升降横移式立体车库设计毕业设计.doc

毕业设计题 目 升降横移式立体车库 专 业 机电一体化 班 级 学生姓名 指导教师 26摘要多层升降横移式立体停车库采用卷筒、滑轮和钢丝绳进行升降，在整个机构中有交流减速横移电机和升降电机、钢丝绳、停车位框架、搬运器和横移导轨等。它的运行原理是取上层车时，将下层车板移开留出空位。该设备下层为左右横移，上层为上下升降。本论文首先分析升降横移式停车库的机件结构和控制要求，及工作原理，对其控制系统进行改造。设计的核心是PLC，主要采用西门子S7-200系列PLC，这种控制方法有维护方便、可靠性高、体积小等优点。设计中PLC的CPU型号为224型，其输入输出口数量符合设计要求。关键字：升降横移式立体停车库，PLC，S7-200，CPU224型目录摘要2第一章 绪论41.1课题背景与意义41.2自动化立体车库类型及特点5第二章 升降横移式立体车库62.1升降横移式立体车库62.2 车库结构组成7第三章 主要设备资源介绍83.1 PLC的简介83.1.1 PLC的优点83.1.2 PLC类型与的选择103.3 西门子系列S7-200的简单介绍11第四章 设计部分124.1 流程图124.2 立体车库I/O表134.3 PLC接线图144.4 梯形图的设计15第五章 仿真与调试185.1 S2-700汉化仿真的简介185.2 仿真调试20第六章 设备选型和采购24致谢25参考资料26第一章 绪论1.1 课题背景与意义立体停车起源于20世纪20年代的美国，是为了解决大城市内停车难的问题。目前，土地资源紧张是大城市的现状，在亚洲各国表现尤其突出，因此，它的应用在亚洲各国比较广泛，目前统计表明，立体车库在日本、韩国、中国等地应用很多。我国从20世纪80年代开始从日本引进停车设备产品和相关技术，开发工作从80年代中期开始，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，特别是轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，已经形成了新兴的停车设备行业，步入引进、生产、研制、使用相结合的初步发展阶段，现在我国从事立体车库设备制造的企业约有10家，其中主机生产超过50家。一些企业经过长期积累发展壮大，已稳居行业前列，一些中小型企业抢抓机遇在发展中崭露头角，一些大型集团公司开始跨行业进入停车领域，如北京恩菲科技产业集团、西安斯达机电有限责任公司等。在1996年以前，我国停车设备的年生产能力仅为400个泊位。2003年国内新建机械式立体停车库303个，新增停车泊位3756个，较2002年增长37.7%。据不完全统计，截至2003年底，国内机械式立体停车泊位已累计达82764个，分布在31个省市自治区的56个城市。2003年市场增长最快的地区是江苏、山东、浙江，泊位分别增长512%、364%和11%，此外上海增长37%，广东增长10.3%，北京与上年持平。以上6个省市泊位量占到全国新建泊位总量的87%，成为国内机械式立体停车库发展最热的地区。尽管如此，目前我国各主要城市停车设施的建设仍远远落后于道路建设和汽车工业的发展。据资料表明，现有停车位总数不到需求的7%。因此立体式停车库在我国有很大的市场，它的研究与建设在我国还有很长的路要走。1.2 自动化立体车库类型及特点根据立体车库的修建位置及在空间伸缩方向的不同，立体停车库的主要类型有：升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式和地下停车场等。它们的类型众多，设计各有不同，库容量变化比较大，可满足不同用户要求。但它们都具有建筑面积小，停车层数多，地上和地下空间利用率高的优点。停相同数量车的情况下，在车辆流量大的繁华地段建一座立体停车库比建一地面停车场节省将近50%70% 的投资。严格的车库管理还保证了车库运行的安全 性和可靠性，为存车人提供了最大的方便，存车人只需把车开到指定位置，下面的事都可由车库控制系统来完成。第二章 升降横移式立体车库2.1 升降横移式立体车库多层升降横移式立体停车库采用卷筒、滑轮和钢丝绳进行升降，在整个机构中有交流减速横移电机和升降电机、钢丝绳、停车位框架、搬运器和横移导轨等。它的运行原理是取上层车时，将下层车板移开留出空位。该设备下层为左右横移，上层为上下升降。升降横移式立体车库如图1所示。图1 升降横移式立体车库图2.2 车库结构组成升降横移式立体车库主要由四部份组成：机械部分、电机驱动部分、控制管理部分、安全防护措施。 （1）机械部分：由车架、起升结构和双向平移结构组成，它是车库的主架。（2）电机驱动部分：由多个电机组成，由它来平移机构和升降机构的运行，完成搬运器的上下和左右移动，以完成存取车过程。（3） 控制管理部分：立体车库控制系统随着它所采用的控制智能化程度不同 而不同。（4）安全防护措施：安全防护主要有两部分，一是存取车辆时人的安全保护， 二是车辆在存取时的安全保护。第三章 主要设备资源介绍3.1 PLC的简介PLC即可编程序控制器即：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程. PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制.PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。随着科学技术的飞速发展，计算机控制也日趋成熟，同时也扩展到各个控制领域.现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生。3.1.1 PLC的优点一使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。二 功能强，性能好一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。三使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。四 可靠性高，抗干扰传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。五系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。六、维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。3.1.2 PLC类型与的选择PLC的分类形势有很多种，在这里就不一一讲解了，这里重点介绍以下几种分类方式，这也是最普遍的几种分类方式1)按点数分（点对PLC来说是所有的输入和输出点的总和！）大型：点数大于2048。中型PLC：点数在256和2048之间。小型PLC：点数在256点以下。微型PLC：点数在几十点。(2) 按结构分整体式：CPU 内存I/O 电源放在一个模块中。模块式：CPU 内存I/O 电源放在多个模块中。(3) 按厂家分：西门子、欧姆龙、三菱、LG、ABB。而本次我所做的注塑机控制系统所采用的就是西门子公司的S7200类型。西门子S7-200系类PLC简介西门子S7-200 PLC目前有四种基本单元格：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。它们的外部结构基本一样，由状态指示灯、可选卡插槽、通信口、前盖、接线端子排以及I/O LED组成。如图图2 PLC外型3.3 西门子系列S7-200的简单介绍我选择了V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9进行编写改造程序，安装编程环境如图图3 PLC编程软件本设计将用CPU224进行编程研究。第四章 设计部分4.1 流程图图4升降横移式立体车库注：取车与存车控制方式不变，车位感应状态相反用两台PLC分别控制左右各3个车位，由于篇幅限制，只介绍左边三个位上升到位下降到位，车就位收缩到位结束上升到位下降到位，车就位收缩到位结束结束上升到位下降到位，车就位收缩到位结束上升到位下降到位，车就位收缩到位6号存车6号车位上升6号车位下降5号存车5号车位下降6号车位收缩6号车位复位5号车位上升4号车位下降5、6号车位收缩5、6号车位复位4号车位上升4号存车3号车位上升3号车位下降3号存车2号车位上升2号存车3号车位收缩2号车位下降3号车位复位2、3号车位复位1号车位上升1号车位下降2、3号车位收缩1号存车4.2 立体车库I/O表表一 注塑机I/地址分配表输入输出输入端子输入元件作用输出端子输出元件控制对象I0.0SQ11号位感应Q0.0KM12号收缩I0.1SQ22号位感应Q0.1KM22号复位I0.2SQ33号位感应Q0.2KM33号收缩I0.3SQ42号位收缩到位Q0.3KM43号复位I0.4SQ53号位收缩到位Q0.4KM5左车位下降I1.0SQ6左4层传感Q0.5KM6左车位上升I1.1SQ7左3层传感I1.2SQ8左2层传感I1.3SQ9左下极限I1.4SQ101号停车信号I1.5SQ112号停车信号I1.6SQ123号停车信号I1.7SQ132号复位到位I2.0SQ143号复位到位4.3 PLC接线图图5 PLC的硬件接线图4.4 梯形图的设计网络一：当收到1号存车信号，I1.4为ON，Q0.0和Q0.2置位1，此时KM1和KM3接通，2号和3号车位收缩。直到接收到收缩到位信号断开收缩到位后，Q0.4置位1，左边电机正转，带动链条使得1号车位下降至极限（I1.3）当1号车位车子就绪，接收到信号，I0.0为ON，Q0.5置位1，此时左边电机反转，带动链条使得1号车位上升至4层到位信号（I1.0）此时Q0.1和Q0.3置位，2号和3号车位复位，直至极限网络二：当收到2号存车信号，I1.5为ON，Q0.2置位1，此时KM3接触器动作，3号车位收缩至极限（I0.4）Q0.4置位1，左边电机正转带动链条使得2号车位下降至极限（I1.3）当2号车位车子就绪，接收到信号，I0.1为ON，Q0.5置位1，此时左边电机反转，带动链条使得2号车位上升至3层到位信号（I1.1）此时Q0.3置位，3号车位复位，直至极限网络三：当收到3号存车信号，I1.6为ON，Q0.4置位1，左边电机正转带动链条使得2号车位下降至极限（I1.3）当3号车位车子就绪，接收到信号，I0.2为ON，Q0.5置位1，此时左边电机反转，带动链条使得3号车位上升至3层到位信号（I1.2）网络45：中间继电器控制输出第五章 仿真与调试由于条件的限制，我使用与西门子S2-700系列配套的仿真软件。5.1 S2-700汉化仿真的简介这个汉化仿真不需要安装，点击运行就可以了，然后把导出的文件装载到里面就行。它的运行环境如图。图9 S7-200仿真软件在选择CPU型号时。单击菜单栏“配置”选择“CPU型号”就会出现一个对话框，如图10，然后，选择CPU type后面的三角形，选择CPU 224,点击Accept便是CPU224编程的仿真。图10 CPU型号选择5.2 仿真调试1一号停车信号，2、3号车位收缩2收缩到位，1号车位下降3下降到位，检测到车子，1号车位上升4.上升到位，2、3号车位复位5复位到位断开62号存车信号，3号车位收缩7收缩到位，2号车位下降8下降到位，检测到车子，2号车位上升9上升到位，3号车位复位103号存车信号，2号车位下降11至极限后，检测到车子，3号车位上升至极限第六章 设备选型和采购表二 电器元件清单名称型号数量单位备注PLC西门子S7-200CPU2241个西门子铜导线1.5若干米双色铜导线0.5若干米蓝色保险1A个个单相电源插头5A1个交流接触器24V6个按钮2个开关14个电脑安装有MicroWIN及CAD软件4台致谢经过几个月的努力，本设计终于完成了。本课程设计在老师细心指导和严格要求下完成，由于个人能力的有限，在本次设计中，遇到了很多难以的困难，在同学们的热心帮助和老师的指导下和提供的资料下来完成本课题，真的感谢各位同学和指导老师，祝福他们。同时通过课程设计，使我对大三所学的知识有了一个比较系统的总结和归纳，认识到知识的储备和实践的加强对我们专业发展的重要性。同时培养了我独立进行资料收集和解决实际问题的能力、开阔了视野、拓展了思路，为今后的工作积累了宝贵的经验。参考资料【1】杜桂荣，彭斌，邵兵，刘振全。多层升降横移式立体停车库的结构和控制系统。甘肃工业大学学报2003【2】OMRON SYSMACC200H可编程序控制器操作手册，1995【3】OMRON SYSMACCPMIA可编程序控制器操作手册，1997【4】王也仿等编，可编程控制器应用技术，北京：机械工业出版社【5】耿文学主编，可编程控制器应用技术手册。北京：科学技术文献出版社，1996【6】胡学林编著。可编程控制器应用技术。北京：高等教育出版社，2001【7】宋伯生编著。可编程序控制器配置、编程、连网。北京：中国劳动出版社，1998【8】台方主编。可编程序控制器应用教程。北京：中国水利水电出版社，2001