自动双层停车场控制设计

现代控制技术及PLC控制课程设计姓名---------学号-----------------班级机电102班专业机械电子工程院别机械工程学院指导教师李杰2013年7月5日目录第一章引言 (1)I.1设计目的 (1)1.2 设计内容 (1)1.3 设计要求 (1)第2章系统总体方案设计 (2)2.1系统硬件配置及组成原理 (2)2.2系统变量定义及分配表 (4)2.3系统接线图设计 (5)2.4系统可靠性设计 (6)第3章控制系统设计 (7)3.1 控制程序流程图设计 (7)3.2 控制程序设计思路 (8)第4章程序设计、调试及结果分析 (8)4.1 双层自动停车场系统继电器-接触器控制设计 (8)4.2 双层自动停车场系统PLC控制设计 (10)4.3双层自动停车场系统的调试及结果分析 (17)结束语 (19)参考文献 (20)自动双层停车场控制第1章引言1.1设计目的通过本次课程设计掌握PLC的编程原理、思路及硬件的接线方式。

1.2设计内容通过PLC控制高层车位升降存取车辆，实现控制目的。

1.3 设计要求（1）双层自动停车场配置如图1.1所示，上下层共可停5部车。

图1.1（2）本停车场设计规则为1、2、3车位只能上下移动，不能左右移动，4、5只能左右移动，不能上下移动。

（3）下排车位只需直接将车子开出即可。

（4）如要呼叫上排车子，只需按下1至3的按钮，在按下[叫车]按钮，则所按车位将降至下层，而下排车位将左右移动，让出位置让上层车位下降。

第2 章系统总体方案设计2.1系统硬件配置及组成原理2.1.1可编程序控制器PLC的基本组成可编程控制器采用可以程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC的基本组成可归为四大部件（如图2.1）：中央处理单元（CPU板）——控制器的核心；输入部件（I/0部件）——连接现场设备与CPU之间；输出部件——连接驱动或受控元件的接口电路；电源部件——为PLC内部电路提供能源；整体结构的PLC——四部分装在同一个机壳内；模块式结构的PLC——各部件独立封闭，称为模块，通过机架和总线连接而成。

图2.1 PLC的组成框图I/0的能力可按用户的需要进行扩展和组合，另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内。

2.1.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU 要根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令号（或地址号）作周期循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

（1）PLC在输入采样阶段首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁在器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

（2）PLC在程序执行阶段按用户程序指令存放的先后顺序扫描并执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容随着程序的执行而改变。

（3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

2.1.3 系统硬件配置PLC型号的选择：PLC机型选择：机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证、维护使用方便以及最佳的性能价格比。

具体就考虑几个方面：结构上合理，安装要方便；功能上要相当；机型上应统一；是否在线编程；是否满足响应时间的要求；对联网通信功能的要求；其他特殊要求等。

PLC容量的确定：PLC的容量指I/O点数和用户存储器的容量两方面的含义。

在选择PLC型号时不应盲追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有裕量，以做备用或系统扩展时使用。

I/O模块的选择：I/O部分的价格占PLC价格的一半以上。

不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。

2.1.4 系统组成原理自动双层停车场的运行原理即升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆，其原理如图1.1所示。

下排车位只需直接将车子开出即可。

如果要呼叫上排车位，只需按下1至3的按钮，再按下[叫车]按钮（如图2.2），则所按车位将降至下层，而下排车位将左右移动，让出位置让上层车位降下来。

即底层只能平移，顶层只能升降。

除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。

当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作。

图2.2呼叫控制面盘图2.2系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。

其I/O分配如下表所示。

自动双层停车场控制系统I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号叫车常开按钮SF0 I0.1 叫1车常开按钮SF1 I0.2 叫2车常开按钮SF2 I0.3 叫3车常开按钮SF3 I0.4 1号车限位信号限位开关BG1 I0.5 2号车限位信号限位开关BG2 I0.6 3号车限位信号限位开关BG3 I0.7 4号车限位信号限位开关BG4 I1.0 5号车限位信号限位开关BG5 I1.1 光电信号光电开关X10 I1.22.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。

主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。

此自动双层停车场控制的接线图可如图2.3所示，输出部分的电压必须采用AC220V的交流电，这样才能达到保护的目的。

图2.3自动双层停车场控制系统接线图2.4系统可靠性设计PLC是专门为工业生产环境设计的控制装置，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用。

但是，如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或PLC 的安装和使用方法不当，都可能给PLC的安全和可靠运行带来隐患。

PLC的可靠性设计应注意以下方面：PLC的环境适应性设计；控制系统的冗余性设计；控制区系统工程的抗干扰性设计；控制系统的故障诊断。

针对以上方面的设计注意事项分析自动双层停车场控制的可靠性设计知：工作环境为30到100摄氏度，电源为220V交流供电等，PLC及外部电路（I/0模块、辅助电源等）要可靠接地，并且要对PLC采取隔热的措施；对于故障诊断，在PLC中设置了报警器和报警指示灯，当发生故障时，报警器报警、报警指示灯闪烁，直到按下复位按钮和热继电器的辅助常闭按钮复位才停止报警，PLC的故障检查和扩展是非常方便的，因为接线线路是很简单的，PLC 只要修改程序就可以达到不同的控制目的。

第3章控制系统设计控制系统设计是整个设计中的重点部分，它关系到控制系统的稳定性、快速性和准确性。

3.1 控制程序流程图设计3.2控制程序设计思路控制程序设计主要是采用经验法进行的设计，根据各基本控制程序模块再结合相关的自锁和互锁达到对车位的控制。

根据自动双层停车场的控制要求适合点动操作，即按下点动启动按钮时，常开触点接通车位上升或下降的启动回路，升降机开始工作；松开按钮后，按钮自动控制制复位，常开触点断开，切断了车位上升或下降的启动控制回路，升降机停止工作。

根据自动双层停车场控制要求适合于启动控制。

由接触器（继电器）自身的常开触点来使其线圈长期保持通电的环节叫“自锁”环节。

启动操作即当按下启动按钮时，由于继电器的自锁触点动作，使继电器保持通电，从而保持启动控制回路的接通。

在控制线路中利用辅助触点互相制约工作状态的控制环节，称为“互锁”。

设置互锁是可逆控制线路中防止电源线间短路的保证。

由接触器（继电器）自身的常开触点来使线圈长期保持通电的环节叫“自锁”。

综合以上功能模块，再加上相应的自锁和互锁就可以设计出PLC控制自动双层停车场的目的。

第四章程序设计、系统调试及结果分析4.1 双层自动停车场系统继电器-接触器控制设计4.1.1继电器接触器主电路设计这里需要控制对象的作用：一号、二号、三号电机分别控制上层1号、2号、3号车盘的上下移动，四号、五号电机分别控制下层4号、5号车盘的左右移动。

这五台电动机的启动没有直接的的关系，属于互相对立的关系。

1.继电器接触器主电路中电气元件动作的要求1.按下叫车按钮开关，再按下叫1车或叫2车或叫3车开关，使其主触点闭合。

2.电路工作时应具有一定的指示及保护功能。

2.继电器接触器主电路图的设计该电路图中：QA1、QA2实现1车盘的上、下升降运动，QA3、QA4实现2车盘的上、下升降运动，QA5、QA6实现3车盘的上、下升降运动，QA7、QA8实现4车盘的左、右移动，QA9、QA10实现5车盘的左、右移动。

在该电路中所用到的保护元件有：FA为熔断器，对电路起短路保护作用;BB1、BB2、BB3、BB4、BB5为热继电器对电路起过载保护作用。

其电路图如图4-1所示。

图2-1 继电器接触器主电路图4.1.2继电器接触器控制电路的设计1.继电器接触器控制电路中电器元件的作用系统叫车过程中的泊车托板位置调整采用自动调整方式，叫上层车时只要按下[叫车]和对应的车位按钮，下排泊车托板将按照设计的系统自动左右移动，进而腾出车位，上层下泊车托板降至下层，即能实现自动叫车，叫下排车时，只需判断泊车托板有无车，若有直接开走即可。

车库控制系统将自动完成托板位置调整动作。

从系统工作可靠性和可维性出发，系统中作如下考虑：系统控制方式为顺序步进逻辑控制；运动部件定位采用行程开关；判断泊车托板是否存在用偏光镜片反射型光电开关；操作提示为声形式；系统位置调整用按钮点动（调整操作器）；上层托板防滑落用防落块保护；系统短路及过载保护；在软件和硬件上采用了自锁、联锁和系统故障检测手段。

时间继电器：按指定时间长短通断电路。

此次由于叫车的情况较多，所以在顺序控制电路中使用了较多的通电延时闭合常开时间继电器，为保证其精度，此次设计选择电子式时间继电器。

行程开关：利用泊车托板左、右或上、下移动的距离来决定电路通断。