自动双层停车场控制系统设计.docx
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自动双层停车场控制系统设计
第1章 控制工艺流程分析 1
1.1自动双层停车场控制过程描述 1
1.2自动双层停车场控制工艺分析 1
第2章 控制系统总体方案设计 3
2.1系统硬件组成 3
2.2控制方法分析 3
2.3 I/O分配 4
2.4系统结线图设计 5
第3章控制系统梯形图程序设计 6
3.1控制程序流程图设计 6
3.2控制程序时序图设计 6
3.3控制程序设计思路 7
第4章 监控系统设计 9
4.1PLC与上位监控软件通讯 9
4.2上位监控系统组态设计 9
第5章系统调试及结果分析 10
5.1系统调试及解决的问题 10
5.2结果分析 11
课程设计心得 12
参考文献 13
附录 14
第1章 控制工艺流程分析
1.1自动双层停车场控制过程描述
可编程序控制器简称PLC，是近年来一种极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。
它是一种专为工业环境应用而设计的数字运行的电子系统，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出完成确定的逻辑顺序、定时、记数、运算和一些确定的功能来控制各种类型的机械或生产过程。
随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。
近年来，随着中国经济的迅速发展，城镇人口剧增，汽车拥有量日益提高。
由于汽车数量的快速增加，对停车场的需求必将日益提高，停车难的问题越来越突出，人们对停车的要求也越来越迫切。
而对于快速发展的中国各个城市，停车难也随着城市经济的快速发展和汽车数量的激增接踵而来。
PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产PLC的厂家云起。
随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。
国内家用汽车拥有量的迅速增加，使城市道路交通变得十分拥挤，各大城市高峰时塞车已经成为天天可见的一道景观。
家用汽车的停放也逐渐成为一个社会问题。
我国大城市中由于停车位少，而土地越来越紧缺的情况下，停车位价格十分昂贵，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。
我国立体车库发展虽经历了近十年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。
为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。
本次设计是将PLC用于自动双层停车场控制，对学习与实用是很好的结合。
1.2自动双层停车场控制工艺分析
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。
其车位结构为2维矩阵形式，可设计为多层和多列。
由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层，2层、3层者居多，现以较为典型的地上3×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理。
图1-1自动双层停车场原理图
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，择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，进出车完成后再上升回到原位置。
其运动的总原则是：
升降复位，平移复位。
由于停车设备对场地的适应性强，系统各机械部分可以根据不同地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。
第2章 控制系统总体方案设计
2.1系统硬件组成
（1）电动机 根据机械传动要求，型号分别为Y1325-4;Y905-4和Y802-4。
（2）熔断器 实际选用RT14-20/20A型熔体。
（3）接触器 选用B25型交流接触器，主触头额定电压380V,主触头额定电流20A。
（4）中间继电器 实际选用TP511型中间继电器，其线圈电压220V。
（6）行程开关 行程开关选用LXK3T型可调滚轮转臂式行程开关，该行程开关的滚轮行程较大，工作可靠性较高。
（7）主令按钮从车库管理需要出发，为了防止非值班人员随意操作，选用钥匙按钮。
（8）光电开关为达到8m测量距离和动作重复精度，选用SNNXNX5-PRUM5A型红外光电传感器。
2.2控制方法分析
在本控制系统中，所需的开关量输入为6点，开关量输出为7点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。
由于本系统的控制是顺序控制，选用日本松下电工公司生产的AFP12417PLC作控制单元来控制整个系统。
之所以选择这种PLC，主要考虑FP系列PLC有以下特点：
丰富的指令系统；快速的CPU处理速度、大程序容量；大的网络通信功能；编程及监控功能强大、维护简单、价格适中。
PLC的一般结构主要有6个部分组成，包括CPU、存储器、输入／输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。
（1）中央处理单元（CPU）
与通用计算机中的CPU一样。
PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。
CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。
（2）存储器
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。
称为用户程序存储器。
PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、EEPROM等。
（3）I/O模块
输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。
PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。
输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。
通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。
（4）电源模块
输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。
它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。
2.3 I/O分配
I/O地址分配表如表2-1、表2-2所示
表2-1输入信号的地址分配表
输入信号名称
输入点
1号车极限开关
00010
2号车极限开关
00011
3号车极限开关
00012
4号车极限开关
00013
5号车极限开关
00014
1号车呼叫
00001
2号车呼叫
00002
3号车呼叫
00003
叫车按钮
00000
6号车极限开关
00015
表2-2输出信号的地址分配表
输出信号名称
输出点
1号车平台上升
01000
1号车平台下降
01001
2号车平台上升
01002
2号车平台下降
01003
3号车平台上升
01004
3号车平台下降
01005
4号车平台左移
01006
4号车平台右移
01007
5号车平台左移
01010
5号车平台右移
01011
1号车取走显示灯
01100
2号车取走显示灯
01101
3号车取走显示灯
01102
2.4系统结线图设计
图2-1PLC接线
第3章控制系统梯形图程序设计
3.1控制程序流程图设计
呼叫1号车盘时运行梯形图如下图所示。
助记符见附录1。
图3-1呼叫1号车时运行的梯形图
3.2控制程序时序图设计
呼叫2号车盘时运行梯形图如下图所示。
助记符见附录2。
图3-2呼叫2号车时运行的梯形图
呼叫3号车盘时运行梯形图如下图所示。
助记符见附录。
图3-3呼叫3号车时运行的梯形图
3.3控制程序设计思路
自动双层车库控制系统通过人机界面来实现。
存车时，在人机界面的主界面中按“存车界面”，在选择需要存车的车位，判断无误后按确认，自动完成存车过程；取车时人机界面进去取车界面，直接选择想要取车的库位，判断无误后按确定，自动完成驱车过程。
用户存车，进入存车界面。
发布存车指令，人机界面将相应信号送给PLC，此时，大门打开，司机将车开到升降台指定位置后下车，选择库位并按“确定”键，此时，大门开始关闭。
PLC判断是否升降，升降台低速上升，达到指定位置碰到主平层行程开关时，主电机制动。
此时汽车在制定车位，并且人机界面上显示相应库位有存车信息。
图3-4存车流程图
取车时，在人机界面上选择取车界面，选择枯萎，判断无误后按确认，进入驱车操作。
根据库位位置，PLC判断所取车位是否下降，升降台下降，并复位。
人机界面上显示相应库位的消失，并检测升降台是否到位，大门打开，司机把车从升降台上开出，延时一段时间后大门自动关闭，驱车过程结束。
图3-5取车流程图
第4章 监控系统设计
4.1PLC与上位监控软件通讯
本次课程设计涉及到欧姆龙PLC与力控组态软件的通讯。
目前欧姆龙的小型PLC组要是CPM1A和CPM2A系列；PLC与组态软件通过串口RS232通信，那么就要了解PLC的通信协议是什么方式的。
第一步：
通过PLC的编程软件来了解通信协议，在欧姆龙PLC的“PLC设定”对话框中“外围端口”标签中设置“通信协议”为“标准”，模式是“HostLink”，单元号为“0”，在网络设置对话框的“驱动器”标签中，设置“端口名称”为“COM3”，“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”，在“设备类型设置”的“通用”标签中，设置“CPU类型”为“CPU40”在“变更PLC”对话框中，“设备类型”为“CPM1（CPM1A）”，“网络类型”为“SYSMACWAY”。
第二步：
与力控的通讯：
在上位机力控组态软件的“设备配置—第一步”的对话框中，设置“设备地址”为“0”，“通讯方式”为“串口（RS232/422/485）”，在“设备配置—第二步”的对话框中，设置“串口”为“COM8”,点击“设置”按钮设置通信参数“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”。
4.2上位监控系统组态设计
实现的效果PLC选用ModbusRTU主通讯模块（master）。
PakscanIIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备（slave）。
PLC的CPU通过ModbusRTU主通讯模块控制PakscanIIE主站控制器的读写，被称为Modbushost。
系统采用单Modbushost两线通讯方式，该方式最多可以连接32个PakscanIIE主站控制器。
通讯模块的初始化工作主要是配置3个初始化控制块的参数：
Slave控制块（SCB），信息控制块（MCB）和通讯要求参数块（COM_REQ）。
SCB是一个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。
MCB是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。
COM_REQ是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等。
所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的第一个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，此后RTU主通讯模块负责与PakscanIIE主站控制器通讯，而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。
读写Modbus/RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。
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