《巷道式立体车库电气系统软件设计说明书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《巷道式立体车库电气系统软件设计说明书.doc（65页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 毕业设计说明书设计题目：巷道式立体车库电气系统软件设计63 / 65摘 要进入21世纪后，伴随着我国经济继续地大踏步前进和人民生活期望值的提升，市民人均拥有私家车的数量逐年上升。加上我国近几年用地的紧，于是停车难的问题越发凸现。虽然立体车库的投入使用缓解了目前停车难的问题，但很多在役的立体车库存在的问题还是很多，例如：成本高、利用率低、不易推广、安全性差等问题。结合目前市场上的立体车库现状和现实使用中的实际环境，本文主要针对基于 PLC 的电气控制系统进行了理论研究和软件设计。本课题所研究的立体车库具有开发难度小、制造成本低、能耗低等优点，尤其适合居民小区、工作单位这样的场所需求，以上优点对
2、立体车库的推广将起到积极的作用。关键词：立体车库；电气控制系统；PLCAbstractAfter entering the 21st century, the amount of the civil private car per capita is increasing year by year along with the rapid development of our nations economy and the improvement of the civil life expectation value. Adding the stress of our nations land
3、 in recent years, the problem of the parking difficulty is all the more protruding. Although the employment of the stereo garage relieve the recent problem of the parking difficulty, the in-service stereo garages have many problems, for example, high cost, low utilization ratio, not easy to populari
4、ze, low safety and so on. Combined with the stereo garages status in the market presently and practical environment in the realistic use, the thesis mainly does the design and the theory research that are aimed at electrical control system based on the PLC. The stereo garage researched by this issue
5、 has the advantages that are easy to develop, low manufacturing cost, low energy consumption and so on, which especially fits the demand of the places that are residential area, work units, the merit above will play a positive role in the spread of the stereo garage. Keyword Three-dimensional garage
6、; Electric control system; PLC 目 录摘要IABSTRACTII第1章绪论51.1 课题研究的背景51.2 立体车库国外的发展概况51.2.1 立体车库国外发展概况51.2.2 立体车库国发展概况61.3 立体停车库的研究现状61.4 课题研究的目的与意义71.5 本文研究主要容和要解决的主要关键问题81.5.1 课题研究主要容81.5.2 课题研究容的技术指标8第2章巷道式立体车库PLC控制系统的设计102.1 车库的框架结构组成与实现原理102.1.1 车库的框架结构组成102.1.2 车库的整体控制原理132.1.3 车库的运行原理142.2 PLC 控制系
7、统总体方案172.2.1 PLC 控制系统172.2.2 系统功能设计172.2.3 PLC 控制系统结构组成182.3 本章小结20第3章巷道式立体车库控制系统软件部分的设计213.1 PLC 编程环境介绍213.1.1S7-300 程序结构213.1.2S7-300 程序编译方式223.1.3PLC 软件开发基本说明223.2 S7-300 程序软件编程233.2.1 绝对编码器233.2.2 MM440 变频器使用介绍253.3 S7-300 的软件程序编译253.4系统可靠性软件设计313.5本章小结31第4章巷道式立体车库管理系统设计324.1软件开发工具简介324.1.1软件实现平
8、台324.1.2 后台数据库使用324.2管理系统软件的实现334.3 车库车位占用分布图354.4本章小节39第5章车库控制系统调试405.1 S7-300 控制系统调试容405.2 调试结果415.3 本章小结41第6章结论与展望426.1结论426.2展望42参考文献43辞45第1章 绪论1.1 课题研究的背景进入 21 世纪，我国经济通过不断完善其发展模式依然保持良好稳定的前进速度1。人民生活的期望值随之提升，加上汽车工业迅猛发展和良好的消费环境，人均拥有汽车的数量逐年上升, 私人汽车保有量增长依然显著，2012 年中国私人轿车保有量 5308 万辆，增长 22.8。汽车保有量的快速上
9、升与有限的停车位之间的矛盾越发的明显，经常出现上班找不到车位，回家无处停车的窘况。生活小区，工作单位停车难的问题在大中型城市尤为明显，虽然很多城市在停车管理上投入了大量的精力，适度地减缓了停车难。但没有从根本上解决问题，高峰期随意占用道路和居民区绿地停车的现象依然很严重，从而加剧了交通管理的负担，降低了居民生活的品质。另外，由于停车场的严重不足，导致部分大城市的停车费用极其高昂，一个停车位的年收入高达几万元，如此某种程度上阻碍了城市的发展。目前的停车难、乱停车日益严重的现象早已引起各方面的关注。部分城市已经开始投入使用用地效率更高的立体车库，其他一些城市也在积极地引进立体车库2-3。很多在役的
10、立体车库在改善停车环境的同时，凸显的问题还是比较多的。例如：收费较传统车位高导致利用率低，能耗大、结构复杂、管理繁琐，不太满足生活小区以与相应工作单位需要的配套的小面积停车库。在这种情况下，立体车库的经济效益将大打折扣，收回投资更是遥遥无期，使很多投资人望而却步，资金很难落实到位，以此造成所建立体车库质量大打折扣，这样本来可以有效解决问题的立体车库很难大围的推广使用。本课题提出的低成本、机械式立体车库具有成本低、能耗低的特点，能够使立体停车设备在生活小区、相应的工作单位(医院、事业机关等)得到推广使用，与此同时其立足于低成本这个立项思想也正合投资人的意愿，有利于立体车库在停车难这个大环境下的推
11、广使用，这种低成本、机械式立体车库也响应国家十二五期间提出的绿色发展的号召。1.2 立体车库国外的发展概况1.2.1 立体车库国外发展概况立体车库在国外起步早，这些国家和地区包括欧洲、日本、美国和国4。这些国家的很多产品中的技术都处于领先地位，而国一开始有很多立体停车库是引进这些国家，主要集中于日本、德国和国。国土面积小的日本是亚洲立体停车设备的鼻祖，在汽车保有量逐年上升的背景下，从1959年引进机械式立体车库技术后，经过40余年时间，从最初的单一垂直循环发展到垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等多种型式，其中生产机械式停车设备的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、
12、日精、三菱重工等。国立体车库产业在很大程度上得益于政府在每个环节上的关注和支持，虽然一开始也是走引进吸收的战略，但现在也能开发和利用各种型号的机械停车设备。目前国的机械立体停车设备进入稳步发展阶段5-7。欧洲国家现状是由于土地规划做的比较好，表现在目前土地还不是特别的紧，其立体车库中多层升降横移式产品占有很大的比重，集中体现在巷道堆垛类产品上。国外立体车库的主要特点：一是技术含量高，日本和德国的车库行业将已成型的机电技术成果转化和移植到车库产品中，使车库产品更新很快，在车库的存取车速度，存车量方面的改进相当快速，进而逐步代替老式车库；二是车库产品朝着性价比更高的方向发展。不但重视停车密度和高性
13、能，更讲究产品的经济实用性与单车位造价；三是立体车库的选型更加合乎于现场情况，以保证解决停车难问题的同时能做到不浪费多余。1.2.2 立体车库国发展概况我国机械停车设备的研制和使用同样是走引进、吸收、开发、制造发展道路，目前停车设备行业在我国已经逐步走向成熟。2003年以来，进入稳步发展和快速增长的我国机械式停车行业不仅在车库种类上有了很大的提高，并且更可贵的是很多车库使用了当前机械、结构、光电、变频调速等先进技术，这样在车库安全管理和运行稳定上都得到了很大的保障。传动结构的进一步优化也给车库装置带来了很大的进步，其过藏式传动装置进而提高了设备的耐久性8。对机械结构进行模块化设计更加便于组合使
14、用和安装拆卸，缩短施工周期；采用新材料、新工艺，如钢结构采用H型钢，载车板采用整体成型镀锌板。车辆采用声光引导精确定位，保护方面采用感应自动消防灭火系统。1.3 立体停车库的研究现状国外立体车库目前以形成技术密集型产品，就其所使用技术包含了机械、电子、液压、磁控合计算机技术等领域等先进技术。我国的立体停车产业虽已步入较好的发展态势，但还是存在了一些尚待解决的问题9。比如前期建造的立体车库存在自动化程度较低、安全信任度偏低等一些问题，再加上我国的立体车库相关的政策管理还不够完善，使得我国的立体车库这一新兴行业还有很大的发展空间。所以我们需要国家设定更加合理的立体车库行业管理的法律法规，以与加大对
15、立体停车设备行业的政策扶持，与此同时需要科研设计单位和相应高校的参与，以此增强设备上技术创新。就立体车库技术方面。目前我国主要在下面几个方面上与国外领先技术存在差距10-12：(1)前期投资过高和后期经济效益差让投资人望而却步；(2)建成后的维护费用也不菲，而且有些车库维护工作比较繁琐；(3)控制系统设计繁琐造成操作不便捷，设备结构复杂给使用者不安全感；(4)为了减少成本，厂家对载车板设计考虑不周全造成车辆的停放困难；(5)实用效果不好，科技成分比重不足造成安全可靠性技术、模块化技术、防护采光技术以与经济效益相对国外领先产品还不太成熟；1.4 课题研究的目的与意义该课题所研究的低成本、机械式立
16、体车库采用开放式的机械结构框架，省去了传统车库的通风、照明设施，因而进一步节省了成本13。两排垂直升降车库共用一个出入车通道进一步节约了土建用地；载车板采用垂直升降已达到整个车库结构简单，操作便捷，能耗低、可靠性好；控制系统中不管是用于人机交互系统的单片机还是执行控制所采用的西门子S7-300 PLC都是目前应用很成熟的开发技术，这样使得整个开发周期短，后期升级便捷。本课题所研究的立体车库较适宜于居民小区、工作单位、购物超市等一些不适合建大中型车库的场所。低成本、开放式立体车库有以下优点：(1)需求量大。己建和在建住宅小区的配套车位很多都是传统车位，而且很难满足停车需要，造成小区居民生活品质的
17、下降。(2)前期投资低、不易推广。大型全自动立体车库平均每个车位约20万元，中型车库一般在10万元左右，而小型车库一般在3万元左右，低成本、开放型机械式立体车库是适合目前立体车库发展形势的，也易于推广。(3)开发难度小。相比较而言，采用成熟的PLC和单片机控制技术，开发周期短、开发难度小。(4)能耗低。因为车库为开放型，不需要照明、通风、消防等设备，大大降低了能耗，同时积极响应国家十一五期间提出的节能减排的号召。 如果本课题所设计的低成本，机械式立体车库可以得到大围的推广。不仅可以改善目前城市车辆带来的拥挤现象，为城市更加和谐地发展做出一定的贡献，也可以在政府良好政策的引导下带动一大批第三产业
18、的兴起；同时也借着国家西部大开发这个良好的投资环境，对装备制造业和民族信息产业的振兴都有积极地推动作用。从以上介绍可以看出这样立体车库的建设有着重要的社会意义和经济意义。1.5 本文研究主要容和要解决的主要关键问题1.5.1 课题研究主要容本课题研究的容涉与的学科和门类还是很多的，包括：工控机监控技术、组态技术、人机交互单片机研发、PLC电气部分开发、视频图像采集技术、ID卡数据库管理、通信安全等，具有很强的技术创新性，对学科的综合应用起到很好的示作用。本文从工程的实际应用出发，主要侧重基于PLC的电气控制部分的设计。针对低成本、机械式立体车库自动控制的作业流程，结合PLC控制技术特点以与与其
19、他控制部分的关联，本文研究的主要容涉与：（1）立体车库总体框架结构与工作原理；（2）立体车库控制系统作业流程与 PLC 电气部分在其中的作用实现；（3）信息导入、数据传输与系统处理的实现；（4）PLC 电气控制执行机构能耗优化；（5）立体车库的 PLC 电气控制部分与其他控制部分的通信实现；（6）系统单独调试和联调实现以与相关注意事项。1.5.2 课题研究容的技术指标基于本课题设计思想和最终实现目标，本文主要解决的关键问题应该达到以下标准：1.整个控制网络组态的实现14-15。主要包括：西门子S7-300 PLC系统通过串行通信模块实现与人机交互的单片机系统之间。通过PROFIBUS总线实现对
20、编码器信息的提取以便通过变频器精确对电机实现控制。2.基于西门子S7-300系列PLC的现场执行控制机构的设计开发。采用PLC硬件连接的联锁、软件程序互锁双重设置来实现对升降执行机构与立体车库保护装置的监控。3.合理分配人机交互、上位机监控和PLC电气控制执行的工作关系，设定好低成本、开放型机械式立体车库存取车作业方式，以与离线和在线两种模式下具体的工作流程。4.实现S7-300PLC、变频器与绝对编码器组成闭环结构以此对电机转速实现控制要求的控制，从而使载车板运动更加精确，平稳。5.编写基于STEP 7 V5.4 的西门子S7-300 PLC软件程序，主要包括与上位机和起到人机交互作用的单片
21、机的通讯程序，自身对现场数据采集和对现场执行机构操作的程序以与相关安全监控程序的编写等。6.最后进行PLC系统的单机自身调试、联机调试，进而对巷道式立体车库控制系统功能的联合调试和测试，以达到现场使用的要求。第2章 巷道式立体车库PLC控制系统的设计2.1 车库的框架结构组成与实现原理2.1.1 车库的框架结构组成立体车库的基本框架选用共用一个入库车道的双面对开的结构，平面结构示意图如图 2.1 所示，立体框架示意图如图2.2所示图 2.1 车库结构俯面示意图图 2.2 车库立体框架示意图结构俯面示意图与立体框架示意图以双面对开，两面称为 A、B 区，每面六列，每列三个停车位（共 36 个停车
22、位）的初始结构画出，以地面为分界地上三层地下两层，也即一列三层的载车板在下面两层载车板运动到地下时，最上面一层的载车板就会与地面平行以方便存取车。两面停车库共用一个行车通道，进一步达到节约用地的目的16。载车板设有停车导槽，方便车辆的安全停放和保证车辆随库运动的安全系数。整个框架结构根据实际应用场所，可以减少或者增加对应列数用以满足不同的数量需求。所以本课题研究的巷道式立体车库的框架结构实际是以模块化形式组合而成，方便了设备的优化改造。框架结构包括以下几部分：(1)主体结构：选用开放型机械式作为主框架，采用热扎 H型钢、槽钢、角钢和钢板焊接成型，用高强度螺栓连接，以便停车设备结构部分以更好的刚
23、度和强度承载包括来自用户车辆的重量和自身各个部件的重量，由于采用开放型结构从而可以省去通风、照明设备从而可以节约开发成本。(2)载车板：载车板采用 Q235B 型钢材，采用一体冲压工艺成型，厚度为 2mm，上下连接采用活动是连接件，考虑到现有小轿车的高度大约在 1550mm，所以我们将载车板之间的高度间隙设定为 1600mm,载车板的尺寸为 5500mm1870mm。并且充分考虑载车板在车子驶入开始，驶入中，驶入结束这三个工作状态对载车板端部，拖拽钢丝与整个载车板连接处以与载车板之间的连接处等进行受力分析以便更好的进行后期机械框架设计。(3)传动结构：通过对液压传动、链传动、钢丝绳传动的优缺点
24、总结，以与结合现场使用的需求最终选用了钢丝绳传动的方式17-18。以驱动电机为动力源，经由传动轴、配重、导向轮以与钢丝绳等构成整个传动系统。并且采用导向槽和安在载车板四个角上的导向靴机械器件使得载车板可以安全可靠的上下运动。载车板示意图如图 2.3 所示。图 2.3 载车板示意图(4)载车板选择机构：该控制系统为了进一步节省成本和减少能源消耗，提出了一个驱动电机通过类似离合器装置的机械结构控制三列载车板，通过单片机和 PLC 联合驱动小型电机首先带动圆柱凸轮机构转动，带动凸轮机构中的槽小滑块向上滑行，从而带动滑移齿轮与主动齿轮啮合，其中单片机负责监控整个机动结构，然后将完成信息状态传输给 PL
25、C，该装置机械原理图如图 2.4 所示。图 2.4 载车板与相应传动机构原理图2.1.2 车库的整体控制原理本课题立体车库控制主要分为四部分19-21。包括：(1)用于人机交互作用的单片机控制系统，它包括电源模块、键盘模块、LCD 显示模块、语音提示模块、通信模块、车主刷卡模块、卡号信息备份模块等，其主要功能就是使得车主与整个立体车库系统的交流更加顺畅。方便车主进行存取车动作，让车主切实体会到该套停车设备的优越性。(2)用于现场监控以与对信息进行数据库管理的上位机系统22-23。它包括卡号相关信息的数据库管理模块、现场视屏监控管理模块、车位使用信息显示模块、通信模块等。主要用于给管理人员更加游
26、刃有余地对车库进行监控管理以保证车库系统安全运行，同时它还具备存取车位优化能力。(3)用于现场执行机构操作控制的 PLC 电气控制系统，它包括对驱动电机的控制、车位使用信息提取、载车板走位精确定位、存取车指示灯、继电器控制原理图、与人机交互单片机的通信等设计。这部分的容也是本篇论文的重点部分，这部分设计是否合理对立体车库工作安全影响很大，一旦在电气运行部分出现故障或者是运行结果不够精确，那将造成设备损坏乃至人身安全。(4)各个控制部分通信实现，其中作为直接对现场执行机构操纵的 PLC 电气控制系统为控制的核心部分。PLC 与人机交互单片机之间都是通过 485 串口通信24-25。它从单片机接受
27、到对应哪个车位处于工作状态，然后再将目前车库车位停车情况反馈给人机交互单片机。通过上面的介绍，结合三个控制部分在立体车库起到的不同的作用以与三者之间通信形式和容，整个立体车库控制机理见图 2.5 所示：图 2.5 立体车库控制机理2.1.3 车库的运行原理该立体车库控制系统为了车库在任何情况下都能充分应对作业需求，所以在设计系统时分为在线和离线两种模式，这两种模式的切换通过监控上位机的在线/离线转换按钮进行设定，在线模式下，在现场的车库管理人员情况下通过操作监控上位机软件界面给PLC 发送指令和提取 PLC 反馈信息以达到直接控制下位机执行机构而实现存取车过程的目的；离线模式下，这种情况适合车
28、库管理人员不在场的情况下，用户通过人机交互直接进行存取车操作，而监控计算机这个时候只起到监控车库运行是否处于安全状态的作用。用户卡(ID 卡)按照用户使用意愿的不同分为三类：永久卡、固定卡（年卡、季卡、月卡等）、临时卡，一卡对应独有的卡号，在单片机 RAM 和监控计算机数据库过制卡过程对其相关信息(卡号、卡类别、制卡日期、停车位号)予以存储，以卡号作为所有存储信息的关键字，当用户存取车进行刷卡动作时，显示屏将通过卡号调用对应该卡的相关信息并且显示以供用户查看，当然车库管理人员也可以通过实际情况需要通过监控计算机软件界面修改对应卡号的相关信息并且同时对人机交互相关数据进行改动。以持有固定卡用户的
29、存取车过程对车库运用进行实例说明，根据以上规定每卡对应一个停车位号，假定该卡与 B 区第二列载车台的第二层车位绑定。持卡用户过来存车，第一步进行用户刷卡，人机交互得到的卡号与自身数据库信息对比验证卡是否有效，如果无效进行语音提示并且不予停车，在判断有效后，人机交互将该卡对应的车位号传给PLC，收到正确车位号的 PLC 操纵驱动电机来控制对应载车板上的停车位运行至与地面平行的适合位置，停止电机转动，并且给出存车提示灯并且打开车库和车位挡杆，语音提示用户开车入库；第二步，在车位光电检测开关检测到停车合适无误后语音告知车主停车完毕，可以下车出库；第三步，车主在离开车库时再次刷卡确认，这时车库进行复位
30、动作。第四步，当车主进行取车动作，同样先进行刷卡动作，人机交互验证卡是否有效，如果无效不给予取车动作并且语音提，在判断有效后，人机交互将得到的取车动作的车位号告知 PLC，通过对应驱动电机 PLC 将车位准备就绪，并且车位挡杆给出提示灯指引车主进行取车；第五步，取车完毕的车主再次进行刷卡，车库系统根据此次刷卡再次进行车库复位动作。对立体车库控制系统进行设计时一定要将设备各个影响工作安全的细节都要考虑到位，并且将处理手段反应到系统设置当中，充分挖掘各个控制系统的利用点，同时将监控计算机、人机交互单片机、PLC 控制系统的之间有效整合以达到控制系统的最优化，从而保证车库设备工作时的绝对安全。该立体
31、车库分为在线和离线两种模式，所以设定 好在这两种模式下的整个车库控制系统的作业流程尤为重要，使得负责各个设计模块的设计人员有一个共同的标准，知道自己所涉与的设计任务在整个控制过程的位置，以便更好地做好自己的研究设计工作，交出的结果符合车库控制流程的要求。低成本、开放式立体车库整个控制流程在线如图 2.6所示图 2.6 在线控制作业流程原理图2.2 PLC 控制系统总体方案2.2.1 PLC 控制系统立体车库控制系统一定要根据实际使用场所的需求和投资成本的目前情况进行设计。市场上现在用的比较多的控制系统有三大类：继电器控制、单片微机控制、可编程控制器（PLC）26。立体车库刚开始使用时，广泛使用
32、的是继电器逻辑电路控制形式，它是通过继电器、接触器经过控制需要的电气原理连接而成。其优点是电路简易，开发成本低，缺点主要是智能性不强，难以实现复杂的控制要求。单片微机的出现一定程度上解决了继电器控制中智能性不强的缺陷，同时还具备功耗小、成本低、体积小、操作简单等优点，但其软件编程周期时间长，而且抗干扰程度低，不利用大围推广。而直接面向控制过程的可编程控制器（PLC）的出现不仅同时具备以上两种控制系统的优点，同时也具备以上两者没有的优势，比如：直接面对问题的编程语言使得开发周期大大减小，而且可靠性非常强，所组成的电气控制线路也简单明了，很容易被开发人员学习并且掌握，从一定程度上增强了其可以被广泛
33、使用度。结合本课题巷道式立体车库的要求，本文选用更具智能化、开发周期短、抗干扰能力强的可编程控制器（PLC）来设计终端控制系统。2.2.2 系统功能设计PLC 控制做为整个控制系统与驱动传动部分的衔接部分，决定了其在立体车库设备中有着不可取代的地位，它所要达到的功能以与如何无缝地接入车库控制流程都是以保证车库运行绝对安全为标准。系统主要实现的功能如下：(1)对存取车以与复位这三个主要车库动作提供原始触发信号，通过对应的接触器、继电器以与电气连接使得驱动传动得以顺利地工作，从而将动力传给待使用的载车板以便载车板实现上下运动，完成存取车、复位过程；(2)由于采用一台电机选择性地控制三列载车板的驱动
34、传动机构，所以做为控制媒介的 PLC 控制部分对选择哪列载车板也起着重要的作用。在 PLC 从监控计算机或是人机交互那边得到待使用车位号后以与单片机控制对应的驱动机构选择好对应电机控制的载车板列并且告知 PLC，就要有目的地选择目标电机对目标载车板提供动力，从而为车主提供待使用车位或是对车库进行复位；(3)立体车库控制很重要的而一部分就是对待使用载车板运动的电气控制，要使载车板运动精确、平稳、安全，本文对此设计了两套监控系统，变频器、编码器的加入与PLC 的联合工作来控制对应的电机，使得电机的启动、运行、停止这三个动作满足立体车库存取车效率、运动精度、稳定性和安全性的要求，PLC 控制还通过光
35、电编码器对电 机执行机构的位置进行检测与时反馈给 PLC，PLC 然后通过变频器已达到对电机的闭环控制；辅助设施为通过对应合适的接近开关和限位开关对载车板运动给出第二道控制手段以达到对车库运动的双重监控。(4)控制外围设备，例如：停车指示灯、车库大门挡杆、车位挡杆、系统紧急停止按钮等一些辅助设施的控制；(5)与人机交互单片机和监控计算机的通信部分的功能实现，以保证所传信息的快速、准确，其中 S7-300 与人机交互单片机经由 CP340 串行通信模块实现。2.2.3 PLC 控制系统结构组成根据立体车库总体控制标准，再结合可编程控制器（PLC）在监控领域所具备的特点，本文设计的 PLC 控制结
36、构组成如下：(1)PLC 输出输入信号：载车板运动的接近开关、限位开关，挡杆打开、关闭的接近开关，停车位是否有车停入的光电开关，测量电机转速的光电编码器等；载车板曳引电机启动、停止信号输出，挡杆转动电机启动、停止信号输出，存取车提示灯的输出等。(2)对应电气输出控制对应曳引电机、转动电机、指示灯的电气线路的安全连接，包括在这其中接入的主接触器，辅助接触器，继电器的在控制柜中电气位置的合理安排。(3)涉与 PLC 与监控计算机、人机交互单片机的通信实现部分，与两者的通信都是基于 485 串口，根据实际要求合理对 485 串口通信的硬件连接实现做出正确连接。PLC 控制系统主要以可编程控制器(PL
37、C)为核心，配有存取车指示灯、载车板运动限位的接近开关和防止超程运行的限位开关，还配有曳引电机、转动电机、指示灯以与相关的电气连接，控制电机通断电的接触器组、继电器组，控制曳引电机的速度调节的变频器，以与采集曳引电机速度的光电编码器，此编码器还可以精确地控制电机轴的转动位置，使得主曳引电机的定位更加精准和安全，这样载车板可以与地面以接近零的误差保持在同一个平面上，方便了车主存取车，同时增强了车库设备所提供服务的人性化。 整个 PLC 系统机构原理图如图 2.7 所示图 2.7PLC 系统机构原理图选用的 PLC 是德国西门子 S7-300 PLC，其适用于各种场合中的检测、检测与相应控制的自动
38、化，其中 CPU 采用的是可以满足中小型控制系统需求的 CPU315-2DP，相比小型（微型）PLC，它不仅具备更多的输入/输出点（I/O 点数在 128-2048 之间），更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的部集成特殊功能。继电器、接触器选用法国的施耐德公司产品，该产品在同类产品中具有制造设计更精细，用料充实，安全系数高。完全满足立体车库电气控制设计要求和相关标准。变频器选用西门子产品中的 MICROMASTER 440，与 S7-300 PLC 能够达到很大的兼容性，方便了对 PLC 控制系统的设计，这样更加缩短了整个开发周期，并且在使用中保证了其在工作中与 S7-300 PLC
39、 信息交换的可靠性安全性。接近开关采用的是 Autonics 公司研制的 PR30-15DP 型传感器，限位开关选用的是欧姆龙公司研制的 D4A-3104N 型开关，光电开关采用的是奥途公司研制的BEN10M-TFR，根据各个公司所提供的对应传感器使用资料，比较关键的参数都满足现场使用的需要。编码器选用带有 DP 通信接口的绝对式编码器，该型号的编码器采用独特的二进制编码图案，在旋转时不会重复，所以其位置指示具备绝对属性，即使断电，位置信息也不会丢失，使用 DP 总线通信。存取车提示灯选取的是平潮电器二厂研制型号为 YT 信号灯，其大小等参数可以根据现场实际情况跟供应商联系定制。2.3 本章小
40、结本章主要通过对立体车库的基本结构框架、车库运行原理和 PLC 控制系统总体设计分别进行了介绍。其中在基本结构中提出一台电机驱动三列载车板的装置可以进一步地优化结构框架和达到节能的目的；根据车库基本框架和客户使用中的基本需求对系统运行原理进行了设定，车库运行原理的提出在很大程度上对整个控制系统的设计明确了过程和目标，为后期系统中各模块的开发和耦合提供了依据；其中 PLC 控制系统总体设计是本论文重点阐述的部分，在此章节对其整体设计思路做出相关的介绍，包括了其在整个系统中功能和作用描述，PLC 控制系统机构原理图和相关硬件器件的选型。第3章 巷道式立体车库控制系统软件部分的设计3.1 PLC 编
41、程环境介绍3.1.1S7-300 程序结构一个系统的控制功能往往由相应的用户程序决定，而此逻辑对于 PLC 也是同样成立的。用户需要在硬件系统搭建完成的情况下，编译相应的程序来控制 PLC以循环扫描的方式执行从而实现对应的工作流程。在 S7-300 中，采取的结构是将程序分成若干个部分，这些各自具有特定功能的部分称之为“块”，其为程序的核心部分，包括用户块和系统块。在 S7-300 中根据逻辑功能的不同，程序块又分为组织块(OB) 、功能块(FB)、功能(FC) 、数据块(DB)。各个软件块的相互关系如图3.1 所示：图 3.1 各个模块之间的关系下面各个模块的功能做一个简单的介绍：组织块（O
42、B）：用户可以将整个运行程序放入其中循环运行，也可以在组织块 OB1中调用不同的功能进行对应软件运行，此外 S7-300 中还配有其它功能的组织块。 功能块（FB）：通过数据块参数调用，其有一个变量存储区放在 DB 中每个数据块可以用不同的具体数值但数据结构一样的数据块，如同 C 语言中形参和实参之间的关系一样。一个功能块可以有很多背景数据块，使功能块用于不同的被控对象。 功能（FC）：没有指定的数据块，因而不能存储信息，常常用于编译重复发生且复杂的自动化过程。系统块：包括系统功能（SFC）、系统功能块(SFB)和系统数据块(SDB),其是 S7-300 在 CPU 中预定义的功能和功能块，用
43、户在编写程序时可以根据不同需求进行相应的调用。 数据块(DB):它有一个固定的围，可以用来对其他功能的数据参数进行存储，可以进行相应的读写。3.1.2S7-300 程序编译方式一般 S7-300 程序编译有三种：1.线性化编程 2.模块化编程 3.结构化编程。1.线性化编程将控制程序全部放入组织块 OB1 中，在操作系统工作时循环执行 OB1 中的程序，特点是程序架构明了，但缺点就是程序过于臃肿不够灵活。2.模块化编程这种编程方式根据系统控制过程将其分为不同的功能块，这样由 OB1 根据控制要求调用对应的功能块，各个模块功能明确，也给调试过程带来了很大的便利。3.结构化编程这个方式在复杂的控制
44、系统中用的比较多，其原理就是将任务进行关联性分类，并且根据各个分类提出相应的几个解决方案。而本文采用的是模块化编程，其工作原理是用户通过组织块 OB1 编译相应的程序来决定什么时候该用哪个对应的块，这样结构清晰，也便于后期软件的升级和维护。3.1.3PLC 软件开发基本说明PLC 控制系统的软件设计和硬件设计是相辅相成的，设计人员在工作过程中选好合适的硬件配件后，然后将硬件的各部件按照控制要求进行相应的功能连接，再配以电气走线和相应的控制柜的设计。在这些工作有了基本肯定的结果后，就要考虑软件部分的设计，软件部分相当于给这些冷冰冰的硬件配件注入“思想”。当然设计好的控制系统是否能够具备相应的功能
45、，还需要软件和硬件部分能够在各个环节配合好。其中软件设计流程如图 3.2所示：3.2 S7-300 程序软件编程3.2.1 绝对编码器图 3.2 PLC 软件设计过程绝对编码器的特点是轴对应的每一个角度位置都可以有唯一的码序列对应输出，即使没有电源供应也可以测量到位置变化，在上电以后就可以将角度位置传送给上一级控制系统。下面对编码器的使用过程进行相关介绍，主要分为两个方面，一方面是编码器设备初始安装清零，第二方面是编码器部参数意义与使用规。1.编码器设备的安装清零编码器在使用前一定要注意对应的设备初始清零，一般有下面的几种方法：(1)机械式地转动编码器轴找零，即在编码器安装过程中找到对应的零位
46、，缺点是精度比较低。(2)对电机上电使传送机械部分移动到与编码器零点位置对应并且进行安装。(3)通过外部触发从而进行智能地清零，此过程的编码器一定要是带有一定智能化的编码器，通过外部的设置置位功能，例如：附带的按键智能化外部置零或是通过自身的软件功能进行清零。(4)偏置计算，该置零设置不需要机械部分或是编码器参与，而是根据编码器对应的数值与实际位置之间的差值通过计算得到偏置量，在以后编码器工作过得到的对应的数值后减去计算得到的偏置量。一般现场要求控制精度较高的情况应该考虑采用该方法对相应的编码器进行清零动作。而本控制系统中的编码器所控制的载车板运动需要进行高精度的定位，所以该编码器选用的清零方
47、式是上文所提到的第四种方法，也即偏置计算。2.所选编码器具体使用由于我们只需要知道所控制对象的在一定情况下所处的位置，所以本系统编码器选用的是一类编码器，在正常运行下，该类编码器通过两个字进行位置信息的传输(该系统所选编码器是多圈)。在其中我们的采用的是 25 位来对具体位置进行量化，所以在本系统中每个位的具体意义如表3.1所示：表3.1控制字各位代表的意义（编码器）也即编码器通过实际过程值对所测位置进行检测和传输，然后上位机对接收到的控制字信息进行对应的分析得出目前所控制传送机构的当前位置信息。组态时选用的是class 2 Multiturn 工作方式，存储编译并下载到 PLC。3.2.2 MM440 变频器使用介绍其中采用的是 D 型 MM440，其规格特点是三相交流电压输入，三相电压输出，输入电压为 380V-480V，功率在 15-22kW 之间。MM440 支持 PP01-PP04 这四种模式类型，其中各个模式类型中涉与到的控制字作用如下图 4.3 所示，本系统选用 PP01 模式类型。其中 PKW 的 4 个控制字用来设定对应的变频器的参数值，而 PZD1 和 PZD2 控制并且修改变频器的输出频率等。变频器在使用前要根据所使用的电机并且通过 P0003 进行访问级别转换进行相应参数的设定，其中对几个固定的参数