畢業(yè)報告立體停車庫設計.docx

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畢業(yè)設計報告 課題：立體停車庫設計 系 部 電氣工程系 專 業(yè) 電氣自動化 班 級 姓 名 學 號 指導老師 目錄 目錄 I 摘要 II 第一章 序言 1 1.1 引言 1 1.2 立體停車庫的選題背景和意義 1 2.1 整體方案 3 2.1.1 控制系統的輸入,輸出分析 4 2.2. 元件的選型 5 2.2.1 PLC的選型 5 2.2.2 CPU的選型 7 2.2.3光電開關的選擇 7 2.2.4 控制按鈕的選擇 8 2.2.5 行程開關的選擇 8 2.2.6 電傳感器的選擇 8 2.2.7 驅動電機的選擇 9 2.3 電氣系統關鍵部分設計 10 2.3.1 外圍接線圖 11 2.4 模擬電路 12 3.1 硬件電路組成部分 14 3.3 流程圖 16 3.4 接口設計 16 第四章 立體停車庫的軟件設計及程序 20 4.2 Step7-Micro/WIN32編程軟件簡介 22 4.3 STEP7的程序結構 24 4.4 PPI連接 24 4.5 程序分析 25 第五章 立體停車庫的監(jiān)控與調試 31 5.1 安全監(jiān)測系統 31 5.2 調試與仿真 31 第六章 結論 33 6.1、論文總結 33 6.2、感想 33 致 謝 34 摘要 當汽車以一種改變生活方式的姿態(tài)向我們走來，并成為這個時代的城市標志時，然而消費者的汽車卻被迫停泊在城市規(guī)劃的無奈中。所以實現各種車輛的自動停放及科學寄存的倉儲設施迫切需求，而立體車庫的誕生解決了這一難題。 本文介紹了升降橫移式立體停車庫的工作原理，確定了以PLC為主控單元的控制方案，并對控制系統的輸入，輸出進行了詳細分析，完成了控制系統的輸入，輸出分配和PLC選型，設計了控制系統的程序流程圖，完成立體停車庫控制系統設計。 立體停車庫屬于倉儲設施,專門為各類車輛自動停放，科學寄存.其由鋼構架、回轉臺（采用埋人式）、輸送車或升降電梯、監(jiān)控操作臺及輔助設備（消防、配電、防盜機構）六大部分聯合構成,目前，在國內一些經濟較發(fā)達，人口密度較大的城市中開發(fā)推廣,并已經日趨成熟。 關鍵詞：立體停車庫；PLC；行程開關 第一章 序言 1.1 引言 車輛無處停放的問題是城市的社會、經濟、交通發(fā)展到一定程度產生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30-40年的歷史，無論在技術上還是在經驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已有十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機械車庫與傳統的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。 機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。 1.2 立體停車庫的選題背景和意義 當前隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們購買力的增強，汽車已經逐漸走入普通家庭，特別是私家車的數量迅速增長，一些大型城市面臨“車多位少”的困境，迫使很多車主直接把車停在道路上，一方面影響了交通暢通，帶來了交通安全隱患，另一方面也不利于車輛的管理，車輛容易被破壞或者被盜，給車主帶來財產損失，而與此相對應的城市交通停車建設的緩慢，與現有的車輛數量產生很大的矛盾，形成目前城市停車現狀的尷尬局面。 盡管交管部門進行了一些靈活變通的有益嘗試，主要是在不影響動態(tài)交通（行車）、非機動車和行人的前提下，設立路邊停車位，以及在臨時空地上設立停車場。 我國的土地資源緊張，在現有的土地資源上建設那么多的停車場，顯然是不可行的，如何才能充分利用有限的土地資源讓其盡可能的停放更多的車輛呢？通常有以下集中解決的辦法：廣場式停車場、路邊停車區(qū)、機械式立體停車庫、地下停車場等，在城市的中心寸土寸金的土地資源不可能用來做廣場型停車場和路邊停車，地下車庫由于其造價高和施工周期長的問題，而立體停車庫能充分的利用有限的土地資源，發(fā)揮其空間優(yōu)勢，在有限的土地上最大限度的停發(fā)車輛，同時也更好的對停放車輛進行統一的管理，成為了解決停車問題的很有效的途徑，國家經茂委已經將“城市立體停車庫”列為近期行業(yè)技術發(fā)展重點，因此立體停車庫是具有廣闊的發(fā)展前景的。 當前立體車庫系統存在的問題： (1)機械停車設備應用不廣泛,缺乏一定的了解與認識； (2)機械停車泊位現狀供應規(guī)模小,停車設備類型單一； (3)現有的械式停車庫基本屬于配建,實際投入運營率不高； (4)缺乏政策扶持,推廣建設速度緩慢； (5)現有規(guī)范標準陳舊落后,報建項目實施難度大。 但隨著人們對社區(qū)生活的要求不斷變化提高，對汽車的需求成為大多數人的愿望的時候，建造立體車庫一定會形成人們的共識。出現這種現象除了和停車設備行業(yè)的發(fā)展本身涉及到停車立法、收費政策、城市規(guī)劃、交通管理等諸多方面困難和阻礙之外，停車設備設計本身存在缺限，設計制造成本過高而導致的車輛收費過高，關鍵自動化技術水平低下也是主要問題之一。第二章 立體停車庫的電氣控制系統 2.1 整體方案 升降橫移立體停車庫車位結構為N*M二維矩陣形式，可設計為多層，多列。由于受接連裝置及進出車時間的限制，通常設計為2到4層（國家規(guī)定最高為4層），其中以2、3層者居多，實際上可以根據泊車的多少決定立體停車庫的規(guī)模。車庫提供的總車位容量為：P=N*M-(N-1),其中N為二維矩陣的行，及車庫的層數，M為二維矩陣的列，即車庫的列數。 本次設計一個雙層5車位的升降橫移式立體停車庫：上平面U和下層面M。上平面U只能進行升降動作，下層平面M只能進行平移動作。立體車庫中總共有6個車位，其中一個為空車位向載車板提供上升和下降的通道，另外5個車位用于存放車輛。當下層平面M車位進出車時，不需要移動其他托盤就可以直接進行進出車的處理。當上平面U車位進出車時，首先要判斷其對應的下方位置是否為空，不為空時要進行相應的平移處理，直到下方為空才可以進行下降動作到達下層平面M，進行進出車處理，進出車完畢后上升回到原來的位置，根據運動的規(guī)律存取車的過程包括三個步驟： 1. 為了燃氣那個觸控為，載車板需要橫移； 2. 為了存取車，需要載車板的升降； 3. 載車板左右橫移一個準確的停車位行程開關和升降到準確的位置。 升降橫移式立體車庫的系統控制原理：操作者(人)要通過控制系統信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統，經系統處理后，系統把可識別的控制信息通過輔助設備驅動執(zhí)行結構，來完成車庫現場的運作。其系統控制原理框圖,如圖2-1所示 圖2-1 PLC的硬件系統結構框圖 在升降橫移式立體車庫中，控制系統中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統就是使它們在不同的時間內實現正反轉;其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。一般小型車庫選用按鈕操作，界面清楚，易于操作，但對于大型車庫來說要用上位機來進行對其控制。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置，因本系統只有開關量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此可不必再另外增加其它抗干擾措施。 升降橫移立體停車庫以停放轎車為主,其代價較昂貴,而且立體停車庫使用時涉及到人身和車輛的安全,所以對設備的安全性和可靠性要求非常高。整個車庫設計由一臺PLC對車庫進行統一的管理和監(jiān)控，PLC采用了以計算機為核心的通用自動控制裝置,集微機技術、自動化技術、通訊技術為一體,可靠性強、性價比高、設計緊湊、擴展性好、操作方便,適用于頻繁啟動和惡劣的環(huán)境,因此在立體停車庫控制系統中通常采用PLC作為電控系統的核心。 2.1.1 控制系統的輸入,輸出分析 輸入分析: (1) 觸摸屏. 觸摸屏是控制系統的操作界面,應該設有車位的選擇,啟動\停止,急停,自動\手動切換等控制按鈕. (2) 讀卡器. 讀卡器用于識別車主信息,便于管理. (3) 控制柜. 在入口處設有電器控制柜,所有電氣控制元件均裝于柜內,控制柜上還有手動控制按鈕,用于實現手動控制. (4) 傳感器. 包括光電傳感器,行程開關,限位開關等. 輸出分析: (1) 平移和升降電機. 載車板的左右平移和上下移動由電機的正反轉控制. (2) 防滑裝置. 當頂層載車板停放完畢后,為防止載車板墜落,在相應的位置裝有防墜裝置,由點此驅動打開和關閉. (3) 車庫的指示裝置. 運行燈,報警器和警鈴.車庫中的車位動作時,運行燈亮,提醒人員注意;當出現緊急狀態(tài)時，報警燈閃爍，同時警鈴響起。 2.2. 元件的選型 2.2.1 PLC的選型 PLC由原始可編程控制器發(fā)展至今,其產品種類繁多,功能也不盡相同,按其結構形式的不同,主要可把PLC分為整體式(單元式)和組合式(模塊式). 整體式PLC是將中央處理器,存儲器,輸入單元,輸出單元,電源,通信端口,I\O口擴展端口等組裝在一個箱體內構成的一個整體,它具有結構簡單緊湊,體積小,性價比高的特點.微型,小型PLC一般采用這種整體式結構,整體式的結構如圖2-2所示 圖2-2 整體式結構 組合式PLC是把PLC的各個組合部分劃分為若干個單獨的模塊,并將這些模塊獨立地進行物理封裝,如CPU模塊,電源模塊,I\O模塊和其他功能模塊,各個模塊可以插在帶有總線的底板上,組合結構PLC的特點是配置靈活,輸入接點,輸出接點的數目可以靈活選擇,各種功能模塊可以根據需要自由選擇,組合式PLC的組合如圖2-3所示 圖2-3 組合式PLC的組成示意圖 PLC的工作原理 可編程控制器作為一種基于計算機的運算控制裝置,作為電氣控制裝置,PLC必須接入電路,與主令器件,傳感器及執(zhí)行器件共同構成系統才能承擔控制任務,PLC將工業(yè)控制中的各種信號和運算結果存入自己的輸入儲存單元中,并將運算結果通過設備去控制執(zhí)行器已完成各種工業(yè)任務控制. 作為輸入存儲單元及輸出存儲單元聯系的應用程序則是控制的核心,即可編程控制器PLC的應用程序是表達存儲單元之間相互聯系的,存儲單元的狀態(tài)代表控制系統中的各種事件,而可編程控制器執(zhí)行應用程序以完成既定的控制任務.如圖2-4所示 圖2-4 PLC的工作過程 PLC的運行工作過程大體可以分為三部分. (1). 第一部分是上電處理過程,PLC開始工作是要對系統進行初始化,包括硬件初始化,I\O模塊配置檢查,停電范圍設置等,這些都需要通過上電處理. (2). 第二部分是掃描過程,當PLC運行時,需要執(zhí)行縱多的操作,但CPU不能同時去執(zhí)行這么多的操作,只能按分時操作,這種工作方式就是串行工作方式,也成為PLC的掃描工作方式.PLC用掃描的工作方式執(zhí)行用戶程序時,從第一條程序開始,在沒有中斷或者跳轉控制的情況下,按照用戶程序存儲的先后順序,逐條執(zhí)行程序,直到執(zhí)行完成,然后再次從頭開始,這樣往往復復的執(zhí)行下去. (3). 第三部分是出錯處理,PLC在沒掃描一次,就會執(zhí)行自診斷檢查一次,確定PLC是否正常動作,如CPU,電池電壓,I\O,程序存儲器等,如果出現異常,CPU自身的動作面板上的LED及異常繼電器就會接通,在特殊寄存器中會存入出錯代碼,當出現致命錯誤時,CPU就會被強制停止為STOP方式,所有的掃描停止. PLC是目前世界上在工業(yè)控制方面應用最為廣泛的控制器，發(fā)展到今天已經具有較多的種類，每類PLC都有較多的型號。以三菱PLC為例，擁有FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC等型號。各型號的輸入點數和輸出點數不同，輸出形式也不盡相同。本文中由于控制對象較多，各對象的工作過程也不盡相同，所以需要較多的輸入點和輸出點。通過前文的敘述，共有41個輸入點和20個輸出點，且控制對象就是電動機。所以選用型號FX2N-128MP-001的PLC作為控制單元。 2.2.2 CPU的選型 S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。 S7-200系列在集散自動化系統中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統。 CPU單元設計 集成的24V負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫撦d電源。 　 不同的設備類型 CPU 221-226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓、 數字量輸入/輸出點。 　　CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224XP具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。 可方便地用數字量和模擬量擴展模塊進行擴展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對本機輸入信號進行仿真，用于調試用戶程序。 2.2.3光電開關的選擇 光電開關(光電傳感器)是光電接近開關的簡稱,它是利用被檢測物體對光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,從而檢測是否存在物體.物體不限于金屬,所有能夠反射光線的物體均被檢測到.立體停車庫中,光電開關主要用來檢測車庫有無車的檢測裝置是否?？康轿?光電開關由投光器和電源組成,投光器常用發(fā)光二極管,受光器再根據接收道德光線的強弱或有無對目標物體進行探測.如圖2-5所示 圖2-5 光電開關的發(fā)射端和接收端 光電開關是傳感器大家族中的成員,它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的.由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的(即電絕緣),所以它可以在許多場合得到應用. 2.2.4 控制按鈕的選擇 在本設計中，需要用按鈕對電源以及輸入點進行控制，根據不同的功能選用一下幾種按鈕： （1） 開啟式按鈕：用于控制臺，控制柜的面板。 （2） 緊急急停按鈕：有紅色大蘑菇頭突出于按鈕螺旋帽之外，供需要緊急切斷電源時使用。 （3） 旋轉式按鈕:用于總電源的開關轉換按鈕。 （4） 帶燈按鈕：帶有指示燈的按鈕，尚可兼做指示燈。 2.2.5 行程開關的選擇 升降式立體停車庫橫移和升降定位所運用的檢測器件為行程開關。行程開關是將機械位移轉變?yōu)殡娦盘?，以實現對機械運動的電氣控制，應用于車庫系統限位保護盒行程控制。行程開關靠外加機械力使觸點動作，可分為三種:快速動作，非快速動作和微動。非快速行程開關在機械系統的移位控制中被廣泛的使用，其缺點就是觸頭的通，斷速度與機械運動部件推動推桿的速度有關。當運動部件移位較慢時，觸頭打開與閉合的速度緩慢，觸頭斷開時產生的電弧維持時間長，容易損壞觸頭。當運動部件移動速度小于0.4m/min時應當選用快速動作的行程開關。停車庫中的部件的運動速度均大于這個速度，使用的均為非快速行程開關。 2.2.6 電傳感器的選擇 升降橫移式立體停車庫中，光電開關主要用來檢測車庫有無車的檢測裝置以及檢測車庫是否?？康轿缓褪欠癯荨９怆婇_關由投光器，受光器和電源組成，投光器常用發(fā)光二極管，受光器常用光敏元件。它的工作原理：使投光器和受光器相對，當被檢測物體擋住從投光器射出的光線時，受光器得到信號。并根據光學系統檢測方式分為：透光方式和反射方式。在停車庫中所應用的光電開關均有這兩種形式。 光電開關的布置 光電開關布置在不同的位置有不同的功能：分別安裝在托盤底層左右兩邊的光電開關,可以檢測托盤上汽車停放是否到位;在托盤對角線上安放的光電開關可以檢測托盤上有無車;裝設于停車庫車輛入口處左右兩側的光電開關還可以用于檢測外界的錯誤動作和車位移動時出現的異常情況等,如車輛未停妥、動作區(qū)域有人或物、運行過程中有車想開進等意外情況,光電開關光線被遮,會給PLC一個電平變化信號,從而改變PLC的輸入,蜂鳴器發(fā)音報警,設備不作運行或停止運行。如圖2-6，2-7所示 圖2-6 光電開關接線圖 圖2-7 光電開光電路圖 2.2.7 驅動電機的選擇 在此驅動元件是完成車庫托盤的橫移和升降的專用減速電機，查閱相關資料得知升降速度4-6m/min；橫溢速度8-10m/min;最大提升重量2200kg;升降機構電機功率2.2kw；橫溢機構電機功率0.7kw。則本設計選用的Y80M1-2三相異步電動機，升降選用Y90L-2三相異步電動機，兩種型號電動機性能技術數據如表2-8所示電動機的技術數據 表2-8 驅動電機選擇數據 由于升降橫移式立體停車庫的控制核心單元選用可編程控制器，可編程控制器內部驅動都是弱電直流器件，內部最大的電壓不超過+24v，所以電機應外接電源380v工業(yè)交流電。對于每一部電機，可編程控制器的輸出單元都有兩個輸出點，分別驅動?，F已驅動三號車位為例，實現正反轉的兩個交流接觸器如圖2-9所示 圖2-9 實現正反轉的交流接觸器 2.3 電氣系統關鍵部分設計 PLC接線設計：在升降橫移式立體停車庫中，控制系統中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統就是使它們在不同的時間內實現正反轉，其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置，其簡化接線圖,如圖5-3所示 2.3.1 外圍接線圖 型號為FX2N-128MR-001的PLC外圍接線圖如圖2-10所示，清楚的表明了其I/O口的分配和使用情況。 圖2-10 FX2N-128MR-001的PLC外圍接線圖 2.3.2 LC程序編寫 程序編寫過程的分析： （1） 當在第一層7停車位和8號停車位存取車輛時，載車板不需要移動，可直接存取。 （2） 當在第二層4號停車位和5號停車位存取車輛時，首先將第一層的載車板在水平方向上移空，然后第二層的載車板下降到第一層進行車輛的存取。 （3） 當在第三層的1號停車位2號停車位和3號停機位存取車輛時，首先將第一層和第二層上的停車位對應的載車板向右移動，然后第三層載車板下降到第一層進行車輛的存取。 以在2號停車位存取車輛為例進行編寫的分析： 首先在操作面板處依次按下2號停車位和存車或取車按鈕，PLC控制5號停車位和8號停車位的載車板向右運動。如果5號停車位和8號停車位的載車板檢測結果由常開變?yōu)槌ｉ]，表明該停車位的載車板已經開始移動。6號停車位的載車板（號9車位）的限位開關檢測為常閉，即5停車位的載車板（和8號停車位的載車板）已經向右運動到6號停車位（9號停車位），2號停車位的載車板準備向下運動；當8號停車位限位開關的狀態(tài)變?yōu)槌ｉ]時（即2號位載車板已經移動到8號停車位）。載車板的檢測同樣為常閉時，車輛即可停放到8號停車位的2號載車板上，直到光電開關檢測車輛為常閉，為保證安全延時3秒鐘后載車板再向上移動，當2號停車位上的限位開關檢測為常閉時，車輛的存取過程結束。 2.4 模擬電路 模擬電路如下圖2-11，2-12，2-13所示 圖2-11 模擬電路圖1 圖2-12 模擬電路圖2 圖2-13 模擬電路圖3 電路中原點限位開關I0.2和一層限位開關I0.4一直處于開的狀態(tài)，當選擇停車所在的行列數，以二層二列為例，二列限位開關I2.1輸入，二列選擇開關I2.4輸入，二層限位開關I0.5輸入，二層選擇開關I2.4輸入。這樣就給托盤一個水平向左的信號，表現在模擬電路中就是Q0.1對應的燈亮，到達二列后輸出一個垂直向上的信號，表現在模擬電路中就是Q0.2對應的燈亮，這是到達二層二列，輸出一個托盤水平向前運轉的信號Q0.4，表現在模擬電路中就是Q0.4對應的燈亮，這樣車就停好了，在這一系列的動作之后托盤回到水平原點，等待下一次的存車。取車的時候跟上述過程一樣，最后一步的托盤水平向前運轉信號Q0.4變成托盤向后運轉信號Q0.5，表現在模擬電路中就是對應的Q0.5的燈亮。這樣就做到了立體停車庫的存取車工作。第三章 立體停車庫的硬件電路設計 3.1 硬件電路組成部分 觸摸屏作為控制系統的操作界面,包含密碼設置及保護程序,存取車管理等功能,除顯示時鐘與日期,空車位提示外,還設有位選擇,啟動\停止,急停,自動\手動切換等功能軟鍵. 運行方式分自動和手動兩種,可通過開關切換,在車庫正常運行時使用自動方式,在設備維修和調試是可使用手動方式.自動方式和手動方式均采用PLC可編程控制器控制,因此可保證設備在任何方式下的安全運行.系統硬件組成如圖3-1所示。 圖3-1 系統硬件組成 3.2 電路圖 圖3-3 PLC外部接線圖 手動控制部分： 為了保證立體停車庫能更加安全的運行和控制，在停車控制系統中增加了不少手動控制部分，這些手動部分一方面為了安全方面的考慮，另一方面也有易于停車庫的維修，在停車庫軟件控制系統中所有的狀態(tài)元件、存儲器，定時器都采用具有掉電保護功能的元器件，以保證上電后系統能夠按照原來的數據程序繼續(xù)運行，系統中設計的緊急開關，以防止發(fā)生意外情況后能夠立即中斷系統，當系統在運行過程中出現電機過熱或其他的機械故障，系統會發(fā)出報警指示，能夠迅速終止系統運行并轉為手動操作?？紤]到一些意想不到的突發(fā)情況，系統設計了緊急開關，便于在任何情況下系統都能夠終止系統的運行。因此在停車控制系統中的手動部分的設計使得停車庫的停車更加安全便捷。 3.3 流程圖 取車的流程圖跟存車的流程圖類似。如圖3-4示 開始 是否到位 啟動急停開關 否 啟動N列限位開關，N列選擇開關 是 啟動M列限位開關，M列選擇開關 托盤向前移動進車 托盤向后移動開始復位動作 啟動水平原點限位開關 托盤復位，回到原點，系統復位，等待存取車 圖3-4 存取車的流程圖 3.4 接口設計 電力接線通信技術，英文簡稱PLC，是指利用電力線傳輸數據和話音信號的一種通信方式。該技術是把載有信息的高頻加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調制解調器再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計算機或電話上，以實現信息傳遞。該技術在不需要重新布線的基礎上，在現有電線上實現數據，語音和視頻等多業(yè)務的承載，也就是實現四網合一。終端用戶只要插上電源插頭，就可以實現因特網的接入。 隨著計算機硬件、軟件的快速發(fā)展，特別是網絡技術的快速發(fā)展，著名工控廠家及系統集成商大力開發(fā)以太網產品，關注PLC的直接上網問題。 （1） 直接接入 PLC 每種PLC CPU的串口或一般通訊模塊所支持的普遍方式是從（Slave）方式，即使它支持主（Master）方式，相應通訊協議也是專有協議，不是開放的協議。對于一些PLC如GE90系列PLC，它有一種模塊，該模塊通訊方式為主方式，可以使用不同通訊協議編程，與智能設備通訊，這是解決方法之一。結構圖如圖3-5所示 圖3-5 PLC接入圖 這種方法智能設備與PLC的數據交換的速率是串口的速率，智能設備采集的數據可以在PLC控制流程中使用。設備通訊協議一致且數量不多時，比較適合這種方式，總的通訊速度就會較慢，通訊的協議不一致，就會占用該模塊較多內存。 3.5 I/O口連接 輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產現場之間的連接不見。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數據，一這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據；同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象以實現控制目的。在本次立體停車庫的設計中是選用S7-200系列PLC中的226DC/DC/DC，它的可用輸入點數為24，可用輸出點數為16，系統CPU采用的是24輸入/16輸出的西門子S7-200系列PLC中的DC/DC/DC，可用到其中的16個輸入和14個輸出，I/O點的分配是輸入從I0.0至I1.7，輸出從Q0.0到Q0.7。 根據設計要求，其輸入點共30個，：車位選擇開關6個，車位限位開關6個，光電檢測2個，下層載車板平移行程開關3個，鏈條檢測輸入3個，緊急停止按鈕和復位按鈕各1個，防墜落安全裝置的電磁鐵輸入3個，電動機熱繼電器輸入5個。輸出點共10個：電動機接觸器輸出5個，電磁鐵輸出3個，蜂鳴器和警燈。 根據控制系統設計的要求及選定的PLC型號，確定系統I/O地址分配如下圖3-6所示： 圖3-6 系統I/O地址分配 第四章 立體停車庫的軟件設計及程序 4.1手動控制部分 由于PLC的穩(wěn)定性，可靠性，適應性都很強，且其編寫程序簡單，目前立體停車庫的設計大都采用PLC的設計，PLC編程語言分為梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言，其中梯形圖語言使用最為普及，因此本次設計采用PLC的梯形圖語言進行編程，根據控制要求，系統輸入地址分配如表4-1所示，輸出如表4-2所示。 圖4-1 系統輸入地址分配 圖4-2 系統輸出地址分配 圖4-3 201自動存取車 圖4-4 202自動存取車 圖4-5 203自動存取車 根據立體停車庫控制流程圖以及實際設計所遇到的問題，采用PLC梯形圖語言進行編程病不斷修改，將立體停車庫二層的三個車位自動存取采用順序編程，以及手動部分的編程，總體采用主程序調用的方法對自動和手動子程序進行調用，從而實現立體停車庫存取車的控制，立體停車庫的程序見附錄。 4.2 Step7-Micro/WIN32編程軟件簡介 S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，有西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。它是西門子S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具。 STEP7-Micro/WIN32的主界面如圖6-1所示。與傳統的Windows的窗口相似，界面包括菜單欄、工具欄、瀏覽欄、指令樹窗口、程序編輯器窗口、輸出窗口和狀態(tài)欄窗口等部分。 菜單欄包括文件（File）、編輯（Edit）、視圖（View）、PLC、調試（Debug）、工具（Tools）、窗口（Windows）和幫助（Help）等8個主菜單項，菜單欄還提供了使用鼠標或鍵盤進行操作的主要方式。幾乎所有的軟件功能都可以在菜單欄上找到操作的方法。 工具欄將最常用的操作以按鈕形式設定到主窗口，提供給用戶最便利的鼠標訪問。用戶可以根據需要和習慣定制工具欄的內容和外觀。該軟件提供三組工具——標準、調試和指令?？捎萌缦路椒ㄟx擇：單擊“視圖”（ View ） “工具欄”（ Toolbars） 標準(Standard) 、調試（Debug）、指令（Instruction)，選中的工具組將出現在工具欄中。如圖4-1所示 圖4-1 STEP7-Micro/WIN32的主界面 瀏覽欄提供快速切換用戶窗口的控制按鈕，包括視圖項（View）和工具項（Tools）兩部分。視圖項由程序塊（Programe Block）、符號表（Symbol Table）、狀態(tài)圖（Status Chart）、數據塊（Data Block）、系統快（System Block）、交叉引用（Cross Referance）和通信（Communication）按鈕。單擊任一按鈕，可打開此按鈕對應的窗口。工具欄提供程序設計向導，包括：PID向導、NETR/NETW向導、HSC向導和TD向導。在瀏覽欄單擊“工具”（Tools），然后淡季對應的“指令系統”（Instruction Wizard），出現如圖4-2所示的界面，可進一步進行選擇。 圖4-2“指令向導”初始界面 SteP7可通過編程器在windows環(huán)境下對系統進行配置、程序編制、調試和監(jiān)視，編程功能強盜，用戶界面友好。其編程語言主要有三種:語句表編程語言(STL)、梯形邏輯編程語言(LAD)和功能塊圖編程語言(FBD)，其它編程語言作為可選軟件包使用。 4.3 STEP7的程序結構 為了容易閱讀和理解，編程中常常將程序分成若干部分。STEP7中，將這種具有其自身技術和功能基礎的程序部分稱之為“塊”。在STEP7中，主要包括用戶塊和系統塊，它們在功能、使用方法和結構上各有不同。系統塊包含在操作系統中，包括:系統功能塊(SFB)、系統功能(SFC)和系統功能塊(SDB)。系統塊中包含重要的系統功能函數，如通信功能、一操縱CPU的內部時鐘等。用戶可以調用系統功能和系統功能塊，但是沒有對其進行修改的權利。SFB和SFC不占用存儲空間，但SFB被調用時，其背景數據塊需占用用戶的存儲空間。 4.4 PPI連接 SIEMENS提供的MicroWin軟件，采用的是PPI(Point to Point)協議，僅僅可以用來傳輸、調試PLC程序，并不向外界公布源代碼。在現場應用中，當需要PLC與上位機通信時，普遍使用自定義協議與上位機通信。在這種通信方式中，需要編程者首先定義自己的自由通信格式，在PLC中編寫代碼，利用中斷方式控制通信端口的數據收發(fā)。采用這種方式，PLC編程調試較為繁瑣，占用PLC的軟件中斷和代碼資源，而且當PLC的通信口定義為自由通信口時，PLC的編程軟件無法對PLC進行監(jiān)控，給PLC程序調試帶來不便。 利用PPI協議實現通信，可以大大簡化控制程序的編寫難度。SIEMENS S7-200PLC的編程通信接口，內部固化PPI通信協議，如果上位機利用編程通信口遵循PPI協議來讀寫PLC，就可以省略編寫自定義模式下的PLC的通信代碼，可通過讀寫的方式實現數據和控制命令的通信，如下圖4-3所示。 圖4-3 PPI協議 4.5 程序分析 PLC作為控制器，需要相應的程序來實現系統的運行，在PLC所有的編寫程序中，梯形圖是用的最廣泛的一種，在此設計中程序也是用梯形圖來編的。 PLC由STOP轉為RUN狀態(tài)時，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進行初始復位，并將狀態(tài)S0.0置1.此段程序用到特殊狀態(tài)存儲器SM0.1 SM系統狀態(tài)賦值如下： SM是特殊標志寄存器，特殊內存字節(jié)SM0.0-SM0.7提供八個位，在每次掃描期結尾處由S7-200CPU更新。程序可以讀取這些位的狀態(tài)，然后根據位值做出決定。 符號名 SM地址 用戶程序讀取SMB0狀態(tài)數據 Always_On SM0.0 該位總是打開 Clock_60s SM0.4 該位提供時鐘脈沖，該脈沖在1分鐘的周期時間內OFF（關閉）30秒，ON（打開）30秒。該位提供便于使用的延遲或1分鐘時鐘脈沖。 Clock_1s SM0.5 該位提供時鐘脈沖，該脈沖在1秒鐘的周期時間內OFF（關閉）0.5秒，ON（打開）0.5秒。該位提供便于使用的延遲或1秒鐘時鐘脈沖。 Clock_Scan SM0.6 該位是掃描時鐘周期，為一次掃描打開，然后為下一次掃描關閉。該位可用作掃描計數器輸入。 Mode_Switch SM0.7 該位表示“模式”開關的當前位置（關閉=“終止”位置，打開=“運行”位置）。開關位于RUN（運行）位置時，您可以使用該位啟用自由口模式，可使用轉換至“終止”位置的方法重新啟用帶PC/編程設備的正常通訊。 若此時有存取車的需要，將1號載車板下降到地面為例，此時可按下TD200面板上的F1按鈕，程序跳轉到S0.1狀態(tài)，S0.0復位。 本設計程序中用的最多的指令為順序控制繼電器指令。西門子S7-200系列PLC提供了順序流程的相關指令，即順序控制繼電器指令LSCR,SCRT,SCRE。 使用SCR時有以下限制：不能在不同的程序中使用相同的S位，如PLC控制流程有兩部分，則這兩部分之間不能用相同的位，否則兩部分的流程會混亂。不能在SCR指令中使用JMP和LBL指令，使用JMP和LBL指令，即不允許用跳入或跳出的方法跳入或跳出SCR段，其實對于用順序控制流程指令都能實現跳轉，完全可不用JMP。不能在SCR段中使用FOR,NEXT,END語句。 程序根據下層3個限位開關的信號判定下層兩個車位的移動方向。下層3個限位開關有以下三種情況： （1） 下層4號、5號載車板分別停在1號、2號載車板下方 （2） 下層4號、5號載車板分別停在1號、3號載車板下方 （3） 下層4號、5號載車板分別停在2號、3號載車板下方,1號載車板下方的位置為空。 上段程序為情況1，即下層4號，5號載車板分別停在1號，2號載車板下： 如果下層4號，5號載車板分別停在1號，2號載車板下，則跳轉到S2.3狀態(tài)，S0.1復位，Q0.3得電即5號載車板右移接觸器得電，5號車位開始右移，直至碰到有限位開關，I2.2接通，5號載車板右移停止。狀態(tài)跳轉回到S0.1，S2.3復位，再次判斷當前下層載車板的位置。 上段程序為情況2，即4號，5號載車板分別位于1號，3號載車板下方，此時程序跳轉到狀態(tài)S2.1，同時S0.1復位。S2.1置位后，Q0.1得電即4號載車板在右移接觸器得電，4號載車板開始右移，直至碰到中間限位開關，I2.1接通，4號載車板右移停止。狀態(tài)回到S0.1，S2.1復位。 上段程序情況為3，即4號，5號載車板分別位于2號，3號載車板下方。此時1號載車板下方位置為空，程序跳轉到S1.0，S0.1復位。狀態(tài)S1.0置位后Q2.0被置位即1號電磁鐵得電吸合，1號載車板防墜勾脫開，T37常開觸點接通1號載車板開始下降，T38開始計時，5s后T38常閉觸電接通，Q2.0被復位，電磁鐵釋放。1號載車板下降到位，碰到下限位開關，I0.6接通，下降停止，M0.1-M0.6復位，并跳轉到時S0.0狀態(tài)。此時1號載車板下降到位，可以進行存取車操作。 存取車完畢后，按下TD200面板上F5（Shift+F1）按鈕，M0.4接通，狀態(tài)跳轉到S0.6，檢測載車板上所停車輛是否超長。 若超長報警中間繼電器M3.0被置位，警燈及蜂鳴器進行聲光報警，再排除此報警源后，按下操作面板的RESET按鈕，將M3.0復位，并跳轉到S0.0狀態(tài)。 若車輛沒有超長，則跳轉到狀態(tài)S1.1，Q0.4得電，1號車位開始上升。直至碰到上限位開關I0.0，上升停止，M0.1-M0.6復位，程序跳轉到S0.0狀態(tài)。 主程序以及控制程序分析見附錄B。 第五章 立體停車庫的監(jiān)控與調試 5.1 安全監(jiān)測系統 （1）緊急停止裝置：設置緊急制動開關，當出現異常情況時，能使停車設備立即停止運轉。 （2）車輛有無檢測：為了判斷載車板是否存有車輛，每個載車板上應安裝檢測車輛有無得傳感器。 （3）準確定位監(jiān)測：為了保證載車板是否運動到指定位置，應在相應的車位上安裝檢測載車板是否升降或橫移到位的監(jiān)測裝置。 （4）汽車長度限制裝置：設置超長光電檢測裝置，當進入設備的車輛超過適停車輛尺寸時，設備自動封閉并報警提示。 （5）汽車重量限制裝置：當進入設備的車輛超過適停車輛的重量時，設備自動封閉并報警提示。 5.2 調試與仿真 為了檢驗程序的安全可靠性，必須對程序進行調試仿真，本次調試仿真采用西門子S7-200系列PLC開發(fā)的模擬仿真軟件，由于本次設計涉及到的輸入輸出接口較多，因此采用CPU226和數字擴展模塊為EM223的組合配置，在立體停車庫系統中由于底層不需要升降移動，只需要左右移動，所以底層的車輛可以直接進行停取車操作。 （1）201車位存取車調試 按下所需存取車位按鈕I0.4上電，再按下存車按鈕I0.0，在正常的情況下，主程序調用201自動存取車子程序，使電機正轉，101車盤右移到102車位，當車盤移動到1025右限位開關I2.4時，啟動能耗制動，101車盤停止，同時使得201車盤掛鉤得電動作， Q2.0輸出信號I3.3,從而使得KM5得電，201車盤下降，當車盤下降到101限位開關時，電機制動201車盤停穩(wěn)，進行存取車。 當車輛正確聽到201車盤上后，會觸發(fā)光電開關信號I4.0，當人離開車時觸發(fā)的離車信號I4.3同時滿足時或者當檢測車輛不在車盤上的車輛檢測信號I4.5滿足時，使得線圈KM2得電，電機反轉從而帶動201車盤上升，當車盤上升到201上限位開關I3.0時，使得201車盤掛鉤動作輸出信號I3.3，從而使得KM2線圈得電，電機反轉帶動101車盤左移，當左移到101左限位開關I2.1時，電機制動使得101車盤停穩(wěn)，即整個201車位停取車完成。 （2）202車位停取車調試 按下所存取車位按鈕I0.5上電，再按下存取車按鈕I0.0，在正常情況下，主程序調用202車盤存取車子程序，使得202車盤掛鉤得電動作Q2.1，輸出信號I3.4，從而使得線圈KM6得電，202車盤下降，當其下降到102下限位開關時電機制動使得車盤停穩(wěn)，進行存取車。 當車輛正確停到位后，會觸發(fā)光電開關I4.1得到信號，離車信號輸入端I4.4也得到滿足時或者離車信號I4.7得到滿足時，會使得KM2得電，從而使得電機反轉車盤102上升，當車盤上升到202上限位開關時，使得202車盤安全掛鉤動作輸出信號I3.4，即202車位整個存取過程完成。 （3）203車位存取車調試 按下所需存取車位按鈕I0.6上電，再按下存車按鈕I0.0，在各項指示正常的情況下，主程序調用203車盤存取車子程序，使得KM4線圈得電，其電機正轉使得103車盤左移到102車位，當車盤一動道102左限位開關I2.3時，啟動能耗制動，103車盤停止，同時使得203車盤安全掛鉤Q2.2得電動作，輸出信號I3.5，從而使得KM7得電，電機正轉203車盤下降，擋車盤下降到103下限位開關時，電機制動203車盤停穩(wěn)，進行存取車。 當車輛省卻停在203車盤上后，會觸發(fā)光電信號I4.2，當人離車時的觸發(fā)的離車信號I4.5同時滿足時或者當檢測到的車輛不在車盤上的車輛檢測信號I5.0滿足時，使得線圈KM2得電，電機反轉從而帶動203車盤上升，當車盤上升到203上限位開關I3.2時，使得203車盤的安全掛鉤動作輸出信號I3.5，從而使得KM2得電，電機反轉帶動103車盤右移，當右移到103右限位開關時，電機制動使得103車盤停穩(wěn)，即整個203車位存取車完成。 （4） 手動存取車調試 手動存取車過程中的載車板的每個動作都是獨立的，通過每個動作堵塞輸入按鈕可以使載車板一動道相應的位置。 第六章 結論 6.1、論文總結 立體停車庫集中了現代多方面的先進技術，是科技含量較高的車庫，其中升降橫移式立體停車庫的停車方便、存取速度快、車庫結構靈活、造價低的特點，成為今后停車庫發(fā)展的主要形式。論文在參考查閱大量的相關專業(yè)文獻的基礎上，對立體停車庫控制系統進行了認真和深入的研究。對系統的總體設計思路、設備選型、調試安裝以及程序編制等進行了詳細的說明?？傻贸鼋Y論隨著科技的發(fā)展，各種新技術的不斷涌現，立體停車設備的研究將會有廣闊的前景。在如何提高車庫存取效率方面，可以進行存取策略的進一步研究，探索更好的策略，或者結合控制系統方面考慮，進一步完善車庫對多種復雜情況的處理能力。本文試圖詳盡、清楚地介紹和分析基于PLC的立體停車庫控制系統，由于時間關系以及經驗方面存在的不足，系統設計與實現過程中還有一些不夠完善的地方，比如在控制層、監(jiān)控層的穩(wěn)定性、安全性，以及實時監(jiān)控這一發(fā)展方向還需要做深入的探索，另外如何保證遠程監(jiān)控系統中服務器的安全性也是需要進步解決的問題。 6.2、感想 立體停車庫是一個新新的產物，同時對于我來說是一個全新的領域，以前所學的PLC知識只是簡單的控制一些電機，沒有像這次真正的應用到實際的研究中，通過查閱大量的文獻，大概了了解了立體停車庫的種類和工作原理，同時體會到在這方面仍然存在很大的研究空間。 對于這次的畢業(yè)設計我也有很多的收獲：首先,它提高了我們的自學能力，讓我們通過查閱資料,參考別人的優(yōu)秀作品,學到了許多書本上根本就沒有的知識;然后,進一步提高了我們對PLC的理解,以及對STEP7編程的熟練度。所以說，通過畢業(yè)設計這樣一個鞏固和學習的過程,不僅使我對西門子PLCS7-200型號的PLC有了更深的認識，并且通過這一次的設計使我把所學的知識融入到生活中去了。雖然這個過程可能會有點辛苦，但是辛苦之后的成就感是難以言喻的。 不可否認PLC有其先進性的一面，但在人們平時的生活中卻很少能接觸到有關的東西，往往在工廠生產中才能更好的發(fā)揮其功能，因此我們所學到的只是皮毛中的皮毛而已。 致 謝 首先要感謝的當然是我的論文指導老師——田老師，負責任的她，因為擔心我們其他的事情耽誤了我們畢業(yè)論文的寫作，從一開學她就開始給我們指導，從選題到寫作的內容，她都一一細心地指點和教導，論文中細微的錯誤都給予了我們改正。但更難能可貴的是，田老師很尊重我們自己的想法，她對我們的指導不強硬要求我們全部按她的觀點去做，而是給了我們很大的自由思考的間空。 當然，除了指導老師外，我也不會忘記教會我這些知識的任課老師，正是有了他們孜孜不倦的教導，我才可以掌握這些識知，打好扎實的理論基礎。 此外，我還要感謝我的舍友，有時候論文搞得很晚，打擾到她們休息，但是她們都很體諒我，不怪責我。還有我的同學們，在選題寫作時都給了我意見，讓我更好更快地完成論文。 大學三年過去了，我感謝的人怎么能少了我親愛的父母親，正是因他們給了我良好的學習環(huán)境，給了我無限的關愛，我才可以在大學里面安心學習，以優(yōu)秀的成績回報他們。 我也很感謝我的母?！K信息職業(yè)技術學院，我們學校環(huán)境優(yōu)美，安靜，學風好，為我的學習創(chuàng)造了良好的環(huán)境。參 考 文 獻 [1]伊大成，汽車停車場自動控制系統[J]，電子電路制作，2003年，第七期； [2]張毅剛，彭喜元，董繼成，單片機原理及應用[M]，高等教育出版社，2004年1月，第一版； [3]康華光，鄒壽彬，電子技術基礎_數字部分[M]，高等教育出版社，1998年7月； [4]周堅，單片機輕松入門，北京：北京航空航天大學出版社，2004年； [5]徐瑋，C51單片機高效入門，北京：機械工業(yè)出版社，2007年； [6]李朝青，單片機原理及接口技術[M]，北京航空航天大學出版社，1998年； [7]王幸之，單片機應用系統抗干擾技術[M]，北京：北京航空航天大學出版社,，1999年； [8]何為民，低功耗單片微機系統設計[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2004年； [9]何立民，單片機高級教程[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2000年； [10]張克勤，趙玉，,田芳，非接觸式光纖聲發(fā)射傳感器設計[J]，自動化儀表，1999年。 [11] 付翠玉，關景泰，立體車庫發(fā)展的現狀與挑戰(zhàn)，機械設計與制造，2005。 附錄B