巷道式立体车库电气系统软件设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

巷道式立体车库电气系统软件设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

片机负责监控整个机动结构，然后将完成信息状态传输给 PLC，该装置机械原理图如图 所示。 河 北联合大学轻工学院 13 图 载车板与相应传动机构原理图 车库的整体控制原理 本课题立体车库控制主要分为四部分 [1921]。 包括： (1)用于人机交互作用的单片机控制系统，它包括电源模块、键盘模块、 LCD 显示模块、语音提示模块、通信模块、车主刷卡模块、卡号信息备份模块 等，其主要功能就是使得车主与整个立体车库系统的交流更加顺畅。 方便车主进行存取车动作，让车主切实体会到该套停车设备的优越性。 (2)用于现场监控以及对信息进行数据库管理的上位机系统 [2223]。 它包括卡号相关信息的数据库管理模块、现场视屏监控管理模块、车位使用信息显示模块、通信模块等。 主要用于给管理人员更加游刃有余地对车库进行监控管理以保证车库系统安全运行，同时它还具备存取车位优化能力。 (3)用于现场执行机构操作控制的 PLC 电气控制系统，它包括对驱动电机的控制、车位使用信息提取、载车板走位精确定位、 存取车指示灯、继电器控制原理图、与人机交互单片机的通信等设计。 这部分的内容也是本篇论文的重点部分，这部分设计是否合理对立体车库工作安全影响很大，一旦在电气运行部分出现故障或者是运行结果不够精确，那将造成设备损坏乃至人身安全。 (4)各个控制部分通信实现，其中作为直接对现场执行机构操纵的 PLC 电气控制系统为控制的核心部分。 PLC 与人机交互单片机之间都是通过 485 串口通信 [2425]。 它从单片机接受到对应哪个车位处于工作状态，然后再将目前车库内车位停车情况反馈给人机交互单片机。 通过上面的介绍，结 合三个控制部分在立体车库起到的不同的作用以及三者巷道式立体车库电气系统软件设计 14 之间通信形式和内容，整个立体车库控制机理见图 所示： 图 立体车库控制机理 车库的运行原理 该立体车库控制系统为了车库在任何情况下都能充分应对作业需求，所以在设计系统时分为在线和离线两种模式，这两种模式的切换通过监控上位机的在线/离线转换按钮进行设定，在线模式下，在现场的车库管理人员情况下通过操作监控上位机软件界面给 PLC 发送指令和提取 PLC 反馈信息以达到直接控制下位机执行机构而实现存取车过程的目的；离线模式下，这种情况适 合车库管理人员不在场的情况下，用户通过人机交互直接进行存取车操作，而监控计算机这个时候只起到监控车库运行是否处于安全状态的作用。 用户卡 (ID 卡 )按照用户使用意愿的不同分为三类：永久卡、固定卡（年卡、季卡、月卡等）、临时卡，一张卡对应独有的卡号，在单片机 RAM 和监控计算机数据库中通过制卡过程对其相关信息 (卡号、卡类别、制卡日期、停车位号 )予以存储，以卡号作为所有存储信息的关键字，当用户存取车进行刷卡动作时，显示屏将通过卡号调用对应该卡的相关信息并且显示以供用户查看，当然车库管理人员也可以通过实际情况需 要通过监控计算机软件界面修改对应卡号的相关信息并且同时对人机交互相关数据进行改动。 以持有固定卡用户的存取车过程对车库运用进行实例说明，根据以上规定每张卡对应一个停车位号，假定该卡与 B 区第二列载车台的第二层车位绑定。 持卡用户过来存车，第一步进行用户刷卡，人机交互得到的卡号与自身数据库信息河 北联合大学轻工学院 15 对比验证卡是否有效，如果无效进行语音提示并且不予停车，在判断有效后，人机交互将该卡对应的车位号传给 PLC，收到正确车位号的 PLC 操纵驱动电机来控制对应载车板上的停车位运行至与地面平行的适合位置，停止电机转动，并且给 出存车提示灯并且打开车库和车位挡杆，语音提示用户开车入库；第二步，在车位光电检测开关检测到停车合适无误后语音告知车主停车完毕，可以下车出库；第三步，车主在离开车库时再次刷卡确认，这时车库进行复位动作。 第四步，当车主进行取车动作，同样先进行刷卡动作，人机交互验证卡是否有效，如果无效不给予取车动作并且语音提，在判断有效后，人机交互将得到的取车动作的车位号告知 PLC，通过对应驱动电机 PLC 将车位准备就绪，并且车位挡杆给出提示灯指引车主进行取车；第五步，取车完毕的车主再次进行刷卡，车库系统根据此次刷卡再次进行 车库复位动作。 对立体车库控制系统进行设计时一定要将设备各个影响工作安全的细节都要考虑到位，并且将处理手段反应到系统设置当中，充分挖掘各个控制系统的利用点，同时将监控计算机、人机交互单片机、 PLC 控制系统的之间有效整合以达到控制系统的最优化，从而保证车库设备工作时的绝对安全。 该立体车库分为在线和离线两种模式，所以设定 好在这两种模式下的整个车库控制系统的作业流程尤为重要，使得负责各个设计模块的设计人员有一个共同的标准，知道自己所涉及的设计任务在整个控制过程的位置，以便更好地做好自己的研究设计工作，交出的结 果符合车库控制流程的要求。 低成本、开放式立体车库整个控制流程在线如图 所示 巷道式立体车库电气系统软件设计 16 图 在线控制作业流程原理图 河 北联合大学轻工学院 17 PLC 控制系统总体方案 PLC 控制系统 立体车库控制系统一定要根据实际使用场所的需求和投资成本的目前情况进行设计。 市场上现在用的比较多的控制系统有三大类：继电器控制、单片微机控制、可编程控制器（ PLC） [26]。 立体车库刚开始使用时，广泛使用的是继电器逻辑电路控制形式，它是通过继电器、接触器经过控 制需要的电气原理连接而成。 其优点是电路简易，开发成本低，缺点主要是智能性不强，难以实现复杂的控制要求。 单片微机的出现一定程度上解决了继电器控制中智能性不强的缺陷，同时还具备功耗小、成本低、体积小、操作简单等优点，但其软件编程周期时间长，而且抗干扰程度低，不利用大范围推广。 而直接面向控制过程的可编程控制器（ PLC）的出现不仅同时具备以上两种控制系统的优点，同时也具备以上两者没有的优势，比如：直接面对问题的编程语言使得开发周期大大减小，而且可靠性非常强，所组成的电气控制线路也简单明了，很容易被开发人员学习并且掌 握，从一定程度上增强了其可以被广泛使用度。 结合本课题巷道式立体车库的要求，本文选用更具智能化、开发周期短、抗干扰能力强的可编程控制器（ PLC）来设计终端控制系统。 系统功能设计 PLC 控制做为整个控制系统与驱动传动部分的衔接部分，决定了其在立体车库设备中有着不可取代的地位，它所要达到的功能以及如何无缝地接入车库控制流程都是以保证车库运行绝对安全为标准。 系统主要实现的功能如下： (1)对存取车以及复位这三个主要车库动作提供原始触发信号，通过对应的接触器、继电器以及电气连接使得驱动传动得以顺 利地工作，从而将动力传给待使用的载车板以便载车板实现上下运动，完成存取车、复位过程； (2)由于采用一台电机选择性地控制三列载车板的驱动传动机构，所以做为控制媒介的 PLC 控制部分对选择哪列载车板也起着重要的作用。 在 PLC 从监控计算机或是人机交互那边得到待使用车位号后以及单片机控制对应的驱动机构选择好对应电机控制的载车板列并且告知 PLC，就要有目的地选择目标电机对目标载车板提供动力，从而为车主提供待使用车位或是对车库进行复位； (3)立体车库控制很重要的而一部分就是对待使用载车板运动的电气控制，要 使载车板运动精确、平稳、安全，本文对此设计了两套监控系统，变频器、编巷道式立体车库电气系统软件设计 18 码器的加入与 PLC 的联合工作来控制对应的电机，使得电机的启动、运行、停止这三个动作满足立体车库存取车效率、运动精度、稳定性和安全性的要求， PLC 控制还通过光电编码器对电 机执行机构的位置进行检测及时反馈给 PLC， PLC 然后通过变频器已达到对电机的闭环控制；辅助设施为通过对应合适的接近开关和限位开关对载车板运动给出第二道控制手段以达到对车库运动的双重监控。 (4)控制外围设备，例如：停车指示灯、车库大门挡杆、车位挡杆、系统紧急停止按 钮等一些辅助设施的控制； (5)与人机交互单片机和监控计算机的通信部分的功能实现，以保证所传信息的快速、准确，其中 S7300 与人机交互单片机经由 CP340 串行通信模块实现。 PLC 控制系统结构组成 根据立体车库总体控制标准，再结合可编程控制器（ PLC）在监控领域所具备的特点，本文设计的 PLC 控制结构组成如下： (1)PLC 输出输入信号：载车板运动的接近开关、限位开关，挡杆打开、关闭的接近开关，停车位是否有车停入的光电开关，测量电机转速的光电编码器等；载车板曳引电机启动、 停止信号输出，挡杆转动电机启动、停止信号输出，存取车提示灯的输出等。 (2)对应电气输出控制对应曳引电机、转动电机、指示灯的电气线路的安全连接，包括在这其中接入的主接触器，辅助接触器，继电器的在控制柜中电气位置的合理安排。 (3)涉及 PLC 与监控计算机、人机交互单片机的通信实现部分，与两者的通信都是基于 485 串口，根据实际要求合理对 485 串口通信的硬件连接实现做出正确连接。 PLC 控制系统主要以可编程控制器 (PLC)为核心，配有存取车指示灯、载车板运动限位的接近开关和防止超程运 行的限位开关，还配有曳引电机、转动电机、指示灯以及相关的电气连接，控制电机通断电的接触器组、继电器组，控制曳引电机的速度调节的变频器，以及采集曳引电机速度的光电编码器，此编码器还可以精确地控制电机轴的转动位置，使得主曳引电机的定位更加精准和安全，这样载车板可以与地面以接近零的误差保持在同一个平面上，方便了车主存取车，同时增强了车库设备所提供服务的人性化。 整个 PLC 系统机构原理图如图 所示 河 北联合大学轻工学院 19 图 系统机构原理图 选用的 PLC 是德国西门子 S7300 PLC，其适用 于各种场合中的检测、检测及相应控制的自动化，其中 CPU 采用的是可以满足中小型控制系统需求的 CPU3152DP，相比小型（微型） PLC，它不仅具备更多的输入 /输出点（ I/O 点数在 1282048 之间），更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 继电器、接触器选用法国的施耐德公司产品，该产品在同类产品中具有制造设计更精细，用料充实，安全系数高。 完全满足立体车库电气控制设计要求和相关标准。 变频器选用西门子产品中的 MICROMASTER 440，与 S7300 PLC 能够达到很大的兼容性，方便了对 PLC 控制系统的设计，这样更加缩短了整个开发周期，并且在使用中保证了其在工作中与 S7300 PLC 信息交换的可靠性安全性。 接近开关采用的是 Autonics 公司研制的 PR3015DP 型传感器，限位开关选用的是欧姆龙公司研制的 D4A3104N 型开关，光电开关采用的是上海奥途公司研制的 BEN10MTFR，根据各个公司所提供的对应传感器使用资料，比较关键的参数都满足现场使用的需要。 编码器选用带有 DP 通信接口的绝对式编码器，该 型号的编码器采用独特的二进制编码图案，在旋转时不会重复，所以其位置指示具备绝对属性，即使断电，位置信息也不会丢失，使用 DP 总线通信。 存取车提示灯选取的是江苏平潮电器二厂研制型号为 YT 信号灯，其大小等参数可以根据现场实际情况跟供应商联系定制。 巷道式立体车库电气系统软件设计 20 本章小结 本章主要通过对立体车库的基本结构框架、车库运行原理和 PLC 控制系统总体设计分别进行了介绍。 其中在基本结构中提出一台电机驱动三列载车板的装置可以进一步地优化结构框架和达到节能的目的；根据车库基本框架和客户使用中的基本需求对系统 运行原理进行了设定，车库运行原理的提出在很大程度上对整个控制系统的设计明确了过程和目标，为后期系统中各模块的开发和耦合提供了依据；其中 PLC 控制系统总体设计是本论文重点阐述的部分，在此章节对其整体设计思路做出相关的介绍，包括了其在整个系统中功能和作用描述， PLC 控制系统机构原理图和相关硬件器件的选型。 河 北联合大学轻工学院 21 第 3 章 巷道式立体车库控制系统软件部分的设计 PLC 编程环境介绍 程序结构 一 个系统的控制功能往往由相应的用户程序决定，而此逻辑对于 PLC 也是同样成立的。 用户需要在硬件系统搭建完成的情况下，编译相应的程序来控制 PLC 以循环扫描的方式执行从而实现对应的工作流程。 在 S7300 中，采取的结构是将程序分成若干个部分，这些各自具有特定功能的部分称之为 “ 块 ” ，其为程序的核心部分，包括用户块和系统块。 在 S7300 中根据逻辑功能的不同，程序块又分为组织块 (OB) 、功能块 (FB)、功能 (FC) 、数据块 (DB)。 各个软件块的相互关系如图 所示： 图 各个模块 之间的关系 下面各个模块的功能做一个简单的介绍： 组织块（ OB）：用户可以将整个运行程序放入其中循环运。