浙工大基于PLC的立体车库控制系统设计

I摘要随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是改革开放以来，城市汽车量的不断增加。以往那种单层平面的停车场也越来越不能满足市场的需求。对多停车位、少占空间、使用造作简单、安全可靠的立体停车库的建设是解决目前寸土寸金的大城市内停车难的有效办法。立体车库是一种多平面的空间停车库，通过可编程控制器PLC控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间停车的功能。升降横移立体车停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来取车辆。本文介绍了基于可编程控制器(PLC)的车库控制系统，简述了3层3列式7车位升降横移式立体停车库的工作原理、结构特点、并通过PLC软件设计及其优化，实现了立体车库的自动控制。整个系统由载车部分、传动系统、控制系统等组成。用PLC内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动实现存取车的自动化。该系统又具有以下保护功能：急停、断电保护。关键词：立体停车库可编程控制器PLC自动控制II目录1绪论.............................................................11.1课题设计的目的及意义........................................11.2国内外研究现状..............................................21.3课题设计的内容..............................................32PLC的简介与立体车库的概述........................................42.1可编程控制器的介绍..........................................42.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤.............................52.3立体停车库概述..............................................73升降横移立体车库硬件的设计.......................................103.1升降横移式立体车库的基本结构...............................103.3主电路图...................................................123.4器件选型...................................................144立体车库控制系统软件的设计.......................................194.1PLC设计流程图..............................................194.2PLC的端子接线图............................................214.3立体车库的I/O分配表.......................................234.4梯形图设计.................................................244.5程序仿真...................................................265结论与展望........................................................295.1结论.......................................................295.2展望.......................................................29致谢................................................................30参考文献............................................................31附录................................................................321基于PLC的立体车库控制系统设计1绪论1.1课题设计的目的及意义随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，截至2011年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。其中，汽车保有量首次突破1亿辆。而早在2000年，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。通过以上数据可以看出，短短10年里，中国的机动车辆增加了17倍汽车增加了16倍。而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止2007年底，市区仅有公共停车场828处，共计车位5.7万个，仅占市区机动车拥有量的8.6万，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的229个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现状的调查城市机动车保有量与停车位之比平均为4：84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万—80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为20%—30%[1]。停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。21.2国内外研究现状1.2.1国内现状我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已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，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。1.2.2国外现状日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。31.3课题设计的内容介绍了基于可编程控制器的车库控制系统，简述了3层3列式7车位升降横移式立体停车库的工作原理、结构特点、并通过PLC软件设计及其优化，实现了立体车库的自动控制。整个系统由载车部分、传动系统、控制系统等组成。用PLC内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动实现存取车的自动化。该系统又具有以下保护功能：急停、断电保护。42PLC的简介与立体车库的概述2.1可编程控制器的介绍2.1.1可编程控制器的概述可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。2.1.2可编程控制器的结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：(1)电源：PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%~+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。(2)中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。(3)存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器5称为用户程序存储器。(4)输入输出接口电路：现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。(5)功能模块：如计数、定位等功能模块。(6)通信模块：如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。2.1.3可编程控制器的的特点及应用(1)PLC的特点①可靠性高，抗干扰能力强②通用性强，控制程序可变，使用方便。③功能强，适应面广④编程简单，容易掌握。⑤减少了控制系统的设计及施工的工作量。⑥体积小、重量轻、功耗低、维护方便。(2)PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：①开关量的逻辑控制②模拟量控制③运动控制④过程控制⑤数据处理⑥通信及联网2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤2.2.1PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率