基于plc與組態軟件的升降橫移式立體車庫設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 車技術幾乎包括了機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術等各個領域的所有成熟先進技術。停車方式也在不停的改變。設備結構采用模塊化的設計，而不是整套的生產，便于組合使用，也易于安裝拆卸，增加了立體車庫的隨意性。 控制技術方面，廣泛采用可編程序控制器（ PLC）和矢量變頻變壓調速 閉環控制技術，使系統運行高速平穩，這些技術不僅節省電力，而且振動和噪音也相對趨于最小化。在安全方面也采用很多高新技術 ， 安全保護裝置也更加完善，如汽車出入都會由聲光引導和定位系統、汽車尺寸和重量自動識別系統、限速保護與多重機構互鎖系統、停車泊位自動跟蹤功能、鏈條和鋼絲繩的長度，若超出范圍則報警和彈性變形自動補償功能、汽車圖像攝影對比、安全檢測、自動消防滅火系統等。立體車庫在發展技術正在趨于成熟，系統功能更加人性化、現代化。 圖 11 國外高容量的立體車庫 我國機械 式 立體 車庫的早期研究開發始于 80 年代中期， 90 年代開始引進和生產 3 停車設備，在北京、上海、廣州、深圳等 一些大型人口密集的城市， 都得到推廣使用 ，如圖 12 所示 是一個簡單的機械車庫 。就停車設備本身來說，其機械結構的發展已經形成了停車設備獨有的技術特征，需要多學科、多專業的復合型人才積極參與 和研究 ，還有就是 把國外的停車技術和各領域的成熟技術移植和本土化到我國停車產業， 在我國市場上得到廣泛的推廣應用， 開發出安全、經濟、高效、節能、省地的停車產品，滿足和適應國內外市場的需求。在國內，停車行業還需要不斷的努力完善， 其還屬 于起步產業， 具有巨大的發展前景。 據我國情況而言，停車產業發展中還存在一些問題，比如沒有統一的技術標準，因為多數停車行業的產品是仿效或引進國外技術制造，自身的技術水平比較低 。 目前我國缺少具有一定規模的企業支持停車產業的發展，生產能力相對不足；在市場方面，我的停車行業市場競爭處于無序狀態，個別企業為了搶占市場份額，采取低價競爭和山寨產品，缺少自主研發的科研設計單位參與，技術創新能力嚴重不足；國家在停車行業上，對停車產業的發展和管理嚴重滯后等 。 目前升降橫移式立體車庫較多采用PLC 控制電動機恒速運行，速度過低則 車庫運行效率低，速度過高則易造成車位晃動與撞擊，而且大多沒有監控系統或監控系統還不夠完善 [3]。 圖 12 在我國廣泛使用的升降橫移式立體車庫 以上的 一系列的問題都 是停車產業 在我國長期 發展的絆腳石。要解決上述問題，需要我們在政策引導、市場規劃、科學管理和 自主 研發技術等多方面做出努力。在政 4 策方面應參照發達國家的有關政策法規， 在將其本土化， 規劃確定出合理的車位數量和建設地點，實現投資主體 的 多元化，制定車庫的管理屬性和停車收費標準，鼓勵投資，給予投資和經營者相應的優惠政策，使適應市場 的前提下互惠互利 。市場方面 應建立完善的車庫市場運行機制，利用價格的杠桿調高占路停車收費標準，逐步消除“ 路滿庫空 ” 擁堵交通的現象。鼓勵投資者按市場規則經營車庫，政府實施有效的監督和政策調控，使停車產業良性發展。 課題研究內容 立體車庫是以單層面向多層面發展的立體空間 停車庫，所以主要的研究對象以立體車庫的車位載車板控制為主。 通過對可編程邏輯控制器 PLC以及組態軟件組態王的學習和探討，實現 PLC對升降橫移式立體車庫的控制和 使用 組態王 軟件 設計監控系統。 立體車庫系統的主要功能有自動存取車、組態監控、升降橫移電機的運行、安全措施防墜掛鉤 以及系統緊急停止 等 。 研究 主要 內容 包括 橫移式立體車庫的存取方案 的確定、 可編程邏輯控制器對立體車庫的控制和實現、 升降橫移系統的運行、 組態軟件 設計監控界面設計 且 實現 對 整個系統的監控。 文章 組織結構 第一章 主要 介紹研究立體車庫的時代背景 及 其研究意義，國內外對于立體車庫的研究和發展現狀，以及當今社會發展立體車庫遇到的問題。對本文所言研究的內容簡單介紹。 第二章 為 系統整體設計 部分 。 介紹升降橫移式立體車庫結構，以及本次系統的整體設計，以及車位控制方案的確定。 第三章為立體車庫的控制系統設計。主要包括控制系統的硬 件設計和軟件部分設計。硬件部分主要對系統所用的硬件的選型和介紹， 系統子電路設計 設計。軟件設計部分主要是對 PLC的控制 方案 的設計 、 立體車庫的 PLC控制程序 的編寫 。 第四章為組態軟件的監控系統設計。主要是對組態王的數據詞典的建立 、 組態監控界面的設計、監控界面的動畫連接 以及 組態 控制系統的程序編輯。 第五章主要是整個 PLC控系統和組態軟件的通信調試過程，最終完成基于 PLC和組態軟件的升降橫移式立體車庫的設計。 5 第二章 系統 整體 設計 立體車庫結構 及原理 機械式立體車庫的整個系統 組成其實 是多 個系統的組合 ，立體車庫的 主要 組成 包括控制住框架、控制系統、升降橫移 系統 、載車板和安全防護防墜掛鉤等。 立體車庫結構 如圖 21 所示。 立體車庫的核心在于載車板的移動，控制系統控制升降橫移系統實現載車板移動，以實現存取車。 基于 PLC 和組態的升降橫移式立體車庫，在立體車庫的控制系統中， 把上位機作為系統監控機器 ， 利用組態王的數據通信功能 ， 完成數據處理和圖形顯示效果 ， 通過現場總線，實時接收和處理下位機 PLC 從現場采集的各種設備狀態、控制信號、報警信號等 ,并利用這些信號驅動組態監控界面中的圖形 ， 實時顯示和反應現場的各種狀況 ， 形成友好的人 機界面 ， 對現場進行監控，對操作運行和故障給出提示、報警等 [4]。 圖 21 升降橫移式立體車庫主要組成 立體車庫的控制系統原理，由 PLC 和組態 構成完整 的 監控系統 ， 上位機 由組態軟件設計，上位機 給出存取命令 ， 控制 PLC 去執行 ， 同時車庫的運行狀態實時被上位機采集，實時反映在上位機上 [5]。 實現 車位的 載車板根據呼叫信息完成 移動，實現自動存取車過程，以及防墜掛鉤的彈出 和收回保證載車板的安全。立體車庫的控制系統采用了上位機和下位機雙向控制， 實現完全的人機分離操作，安全性更高 ，系統的 6 可靠性也得到了大大的提升 。 總體控制方案 升降橫移式立體停車庫是通過升降或橫移載車板的方式來存 /取車輛。 在系統整體框架下，主要的控制系統 是載車板的升降橫移，來實現存 /取車。 所以以載車板控制為主要研究對象，組態軟件為監控系統設計整個系統 總體控制方案 。 圖 22 系統 整體設計 具體的系統 整體設計 如圖 22 所示。當組態界面的相應車位按鈕的存 /取車按鈕時，由上位機給 PLC 發送 呼叫 車位信號，當 PLC 接收來自上位機的車位位移指令后，在可編程控制器里編輯程序控制載車板的移動的方向，確定移動載車板的信 息，及電機的 正反轉運行等 相應動作 后 ，在 PLC 的輸出端口，利用西門子編程的數據傳輸指令，將數字量的數據輸入端口，到達上位機，組態控制程序內。上位機接收 PLC 的升降橫移信息，在組態里 顯示其整個監控過程 ，完成一個存 /取車位系統的控制和組態 過程 ，同時實現上位機和下位機的相互控制過程 。 系統整體 設計中 每個模塊實現的功能。 控制按鈕模塊：在呼叫信號給出以后，系統能自動完成存取車動作，且組態軟件要實現監控作用。 組態監控模塊：組態軟件的監控界面設有立體車庫的控制面板和車位指示燈，及一些系統按鈕如系統開關、復位按鈕、急停按 鈕等。 不僅能實現對 PLC 現場執行的實時監視又要實現對其控制功能。 車位指示模塊：立體車庫相應車位在執行存取車動作時，系統應有閃爍指示燈提示系統正在存取， 且 車位指示燈要顯示當前車位狀態是否被占用。 防墜掛鉤模塊： 安 全措施防墜掛鉤在車位載車板移動時應自動彈出，當存取結束 7 時應收回。 立體車庫的車位移動方案 車庫設計為三層七車位的立體車庫，在 3x3 的立體空間里，要實現車位的移動，最多可設計 七個移動車位，兩個空位 ，空位的主要是為載車板的移動 ，車位信息如圖23 所示 。 一般的立體車庫的特點是頂層的車位只能升降，底 層的車位只能橫移，車位的 移動方案如下： 圖 23 車位示意圖 二號車位存 /取時，五號和七號車位同時右移一個車位，二號車位開始下降至七號車位的原始車位點，小車上載車板，二號載車板上升至起始位置，五號、七號載車板同時左移一個車位，回到起始點，二號存 /取完成。 三號車位的存 /取時，由于下方五車位，所以三號板呼叫時，三號載車板直接下降到一層，小車上載車板，然后三號載車板上升至起始位置，三號存 /取完成。 四號車位存 /取時，六號車位和七號車位右移一個車位，四號車位下降，存 /取車，四號車位上升，然后六號七號車位左移一個車位回到起始點。 五號車位存 /取時，下方的七號車位有一個車位，五號下降，到達一層，開始存 /取，五號車位上升，七號車位左移回到起始位置。 六號和七號車位的存 /取車不要移動載車板，直接延時進行存 /取車即可。 8 每次存取車后的其它載車板都要歸位，以便系統的下次移動確定。以上移動方案比較與其他移動方案優點在于其下方載車板可以實現整體移動，以便編程及監控實現。 9 第三章 立體車庫 控制 系統 設計 系統 硬件設計 立體車庫的 硬件設計主要包括 硬件 的 選型 和主要電路的設計 。根據 之前的整 體系統設計的方案 ， 本次立體車庫的主要應用的硬件如表 31 所列出的 。 表 31 硬件型號 名稱 數量 型號 備注 PLC 1 西門子 S7200 CPU 型號 226CN PPI 通信線 1 USB 轉 PPI 電機 5 三 相 異步電機 計算機 1 帶編程軟件 導線 若干 中間繼電器 5 指示燈 10 24V 電源燈 PLC 簡介 PLC 是英文單詞 Programmable Logic Controller 的縮寫，意思為可編程邏輯控制器，最早的為了應用與工業工程的控制而產生的， 本次 設計 選用的是西門子 S7200型號的小型控制系統 ， S7 系列 PLC 是西門子公司生產的小型可編程控制器， S7200是 S7 系列中的小型 PLC，常在小型自動化設備中使用。可以根據使用的 CPU 模塊不同而進行分類，其他類型也可以通過擴展模塊來增加其功能。在綜合考慮上， S7200在工業工程的環境下，且 相對而言的小型系統控制應用比較合適，很適用于一般的工業控制 的小型系統，在一般的工作環境下系統運行穩定，學習使用相比于其他的 PLC來說簡單方便，更加適合初學者的使用。但 S7200 屬于小型控制系統， I/O 點數比較有限，不 能應用于復雜的工業控制，以及對運算精度不苛刻。在輸入輸出點的選擇上是而可行的，考慮點配置的基礎上， PLC 的 CPU 型號選擇為 226CN，這個型號的 CPU有 24/16 的點配置 ， 6 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊協議和自 10 由方式通訊能力 ， 是具有較強控制能力的控制器 。 系統子 電路 設計 升降橫移 系統 主要 是對電機的正反轉控制。 為了在系統運行時候，實現載車板的恒速平穩的運行，電機采用變頻調速 ，變頻調速 主要 應用在本次系統的電機啟動和啟停的速度控制上 。它與傳統的交流電機拖動系統相比較，利用變頻器對交流電動機進行調速控制有許多優點，例如節省電力、對于電機的調速容易實現且可以實現連續控制的特點、速度控制的精確比較高等。在本次設計重要的是容易實現電動機的正反轉切換，可以進行快速起 /停轉動。這些優點可以讓立體車庫系統的存取車效率更高，系統的性能更加優越。 立體車庫系統主電路是對電機的控制， 如 圖 31 是一個電機的控制硬件接線圖，如圖，當 KM1 閉合時，電機正轉；當 KM2 閉合時，電機反轉；當 KM KM2 都斷開時，電機停轉， 立體車庫系統處于停止運行 ，在 KM1 和 KM2 之間形成互鎖環節 。 圖 31 電機控制 主電路 安全設備主要是對防墜掛鉤的設計， 防墜 掛鉤 的控制是用一個電磁鐵 動作 實現的控制功能 ，如圖 32 所示 防墜掛鉤的原理圖 。 由一個電磁鐵開關的控制掛鉤的彈出 和收回 ，通過牽引繩索到掛鉤， 當電磁鐵得電時， 拉動掛鉤， 掛鉤 彈出 ，載車板可以移動，當電磁鐵失電時， 繩索牽引力消失，掛鉤收回，鎖定載車板的移動， 防止載車板的下落。 防墜掛 鉤的硬件設計使用中間繼 11 電器實現，用線圈得電和失電 模擬防墜 掛鉤的動作 。 圖 32 防墜掛鉤原理圖 系統硬件總體 設計 硬件整體包括主電路和輔助電路的接線圖， PLC 主要控制電機的正反轉以實現載車板的移動，還有防墜掛鉤的動作以及 系統開關、急停開關、復位開關。