自动双层停车场控制设计.docx
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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2010
班级机电101班
专业机械电子工程
院别机械工程学院
指导教师
2013年7月5日
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
2.2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2.1PLC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。
2.1.2PLC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
I1.2
光电信号
光电开关
X11
I1.3
光电信号
光电开关
X12
I1.4
光电信号
光电开关
X13
I1.5
光电信号
光电开关
X14
I1.6
光电信号
光电开关
X15
I1.7
输出信号
1号托盘上移
接触器
QA1
Q0.0
1号托盘下移
接触器
QA2
Q0.1
2号托盘上移
接触器
QA3
Q0.2
2号托盘下移
接触器
QA4
Q0.3
3号托盘上移
接触器
QA5
Q0.4
3号托盘下移
接触器
QA6
Q0.5
4号托盘左移
接触器
QA7
Q0.6
4号托盘右移
接触器
QA8
Q0.7
5号托盘左移
接触器
QA9
Q1.0
5号托盘右移
接触器
QA10
Q1.1
2.3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
YN
图3.1自动双层停车场控制流程图
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。
光电开关：
判断泊车托板的是否存在。
辅助触点：
实现自锁或联锁，接通线圈。
2.继电器接触器控制电路图的设计
该电路图：
KT为时间继电器；BG为行程开关；SF为线圈辅助触点；X10、X11、X12、X13、X14、X15为光电开关。
继电器接触器控制电路的电路图如图4-2所示。
（见附录）
4.2双层自动停车场系统PLC控制设计
4.2.1双层自动停车场系统PLC控制梯形图设计
下面所示梯形图为自动双层停车场控制系统，当线按下0.1、0.2两个按钮时，虚拟线圈M0.0得电，网络2接通，限位开关BG1作用，一号托盘下移后开出停车场。
当四号车位上有车时，再判断5号车位上是否有车，如果5号车位无车，关电开关I1.6闭合，同时限位开关BG4作用，4号托盘右移，在线圈Q0.7上接一定时器T37，1号托盘下移在4号托盘右移定时一段时间之后。
如果5号托盘有车，则关电开关X15所在的位置一定没车，5号托盘先右移并用计时器T38计时，然后四号托盘右移，最后一号托盘下移，就可以取出1车位上的车。
当要取2号车位上的车时，按下按钮I0.1和I0.3，如果5号车位上没车，虚拟线圈M0.2得电，2号车限位开关BG2作用，2号托盘下移后开出停车场。
如果5号车位上有车，则关电开关X13、X15作用，判断上面有无车，如果4号托盘上无车，则5号托盘左移同时限位开关BG5作用并用定时器T37计时，如果4号托盘上有车，则5号托盘右移，2号托盘在5号左移或右移之后下移。
当要取3号车位上的车时，首先X15判断上面是否有车，若没车虚拟线圈M0.5得电，3号托盘直接下移,同时限位开关BG3作用。
若关电开关X15判断其上面有车时，再判断5号车位上有无车，若没车，则托盘左移相应的限位开关作用并用定时器T37计时，如果5号车位上有车，则4号车位上一定没车，X14车位上的托盘先左移，并用定时器T38计时，X13车位上的托盘再左移，最后3号下移，将车开出。
4.2.2双层自动停车场系统PLC控制语句表
4.3双层自动停车场系统的调试及结果分析
4.3.1X10车盘的调试及结果分析
假设4号车位没车
系统上电以后，当按下SF1（I0.2）启动按钮，再按叫车按钮，由于4号车位没车，X13常闭按钮连通，QA2（Q0.1）线圈得电，QA2自锁，其电机正转带动X10车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG1（I0.5）时，启动制动X10车盘停止。
假设4号车位有车，5号车位上没车
系统上电以后，当按下SF1（I0.2）启动按钮，再按叫车按钮，由于4号车位有车，X13常开按钮连通，QA8（Q0.7）线圈得电，QA8通电并自锁，电机带动4号车位右移，当车盘移到行程开关BG4时，QA8失电，电机停止，同时，KF1的常开按钮关闭，QA2得电并自锁，其电机正转带动X10车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG1（I0.5）时，启动制动X10车盘停止。
假设4号车位有车，5号车位上有车
系统上电以后，当按下SF1（I0.2）启动按钮，再按叫车按钮，由于4，5号车位有车，X13，X14常开按钮连通，QA10（Q1.1）线圈得电，电机带动5号车位右移，当车盘移到行程开关BG5时，QA10失电，电机停止，同时，KF2的常开按钮关闭，QA8得电并自锁，电机带动4号车位右移，当车盘移到行程开关BG4时，QA8失电，电机停止，同时，KF1的常开按钮关闭，QA2得电并自锁，其电机正转带动X10车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG1（I0.5）时，启动制动X10车盘停止。
4.3.2X11车盘的调试及结果分析
假如5号车位没车
系统上电以后，当按下SF2（I0.3）启动叫车按钮，再按叫车按钮，由于5号车位没车，X14常闭按钮连通，QA4（Q0.3）线圈得电，QA4自锁，其电机带动X11车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG2（I0.6）时，启动制动X11车盘停止。
假设5号车位有车，4号车位上没车
系统上电以后，当按下SF2（I0.3）启动叫车按钮，再按叫车按钮，由于5号车位有车，4号车位上没车，X14常开按钮连通，QA9（Q1.0）线圈得电，电机带动5号车位左移，当车盘移到行程开关BG5时，QA9失电，电机停止，同时，KF3的常开按钮关闭，QA4得电并自锁，其电机正转带动X11车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG2时，启动制动X11车盘停止。
假设5号车位有车，4号车位上有车
系统上电以后，当按下SF2（I0.3）启动叫车按钮，再按叫车按钮，由于5号车位有车，4号车位上有车，X14，X13常闭按钮连通，QA10（Q1.1）线圈得电，电机带动5号车位右移，当车盘移到行程开关BG5时，QA10失电，电机停止，同时，KF3的常开按钮关闭，QA4得电并自锁，其电机正转带动X11车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG2时，启动制动X11车盘停止。
4.3.3X12车盘的调试及结果分析
X15处没车
系统上电以后，当按下SF3（I0.3）启动叫车按钮，再按叫车按钮，QA6线圈得电自锁，其电机正转带动X12车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG3时，启动制动X12车盘停止。
X15处有车，X14处没车
系统上电以后，当按下SF3（I0.3）启动叫车按钮，再按叫车按钮，由于X15处有车，5号车位上没车，X15常开按钮连通，QA9（Q1.0）线圈得电，电机带动X15处车位左移，当车盘移到行程开关BG5时，QA9失电，电机停止，同时，KF4的常开按钮关闭，QA6得电并自锁，其电机正转带动X12车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG3时，启动制动X12车盘停止。
X15处有车，X14处有车
系统上电以后，当按下SF3（I0.3）启动叫车按钮，再按叫车按钮，由于X15处有车，5号车位上有车，X15，X14常开按钮连通，QA7（Q0.6）线圈得电，电机带X14处车左移，当车盘移到行程开关BG4时，QA7失电，电机停止，同时，KF5的常开按钮关闭，QA9得电并自锁，当车盘移到行程开关BG5时，QA9失电，电机停止，同时，KF4的常开按钮关闭，QA6得电并自锁，其电机正转带动X12车盘下降。
当车盘下降到行程开关BG3时，启动制动X12车盘停止。
结束语
双层自动停车场控制系统的设计，使我收获颇多。
通过采用继电器接触器控制设计我学会了，电气原理图（主、辅助电路）的绘制、理解和运用一些电气符号，在课本上接触到继电器接触器以及其它的一些电器元件时，对他们的应用很模糊，但通过此次课程设计，对这些电器元件的理解相对更加深入，让我对继电器接触器控制有了从理论到实践认识的飞跃。
PLC控制设计使我学会了使用一些特定软件和语言绘制和编写PLC流程图、梯形图、语句表，现在能够熟练的在相应软件上完成梯形图的输入，PLC型号的选择，并完成相应的编译和调试，并由此判断程序是否能够实现要完成的逻辑功能。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中也发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的指导老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们学习的榜样。
同时感谢帮助过我的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我顺利的完成此次课程设计，收获颇多，感受颇多······
参考文献
[1]宋伯生.PLC编程实用指南.北京:
机械工业出版社,2006.
[2]高钦和.PLC应用开发案例精选.北京:
人民邮电出版社,2008
[3]范永胜.电气控制与PLC应用.北京:
中国电力出版社,2009
[4]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.北京:
机械工业出版社.2004
[5]阮友德,邓松,刘守义.电气控制与PLC实训教程.北京:
人民邮电出版社.2007
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