基于plc的立体车库控制系统设计毕业设计定稿(编辑修改稿)

基于plc的立体车库控制系统设计毕业设计定稿(编辑修改稿)内容摘要：

组成 升降横移式立体车库的主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护措施等五大部分组成。 升降横移 式立体车库车位的结构为 NM 而为矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为： P=NM(N1) 其中： N 为 车库的层数 ， M 为 车库的列数。 由于受收链装置及进出车时间的限制，一般设计为 24 层，以 2， 3 层者居多，可根据泊车的多少决定停车的规模。 假如要设计一座能够提供 9 车位的两层升降横移式立体车库。 由公式可知， N=2， P=9 则 M=5，及设计 25 立体车库可以实现其要求。 本论文就以25 地面上布置的升降横移立体车库为例子，介绍其运行原理。 升降横移式立体停车库的运动规律 图 是全地上布置型 式 的 25 升降横移式立体车库，共有 10 个车位， 9 个载车板 ，常熟理工学院毕业设计（论文） 5 最多 可以停 9 辆车，载车板上面有车库号。 车在车库内的运行情况是这样的：图中一楼的车库是直接存取车的； 10 号车在初始状态下可以直接下降到地面层后存取车辆；其他的车库则需要通过一楼的车库载车板横移出空位后下降到地面层存取车辆。 如需在 6 号车位存取车，则要将 4 号车库的载车板向右依次移动，当检测移动到位后， 6 号车位 下降即可。 同样 n 层 m 列的存取车原理都是大同小异的。 11 098765432 图 升降横移式立体车 库 升降横移式立体车库的传动原理 每块上载车板都配有一个自己独立的电机与链传动组合的传动系统。 如图 所示，电机顺时针旋转，载车板上升；电机逆时针旋转，载车板下降。 根据 载车板及车重的情况确定链条所需要的传动力，根据链条所需要的传动力及载车板的移动速度可以进行电机功率的选择，根据所设计允许进入车的车身高度确定上下载车板之间的距离，再根据 这个距离确定链条的长度，最后根据传动力确定链轮的大小，链节形状及大小。 1—车位高层横移导轮 2—定长链条 3—载车板 4—链轮 5—地面横移导轮 9—车位架 7—升降链条 8—升降电机 图 链条传动型式升降机构示意图 常熟理工学院毕业设计（论文） 6 如图 所示，由于下载车板不需要悬挂链条，在考虑经济的情况下，下载车板可以比上载车板要短。 每块下载车板后部都配有独立的电机，藏于载车板内。 在下载车板的底部 装有四只钢轮，可以 自由的 在导轨上行走，其中两个为主 动轮，装于长传动轴的两 侧 ，另外两个为独立安装的从动轮。 电机驱动长传动轴 转 动 ，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板可以作横移运动。 根据载车板及车辆的重量、滚动速度、 滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 1—横移导轨 2—横移行走轮 3—轴 4—伺服电机 5—交流异步电机 6—测速器 7—链条、链轮 8—制动器 图 横移传动系统 升降横移式立体车库的控制要求 1．将选择开关置于手动位置（此时程序跳入到手动程序的位置），操作面板 上分别有上、下、左、右四个选择。 如果想把二层的某车库载车板移下来，只需要将其对应一层车库的载车板移开即可。 运行要平稳，在接近极限位置的时候，应执行限位保护。 2．将选择开关置于自动位置，程序进入初始化状态，等待存取车。 常熟理工学院毕业设计（论文） 7 通过前面对升降横移式立体车库的一些基本介绍，我们也已经对其运动规律、传动原理以及升降、横移系统和控制要求有了一个直观的了解，下面就要对其进行控制方案的设计，通过提出一个合理的方案，然后对其进行设计，验证。 现有的立体车库控制方式 在 PLC 还没 出现之前， 继电器、接触器控制在工业领域中占有主导地位。 以继电器、接触器为核心元件的自动控制系统也有许多固有的缺陷。 按照以往的设计思路，采用一般的继电器控制或单片机控制也不是未曾不可，但随着 科技的不断进步， 社会的不断发展，采用 PLC 控制已经逐渐 成为现代工业设计与应用的主流。 通过下面的比较我们就可以知道为什么在本次设计中采用 PLC 控制。  继电器控制系统： 继电器控制系统采用 硬接线逻辑，利用继电器机械点的串联或并联及 延时继电器的滞后动作等组合成 控制 逻辑 ，需要大量的机械触点，当生产工艺流程改变时要改变大量的硬件接线，同时也会 受到机械触点寿命的限制； 一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难； 同时还需要定期的更换继电器，维修不方便，为此要耗费许多人力，物力和时间；另外，继电器触点数目有限，每只继电器一般 只有 48 对触点， 因此灵活性和扩展性很差；而且在工业现场的工作环境差，会降低系统的可靠性，使系统工作不稳定；安装 时 的 接线工作量 比较 大 ，图样多种多样 ，安装，调试周期比较长；功能局限性大，体积大，功耗多。  单片机控制系统： 目前国内市场上的单片机芯片 品质参差不齐，种类数不胜数 ， 很多的其实还是国外已经淘汰出局的次等产 品， 批量小的 那部分 产 品 想让它经过严格的技术筛选配对也是一件很难达到的事， 因此 想要得到 很好的一致性和高可靠性的控制系统 也是 很难做到 的，因为无论任何一个元件的参数稍有偏差 都会引起系统运行的不可靠。 再 加上 系统中 其它外围元件（如 电感 、 电容、 电阻等）的参数不稳定性 也很大， 对于系统的调试工作 会出现很多因 各个 元件 之 间的 相互 干扰而带来的调试不成功 ，带来很多不必要的麻烦。 除此之外，对于单片机的抗电源干扰能力来说也是 很弱 的 ， 而国内设计的电源也都有着这样或那样的毛病 ，再加上变频器对电源的干扰，因此，会更可能引起单片机系统工作的不稳定。 由于单片机的线 路设计是根据一定的功能要求而进行设计的，因此 如果想 要 对其 增加一个新的功 能就要重新设计线路，而且与之相对应的程序也都要重新设计。 如果想要再增加功能，则会增常熟理工学院毕业设计（论文） 8 加 单片机的开发成本和周期。 一旦单片机运行系统出现故障，就很难诊断出故障元件和故障原因，可能为了检测出故障所在而要对线路进行逐一排查。  PLC 控制系统： PLC 所采用的 CPU 都是 由 生产厂家专门设计的 ， 每 个元件 都可以 直接向生产厂家购买，都是经过严格筛选的工业级元件。 当你要增加一个新的功能的时候，只要对其增加相应的模块和修改对应的程序 即可 ，而且 PLC 的编程方法也相 对比较简单易懂，这样开发周期就会大大缩短。 PLC 本身还具有很强的自诊断功能，一旦 PLC 运行系统出现故障，可以根据自诊断很容易诊断出故障元件及故障原因，即使非专业人员只要能看懂也是可以维修的，如果故障是由于 编程人员对 程序设计的不合理所引起的，而且它还提供 了 完善的调试工具，在运行状态下，对程序进行监控，也是比较容易找出到底程序上是因为哪里不合理而造成的故障。 由于 PLC 控制与其他控制方式相比编程与控制还是相对容易的， 设计周期更短， 成本相比较之下也更 加低廉 ，检查维护与调试 工作 也 变得 更加 游刃有余。 因此，根据现有条件 综合考虑之后，我将选用 PLC 的控制方式对其进行设计。 控制方案设计 在本次设计的 系统硬件的设计 中 包括检测单元、执行单元和控制单元 部分 的设计 ， 他们 之间 互相联系， 缺一不可，共同 组成一个完整的系统。 在过程控制系统中，检测环节 还 是 一个相对 比较重要的环节。 设计中涉及到限位的检测，将检测的结果送 给 PLC，通过 PLC 执行相应的动作。 如果检测单元出来问题的话，就会造成整个系统可能都无法动作，还可能会带来意想不到的后果。 执行单元是构成自动控制系统不可缺少的重要组成环节之一，它接收来自检测单元的输入信号，并使相应 的元件得电动作，使 PLC 进入相应的子程序，以 便执行下一步动作，从而控制整个系统的安全可靠运行。 控制单元是整个系统的 核心。 在系统中， PLC 是控制系统的中心元件，没了它整个系统将会瘫痪，它的选择是控制单元设计的重要部分。 系统应用的三菱 FX2N 系列的 PLC，其结构简单，使用灵活，编程方法通俗易懂，易于维护。 它采用模块化设计，本系统主要包括 CPU 模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和电源模块。 立体车库的整个控制系统由上位机监控系统和下位机 PLC 控制系统组成，图 为该系统的组成框图。 该系统由上位机 （计算机） 、 三菱 FX2NPLC 和现场操作机构构成，以 计算 机为核心。 在控制方式上有三种方式 ， 一是现场手动控制 ， 主要用于现场设备 检修、常熟理工学院毕业设计（论文） 9 调试 或当出现异常情况 的处理；二是通过 PLC 单独控制 ， 操作 PLC 控制面板上的按钮 可对其 实现自动逻辑控制 ， 在车库 容纳量不大 ， 节约成本的情况下 可以 考虑 单独采用这种方式控制；其三是上、下位 机通信连接 机构成 监控系统的控制方式 ， 由计算机给出存取命令 ，然后把命令传送给 PLC 执行 , 同时车库的整个运行状态实时的反映在上位机的监控画面上。 三种方式可以任意选择。 如果车库的规模足够大，还可以考虑配备操作器、触 摸屏和IC 卡磁卡机实现智能化自动控制。 上 位 工 控 机P L C限 位 开 关 ， 光 、 电 等传 感 器 ， 安 全 挂 钩 等操 作 面 板 按 钮电 机 、 执 行 电 磁 铁 、 继 电器 、 接 触 器 、 显 示 器 、 指示 灯 、 安 全 装 置 等 图 系统组成图 系统工作过程如下： （ 1） PLC 上电，程序开始进入初始化状态 ，扫描一层载车板的位置 ； （ 2）当有人按下操作面板上的车库号按钮时， PLC 就进入相应的子程序，就执行该车库相应的动作 ，车库挡车杆打开，使车辆能够进入 ； （ 3） 按下按钮的同时显示相应的车库号，并且显示剩余车库 数 ，当存车到位后安全防坠 挂钩会动作； （ 4）当执行完相应的存取车程序后，会有对应的 指示 灯显示 车 库的有无车情况（绿灯代表无车 ，红灯代表有车） ； （ 5）当按下手动按钮时，就跳入手动程序；按下自动按钮，又跳回自动控制程序；当出现故障，按钮急停按钮，全部电机断电，报警指示灯闪烁。 控制系统的 硬件选型 常熟理工学院毕业设计（论文） 10 PLC 的选型及 I/O 口的确定 的选型 根据系统的控制要求及复杂程度，需要对所用到的 I/O 口要进行初步的估算。 PLC 的输入输出点数是有限的，通常在设计关于 PLC 控制系统时可能会遇到其 I/O 口的点数问题，我们根据所需的 I/O 点数选择适合的 PLC 或增加其扩展单元。 经过计算统计，本次设计一共需要 36 个输入口（ X）和 37 个输出口（ Y），结合我自己所学的知识（我在学校 所学的 PLC 系统以三菱系列为主）， 因此 我决定选择三菱公司生产的 FX2N80MR PLC,它是 220VAC 电源输入、 24VDC 晶体管输出的主控制器。 下面分别列出输入、输出点 的使用情况，如表 31， 32 所示 ： 表 31 输入点 序号 输入地址 功能 1 X0 2F1台板下限位 2 X1 2F1台板上限位 3 X2 2F2台板下限位 4 X3 2F2台板上限位 5 X4 2F3台板下限位 6 X5 2F3台板上限位 7 X6 2F4台板下限位 8 X7 2F4台板上限位 9 X10 2F5台板下限位 10 X11 2F5台板上限位 11 X12 1F1台板限位 12 X13 1F2台板限位 13 X14 1F3台板限位 14 X15 1F4台板限位 15 X16 1F5台板限位 16 X17 2F1按钮 17 X20 2F2按钮 18 X21 2F3按钮 19 X22 2F4按钮 20 X23 2F5按钮 常熟理工学院毕业设计（论文） 11 续表 31 序号 输出地址 功能 21 X24 存车按钮 22 X25 取车按钮 23 X26 急停按钮 24 X27 手动按钮 25 X30 自动按钮 26 X31 1F1库有无人检测 27 X32 1F2库有无人检测 28 X33 1F3库有无人检测 29 X34 1F4库有无人检测 30 X35 1F5库有无人检测 31 X36 超长检测 32 X37 超重检测 33 X40 “上”按钮 34 X41 “下”按钮 35 X42 “左”按钮 36 X43 “右”按钮 表 32 输出点 序号 输出地址 功能 1 Y0 1F1左移电机 2 Y1 1F1右移电机 3 Y2 1F2左移电机 4 Y3 1F2右移电机 5 Y4 1F3左移电机 6 Y5 1F3右移电机 7 Y6 1F4左移电机 8 Y7 1F4右移电机 9 Y10 2F1上移电机 10 Y11 2F1下移电机 11 Y12 2F2上移电机 12 Y13。