自動立體停車庫的控制系統(tǒng)設計.doc

第1章 緒論21.1 本課題的研究意義、目的21.2 自動化立體車庫目前發(fā)展狀況21.3 本課題的主要問題4第2章 車庫自動控制系統(tǒng)總體方案設計52.1 車庫方案確定52.2 車庫整體結構設計82.3 托盤的初定位和形狀設計102.4 托盤上的信號檢測方案112.5 托盤升降方案確定12第3章 車庫控制系統(tǒng)硬件選擇133.1 PLC模塊選取133.2 開關的選擇153.3 執(zhí)行裝置183.4 其他裝置選擇19第4章 車庫電氣原理圖的繪制204.1 PLC204.2 PLC的控制輸出20第5章 PLC的通信及網絡235.1 通信網絡的簡介235.2 工業(yè)局域網簡介235.3 網絡系統(tǒng)設計基本原則255.4 OMRON PLC上位機網絡設計25第6章 人機界面分析和設計316.1 PLC 應用系統(tǒng)的人機界面簡介316.2 人機界面設計時應考慮的幾個問題316.3 自動化立體車庫觸摸屏的組態(tài)32第7章 車庫控制程序的編制34最終實現(xiàn)車庫自動化的還是PLC中的控制程序?？刂瞥绦蜿P系到車庫運行的效率，運行時的安全性，控制的方式等等。因此?？刂瞥绦虻暮脡闹苯雨P系到整個車庫的狀態(tài)。347.1 軟件設計簡介347.2 車庫托盤運動分析347.3 車庫控制程序說明357.4 車庫程序舉例詳細說明36結 論43主要參考文獻44附錄1 PLC 信號輸入圖45附錄2 PLC 信號輸出圖46附錄3 控制電路圖47附錄4電機控制圖48第1章 緒論1.1 本課題的研究意義、目的隨著社會發(fā)展和人民生活水平的提高，城市中的平面式停車場已經遠不能滿足越來越多的車輛需要，停車難造成的交通堵塞和廢氣污染問題日益嚴重。據有關資料介紹，目前我國停車庫面積與道路面積之比不足1:100，而國外是1:10，停車庫嚴重不足；由于城市地價日益昂貴，修建大型露天停車場將越來越困難。從中國重機協(xié)會停車設備管理委員會了解到，在日本等車位緊張、地價昂貴的發(fā)達國家，立體停車產業(yè)已經發(fā)展成為年產值數(shù)十億美元的大產業(yè)。據專家初步分析，國內市場目前每年需求電梯式自動化立體停車庫在80100 座左右，21 世紀初葉每年需求90110 座左右，市場的前景相當好。解決城市停車難問題而采用立體化停車措施是世界各個國家的普遍做法，尤其是全自動化的機械式立體停車庫得到了快速的發(fā)展。立體停車充分迎合了城市發(fā)展的需要，確保汽車安全停放，創(chuàng)造了取車時的方便快捷，符合環(huán)保需要，減少了大氣污染城市立體車庫的廣泛使用是對現(xiàn)代靜態(tài)交通的全新革命，并能顯著改善惡化的城市動態(tài)交通狀況。機械式立體停車庫主要由機械式立體停車設備和其他相關的附屬設施組成，其中機械式立體停車設備是集光、機、電和自動化技術于一體的成套設備，是車庫的主體設施。1.2 自動化立體車庫目前發(fā)展狀況立體車庫自動化控制系統(tǒng)主要包含以下五個子系統(tǒng)：自動收費管理系統(tǒng)，自動存取車系統(tǒng)，遠程診斷系統(tǒng)，自動道閘， 監(jiān)控安保系統(tǒng)。以上子系統(tǒng)均由中央控制室統(tǒng)一控制，可為客戶規(guī)劃停車庫管理形式，發(fā)布車庫庫存容量，控制車流方案。（一）自動收費管理系統(tǒng)自動收費采用非接觸式IC卡。IC 卡分長期卡與儲值卡兩種。對固定用戶，發(fā)行長期卡，費用可在固定用戶交納管理費用時一并交納；對臨時用戶，發(fā)行儲值卡，即：用戶交納的費用存在卡內，每次停車讀卡自動從卡中扣除費用。（二） 自動存取車系統(tǒng)自動存取車系統(tǒng)一般由小型可編程控制器PLC控制，包括卡號識別與移動載車盤兩個過程。用戶進入車庫時，在門口刷卡進入，讀卡機自動把數(shù)據傳送到PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過判斷卡號，自動把對應的載車盤移動到人車交接的位置，開啟車庫門，縮短存取車的時間。存車時，司機按照指示燈信號指引入庫，只有當車輛停放在安全位置后，停車正常指示燈才會亮啟。存取車完成后，車庫門自動關閉。移動載車盤時，系統(tǒng)嚴格按照各種檢測信號的狀態(tài)進行移動，檢測信號包括超長檢測、到位檢測、極限位置檢測、人員誤入檢測、急停信號檢測等。若有載車盤運行不到位或車輛長度超出車庫允許的長度，所有載車盤將不進行動作，若檢測到急停信號，將停止一切動作，直至急停信號消失。以上信號均為硬件信號，除此之外，還可從控制軟件中設置保護信號，比如時間保護，以保證因硬件損壞而導致信號失靈時保證主體設備及車輛的安全。（三）遠程診斷系統(tǒng)現(xiàn)場控制器可以通過網卡、Hub等網絡設備與控制中心的局域網相連接，可以通過MODEN實現(xiàn)遠程管理，監(jiān)測現(xiàn)場運行情況，當現(xiàn)場出現(xiàn)故障時，在控制中心即可進行解決，方便管理人員、安保人員異地辦公。（四）自動道閘在車庫出入口處各設非接觸式讀卡器、感應線圈及道閘，用戶在車庫出入口處刷卡后，系統(tǒng)自動判別該卡是否有效，若有效，則道閘自動開啟，通過感應線圈后，自動柵欄自動關閉；若無效，則道閘不開啟，同時聲光報警。（五）監(jiān)控安保系統(tǒng)監(jiān)控安保系統(tǒng)是指在中央控制室進行監(jiān)視控制車庫現(xiàn)場的運行狀況。它具有運動檢測、車牌識別、網絡連接、各種類型的報警系統(tǒng)實現(xiàn)連動等功能，可以實現(xiàn)無人看守。系統(tǒng)簡介：視頻監(jiān)控功能：在車庫各出入口，值班室和車庫內主要區(qū)段安裝定焦攝像機，在大范圍車位區(qū)安裝球形云臺，以便實現(xiàn)對車庫全方位的實時監(jiān)控。如果在車庫光照條件不好的情況下，可選用黑白攝像機。運動檢測功能：可以在夜間設置車庫的運動檢測區(qū)域，當檢測區(qū)有移動目標時，運動檢測功能發(fā)出報警信號，提醒值班人員。車牌識別功能：它能夠設置車庫參照車輛的車牌、車型。當參照車輛進入車庫監(jiān)視區(qū)域，系統(tǒng)自動對比參照車輛圖像，有異常情況，發(fā)出報警信號，并自動切換和記錄相關圖像。報警連動功能：可以連動各類報警主機，如啟動繼電器發(fā)出聲光報警通知安保人員自動放下道閘攔截車輛出入。數(shù)字錄像功能：可以連續(xù)記錄一個同在車庫所發(fā)生事件，可以同步回放多個圖像，可選擇任意圖像進行整體放大和局部放大，記錄、回放、備份可同步進行各種信息。1.3 本課題的主要問題本課題的主要任務是：設計魔方式自動化立體停車庫的自動控制系統(tǒng)；確定自動控制系統(tǒng)方案；設計系統(tǒng)的電氣線路并選擇所用的元器件，畫出其電氣原理圖；對車庫與車庫監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據交換的數(shù)據格式及車庫的人機界面進行分析和設計，對觸摸屏進行組態(tài)；編制立體車庫控制軟件。要求控制系統(tǒng)方案合理。各車位托盤運行安全、正確、平穩(wěn)，觸摸屏操作界面直觀易懂，操作簡便，單動操作設置權限和密碼。確定車庫設備與車庫監(jiān)控系統(tǒng)進行交換的內容和格式。第2章 車庫自動控制系統(tǒng)總體方案設計2.1 車庫方案確定目前的自動化立體車庫主要有：升降橫移式、倉儲式、垂直循環(huán)式、電梯式、簡易式。圖21（一）升降橫移式對不同要求的客戶，其適應性很強，靈活性很大，根據地形，車的數(shù)量，可在室內、室外設立二層至五層，可以建在地面、半地面或底下。特點：結構簡單，安全可靠，運行平穩(wěn)，噪聲低，能耗小，壽命長。圖22（二）倉儲式車庫是由輸送小車將待停泊的轎車自動送至庫位，取車也是由輸送小車從庫位取出，自動送到取車點，這一過程全部由電腦及測檢系統(tǒng)自動完成，無需人員參與。是當今自動控制科技的結晶。特點：自動化程度高，運行速度快，存取方便運行平穩(wěn)，存車量大，安全性好。圖23（三）電梯式車庫是利用電梯將車送往塔的周邊車位上，它所占地面積小、土地利用率高、存車容量大，特別適合于城市商業(yè)繁榮，停車流量大的中心區(qū)，可以獨立成塔，也可以與高層大廈溶成一體，是地小車多的最佳選擇。特點：外形美觀，停車安全，運行迅速，振動小，噪聲低。圖24（四）簡易式車庫結構簡單，一般為兩層，上層用機械或液壓傳動提升，而下層為自走進入，取上層車時，下層必須先開走因此，較適合于單家別墅式住宅，在已有單個車位情況下需增加車位或汽車商臨時存放車輛用。圖25我設計的立體停車庫采用升降橫移式（又稱魔方式），上層托盤只能升降，下層托盤只能橫移。以PLC作為自動控制的控制系統(tǒng)，由觸摸屏實現(xiàn)人機交互。PLC 通過傳感器來監(jiān)控車庫中各種狀況，收集各種信息。然后由PLC來處理這些信息，控制車庫的運行。管理員可以通過觸摸屏來了解車庫狀態(tài)，調整車庫運行，對車庫進行維護。圖26 車庫簡圖圖26為車庫結構簡圖。其中4、5號托盤可直接使用。若要使用9、10號托盤，則只需要將4號、5號托盤向中間移動。若要使用1號托盤，需要先將4號托盤向中間移動，再降下1號托盤。而要使用6號托盤的話，需要將4號、9號托盤向中間移動后再降下6號托盤。3號、8號托盤使用方式與1號、6號相似。2號、7 號托盤降下后即可使用。2.2 車庫整體結構設計整個立體停車庫是由多個2 排2 層3 列的車庫單元形成的。當用戶來停車時，由管理員負責為其尋找車位，發(fā)放IC卡。當車輛進入時，出入檢測光電開關會檢測信息：包括車輛形狀是否符合要求；車庫目前的容量等。上位機能夠對車庫目前容量進行判斷，在放滿的時候能夠進行報警。在用戶停好車后，在出口處使用IC卡，此時車庫各托盤復位，下一位用戶可以進行存取。在取車的時候，當車輛駛出車庫時，通過PLC控制使車庫自動復位，保證高效，安全?？紤]到在停車的時候，各人所需時間不一，安全檢測不易，如果也采用自動復位的話，易引起事故。故采用讀卡機檢測信號使其復位，而讀卡機安放的位置選在出口處，因為只使用一臺讀卡機的話，出口處是最佳位置。安裝在此處雖然可能使車庫的運行效率降低，但是可以方便管理員進行管理防止客戶忘記拉卡等事情發(fā)生。此外，在車庫中還可以安裝攝像頭，對車庫進行安全監(jiān)測。在車庫中采用非接觸式讀卡機，來實現(xiàn)車庫的計時與收費。用戶在存車、取車時，只需要在讀卡機面前晃動一下IC卡，讀卡機就會將信息送到上位機，由上位機進行收費計算，保證準確，快捷。同時上位機也將信息送到PLC，控制車庫的運行。圖27 車庫整體結構圖圖28 車庫使用流程圖2.3 托盤的初定位和形狀設計托盤初定位就是車庫在使用前，各托盤所處在的位置。當車庫的電源一旦接通時，由PLC自動將各托盤置于初始位置。合理的初始位置的選擇不僅可以提高車庫的運行效率，在編制控制程序時也能使控制程序簡化。本課題車庫具體方案為2排2層3列式，因此有以下幾種初始車位方案：圖29 托盤初定位方案AA方案4號、5號托盤可直接使用。若要使用2號托盤，需要現(xiàn)將5號托盤移開，再將2號托盤降下。若要使用1號托盤，則需要將4號、5號托盤移開，再降下1號托盤。由于A方案在使用中涉及到的托盤比較多，故不采用此方案。圖210 托盤初定位方案BB方案4號、5號托盤也可直接使用。當要使用上層任一托盤時，下層只需要移動1個托盤即可，這樣可以提高車庫運行的效率。簡化車庫控制程序的編制，故本設計采用B方案的托盤初定位。自動化立體停車庫中，對于托盤形狀也有特殊要求。由于整個自動化過程由光電開光檢測信號量，托盤必須便于光電開關的檢測。另外，托盤也應該便于用戶停放車輛。圖211 托盤形狀設計托盤形狀設計如上圖所示，在托盤上設計前后2個凸起的部位。一方面，司機停車的時候可以自覺的減速，保證安全。另一方面，可以保證司機順利，準確的停好車。同時可以在停好車后，對車輛有一定的保護功能。此外，在托盤前方也有一處凸出部位，這是下層托盤左右移動時，讓光電開關檢測的部分。上層托盤不用此部分。2.4 托盤上的信號檢測方案圖212 托盤上的光電開關安裝圖上文已經提及，整個自動化過程由光電開關檢測信號量。在一個車位上，應該具備的信息包括：托盤是否到位；托盤上車輛有無；車輛停放是否準確。另外還應該進行一些安全方面的措施。本設計中采用了如圖212的信號檢測方式。其中，2號為上下限光電開關，控制托盤的上升、下降位置。3號為下位托盤檢測光電開關，控制下層托盤的左右移動。4 號為車輛檢測光電開關，用于檢測托盤上的車輛?？紤]到車輛停放時位置變化，車輛底盤高度不一，故采用斜線式檢測。1 號為接近傳感器，有過位保護作用，萬一上限光電開關失靈，接近傳感器可以保證托盤上升時不至于發(fā)生事故。此外在托盤入口處還安裝安全檢測光電開關（5 號），檢測車輛是否停放準確，如果沒有正確停放，車庫的機能將停止，同時觸摸屏將報警。2.5 托盤升降方案確定一般來說，托盤的升降方式有2種：鉸鏈式和鋼絲繩式。由于鉸鏈式在使用過程中可能會引起鉸鏈纏繞在一起，從而有事故隱患。故本方案采用鋼絲繩式，并且在上層托盤下方設置安全鉤。安全鉤的作用設計為：平時以它的重心保持在豎直位置或偏里一些的位置。當上層托盤需要下降時，電磁鐵先得電，將安全鉤打開，此時托盤能順利的下降。在上升時，則無需啟動電磁鐵就可以直接上升到指定位置。當電機發(fā)生故障或鋼絲繩突然斷裂時，安全鉤能對上、下層托盤起到保護作用，防止上層托盤的落下，提高安全系數(shù)。安全鉤的示意圖如下：圖213 安全鉤形狀示意圖第3章 車庫控制系統(tǒng)硬件選擇為了實現(xiàn)車庫的自動化控制，必須選擇相應的元器件來進行信號的檢測、處理及電機的控制。本設計中采用光電開關進行信號檢測，通過PLC處理信號，再由接觸器來控制電機的運轉。3.1 PLC模塊選取PLC是一種通用型的工業(yè)控制設備，PLC控制系統(tǒng)的規(guī)模、模塊的劃分、功能的設置是面向各種各樣的應用。因此選擇一臺合適的PLC組成經濟實用的控制系統(tǒng)尤為重要。3.1.1 PLC模塊介紹（1）主控模塊主控模塊就是人們通常所說的CPU模塊。在計算機系統(tǒng)中，CPU是整個系統(tǒng)的核心，控制著整個系統(tǒng)有條不紊的進行工作。同樣在PLC控制系統(tǒng)中，主控模塊也是系統(tǒng)中最重要的模塊，絕對不可缺少，PLC程序的輸入、運行和輸出都離不開該模塊。主控模塊包括CPU、存儲器、通信口、電池和LED指示器。（2）開關量I/O模塊PLC最擅長的控制就是開關量順序控制，在工業(yè)領域中，大多數(shù)控制也是開關量控制，因此I/O模塊是最常用的模塊。通常開關量I/O模塊的產品分為：輸入模塊、輸出模塊以及輸入/輸出模塊。（3）模擬量I/O模塊在工業(yè)控制中，除了大量的開關量控制以外，還有許多模擬量控制，例如對電壓、電流、濕度、壓力、流量的控制。有時，在同一個控制系統(tǒng)中既要對開關量控制還要對某些模擬量進行控制。因此為了適應生產實際的要求，PLC 各生產廠家各種專用的模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。模擬量I/O模塊的主要功能就是完成模數(shù)（A/D）轉換和數(shù)模(D/A)轉換，一般都自帶CPU和存儲器，只要PLC一上電，PLC 主控模塊就將控制字裝入其內部存儲器中，模擬量I/O模塊就能獨立工作并且與主控模塊共享存儲器，主控模塊只需用讀寫指令便可對模擬量I/O模塊進行操作。一般來講模擬量I/O模塊提供有一定數(shù)量的I/O點，可供用戶使用。（4）智能模塊模塊化后的PLC除了主控模塊外，還配備各種專用的、高級的智能模塊，以適應現(xiàn)代工業(yè)大型系統(tǒng)的快速、復雜的控制和管理的要求。常用的有：溫度控制模塊、高速計數(shù)模塊、位置控制模塊以及用于聯(lián)網通信的LINK模塊等。3.1.2 PLC模塊選取的基本原則對主控模塊的選擇之前，應對被控對象和生產過程的生產工藝及PLC的工作環(huán)境有足夠的了解，明確控制要求，確定控制輸入、輸出點數(shù)和性質等，然后才能針對具體的實際情況選擇PLC的主控模塊。對于以開關量為主，只有少數(shù)的模擬量控制，可以考慮采用小容量、高性能的PLC，如：西門子公司的S7-200系列或OMRON公司的CQM1。對于比較復雜的控制系統(tǒng)，開關量數(shù)目較多，對模擬量要求也較高，并且要求較快的相應速度。此時可以考慮較高檔的PLC，如：西門子S7-300或S7-400。對于控制要求很復雜，控制點數(shù)多并且分布較分散，不僅要進行快速的實時處理和控制，而且要求PLC控制系統(tǒng)能夠進行分析、決策和具有一定生產管理功能，這是必須考慮采用多個PLC此外在選擇主控模塊時，還必須考慮用戶程序存儲器容量，通信聯(lián)網功能，通信口，外圍設備借口等等。3.1.3 車庫PLC的選擇在立體停車庫中，PLC的功能主要是接收由光電開關檢測到的開關量信號，然后通過內部程序的處理，以此來順序控制托盤的升降橫移，實現(xiàn)車庫自動化。由于其要求輸入的信號并不復雜，數(shù)量也不多；其輸出主要是控制接觸器，通過接觸器控制電機的正轉反轉。因此選用小型PLC即可。此外，PLC中還需要存儲一些車庫相關信息，如托盤上車輛的有無，各托盤在程序中的代碼等等。但是，PLC對模擬量的檢測幾乎沒有要求。因此在PLC的選擇上選取了OMRON的C200H, 配合CPU 模塊C200HW-CPU34-E，電源模塊C200HW-PD024 以及底板C200HW-BC081。如果要進行模擬量檢測，也可通過增加模塊達到目的。3.2 開關的選擇按鈕和開關時自動控制系統(tǒng)中常用的元器件，由于按鈕、開關常用于發(fā)送控制指令，所以常稱他們?yōu)橹髁铍娖?。用于開關量控制的PLC 控制系統(tǒng)的信號輸入部分，就是由主令電器構成的。3.2.1 控制按鈕控制按鈕常常用作短時間接通或斷開小電流電路的開關。通常將用于緊急故障處理按鈕的帽子做成蘑菇形狀，配以醒目的紅色。將電源總開關做成鑰匙形狀的旋式按鈕。一般來說，紅色作為停止按鈕，綠色作為啟動按鈕。在立體停車庫的控制電路設計中，需要有總電源開關、啟動開關和緊急故障處理開關。通過它們來控制整個控制電路。3.2.2 接近開關接近開關是無觸點開關。按照接近開關的工作原理，可以分為電容型、霍爾效應型、感應電橋型、高頻振蕩型、磁鐵型等多種。高頻振蕩型接近開關是人們常常選用的一種接近開關，其工作原理是當裝在運動部件上的金屬體接近高頻振蕩器的感應頭（振蕩線圈）時，由于金屬體內部產生渦流損耗，使振蕩回路的等效電阻變大，能量損耗增加，從而使振蕩變弱，直至停止，于是開關輸出控制信號。接近開關工作穩(wěn)定可靠、壽命長、重復定位精度高、動作迅速、操作頻率高，在PLC 控制系統(tǒng)中廣泛應用。在本設計中，考慮到接近開關工作穩(wěn)定可靠、壽命長、定位精度高，因此將它作為托盤上升項目/型號型號：TL-W20ME1型號：TL-W20ME2檢測距離20mm10%設定距離016mm應差距離檢測距離的115%檢測物體響應頻率40Hz以上電源電壓（使用電壓范圍）DC1224V脈動（pp）10%以下消耗電流15Ma/12V，15Ma/24V控制輸出開關容量DC12V時100mA以下DC24V時200mA以下殘留電壓1V以下（負載電流200mA）時的保護開關。我采用了OMRON 的TL-W20ME1 接近傳感器，其主要技術指標如下表所示：表31 接近傳感器主要技術指標此接近傳感器檢測距離為20mm，誤差10，在檢測到物體時，輸出為“0”，這樣就可以作為安全保護開關。它的電源電壓是24VDC，輸出方式為NPN，這便于安裝人員的操作。此外，其工作環(huán)境溫度為2575，對于車庫這種熱源較多場所能夠適應，因此作出上述選擇。3.2.3 光電開關光電開關可分為兩類：透射型和反射型。透射型是發(fā)射器（光源）與接收器相對放置，發(fā)射器發(fā)射的紅外線直接照射到接收器上，當有物體將紅外線光源切斷時，接收器收不到紅外光，于是就發(fā)出一個信號。反射型根據紅外光反射方式的不同，又分為鏡反射（簡稱反射型）和被測物體反射（簡稱散射型）兩種。反射型的接受部分和發(fā)射部分合做在一起，發(fā)射部分發(fā)射紅外光，由反射鏡反射回來，被接收部分接收。散射型是依靠被測物體對光的反射，接收器接收到物體反射的紅外線，從而給出信號。散射型安裝簡單，不僅可以檢測物體的有無，還可以檢測物體的顏色，但是它的檢測距離最小。透射型檢測距離較大，但是調整頻繁。在本設計中，需要用光電開關檢測的量比較多，如托盤是否到位，車輛的有無，車輛是否停放準確等等。其中，對于車輛是否停放準確的檢測可使用安全光幕，它的工作原理同光電開關。但考慮到成本關系，并且用光電開關同樣可以達到相同的功能，所以本設計中均采用光電開關代替。由于車庫中托盤的反復運動勢必帶來震動，因此在選擇光電開關時需考慮防震性。在檢測托盤是否到位時，光電開關的響應速度必須快速、準確。此外所選元器件最好能使用統(tǒng)一電源，方便接線。因此，我選擇了OMRON 的E3G-R13 回歸反射型光電開關，其主要性能指標如下：其相應速度快，動作、復位各1ms，耐震動（1055Hz），并且?guī)в邪踩Ｗo結構。其最大特點是輸出方式PNP/NPN 可調，并且LIGHT ON/DARK ON 可調，這在程序設計和電器原理圖設計上都帶來了便利。（具體調節(jié)方式可參考OMRON 官方資料）檢測方式回歸反射型（帶反射板）項目型號E3G-R13E3G-R17E3G-MR19E3G-MR19T設定距離/標準檢測物體18mm以上的不透明時應差距離/指向角本體15反射率物性（黑白誤差）/光源（發(fā)光波長）紅色發(fā)光二極管（700mm）投光光點直徑/電源電壓DC1030V包括脈動（pp）10%DC12240V10%脈動（pp）10%以下AC12240V10% 50/60Hz消耗電流/電力50mA以下2W以下控制輸出負荷電源電壓DC30V以下負荷電流100mA以下（殘留電壓NPN出力，1.2V以下PNP出力，2V以下）集電極開路NPN/PNP輸出關轉換式L.ON/D.ON開關轉換式繼電路出口1C接點 AC250V 3A（COS=1）以下DC30V 3A以下L.ON/D.ON開關轉換式壽命（繼電器輸出）機械式/5000萬次以上（開關頻率18000次/h）電動式/10萬次以上（開關頻率18000次/h）保護回路電源逆相連接保護負荷短路保護防止相互干擾功能防止相互干擾功能響應時間動作/復位：各1ms動作/復位：各30ms靈敏度調節(jié)單轉可調式表32 光電開關性能指標3.3 執(zhí)行裝置3.3.1 電機選擇電機是最終的執(zhí)行機構，最終功能的實現(xiàn)要依靠電機。由于所需功率不同，在水平和垂直托盤上采用不同的電機。本設計中水平托盤要求的功率為0.2KW,升降托盤要求的功率為2.2KW。根據功率選擇三相異步電機Y801-2,額定功率0.75KW,額定電流1.83A 和Y90L-2,額定功率2.2KW,額定電流4.83A（江蘇大中電機）。3.3.2 接觸器接觸器的選擇是根據所控制的電動機和負載的電流類型，即交流負載使用交流接觸器，直流負載使用直流接觸器。一般觸點的額定電流應選大一點。由于本設計中采用三項異步電機，額定電流分別為1.83A 和4.83A.因此選用接觸器CJX2-09-32(上海人民電器公司)。3.3.3 熱繼電器熱繼電器用于保護電機，防止電機過熱燒壞。其工作原理為：一般為雙金屬片式，熱元件與被保護對象的主電路串接，負載電流通過熱元件和雙金屬片（復式加熱）利用熱效應使雙金屬片彎曲，當負載電流達到預置值的1.2倍或發(fā)生斷相時，熱繼電器的動作機構脫扣將電源切斷，使被保護對象得到保護。一般所選擇熱繼電器的額定電流為電路的額定電流的1.5倍左右。由額定電流來選擇熱繼電器。在本設計中對于升降電機選用的熱繼電器為LR2(JR28)8（上海人民電器公司），額定電流8A。對于水平移動的電機，選擇額定電流小一些的熱繼電器。另外電路中還要配以熔斷器，選擇熔斷器時只需將電流與安全系數(shù)相乘，通常取56倍的安全系數(shù)因此選擇熔斷器為RT1600-20(上海人民電器公司)，額定電流20A。3.4 其他裝置選擇本設計中還需要運用的有讀卡機、蜂鳴器、觸摸屏。其中讀卡機選用上海璽瑪克智能科技有限公司的SKRD-M1/R1讀卡機。這是一種非接觸式（Mifare）讀卡機，采用12V電源，有防水設計，ABS樹脂密封，比較適用于停車場的環(huán)境。蜂鳴器采用丹東華穎電器公司的24V電源的產品。觸摸屏采用easyview公司的MT510T。第4章 車庫電氣原理圖的繪制車庫的電氣原理圖主要有PLC的信號輸入、控制輸出圖，電機接線圖，控制電路圖。4.1 PLC 信號輸入圖PLC的信號輸入主要有：托盤是否到位，車輛的有無，車輛是否停放安全，車庫內車輛的計數(shù)，車輛過高檢測。對于各信號設定如下：對于托盤到位檢測，在托盤不到位時，信號輸入“0”， 反之為“1”；對于車輛有無的檢測，托盤上無車時信號輸入“0”，反之為“1”；對于車輛是否停放安全的檢測，信號輸入“0”為安全，“1”為不安全；對于車輛過高檢測，信號輸入“0”為可以通行，“1”為車輛過高，不可停放；對于車庫內車輛的計數(shù)，在出入口分別安裝了光電開關對應PLC 內部計數(shù)器的加減，當有車輛通過的時候計數(shù)器就會工作。各信號的輸入采用NPN 輸入方式。（見附錄1 PLC 信號輸入圖）4.2 PLC的控制輸出PLC的輸出方式可分為：晶體管輸出和繼電器輸出。PLC的輸出為晶體管時，阻斷狀態(tài)也有漏電流通過，為了避免對負載的影響，可并聯(lián)電阻R把漏電流I減小為I1 ,如圖41所示：圖41減小漏電流對負載的影響PLC的輸出為繼電器時，為了減小火花放電對接點的損害，可以在繼電器的接點上或負載上并以附加電路。對于直流供電的負載在PLC輸出接點上并以R、C串聯(lián)放電電路。（如圖42 所示）對于交流電源或直流電源電壓較低的電路，在負載上并R、C串聯(lián)放電電路。C的作用是當接點打開時釋放感性負載電能，R的作用是接點閉合時限制充電電流。（如圖43所示）此外還可以通過負載上并聯(lián)二極管，負載上并穩(wěn)壓管和二極管的串聯(lián)，負載或接點上并聯(lián)雙向瞬變電壓抑制二極管等方法來達到目的，在此我就不一一列舉了。在本設計中，PLC的輸出采用繼電器輸出。主要是控制接觸器，通過接觸器線圈，來控制相應的觸點，由此控制電機的正反轉。（見附錄2 PLC信號輸出圖）圖42接點并以RC 減小放電火花圖43負載并以RC 減小放電火花4.3 控制電路圖控制電路主要為整個控制系統(tǒng)提供電源。它的設計要求控制簡單、快捷，并有一定的安全保護措施。在電路控制圖中，K25為總電源開關，我將它設計成一鑰匙開關，以防被人亂動。K22為緊急故障處理按鈕，當發(fā)生緊急事件時，按下K22，所有電源全部切斷。K23為啟動按鈕。K24是為了保證啟動按鈕按下后電路一直接通的線圈，燈L0是標志啟動的信號燈。在圖中，220V的電壓在經過變壓器后成為24VDC的直流電壓，并對PLC觸摸屏，光電開光和接近開關進行供電。通常情況下，管理員首先用鑰匙打開總開關，即K2閉合。然后按啟動按鈕K23，此時線圈K24通電，從而使對應的觸點閉合。這樣就能使電路保持接通，對其他元器件進行供電，管理員可以通過燈L0觀察控制電路狀態(tài)。（見附錄3 控制電路圖）4.4 電機控制圖電機控制圖是對電機正反轉的電路設計，其中也包擴電機的保護措施。在電機控制圖中，首先運用的是空氣開關和熔斷器。這是為了防止電路中電流過大。由于車庫中的升降托盤是單一運行的，在同一時間一般只有一臺電機運轉（水平運動的電機可能2 臺同時工作，但此時功率還是小于一臺升降電機），故只根據升降運動的電機選擇一個熔斷器安裝在總線路中。對于每個電機則根據功率采用熱繼電器保護。當電路中熱量過大時，熱繼電器開始工作，此時PLC信號輸出電路中的熱繼電器相應結點斷開，導致接觸器電源斷開，從而使電機停止運轉，起到保護電機的作用。電機的正反轉是通過PLC控制的接觸器來實現(xiàn)的。（見附錄4電機控制圖）第5章 PLC的通信及網絡隨著計算機通信網絡技術的日益成熟及企業(yè)對工業(yè)自動化程度要求的提高，自動控制系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的集中式控制向多級式控制方向發(fā)展。智能停車場管理系統(tǒng)單獨成為一個局域網，通過網線與物業(yè)管理其他局域網聯(lián)系，此時停車場管理系統(tǒng)為物業(yè)管理局域網中的一個結點，可以對外交換信息。此處主要設計停車場管理系統(tǒng)的局域網，因為它涉及的金額多、實時處理要求高，故要求上位機能進行計時與收費處理，還要能監(jiān)控車庫狀態(tài)，對于異常情況進行報警。5.1 通信網絡的簡介無論是計算機還是PLC，他們都是數(shù)字設備。它們之間交換的信息是由“0”和“1”表示的數(shù)字信號。通常把具有一定的編碼、格式和位長度要求的數(shù)字信號稱為數(shù)據信息。數(shù)據通信就是將數(shù)據信息通過適當?shù)膫魉途€路從一臺機器傳送到另一臺機器。這里的機器可以是計算機、PLC或是有數(shù)據通信功能的其他數(shù)字設備。數(shù)據通信系統(tǒng)的任務是把地理位置不同的計算機和PLC及其他數(shù)字設備連接起來，高效的完成數(shù)據的傳送、信息交換和通信處理三項任務。數(shù)據通信系統(tǒng)一般由傳送設備、傳送控制設備和傳送協(xié)議及通信軟件等組成。5.2 工業(yè)局域網簡介5.2.1 局域網4大要素網絡的拓撲結構、介質訪問的控制、通道利用方式，傳送介質是局域網的4大要素。（一）網絡拓撲結構網絡拓撲結構是指網絡中通信線路和結點間的幾何布置，用以表示網絡的整體結構外貌，它反映了各個模塊間的結構關系，對整個網絡的設計、功能、可靠性和成本都有影響。常見的拓撲結構有星形網絡，環(huán)形網絡和總線形網絡。（二）介質訪問控制介質訪問控制是指對網絡通道占有權的管理和控制。局域網上的信息交換方式有兩種：一種是線路交換，即發(fā)送結點與接收結點之間有固定的物理通道，且該通道一直保持到通話結束。第二種是“包交換”。這種交換方式把數(shù)據編組，從一個轉換結點傳到另一個轉換結點，直到目的站。發(fā)送結點和接收結點之間無固定物理通道。介質訪問的控制方法主要是：令牌傳送法和爭用方式。（三）通道的利用方式通道的利用方式為基帶方式和頻帶方式。5.2.2 網絡協(xié)議和體系結構（一）通信協(xié)議PLC的網絡如同計算機網絡一樣也是由各種數(shù)字設備（其中也包括PLC、計算機）和終端設備等通過通信線路連接起來的復合系統(tǒng)。這個系統(tǒng)中由于數(shù)字設備型號、通信線路類型、連接方式、同步方式、通信方式等的不同給網絡各結點間的通信帶來了不便，不同系列、不同型號的計算機、PLC通信方式各有差異，造成了通信軟件需要依據不同情況進行開發(fā)。為確保通信雙方能正確而自動的進行通信，制定了一整套的約定，這就是網絡系統(tǒng)的通信協(xié)議。通信協(xié)議用來規(guī)定有關功能部件在通信過程中的操作。通常至少應有2種功能，一是通信，二是信息傳輸。（二）體系結構網絡的結構通?？梢詮?個方面來描述：網絡體系結構、網絡組織結構和網絡配置。網羅組織結構是指從網絡的物理實現(xiàn)方面來描述網絡的結構；網羅配置指從網絡的應用來描述網絡的布局、硬件、軟件等；網絡的體系結構指從功能上來描述網絡的結構，至于體系結構中的功能如何實現(xiàn)，由網絡生產廠家解決。（三）網絡的參考模型為了保證通信的正常運行，除需具有良好、可靠的通信通道外，還需要通信各方遵守共同的協(xié)議才能保證高效、可靠的通信。通信協(xié)議一般采用分層設計的辦法。1979 年國際化標準組織（ISO）提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM。該模型規(guī)定了7 個功能層，每層都使用自己的協(xié)議，目的就是使各設備之間實現(xiàn)標準化。這7 層協(xié)議為：物理層、鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。5.3 網絡系統(tǒng)設計基本原則進行網絡設計時要考慮網絡的可靠性、可用性、先進性、可擴展能力、抗干擾能力、性能價格比等因素。對于一個實際的網絡工程而言，設備選型也是一個十分重要的問題，它直接涉及到設備供應商。因此在選擇供應商時，應考慮：合法性、設備先進性、性能價格比、售后服務、廠商信譽、對新技術的適應性、軟件升級和人員培訓等因素。5.4 OMRON PLC上位機網絡設計將計算機與控制系統(tǒng)中的PLC連接起來，計算機作為上位機，PLC作為下位機進行通信，就構成了PLC網絡的上位連接系統(tǒng)。計算機作為上位機可以提供良好的人機界面，進行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理；PLC作為下位機，執(zhí)行可靠有效的分散控制。由于立體車庫系統(tǒng)不大，上位機與各現(xiàn)場處理機（PLC）間通信不頻繁，而對信號的處理速度要求快捷。準確，因此考慮以星形網絡作為網絡拓撲結構。其特點是：結構簡單，便于管理控制，建網容易線路可用性強，效率高，網絡延時時間短，便于程序集中開發(fā)和資源共享。這些比較符合立體車庫的控制網絡要求。上位計算機通過點到點的方式與各現(xiàn)場處理機（PLC）進行通行。網絡以雙絞線作為傳送介質。其結構如圖51 所示：圖51 星形網絡拓撲結構5.4.1 系統(tǒng)的構成上位機連接系統(tǒng)是由上位通用計算機（或工業(yè)計算機）、PLC的上位鏈接模塊（HOST LINK模塊）、LINK適配器、電纜以及PLC構成的。一般來說，上位機就是個人電腦，只要具有RS-232接口即可。LINK適配器在系統(tǒng)中常用于HOST LINK模塊與上位機之間的分支連接；或是作為光纜的接口；或是2 種功能兼而有之。PLC與計算機之間采用的時串行通信，而PLC和計算機的數(shù)據信息是并行傳送的。因此要實現(xiàn)PLC與計算機的通信就必須要有并行信號和串行信號間的轉換，以及相應的傳送協(xié)議，能起這樣作用的在計算機方面是RS-232串行口，在PLC方面就是PLC的上位機鏈接模塊（HOST LINK模塊）。因此上位鏈接模塊在網絡中起了重要作用。5.4.2 系統(tǒng)的結構圖52 網絡鏈接圖PLC上位機網絡系統(tǒng)結構如上圖所示。其中B500-AL004 鏈接適配器起將RS-232C 與RS-422電平轉換的功能。RS-422 鏈接適配器是將信號電平轉換到PLC。整個網絡最多可連接32 臺PLC，并且為了保證數(shù)據的正常傳送，從適配器到HOST LINK的分支不超過10m。5.4.3 計算機與PLC的通信硬件部分是基礎，而要實現(xiàn)上下位機的通信則需要通過軟件來進行。一般上位機的操作系統(tǒng)選用WINDOWS NT，用BASIC，C語言或機器的匯編語言來編寫通信軟件。利用NT和SQL SERVER 7.0的權限管理功能實現(xiàn)網絡和數(shù)據庫的權限管理，利用BLKT2003的IC卡權限管理和密碼權限管理實現(xiàn)終端的權限管理。BLKT2003主要由IC卡管理模塊、人事資料管理模塊、通信管理模塊、系統(tǒng)設置管理模塊、查詢管理模塊等模塊組成，模塊化設計便于系統(tǒng)組合和升級，同時系統(tǒng)也將更加穩(wěn)定，因為單個模塊的故障不會影響整套系統(tǒng)的正常運作。上位機和PLC之間的通信實際上是計算機與PLC通信模塊HOST LINK之間交換命令和響應。HOST LINK能夠對從計算機發(fā)送來的字符串進行分析、檢查數(shù)據的格式、分析指令代碼，然后根據指令代碼進行相應的操作，并向計算機發(fā)出響應信號，通知計算機已完成的操作或反映通信重的錯誤、FCS錯誤、代碼錯誤。當從上位機發(fā)出一個命令時其命令格式如下：圖53 命令格式1表示命令的開始2設備號上位機識別所連接的PLC設備，不同型號的PLC設置設備號的方法也不同，有的通過HOST LINK上的SW1進行設置，有的通過外部設備（如編程器）在DM 中設置。3 識別碼命令代碼，占兩個字符。4正文設置命令參數(shù)。5 FCS幀檢查序列。占兩個字符。一旦通信出錯，通過計算FCS可以及時發(fā)現(xiàn)。6 結束符“*”和CR碼回車表示命令的結束。在收到命令后，對于命令的相應格式如下：圖54 響應格式圖中設備號、識別碼的含義同命令格式中的解釋。其余的解釋如下：1異常碼返回命令執(zhí)行狀態(tài)有無錯誤等。2正文僅在有讀出數(shù)據時有返回。3結束符“*”和CR碼表示相應結束。5.4.4 上位機需要進行通信的數(shù)據在車庫運行時，上位機需要對一些數(shù)據進行處理，來監(jiān)測車庫運行狀態(tài)。首先，上位機需要檢測車庫內各車位的狀態(tài)，對應我所編制的程序，上位機需要檢測PLC的LR1.00-LR1.11 內的數(shù)據。其命令為：設備號RL00010001FCS*其含義是：RL表示讀PLC的LR區(qū)，前一段“0001”表示起始通道為LR01，后一段“0001” 表示只讀一個通道。當命令到達HOST LINK 后,其相應格式如下：設備號RL 異常碼011000FCS*其中“011000”表示各托盤上車輛的有無，“0”表示無車, “1”表示有車。上位機也需要檢測車庫運行是否安全，在我的程序中，這一部分內容也被放置在LR 區(qū)，上位機在檢測時，發(fā)出命令如下：設備號RL00020001FCS*其中“0002”表示所讀通道為LR02，“0001”表示讀1 個通道。響應格式為：設備號RL異常碼011000FCS*其中“0”為安全，“1”為不安全。此外，上位機還需要對車庫的容量進行控制，在車庫的出入口，我已經設計了計數(shù)用光電開關，當計數(shù)達到計數(shù)器的預設值時，PLC 內部計數(shù)器被置“1”，上位機只需檢測這一計數(shù)器即可。其命令格式為：設備號RG00100001FCS*其中“0010”表示讀計數(shù)器10，“0001”表示讀1個通道。響應格式為：設備號RG 異常碼0/1FCS*車庫未滿的狀態(tài)為“0”，車庫滿后為“1”。最后，當讀卡機工作時，上位機也需要將對應信息傳送給PLC。此處，我使上位機對DM區(qū)賦值，來實現(xiàn)信息的傳送，其命令為：設備號DM00980000000000000001FCS*命令中“0098”表示命令操作對象為通道DM0098，“0000000000000001”表示1 號托盤。對于2號托盤，我以“000000000000010”表示，以此類推，將所有10個托盤編號。當讀卡機讀到對應的卡后，上位機就會將相應的數(shù)據傳送到PLC 的DM98通道。第6章 人機界面分析和設計自動化立體停車庫中的人機界面要能反映車庫中的車位狀態(tài)，對車庫中的異常狀態(tài)進行報警。不僅如此，它也要能使管理員直觀的對車庫進行控制，使維護人員能通過觸摸屏對車庫故障進行修復。6.1 PLC 應用系統(tǒng)的人機界面簡介對于一個有實際應用價值的PLC系統(tǒng)來講，除了硬件和控制軟件之外，還應有便于用戶操作的方便的人機界面。用戶可以通過人機界面隨時了解、觀察并掌握整個控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，必要時還可以通過人機界面向控制系統(tǒng)發(fā)送出故障警報，進行人工干預。因此人機界面可以看作是人與硬件、控制軟件的交叉部分，人可以通過人機界面與計算機、PLC進行信息交換，向PLC控制系統(tǒng)輸入數(shù)據、信息和控制命令，而PLC控制系統(tǒng)又可以通過人機界面，在計算機上回送控制系統(tǒng)的數(shù)據和有關信息給用戶。綜上所述，所謂人機界面指的是介于人與PLC控制系統(tǒng)之間的一個界面。操作人員可以通過人機界面與PLC控制系統(tǒng)進行信息、數(shù)據的處理和交流。6.2 人機界面設計時應考慮的幾個問題人機界面設計的根本出發(fā)點是為了使用戶更方便、更容易的操作和使用PLC控制系統(tǒng)。人與機器打交道有各種各樣的人機交互方式，每種方式都有各自的不同性能、特點和適用范圍。在進行人機界面設計時，必須充分了解各種交互方式的優(yōu)缺點和使用限制，按照不同的對象，任務類型選擇和設計適當?shù)娜藱C交互方式。通常在設計之前要考慮：使用對象；學習的難易程度；操作響應速度；人機界面的控制方式。在人機界面設計時，應該讓用戶以最快的方式學會使用，響應速度要快，控制要安全、可靠。通常人機界面的交互方式有：對話方式；命令語言方式；菜單界面方式；功能鍵方式等。6.3 自動化立體車庫觸摸屏的組態(tài)在本設計中，人機界面主要是由觸摸屏來實現(xiàn)的。我所選用的觸摸屏是easyview 的MT510T觸摸屏。通過觸摸屏，操作人員能進行車庫單動和自動的切換?？梢粤私廛噹靸韧斜P上有無停車的信息，并可以對車庫內的安全情況進行監(jiān)測。觸摸屏的主畫面是自動操作畫面（圖61）。在進入畫面后，上面2排顯示燈是對車庫內托盤上有無停車的顯示，同時，在使用時管理員能夠通過按相應的指示燈來選中相應的車位。這一功能是通過觸摸屏的位狀態(tài)切換開關來實現(xiàn)的。一方面，位狀態(tài)切換開關能顯示PLC內部結點的狀態(tài)。另一方面，它還可以改變PLC內部結點的狀態(tài)。在設計上，我使這些顯示燈顯示車輛檢測信號，而控制的是托盤的運動。在下方，有一“READY”指示燈，這是一個狀態(tài)顯示開關。當車庫內托盤恢復初始狀態(tài)時（詳見第二章托盤初始狀態(tài)分析），此指示燈會亮起，提示管理員下一位用戶可以進行使用?！癛EADY” 指示燈旁邊是車庫內的報警燈。當車庫內的車輛未按規(guī)定正確停放時，此燈會亮起。此時管理員要提醒用戶停好車。右下方的鍵是車庫復位鍵。這是一個位狀態(tài)設定開關。當程序出錯時，可由此鍵將車庫恢復到初始狀態(tài)。左下方的鍵是畫面切換開關?？梢酝ㄟ^此按鈕來實現(xiàn)單動/自動的轉換。在此鍵上，我對它進行了加密，即對單動操作進行了權限設置。需要先在左下方隱藏的密碼輸入鍵盤中輸入密碼，才能使用此鍵。圖62 是觸摸屏的單動操作畫面。在此畫面中，操作者首先要切換自動/單動操作方式，然后通過上排的位狀態(tài)設定開關選中對應的托盤，才可以通過下方的方向鍵來控制托盤的運動。如果要選擇另一個托盤，則需要先按CANCEL鍵，然后再繼續(xù)選擇托盤進行操作。單動畫面主要用于車庫的維護和檢修。以上只是對整個車庫中的一個子車庫的控制設計，如果要對多個子車庫實現(xiàn)控制，則可以設計一個主畫面，在主畫面上對子車庫進行選擇，然后再按照以上的方式編制對應子車庫的組太軟件。圖61 觸摸屏自動操作畫面圖62 觸摸屏單動操作畫面第7章 車庫控制程序的編制最終實現(xiàn)車庫自動化的還是PLC中的控制程序?？刂瞥绦蜿P系到車庫運行的效率，運行時的安全性，控制的方式等等。因此?？刂瞥绦虻暮脡闹苯雨P系到整個車庫的狀態(tài)。7.1 軟件設計簡介PLC的應用軟件設計是一項十分復雜的工作，它要求設計人員既要有PLC、計算機程序的設計基礎，又要有自動控制技術，還要有一定的現(xiàn)場實踐經驗。首先設計人員必須深入現(xiàn)場，了解并熟悉被控對象的控制要求。明確PLC控制系統(tǒng)必須具備的功能，為應用軟件的編制提出明確的要求和技術指標。在此基礎上進行總體設計，將整個軟件根據功能要求分成幾個獨立部分，分析他們之間在邏輯上，時間上的相互關系，使設計出的軟件總體上結構清晰、簡潔、流程合理，保證后繼各個開發(fā)階段及其軟件設計規(guī)格說明書的完全性和一致性。7.2 車庫托盤運動分析將2排2層3列車庫的托盤編號如下：圖