现代工业控制机及网络技术

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1、课程设计课程设计题目：现代工业控制机及网络技术1 系统方案1.1 被控对象分析与描述1.1.1 车库选型国家质量监督检验检疫总局颁布的特种设备目录中，将立体车库分为九大类，具体是：升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和汽车专用升降机。其中升降横移类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类，这 4 种类型的车库都是最典型的、市场上最多采用的、市场占有率最高的、最适合大型化发展的。升降横移类机械式立体车库设备，采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备。由于型式比较多，规模可大可小，对地的适应性较强，因此使用十分普遍。钢结构部分、载车板部分

2、、链条传动系统、控制系统、安全防护措施等。在停车设备的市场份额约占 70%。根据车库的设计要求能实现大型轿车的存取，由 JB/T 8713-1998 可知, 大型轿车的外形尺寸：车长车宽车高 = 5000mm1850mm1550mm，参照同类产品资料,并考虑安装一些必要的检测装置(如检测车辆尺寸是否满足该车位尺寸要求的检测器)和横移电机的安装地点。本立体车库前、后立柱之间的距离设为 6000mm，车位的长度设为 5500mm，为便于顾客出入还要确保地面平层停车的空间不小于 1800mm,从而确定了地面平层与顶层直接的高度为 1800mm；考虑顾客开车门等情况，确定了一个车位的宽为 2000mm

3、。由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为 2-4 层，其中 2,3 层居多。实地考察后，发现停车的地方比较狭窄或者在路边，而且长度在 10 米或10 米的倍数。决定采用 3 层*5 车位升降横移类立体车库。车库尺寸规格为10m*6m*5.4m。1.1.2 车库结构升降横移式立体车库主要是通过上位计算机来操控载车板，做上下升降、左右横移来进行车辆的存取。它的主要结构由五部分构成，分别是主结构框架、载车板系统、传动系统、安全防护系统、控制系统等。其整体结构三视图如图 1.1 所示。540m100m1236 54987 10112131415图 1.1 车库三视图1. 主体结构框架主体结构框架是升

4、降横移式立体车库的主要支撑部分，主要由立柱、纵梁、横梁以及导轨等组成。2. 载车板载车板主要作用是乘载储存的汽车，其上安装一个横移电机，带动载车板系统做横移操作，载车板又通过四根链条（钢丝绳）与车库框架相连，实现了升降电动机带动载车板做升降运动。在设计载车板时，不仅要考虑到所承载车辆的重量，而且要保证在运动过程中车辆与载车板之间不产生滑移现象。为了防止这种现象的发生一般载车板上采用中间凸起、倒车限位装置、车轮防滑装置等。载车板结构图如图 1.2 所示。1-车轮固定装置；2-倒车限位杆；3-载车板图 1.2 载车板结构图3. 传动系统传动系统是整个车库系统的核心，分为横移、升降传动系统。横移传动

5、借助导轨、滑轮运用交流减速电机来驱动，它们之间通过一个链轮与链条的组合来实现动力的传递。升降传动系统有升降电机提供动力，通过链条（钢丝绳）来提升。如图 1.3 所示升降传动装置简图。考虑到该车库结构的特殊性，以及所选电机的安装的地方，故选用两级链条来实现传动，图 1.3 中 1、2 链轮实现一级传动，3、4 链轮以及 3、7 链轮实现二级传动。 1 为传动链轮安装在减速器上，链轮 2、3 安装在同一个转轴上，链轮 5 安装在车库的纵梁上，用于链条的回转，链轮 4、6 是一种支撑链轮也安装在车库的纵梁上。升降电机工作时，链轮 1、2 及链条带动主动轴旋转，主传动轴转动实现了链轮 3 的转动，从而

6、带动载车板上升或下降。链轮 4、6 是再升降的时候起支撑的作用。1-减速器链轮；2- 主传动轴大连轮；3-主传动轴小链轮；4、5、6-起吊链轮；7-载车板图 1.3 升降传动装置简图4. 安全防护系统车库的安全防护系统是十分重要的。因此，我们必须考虑到设备在各种情况下的安全措施。对此，安全防护系统有危险警报、防坠装置、车辆超长检测、紧急停车、温度检测等部分。防止载车板坠落装置是安全防护系统的关键部件，决定了车库停车安全性能。当车辆停放在车库时，通过这个装置可以防止载车板落下伤车伤人。本车库选用了挂钩式防坠落装置，通过电磁铁驱动来实现其工作。当电磁铁通电，推杆运动而触动安全挂钩解锁，反之亦然。这

7、种防坠装置结构简单、易操作、成本低、且安全性高等特点被广泛应用。如图 1.4 所示挂钩式防坠落装置。1-电磁铁；2- 挂钩图 2.5 挂钩式防坠落装置1.2 系统总体设计1.2.1 车库控制系统架构立体车库控制系统主要是由下位 PLC 控制系统、上位工控机 PC 监控系统等两个部分组成，系统结构框图如图 2.1 所示。图 2.1 立体车库控制系统结构框图本文的重点是针对升降横移式立体车库控制系统，进行深入的研究与应用，如图 2.1 所示车库控制系统结构。车库控制系统通过 PLC 接收、处理各个传感器反馈的数据，并实现控制车库存取动作，通过现场总线实现 PLC 与上位机的通信，利用上位 PC 机

8、的数据通信、图形显示、数据处理及多媒体技术等对车库进行监控，进行实时接收、处理 PLC 从立体车库停车现场收集的各种信号，并通过这些信号数据驱动上位机监控界面中图形的运动，进行现场实时监控，减轻操作人员的工作量，更加方便快捷进行故障诊断。立体车库的自动存取车控制系统主要包括：(1)各 种 信 号 的 采 集 和 控 制 输 出 。 PLC 输 出 信 号 给 接 触 器 线 圈 ， 控 制 接 触器 的 接 通 与 关 断 ， 同 时 将 车 位 的 空 闲 情 况 用 灯 泡 显 示 。(2)电 机 控 制 线 路 、 控 制 电 机 正 反 转 的 接 触 器 、 到 位 限 位 、 平

9、台 的 上 下 行程 限 位 及 闸 门 的 开 闭 。 车 库 采 用 车 位 检 测 装 置 代 替 人 工 找 位 ， 用 升 降 装 置 输送 汽 车 到 位 。 系 统 在 面 板 处 设 有 急 停 开 关 ， 当 发 生 意 外 时 ， 按 下 急 停 开 关 ，断 掉 所 有 电 机 的 电 源 ， 使 平 板 无 法 继 续 运 行 ， 以 保 护 人 员 及 设 备 的 安 全 。1.2.2 升降横移式立体车库控制系统组件1. 上位机立体车库控制系统的上位机主要是带有车库监控系统的 PC 计算机，通过在 PC 机上安装相应车库管理与控制实现一个完整的监控系统。如图 2.11

10、 所示与其相关的设备还有打印机、显示器、语音提示设备和读卡设备等。本文通过组态软件完成车库控制系统的应用，实现对车库系统的监控。2. PLC立体车库控制系统的核心部件就是下位机，也就是 PLC（可编程控制器） 。它连接着执行机构与上位机，通过车库控制系统 PLC 能够实现上位机的指令传达与处理，控制车库执行机构的运动。3. 现场总线现场总线主要采用的是 MPI（多点接口通信协议）总线，通过 MPI 能够实现 PLC 与上位多台设备进行连接与通信。MPI 的主要任务就是实现了 PLC 与 PC 机之间的通信，且由于 MPI 有着高速通信的特性，能够实时对车库现场信息的采集、状态的监控和报警。4.

11、 检测系统检测系统是整个控制系统中不可或缺的一部分，其主要作用是提高车库的安全性能。检测系统的主要设备有光电开关、限位开关和一些报警器等。光电开关主要是对车辆的尺寸进行检测，也对停车是否到位进行检测；限位开关主要是对载车板的升降横移运动的位置是否到位进行检测；报警器主要是对车库的火灾等情况进行检测。图 2.2 车位光电开关示意图如图 2.2 所示，前后排光电开关 1、2 分别检测后排车辆和前排车辆是否倒车入位，车头当没有车时或者车辆停到位时，光电传感器接收端口与发光端口之间没有障碍物，光信号能顺利到达接收端口，此刻光电传感器没有信号发出，报警器不会发出报警信号，后续操作可以正常进行；当车辆没有

12、停到位时，接收端口接收不到光信号，那么控制器将接收到光电传感器发出的信号，报警器报警，且锁死控制器，并在警报解除前不能进行任何后续操作。2 系统硬件设计2.1 硬件选型目前，PLC 的制造厂家众多，其系列型号更是琳琅满目。据不完全统计，全球共有二百多家的生产厂商，主要代表的公司是美国的 A-B 公司、日本的三菱公司及德国的西门子公司等。PLC 的产品型号就更多了，适用的范围不同也各不相同。选择一个合适的车库控制系统的 PLC 对整体车库的控制性能有很大的提高。对本车库的分析可知，车库控制系统适用在工装固定、维护方便的小型立体车库，且车库基本上为开关型控制量，每一个 3 层*5 车位的模块需要端

13、口分别为 82 个 DI、77 个 DO 、2 个 AI 和 1 个 AO 端口。但是由于系统是模块化设计，为了方便以后车库的增加，而且 PLC 与上位机 WINCC 通信数据量大，同时为了以后扩展系统扩充方便，决定选用 S7-300PLC。电源模块选型，由手册知道：CPU312 额定电流为 750mA。SM321 DI32*DC24V 的电流为：7mA*32=210mA，共 3 个模块 650mA。SM322 DO32*DC24V 的电流为 0.5A，共三个模块 1.5A。SM334 AI4/AO2*12Bit 的电流为 150mA。电源模块电流=（0.75+0.65+1.5+0.15）/0

14、.7=4.4A。但由于 PS307 采用交流 120/230V 供电（面板上有输入电压选择开关） ，输出直流 24V，有三种规格 2A、5A、10A ，所以选用 5A 的电源。硬件选型如图 2.3 所示：图 2.2 硬件选型2.2 硬件资源分配系统模拟量输入有车库温度和车库可燃物两个：IW352 车库温度IW354 车库可燃物含量系统模拟量输出，用于显示当前剩余车位数量：QW352 当前剩余车位数量表 2.1 数字量输入表序 号 符 号 地 址 功 能 序 号 符 号 地 址 功 能1SB1 I0.0 启 动 42SQ36 I5.1 9号 载 车 板 有 车2SB2 I0.1 停 止 43SQ

15、37 I5.2 9号 载 车 板 车 停 到 位3SB3 I0.2 复 位 44SQ38 I5.3 挂 钩 9松 到 位4SB4 I0.3 急 停 45SQ39 I5.4 挂 钩 9挂 到 位5SB5 I0.4 现 场 急 停 46SQ40 I5.5 10号 车 位 限 位 开 关6SB6 I0.5 现 场 复 位 47SQ41 I5.6 10号 载 车 板 平 移 故 障7SQ1 I0.6 1号 车 位 限 位 开 关 48SQ42 I5.7 10号 载 车 板 升 降 故 障8SQ2 I0.7 1号 载 车 板 平 移 故 障 49SQ43 I6.0 10号 载 车 板 有 车9SQ3 I

16、1.0 1号 载 车 板 有 车 50SQ44 I6.1 10号 载 车 板 车 停 到 位10SQ4 I1.1 1号 载 车 板 车 停 到 位 51SQ45 I6.2 挂 钩 10松 到 位11SQ5 I1.2 2号 车 位 限 位 开 关 52SQ46 I6.3 挂 钩 10挂 到 位12SQ6 I1.3 2号 载 车 板 平 移 故 障 53SQ47 I6.4 11号 车 位 限 位 开 关13SQ7 I1.4 2号 载 车 板 有 车 54SQ48 I6.5 11号 载 车 板 升 降 故 障14SQ8 I1.5 2号 载 车 板 车 停 到 位 55SQ49 I6.6 11号 载 车 板 有 车15SQ9 I1.6 3号 车 位 限 位 开 关 56SQ50 I6.7 11号 载 车 板 车 停 到 位16SQ10 I1.7 4号 车 位 限 位 开 关 57SQ51 I7.0 挂 钩 11松 到 位17SQ11 I2.0 4号 载 车 板 平 移 故 障 58