计，培养学生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对理论知识的理解、增强学生设计PLC控制系统的硬件和软件的能力。

设计要求

1、双层自动停车场配置如下图所示，上下层共可停5部车。

2、本停车场设计的规则为1、2、3车位只能上下移动，不能左右移动，4、5车位只可左右不可上下移动。

3、下排车位只需直接将车子开出即可。

4、如要呼叫上排车子，只要按下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降下。

摘要

随着社会的不断发展和进步，车辆在不断的增多。

因此，就要求有更多的车位来停放车辆，这就要求车位从地面向空间发展，车位需要上下移动。

根据不同的要求，执行一系列的操作。

本设计是针对车辆能很好的运行来设计的，用PLC来控制，充分利用每种元件的功能及相关的机械互锁。

利用中间继电器的多功能的特点进行对不同控制的联系，充分的利用继电器可以减少不必要的误动作，并且简化了连线的复杂度。

自动双层停车场将使人们的生活更加的便捷。

关键字：

车位，PLC，继电器，自动双层停车场

第一章引言

1.1背景

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背景分析

发展立体停车库是当今社会的必然趋势，机械立体式停车库占地少、存车多，其在停车场中的优势是明显的，适合于城市建设的各种场合。

我国城市停车场还处在初级阶段，专用和公共停车位数量距合理的车位和车辆比率相差甚远，停车难到处可见。

目前我国的停车场仍以平面停车场、路上停车场、路外停车场、自行式停车场为主。

立体停车库和机械式停车场数量还很少。

作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。

目前我国经济正处在高速发展时期。

随着人们生活水平的不断提高，汽车普遍进入家庭已为期不远，停车场前景广阔。

机械式立体停车库既可以大面积使用，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。

是解决城市停车最有效的手段，是停车产业发展的必经之路。

第二章总体方案的设计

2.1自动双层停车场的组成原理

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2-1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，选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，对土地的要求比较低，因此，应用非常广泛。

2.2自动双层停车场基本结构

2.2.1升降装置

升降装置包括：

1）曳引驱动机，即电机、减速箱和制动器；2）传动部件包括钢丝绳和滑轮（或升降链条、链轮）等；3）对重和平和平衡链；4）升降导轨和対重导轨。

曳引驱动机通过钢丝绳（或链条）使载车台升降，同时対重也相应运动，平衡重量这样有利于减小电机功率。

2.2.2存取车过程

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肘，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。

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。

2.2结构特点

停车场的底层只能平移，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。

自动双层停车场采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个，此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低，产品特点：

1）节省占地，配置灵活，建设周期短。

2）价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。

3）可采用自动控制，构造简单，安全可靠。

4）存取车迅速，等候时间短。

5）运行平稳，工作噪声低。

6）适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。

7）安全装置：

防坠装置，限位保护器、急停开关等。

2.3系统硬件配置及组成原理

2.3.1可编程控制器PLC的基本组成

可编程控制器采用可以程序的存储器，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，并通过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该按易于与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。

PLC的基本组成可归为四大部件:

中央处理单元（CPU板）一一控制器的核心；

输入部件（UO部件）一一连接现场设备与CPU之间；

输出部件一一连接驱动或受控元件的接口电路；

电源部件一一为PLC内部电路提供能源；

整体结构的PLC-四部分装在同一个机壳内；

模块式结构的PLC-各部件独立封闭，称为模块，通过机架和总线连接而成。

I/O的能力按用户的需要进行扩展和组合，另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内。

2.3.2PLC的工作原理

PLC是采用"顺序扫描，不断循环"的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU要根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令号（或地址号〉作周期循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完

成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

（1）PLC在输入采样阶段

首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁在器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

（2）PLC在程序执行阶段

按用户程序指令存放的先后顺序扫描并执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容随着程序的执行而改变。

（3）输出刷新阶段

当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管〉输出，驱动相应输出设备工作。

2.3.3系统的硬件配置

PLC型号的选择:

PLC机型选择:

机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证、维护使用方便以及最佳的性能价格比。

具体就考虑、几个方面:

结构上合理，安装要方便:

功能上要相当:

机型上应统一:

是否在线编程;是否满足响应时间的要求:

对联网通信功能的要求:

其他特殊要求等。

PLC容量的确定:

PLC的容量指IJO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IJO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。

IJO模块的选择:

1/0部分的价格占PLC价格的一半以上。

不同的IJO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。

2.4系统变量定义及分配表

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。

2.5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:

控制系统的冗余性设计:

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30到100摄氏度，电源为220V交流供电等，PLC及外部电路CVO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。

第三章系统的软件设计

3.1控制系统的设计思路

控制程序设计主要是采用经验法进行的设计，根据各基本控制程序模块再结合相关的自锁和互锁达到对车位的控制，此设计所用的基本控制模块有点动控制、启动控制、脉冲控制、有限次脉冲控制，下面将逐一介绍:

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因路，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控制。

根据自动双层停车场控制要求适合于启动控制。

由接触器（继电器〉自身的常开触点来使其线圈长期保持通电的环节叫"自锁"环节。

启动操作即当按下启动按钮肘，由于继电器的自锁触点动作，使继电器保持通电，从而保持启动控制回路的接通，只有按下停止按钮时才切断启动控制回路。

在控制要求中出现了指示灯的闪烁控制，所以可以用脉冲来控制指示灯的闪烁。

如下图所示当XOOO闭合时，控制回路接通，有输出YOOO，并且定时器Tl开始计时0.5秒，时间到后，定时器Tl动作、定时器T2开始计时、无输出YOOO;当定时器T2时间到后，定时器T2动作、Tl复位、YOOO有输出、T2复位，以后依此循环连续控制指示灯的闪烁。

在控制线路中利用辅助触点互相制约工作状态的控制环节，称为"互锁"。

设置互锁是可逆控制线路中防止电源线间短路的保证。

由接触器（继电器〉自身的常开触点来使线圈长期保持通电的环节叫"自锁"。

综合以上功能模块，再加上相应的自锁和互锁就可以设计出PLC控制自动双层停车场的目的。

〈具体的程序，说明参照附录）。

第四章系统调试及结果分析

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）XI0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SBl启动按钮时，KMl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SQl肘，启动能耗制动，X13车盘停止。

同时，SQl触发XI0车盘上挂钩得电，挂钩动作输出信号（YO）。

此时，KM8得电，电机转动带动XI0车盘下降。

当车盘下降到行程开关SQ8时，电机制动XI0车盘停稳，进行取车过程。

操作完毕之后，按下SB4上升启动按钮肘，线圈KM7得电，电机反转并带动XI0车盘上升。

当车盘上升至行程开关SQ5时，挂钩得电并动作，输出信号（Yl）促使线圈KM2得电，电机反转带动X13车盘左移。

当左移到位触发行程开关SQ9制动开始，X13车盘停稳，即完成了X10车盘停车过程。

2）Xll车盘停、取车的调试:

在按下SB2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SQ2开关时，输出信号使得Xll车盘挂钩动作，同时输出信号（Y2）便线圈KM12得电，电机带动Xll车盘下降。

当下降到位SQ10肘，车盘停止动作，进行取车操作。

当按下SB5上升启动按钮时，线圈KMl1通电，电机反转带动Xll车盘上升。

当运动到行程开关SQ6时，电机制动车盘停止运动。

此时，挂钩得电动作，输出信号（Y3）使KM4线圈得电。

电机反转带动X14车盘右移。

右移到位触发SQll行程开关后，制动进行车盘停止运动。

即完成Xll车盘停车过程。

3）X12车盘停、取车的调试:

在按下X12车盘启动按钮SB3，线圈KMl~KM5得电，横移电机正转带动X13、X14车盘右移，当车盘左移到位触发SQ3，SQ4开关肘，输出信号使得X12车盘挂钩动作并输出信号（Y4），使线圈KM14得电，电机正传带动X12车盘下降。

当下降到位SQ12肘，线圈KM14失电车盘停止动作，进行取车操作。

当按下SB6，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SQ7时，电机制动车盘停止运动。

此时，挂钩得电动作，输出信号（Y5）使K.M2，KM5线圈得电。

电机反转带动X13、X14车盘左移。

当左移到位触发SQ13、SQ14行程开关后，制动进行车盘停止运动。

即完成X12车盘停车过程。

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，并不能进行现场调试，也是这一设计的不足之处，但通过了准确的仿真调试，系统的控制要求都己实现。

心得与体会：

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。

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。

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，还是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。

这次的毕业设计，拓宽了我的知识面，是一个锻炼的好机会。

参考文献

[1]宋伯生.PLC编程实用指南北京:

机械工业出版社，2006.

[2]高钦和.PLC应用开发案例精选.北京:

人民邮电出版社，2008

[3]范永胜.电气控制与PLC应用北京:

中国电力出版社，2009

[4]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.北京:

机械工业出版社.2004

[5]阮友德，邓松，刘守义.电气控制与PLC实训教程.北京:

人民邮电出版社.2007

附录：

答辩记录及评分表：

课题名称

自动双层停车场控制设计

答辩教师（职称）

宋洪儒、江春红

答辩时间

2013-2014学年第1学期第9周

答

辩

记

录

评分表

学生姓名

学号

评分