基于plc与组态软件的升降横移式立体车库设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc与组态软件的升降横移式立体车库设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

车技术几乎包括了机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等各个领域的所有成熟先进技术。 停车方式也在不停的改变。 设备结构采用模块化的设计，而不是整套的生产，便于组合使用，也易于安装拆卸，增加了立体车库的随意性。 控制技术方面，广泛采用可编程序控制器（ PLC）和矢量变频变压调速 闭环控制技术，使系统运行高速平稳，这些技术不仅节省电力，而且振动和噪音也相对趋于最小化。 在安全方面也采用很多高新技术 ， 安全保护装置也更加完善，如汽车出入都会由声光引导和定位系统、汽车尺寸和重量自动识别系统、限速保护与多重机构互锁系统、停车泊位自动跟踪功能、链条和钢丝绳的长度，若超出范围则报警和弹性变形自动补偿功能、汽车图像摄影对比、安全检测、自动消防灭火系统等。 立体车库在发展技术正在趋于成熟，系统功能更加人性化、现代化。 图 11 国外高容量的立体车库 我国机械 式 立体 车库的早期研究开发始于 80 年代中期， 90 年代开始引进和生产 3 停车设备，在北京、上海、广州、深圳等 一些大型人口密集的城市， 都得到推广使用 ，如图 12 所示 是一个简单的机械车库。 就停车设备本身来说，其机械结构的发展已经形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与 和研究 ，还有就是 把国外的停车技术和各领域的成熟技术移植和本土化到我国停车产业， 在我国市场上得到广泛的推广应用， 开发出安全、经济、高效、节能、省地的停车产品，满足和适应国内外市场的需求。 在国内，停车行业还需要不断的努力完善， 其还属 于起步产业， 具有巨大的发展前景。 据我国情况而言，停车产业发展中还存在一些问题，比如没有统一的技术标准，因为多数停车行业的产品是仿效或引进国外技术制造，自身的技术水平比较低。 目前我国缺少具有一定规模的企业支持停车产业的发展，生产能力相对不足；在市场方面，我的停车行业市场竞争处于无序状态，个别企业为了抢占市场份额，采取低价竞争和山寨产品，缺少自主研发的科研设计单位参与，技术创新能力严重不足；国家在停车行业上，对停车产业的发展和管理严重滞后等。 目前升降横移式立体车库较多采用PLC 控制电动机恒速运行，速度过低则 车库运行效率低，速度过高则易造成车位晃动与撞击，而且大多没有监控系统或监控系统还不够完善 [3]。 图 12 在我国广泛使用的升降横移式立体车库 以上的 一系列的问题都 是停车产业 在我国长期 发展的绊脚石。 要解决上述问题，需要我们在政策引导、市场规划、科学管理和 自主 研发技术等多方面做出努力。 在政 4 策方面应参照发达国家的有关政策法规， 在将其本土化， 规划确定出合理的车位数量和建设地点，实现投资主体 的 多元化，制定车库的管理属性和停车收费标准，鼓励投资，给予投资和经营者相应的优惠政策，使适应市场 的前提下互惠互利。 市场方面 应建立完善的车库市场运行机制，利用价格的杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“ 路满库空 ” 拥堵交通的现象。 鼓励投资者按市场规则经营车库，政府实施有效的监督和政策调控，使停车产业良性发展。 课题研究内容 立体车库是以单层面向多层面发展的立体空间 停车库，所以主要的研究对象以立体车库的车位载车板控制为主。 通过对可编程逻辑控制器 PLC以及组态软件组态王的学习和探讨，实现 PLC对升降横移式立体车库的控制和 使用 组态王 软件 设计监控系统。 立体车库系统的主要功能有自动存取车、组态监控、升降横移电机的运行、安全措施防坠挂钩 以及系统紧急停止 等。 研究 主要 内容 包括 横移式立体车库的存取方案 的确定、 可编程逻辑控制器对立体车库的控制和实现、 升降横移系统的运行、 组态软件 设计监控界面设计 且 实现 对 整个系统的监控。 文章 组织结构 第一章 主要 介绍研究立体车库的时代背景 及 其研究意义，国内外对于立体车库的研究和发展现状，以及当今社会发展立体车库遇到的问题。 对本文所言研究的内容简单介绍。 第二章 为 系统整体设计 部分。 介绍升降横移式立体车库结构，以及本次系统的整体设计，以及车位控制方案的确定。 第三章为立体车库的控制系统设计。 主要包括控制系统的硬 件设计和软件部分设计。 硬件部分主要对系统所用的硬件的选型和介绍， 系统子电路设计 设计。 软件设计部分主要是对 PLC的控制 方案 的设计 、 立体车库的 PLC控制程序 的编写。 第四章为组态软件的监控系统设计。 主要是对组态王的数据词典的建立 、 组态监控界面的设计、监控界面的动画连接 以及 组态 控制系统的程序编辑。 第五章主要是整个 PLC控系统和组态软件的通信调试过程，最终完成基于 PLC和组态软件的升降横移式立体车库的设计。 5 第二章 系统 整体 设计 立体车库结构 及原理 机械式立体车库的整个系统 组成其实 是多 个系统的组合 ，立体车库的 主要 组成 包括控制住框架、控制系统、升降横移 系统 、载车板和安全防护防坠挂钩等。 立体车库结构 如图 21 所示。 立体车库的核心在于载车板的移动，控制系统控制升降横移系统实现载车板移动，以实现存取车。 基于 PLC 和组态的升降横移式立体车库，在立体车库的控制系统中， 把上位机作为系统监控机器 ， 利用组态王的数据通信功能 ， 完成数据处理和图形显示效果 ， 通过现场总线，实时接收和处理下位机 PLC 从现场采集的各种设备状态、控制信号、报警信号等 ,并利用这些信号驱动组态监控界面中的图形 ， 实时显示和反应现场的各种状况 ， 形成友好的人 机界面 ， 对现场进行监控，对操作运行和故障给出提示、报警等 [4]。 图 21 升降横移式立体车库主要组成 立体车库的控制系统原理，由 PLC 和组态 构成完整 的 监控系统 ， 上位机 由组态软件设计，上位机 给出存取命令 ， 控制 PLC 去执行 ， 同时车库的运行状态实时被上位机采集，实时反映在上位机上 [5]。 实现 车位的 载车板根据呼叫信息完成 移动，实现自动存取车过程，以及防坠挂钩的弹出 和收回保证载车板的安全。 立体车库的控制系统采用了上位机和下位机双向控制， 实现完全的人机分离操作，安全性更高 ，系统的 6 可靠性也得到了大大的提升。 总体控制方案 升降横移式立体停车库是通过升降或横移载车板的方式来存 /取车辆。 在系统整体框架下，主要的控制系统 是载车板的升降横移，来实现存 /取车。 所以以载车板控制为主要研究对象，组态软件为监控系统设计整个系统 总体控制方案。 图 22 系统 整体设计 具体的系统 整体设计 如图 22 所示。 当组态界面的相应车位按钮的存 /取车按钮时，由上位机给 PLC 发送 呼叫 车位信号，当 PLC 接收来自上位机的车位位移指令后，在可编程控制器里编辑程序控制载车板的移动的方向，确定移动载车板的信 息，及电机的 正反转运行等 相应动作 后 ，在 PLC 的输出端口，利用西门子编程的数据传输指令，将数字量的数据输入端口，到达上位机，组态控制程序内。 上位机接收 PLC 的升降横移信息，在组态里 显示其整个监控过程 ，完成一个存 /取车位系统的控制和组态 过程 ，同时实现上位机和下位机的相互控制过程。 系统整体 设计中 每个模块实现的功能。 控制按钮模块：在呼叫信号给出以后，系统能自动完成存取车动作，且组态软件要实现监控作用。 组态监控模块：组态软件的监控界面设有立体车库的控制面板和车位指示灯，及一些系统按钮如系统开关、复位按钮、急停按 钮等。 不仅能实现对 PLC 现场执行的实时监视又要实现对其控制功能。 车位指示模块：立体车库相应车位在执行存取车动作时，系统应有闪烁指示灯提示系统正在存取， 且 车位指示灯要显示当前车位状态是否被占用。 防坠挂钩模块： 安 全措施防坠挂钩在车位载车板移动时应自动弹出，当存取结束 7 时应收回。 立体车库的车位移动方案 车库设计为三层七车位的立体车库，在 3x3 的立体空间里，要实现车位的移动，最多可设计 七个移动车位，两个空位 ，空位的主要是为载车板的移动 ，车位信息如图23 所示。 一般的立体车库的特点是顶层的车位只能升降，底 层的车位只能横移，车位的 移动方案如下： 图 23 车位示意图 二号车位存 /取时，五号和七号车位同时右移一个车位，二号车位开始下降至七号车位的原始车位点，小车上载车板，二号载车板上升至起始位置，五号、七号载车板同时左移一个车位，回到起始点，二号存 /取完成。 三号车位的存 /取时，由于下方五车位，所以三号板呼叫时，三号载车板直接下降到一层，小车上载车板，然后三号载车板上升至起始位置，三号存 /取完成。 四号车位存 /取时，六号车位和七号车位右移一个车位，四号车位下降，存 /取车，四号车位上升，然后六号七号车位左移一个车位回到起始点。 五号车位存 /取时，下方的七号车位有一个车位，五号下降，到达一层，开始存 /取，五号车位上升，七号车位左移回到起始位置。 六号和七号车位的存 /取车不要移动载车板，直接延时进行存 /取车即可。 8 每次存取车后的其它载车板都要归位，以便系统的下次移动确定。 以上移动方案比较与其他移动方案优点在于其下方载车板可以实现整体移动，以便编程及监控实现。 9 第三章 立体车库 控制 系统 设计 系统 硬件设计 立体车库的 硬件设计主要包括 硬件 的 选型 和主要电路的设计。 根据 之前的整 体系统设计的方案 ， 本次立体车库的主要应用的硬件如表 31 所列出的。 表 31 硬件型号 名称 数量 型号 备注 PLC 1 西门子 S7200 CPU 型号 226CN PPI 通信线 1 USB 转 PPI 电机 5 三 相 异步电机 计算机 1 带编程软件 导线 若干 中间继电器 5 指示灯 10 24V 电源灯 PLC 简介 PLC 是英文单词 Programmable Logic Controller 的缩写，意思为可编程逻辑控制器，最早的为了应用与工业工程的控制而产生的， 本次 设计 选用的是西门子 S7200型号的小型控制系统 ， S7 系列 PLC 是西门子公司生产的小型可编程控制器， S7200是 S7 系列中的小型 PLC，常在小型自动化设备中使用。 可以根据使用的 CPU 模块不同而进行分类，其他类型也可以通过扩展模块来增加其功能。 在综合考虑上， S7200在工业工程的环境下，且 相对而言的小型系统控制应用比较合适，很适用于一般的工业控制 的小型系统，在一般的工作环境下系统运行稳定，学习使用相比于其他的 PLC来说简单方便，更加适合初学者的使用。 但 S7200 属于小型控制系统， I/O 点数比较有限，不 能应用于复杂的工业控制，以及对运算精度不苛刻。 在输入输出点的选择上是而可行的，考虑点配置的基础上， PLC 的 CPU 型号选择为 226CN，这个型号的 CPU有 24/16 的点配置 ， 6 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 1 个 RS485 通讯 /编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自 10 由方式通讯能力 ， 是具有较强控制能力的控制器。 系统子 电路 设计 升降横移 系统 主要 是对电机的正反转控制。 为了在系统运行时候，实现载车板的恒速平稳的运行，电机采用变频调速 ，变频调速 主要 应用在本次系统的电机启动和启停的速度控制上。 它与传统的交流电机拖动系统相比较，利用变频器对交流电动机进行调速控制有许多优点，例如节省电力、对于电机的调速容易实现且可以实现连续控制的特点、速度控制的精确比较高等。 在本次设计重要的是容易实现电动机的正反转切换，可以进行快速起 /停转动。 这些优点可以让立体车库系统的存取车效率更高，系统的性能更加优越。 立体车库系统主电路是对电机的控制， 如 图 31 是一个电机的控制硬件接线图，如图，当 KM1 闭合时，电机正转；当 KM2 闭合时，电机反转；当 KM KM2 都断开时，电机停转， 立体车库系统处于停止运行 ，在 KM1 和 KM2 之间形成互锁环节。 图 31 电机控制 主电路 安全设备主要是对防坠挂钩的设计， 防坠 挂钩 的控制是用一个电磁铁 动作 实现的控制功能 ，如图 32 所示 防坠挂钩的原理图。 由一个电磁铁开关的控制挂钩的弹出 和收回 ，通过牵引绳索到挂钩， 当电磁铁得电时， 拉动挂钩， 挂钩 弹出 ，载车板可以移动，当电磁铁失电时， 绳索牵引力消失，挂钩收回，锁定载车板的移动， 防止载车板的下落。 防坠挂 钩的硬件设计使用中间继 11 电器实现，用线圈得电和失电 模拟防坠 挂钩的动作。 图 32 防坠挂钩原理图 系统硬件总体 设计 硬件整体包括主电路和辅助电路的接线图， PLC 主要控制电机的正反转以实现载车板的移动，还有防坠挂钩的动作以及 系统开关、急停开关、复位开关。