(毕业论文)基于plc的新型智能立体车库的控制系统设计

(毕业论文)基于plc的新型智能立体车库的控制系统设计内容摘要：

路和微处理器，相比传统的继电器电路，体积大大缩减，实现了小型化，便于安装和使用； (3) 适用性好：采用模块化设计，可根据不同的控 制要求灵活组合，模块之间采用的是总线连接器，安装方便；当硬件结构选定后，如果需要作很小的变动，只需修改相应的接线和程序即可，无需对系统连线做出较大的修改； (4)指示性好： PLC 的电源、 CPU、 I/O 模块等都设有各种状态指示灯，反映了模块的工作状态，利于控制系统的现场调试。 PLC 的选型及特点 ，抗干扰能力强 （ 1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离；（ 2）各输入端均采用 RC滤波器，其滤波时间常数一般为 10~20ms； （ 3） 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；（ 4）采用性能优良的开关电源；（ 5）对采用的器件进行严格的筛选；（ 6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大；（ 7）大型 PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高。 ，控制程序可变，使用方便 PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。 用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。 因此， PLC 除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 ，适应面广 现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。 既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 ，容易掌握 目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。 既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。 梯形图 语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。 通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。 同时还提供了功能图、语句表等编程语言。 由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。 同时， PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。 并且，由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。 、 重量轻、功耗低、维护方便 PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低，具有强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 选型是既要满足控制系统的功能要求，还要考虑工艺改进后控制系统升级的需要，更要兼顾控制系统的制造成本，选择可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。 着重以 PLC 的机型结构、 I/O、存储器类型及容量、编程器和外部设备、 PLC的处理速度等几个因素来考虑 [10]。 本文将采用三菱公司的可编程控制器 FXN2 微型系列可编程控制器进 行设计。 FX2n系列 PLC 是 FX 系列中最高级的模块。 它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点， FX2n 是从 16到 256 路输入 /输出的多种应用的选择方案。 根据 I/O 分配表选用继电器输出的 001MR128FXN2，输入输出点数都为 64，扩展模块可用点数为 48～ 64。 电动机的选择 （ 1）根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型； （ 2）根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升 限制、过载能力和启动转距，选择电 动机功率，并确定冷却通风方式。 所选电机应留有余量，负荷率一般取 ～。 过大的备用功率会使电机效率低，对于感应电机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高； （ 3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式； （ 4）根据具体的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型； （ 5）根据生产机械的最高转速和对电力调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。 除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素 [11]。 升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元确定与控制任务有关，三层七车位横移式立体停车库有 6 个提升大电机， 3个横移小电机，由控制单元的输出点控制，并要求实现正反转。 由于立体停车库的控制核心单元选用可编程控制器，可编程控制器内部驱动都是弱电直流器件，内部最大的电压不超过177。 24V，所以电机应外接电源 380V 工频 交流电。 对于每一部电机，可编程控制器的输出单元都有两个输出点，分别驱动。 在此驱动元件是完成车库车盘的横移和升降的专用减速电机，查阅相关资料得知，升降速度 10m/min；横移速度 13m/min；最大提升重量 2800kg；由 P=FV 所知，升降机构电机功率 ；横移机构电机功率。 据以上计算和实际需要，升降电机选择 Y132S22三相异步电动机。 电机额定功率为 5kw，额定电流为 ，转速为 1440r/min，效率为 84%，功率因数为 ，最大转矩与额定转矩之比为 ，最小转矩与额定转矩之比为 ，堵转转矩与额定转矩之比为 ，堵转电流与额定电流之比为。 横移电机选用 Y80122 三相异步电动机。 三相异步电动机应用非常广泛，它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便和效率较高等一系列优点。 和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，其价格仅为直流电动机的 1/3 左右。 且由于异步电动机的交流电源可直接取自电网，用电既方便又经济。 Y 系列型号为 Y2112M4 的三相异步电动机的主要性 能及结构特点为，效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。 为 B 级绝缘。 结构为全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑、杂物侵入电动机内部。 实现正反转的两个接触器如图 4。 图 4 控制系统电机示意图 Fig4 The diagram of electrical control system 传感器的选择 本升降横移式立体停车库控制系统要完成对车库现场的监控、运动位置的检测等任务，需要大量的检测传感装置。 在选择检测传感装置时，其装置 一般要符合以下要求 [12]： （ 1）输入输出信号之间要求一定的函数关系。 经常要求时单值、直线性的函数关系，即符合 Sc=ASr+K（ Sc传感器的输出值； A灵敏度系数； Sr传感器输入值； K零点输出）； （ 2）有较高的灵敏度和较大的信噪比。 灵敏度搞，意味着被测量有微小变化时传感器就有较大的输出，但又要求传感器本身噪声小，且不易从外界引进干扰噪声； （ 3）响应速度快又不失真。 即要求输出信号随输入信号变化的响应时间越短越好； （ 4）线性范围宽。 任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成正比关系。 线 性范围越宽，表明传感器的工作量程越大； （ 5）稳定性好，抗干扰能力强，稳定性指传感器经过长期使用后其输出特性不发生变化。 影响传感器稳定性的是时间和环境，环境又包括湿度、温度、尘埃、振动、电场、磁场干扰等因素； （ 6）有较高的精确度。 传感器的精确度表明传感器输出与被测量之间的对应程度以及重复一致的程度； （ 7）输出信号易于微机接口。 对于控制系统而言，要求传感器的输出信号尽量符合计算机控制系统输入通道的信号要求； （ 8）结构要简单，易于安装更换，易于维护，性价比要好。 在选择传感器监测装置时，要以上述要求为依据。 本车库控制系统中所涉及到的传感监测装置 红外探测器。 停车库安装红外探测器有两种功能：车库在运行时，不允许有其它物体进入车库工作区域，例如人和宠物；在夜间或者无管理员时，防止偷盗和蓄意破环等违法行为。 在自然界，任何高于绝对温度的物体（例如人和小宠物），其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释红外传感器（ PTR），它能将波长为 812um 之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区 内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体或小宠物进入车库运行警戒区，通过菲涅尔透镜，热释点红外感应器感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。 另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。 菲涅尔透镜作用有两个；一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在 PTR 上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的性是在 PTR 上产生变化热释红外信号，这样 PTR 就能产生变化的电信号。 行程开关 本升降横移式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。 行程开关是将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制，应用于车库系统的限位保护和行程控制。 行程开关靠外加机械力使触电动作，可分为三种：快速动作、非快速动作和微动。 当运动部件移动速度小小于 关。 停车库中部件的运动均大于这个速度，使用的均为非快速行程开关。 I/O 点的编号分配 编写表 2输入分配表与表 3 输出分配表。 根据 I/O 分配表，我们也能 确认选用继电器输出的 001MR128FXN2 三菱 PLC，输入输出点数都为 64，扩展模块可用点数为 48～64[13]。 表 2 输入分配表 Table2 Input distribution list 序号 输入地址 说明 序号 输入地址 说明 1 X0 存车按钮 2 X1 停止 3 X2 自动 4 X3 手动 5 X4 急停 6 X5 车位上升 7 X6 车位下降 8 X7 车位左移 9 X10 车位右移 10 X11 101 车位按钮 11 X12 201 车位按钮 12 X13 202 车位 按钮 13 X14 203 车位按钮 14 X15 301 车位按钮 15 X16 302 车位按钮 16 X17 303 车位按钮 17 X20 101 车位光电传感器 18 X21 201 车位光电传感器 19 X22 202 车位光电传感器 20 X23 203 车位光电传感器 21 X24 301 车位光电传感器 22 X25 302 车位光电传感器 23 X26 303 车位光电传感器 24 X27 101 左限位开关 25 X30 101 下限位开关 26 X31 102 左限位开关 27 X32 102 右 限位开关 28 X33 102 下限位开关 29 X34 103 右限位开关 30 X35 103 下限位开关 31 X36 201 上限位开关 32 X37 201 下限位开关 33 X40 202 上限位开关 34 X41 202 下限位开关 35 X42 203 上限位开关 36 X43 203 下限位开关 37 X44 301 上限位开关 38 X45 302 上限位开关 39 X46 303 上限位开关 40 X47 101 位置的测长传感器 41 X50 102 位置的测长传感器 42 X51 103 位置的测 长传感器 43 X52 101 位置的离车检测传感器 44 X53 102 位置的离车检测传感器 45 X54 103 位置的离车检。