1、 南京铁道职业技术学院 毕 业 论 文 题 目： 基于 PLC 控制立体停车库的设计 作 者： 黄鑫瑞 学 号： 13133100122 二级学院 ： 通信信号学院 系 ： 电子电气系 专 业： 电气自动化技术 班 级： 电气自动化 1301 班 指导者： 甘艳 工程师 评阅者： 2016 年 6 月 毕业设计（论文）中文摘要 基于 PLC 控制立体停车库的设计 摘要 如今，随着科技的进步，汽车工业的发展，汽车已经成为城 市中必不可少的交通工具。在超市，商场，宾馆，大型小区等人流密集的地方，停车位需求量供不应求。立体停车库较传统自然停车库相比，可以充分利用空间，这将在一定程度上缓解停车难的问题
2、。 本着缓解这一问题的目的，本文设计了一套以 PLC 为控制系统核心的立体停车库。主要完成的任务有系统构造， PLC 的 I/O 分配，工作流程图以及 PLC 程序的编写。此次设计综合考虑了多种停车情况 ,对于 PLC 实现停车系统自动控制进行了进一步的学习。本次设计的过程将会对于我在今后在工作岗位上从事项目设计有很大的帮助，增加宝贵的经验。 关键词 立体停车库， S7-200 PLC，控制系统，梯形图 第 1 页 共 1 页 目 次 1 绪论 . 1 1.1 研究背景以及研究意义 . 1 1.2 立体停车库的发展概况 . 1 1.3 课题研究内容 . 2 2 立体停车库的概述 . 2 2.1
3、 立体停车库的定义 . 2 2.2 立体停车库的种类和特点 . 2 2.3 立体停车库的工作原理 . 3 3 立体停车库控制系统总体方案设计 . 3 3.1 立体停车库控制系统方案 . 3 3.2 立体停车库的系统构成 . 4 3.3 立体停车库的控制要求的特点 . 4 3.4 7 位立体停车库外部结构示意图 . 5 4 立体停车库系统的硬件设计 . 5 4.1 PLC 的选型 . 5 4.2 传感器的选型 . 12 4.3 限位开关的选型 . 12 4.4 驱动电机的选型 . 13 5 立体停车库系统的软件设计 . 13 5.1 梯形图 . 13 5.2 立体停车库程序梯形图设计 . 13
4、6 程序仿真调试 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 第 1 页 共 25 页 1 绪论 1.1 研究背景以及研究意义 随着我国改革开放以来不断发展、汽车产业的崛起，停车困难的问题出现在越来越多的城市。在我看来，造成这种问题主要是由于停车场空间的利用不足和城市土地资源有限。近些年，越来越多的人认为方便出行都拥有了自己的私家车，然而汽车并不是 24 小时都会被人们使用，其大部分时间都是要处在停放状态。一些商场、医院、小区等公共场所人流集中区域对停车的需求量更为广大。此外，由于地下停车 库需要留足充分的汽车行驶通道，那么平均一辆车都要占据停车库约 40 平方米的面积，在有
5、限的地下停车库中停车数量就会受到限制。这两点使得停车问题陷入被动。因此，人们为解决这些问题，开始研发机械式立体停车库。机械式立体停车库具有占地面积少、空间利用率高、操作方便、灵动的优点。 大力发展机械式立体停车库不仅可以缓解社会停车困难的矛盾，其本身作为一种机电设备，伴随使用量的增加，还可以带动我国第三产业的发展，促进经济增长。根据市场调查，目前我国生产机械式立体停车设备的厂家还较少，因此发展机械式立体停车设备刻 不容缓。 1.2 立体停车库的发展概况 1.2.1 国外立体停车库发展概况 20 世纪 20 年代，立体停车库最早出现在美国。 50 年代后，西欧、美国又研发了多种类型的立体停车库。
6、 20 世纪 60 年代，日本最早开始研发机械式立体停车设备。随着不断发展与投入增加，日本目前被投用于社会的机械式停车位已经超过 300 万个。 70 年代中期，韩国通过从日本引进以及结合本国的科技研发成果，开始发展机械式立体停车设备，最终在 90 年代后被广泛投入社会。目前，由于韩国政府对这种设备的开发十分重视，其停车设备产业得到快速发展。 美国、西欧地区虽然最早开始研发立体停车库，但欧美国家相对亚洲地区国家，人口稀疏，人均面积较大，对立体停车设备需求较少，主要是使用巷道堆垛类立体停车设备。 1.2.2 国内立体停车库发展概况 80 年代后期，我国开始研发机械式立体停车设备， 90 年代已经
7、有部分发达地区投入使用。 2000 年以后，随着我国科技的快速进步，人口的增加， GDP 的快速增长，家家户户都开始拥有私家车，此时我国借鉴日本、美欧地区先进的生产机械式立体停车设备技术，并且结合自己的科技成果，开始大规模加大生产量，快速发展。 第 2 页 共 25 页 现在 全国已有 100 多家企业在生产机械式立体停车设备，平均每年可以生产大约 10 万个车位。目前我国生产机械式立体停车设备的数量不断增加，年平均增长率在 30%以上。 1.3 课题研究内容 本文以某小区地下立体停车库为例，设计了以 PLC 为控制器的 7 位立体停车库控制系统。设计先结合立体停车库的功能需求和控制要求确立总
8、体设计方案，接着再从硬件设计和软件设计入手，最后进行程序调试。 2 立体停车库的概述 2.1 立体停车库的定义 立体停车库，是用来最大量存取储放车辆的机械或机械设备系统，是典型的机电一 体化设备。立体车库分为机械构件、液压系统、电气传动、光电检测和PLC 控制系统。机械系统由立桩、载车板（托盘）、悬臂、升降架、横移机械、防附保护装置等构成。电气传动由主拖动电机、平层外偿电动机、开门控电动机、升转电动机、横向移动电动机等构成。 2.2 立体停车库的种类和特点 立体停车库参照 JB T8713机械式停车设备类别、型式与基本参数，机械式停车设备按其工作原理可分为以下类别： （ 1） 升降横移类：通过
9、让载车板升降或横移来实现存取车辆的机械式停车设备。 （ 2） 垂直循环类：垂直循环类机械式停车设备。 （ 3） 水平循 环类：采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆的机械式停车设备。 （ 4） 多层循环类：采用通过使载车板作上下循环运动而实现车辆多层存放的机械式停车设备。 （ 5） 平面移动类：在同一层上用搬运或起重机平面移动车辆或泊车板平面横移存取车辆，亦可搬运机和升降机配合实现多层平面移动存取车辆的机械式停车设备。 （ 6） 巷道堆垛类：以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。 （ 7） 垂直升降类：垂直升降类汽车停车设
10、备亦可称为塔式立体停车设备，通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车 辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。 （ 8） 简易升降类：车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰第 3 页 共 25 页 机构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机械式停车设备。简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式。 （ 9） 汽车升降机类：汽车专用升降机是专门用作不同平面的汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无直接存取的作用。 2.3 立体停车库的工作原理 以 2 层 3 列式停车装备为例，根据规定，除了底层以外的全部车位均能升降，除了顶层以外的全部车位均
11、能横移。图中 1、 2 号车可以直接存取车， 3 4 号车通过其下方的 1、 2 号车左右横移来让其下方空出车位，当其下方没右车位时自行下降完成存取车，完成存取车后复位； 5 号车在下面车位没有车的情况下可以直接下降进行存取车，当其下方有车位时需要让 1、 2 号车位左右横移空出车位后再自行下降完成存取车，完成存取车后复位。例如要取 4 号车，先将 2 号车位向右横移， 4 号车位下降，然后取车，取完车后进行复位。 图 2-1 工作原理分析图 3 立体停车库控制系统总体方案设计 3.1 立体停车库控制系统方案 框架总成 ：分为钢结构固定部分和载车板 ，均采用钢型材料。钢结构具有可靠性高、材料的
12、强度高和钢结构自重小、料的塑性和韧性好、钢结构制造简便且施工工期短和钢材的耐锈蚀性差的优点。载车板有两种，一种是上载车板，一种是下载车板。根据规定，下载车板一定不可能悬挂链条。所以我们常常把下层载车板设计的要短于上层载车板，这样做也经济实惠，节省材料。 驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，通过链条钢轮来使载车板移动。有一套独立的电机减速机传动系统装配在每块下层载车板的内部。四只钢轮装配在每个下层载车板的底部，这使得载车板能够在导轨上移动，钢轮分为两种，一种是主动 轮，一种是从动轮，主动轮装在长传动轴两侧。具体参照图 3-1。 第 4 页 共 25 页 图 3-1 链传动简单示意图 控制系统：
13、由可编程控制器和相关功能开关构成。 检测系统：由称重传感器和光电传感器构成，实现对车身长度是否超长和车体重量是否超载的检测。 安全系统：设置急停开关，当出现突发异常时，能立即停止。当检测系统检测到车身超长或车子超重时能停止工作，防止发生意外。设置防坠装置，防止车子坠落发生意外。 图 3-2 系统框图 3.2 立体停车库的系统构成 图 3-3 系统 结构图 3.3 立体停车库的控制要求的特点 手动、自动操作功能：设置手动和自动两种方式来实现对立体停车库的控P L C 驱动系统 控制系统 立 体 停 车 库 检测系统 PLC 立体停车库系统 驱动系统 检测系统 控制系统 安全系统 电机 故障报警装
14、置 传感器 开关 PLC 第 5 页 共 25 页 制。手动操作实现停车库位的上下左右移动。自动操作实现选择一个车位后，这个车位自动下降。 复位功能：当车辆停车到位后，按下复位键，停车库车位回到原来位置。 急停功能：当停车库运行过程中发生紧急事故时，按下急停键可立即停止电机运行。 超载监测功能：利用传感器对车体重量进行监测，当车体重量超载时，停车库停止运行，并报警。 车身长度监测功能：利用传感器对车身长度进行监测，当车身长度超过停车库规定车 身长度，停止车库运行，并报警。 电动机过载保护功能：当电动机过载时，停车库停止运转。过载消除后门自动恢复运转。 3.4 7 位立体停车库外部结构示意图 图
15、 3-4 7 位立体停车库外部结构示意图 图 3-5 7 位立体车库设备外部结构示意图 4 立体停车库系统的硬件设计 4.1 PLC 的选型 第 6 页 共 25 页 用户选择 PLC，主要是依据控制系统对 PLC 的技术指标的要求来进行的，其性能指标主要有： I/O 点数、存储容量、扫描速度、指令系统、扩展能力等。 4.1.1 PLC 的概述 1987年 2月，国际电工委员会（ IEC）对可编程 程序控制器的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令
16、，并通过数字式或模拟式输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 在工业自动化控制中，最常用的三种控制方式有 PLC控制、单片机控制和继电器器控制，这三种控制方式相比较起来各有优缺点。通过三种方式对比，我们认为立体停车库用 PLC控制更加具有优势。倘若使用使用继电器控制， 继电器控制系统的延时控制是依靠时间继电器的滞后 来实现，继电器控制精度低，不方便调整时间，并且十分容易受到外部环境的温度和湿度的影响。因为继电器的触点有限，它的灵活性和扩展性都会被制约；倘若使用单片机来控制，单片机不能够同外部 I/O信号相连，由于其为集成电路。此外，用单片机来实现工业自动化控制需要耗费大量的时间来完成其集成
17、电路、硬件电路图的绘制以及软件的编制。因此，我们总结 PLC控制系统有以下特点： （ 1） 可靠性高、抗干扰能力强，能够稳定运行 （ 2） I/O接口丰富，功能完善、扩展便利、维护便利 （ 3） 编程方便、易学易用 （ 4） 易于实现“机电一体化” （ 5） 体积小、重量轻、功耗低，容易 安装在机械设备内部 （ 6） 性价比高 4.1.2 PLC 的结构组成及其作用 PLC 的硬件是由中央处理器、电源、存储器、 I/O 电路、扩展电路、外接电路等构成。 （ 1） 中央处理器（ CPU） CPU 是 PLC 的控制核心，它的功能是检查硬件状态、诊断软件语法、执行程序、处理终端等。 CPU 一般由
18、控制电路、运算器和寄存器组成。 （ 2） 存储器（ Memory） 存储器包括系统程序存储器、数据存储器以及用户程序存储器这三大部分，分别用作存放系统程序、工作程序以及用户程序。 PLC 的常用存储器类型有只读存储器 ROM、随机存储器 RAM、可擦除的只读存储器 EPROM、点可擦除的只读存储器 EEPROM 等。 RAM 一般作为数据存储器。 ROM第 7 页 共 25 页 主要用于存放系统程序，断电后其内容保持不变。 EEPROM 通常用于存放用户程序。 （ 3） 输入输出接口电路 (I/O 单元） 输入接口电路是接收外部各种控制信号，然后将这些信号转化成 CPU 可识别信号存入输入继电
19、器。外部信号分为开关量信号（限位开关、操作按钮、传感器 )和模拟量信号 (电位器、热电偶）。输入接口对抗干扰要求能力很高，为了提高PLC 的抗干扰能力以及实现电平转换，现场输入接口电路一般由滤波电路及耦合隔离电路组成。 输出接口电路是将 PLC 处理后的输出信号转换成执行机构所需要的控制信号并存放到输出继电器中。输出接口主要有两种形式，一种是小型继电器输出形式，一种是大功率晶体管或场效应管输出形式。 （ 4） 扩展接口电路 用作扩展 I/0 接口数量，不能单独使用。 （ 5） 外部设备接口电路 用作将编程器、盒式磁带机、触摸屏、打印机、变频器等连接起来然后通过外设接口构成可编程控制器操控的组成网络。 （ 6）电源 可编程控制器使用 220V 交流电源或 24V 直流电源，其内部一般配有一个专用开关稳压电源，可将提供的外部电源转化成内部所需工作电源（ 5V)。 图 4-1 PLC 结构示意图 4.1.3 西门子 S7-200 系列可编程控制器 自 PLC 出现后，其在日后得到广泛的使用，现在已经在很多项目都取代了继电器控制。目前广为使用的 PLC 产品有德国西门子 S7 系列、日本三菱 FX 系列、日本欧姆龙 C 系列、日本松下 FPI 系列及美国 GE 公司 GE 系列等。通过对比，本次 PLC 控制 7 位立体停车库的采用西门子 S7-200 系列。
