基于PLC的立体车库控制新版专业系统设计范文.doc

PLC实训设计任务书
论文题目
基于PLC控制立体车库系统设计
姓 名

专业、年级

指导老师

任务下达日期
.6/30
一.实训关键内容
依据实际要求，以S7-200型PLC为关键，设计立体车库控制系统。设计控制系统硬件电路，编写软件控制系统程序，目标是掌握PLC控制基础原理、直流电机、传感器等器件原理及使用。

二.实训汇报任务
车库模型以205试验室立体车库模型为准
立体停车库实物教学试验装置关键结构分为控制柜和停车库模型两部分。
控制柜部分由按键显示板、信号接口板电气
控制板几部分组成停车库模型部分由停车层模型和停车盘模型组成。
停车层分为上中下三层上层有四个车位共有四个车盘可停放四辆汽车
模型从左到右分别是1号位2号位3号位4号位简记符为3-1、3-2、
3-3、3-4中层有四个车位共有三个车盘可停放三辆汽车模型从左到右
分别是2-1车盘2-2车盘2-3车盘下层有四个车位共有三个车盘可停
放三辆汽车模型从左到右分别是1-1车盘1-2车盘1-3车盘。
对立体车库控制能够有两种方法
第一个是由现场操作人员经过对应按钮控制立体车库设备动作
第二种是依据实际生产工艺要求编制出控制程序根据现场要求来控制
立体车库设备动作。
按下存车按钮选择存车位置。假如选择车位上已经有车停放将发出警示信
息。该警示信息能够经过控制系统点亮警示灯或发出警示声来实现。假如选择
车位上无车系统将做以下动作
假如选择存放1-1号车位汽车进入车库。当检测到光电开关信号后表
明车辆己经进库。假如选择存放1-2号车位载车盘1-1右移载车盘1-2下移
到第一层汽车进入车库。1-2号车位上移到第二层原位停止。
按下取车按钮选择取车位置。假如选择车位上没有车停放将发出警示信
息。假如选择车位上有车系统将做以下动作
假如选择取1-1号车位车此时车辆能够离开车库。当检测到限位开关
信号后表明车辆已经出库车位1-1车辆出库过程完成。假如选择取1-2号车
位车载车盘1-1右移载车盘1-2下移到第一层汽车出库。车位1-2车辆
出库过程完成上移回原位车位1-2车辆出库过程完成。
三. 实训汇报要求
（1）写完整实训汇报说明书（3000字）。
（2）完成系统硬件配置，合理进行地址分配，列出I/O表，画出接线图。
（3）设计梯形图控制程序，并在仿真软件上调试。
（4）软件仿真调试成功后，到试验室接线调试。
四、实训汇报要求进度安排

日期
时间
内容
备注

查资料

确定I/O数量和配置

画程序步骤图并软件仿真

试验室调试

试验室调试

指导老师签字：

摘 要

立体车库是专门实现多种车辆自动停放及科学寄存仓储设施。伴随城市汽车保有量不停增加，停车难问题己经成为大中型城市一个普遍现象。机械式立体车库可充足利用上地资源，发挥空间优势，最大程度地停放车辆，成为处理城市静态交通问题关键路径。本课题以较为经典升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率双重原因。
本文在对中国外车库现实状况及发展趋势做了充足调研基础上，选择四层三列式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文简单介绍了车库主体结构和特点，对车库控制系统也作了简单说明。在对升降横移式立体车库控制系统设计中，采取了优异可编程序控制器(PLC)控制，利用西门子企业编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统程序，并经调试、运行，证实采取PLC作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高特点使得控制系统很完美。为了使停车设备满足使用要求，依据国家相关机械式停车设备通用安全要求标准、升降横移式立体车库实际，在升降横移式立体车库中使用了部分必需安全技术，这么确保了车辆绝对安全，使得整个车库能够安全平稳运行。

关键词：立体车库；控制系统；可编程序控制器

ABSTRACT

Stereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically.
On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose four-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIEMENS company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.

Keywords：Stereo garage; Control system; PLC

目 录

第1章 绪论………………………………………………………………………………1
1.1 本题设计背景 ……………………………………………………………1
1.2 本题设计内容 ……………………………………………………………2
1.3 本题设计目标及意义 ……………………………………………………2
第2章 系统控制方案设定 ……………………………………………………………3
2.1 自动化立体车库描述 ……………………………………………………3
2.2 系统设计基础步骤 ………………………………………………………3
第3章 立体车库系统硬件方面设计 …………………………………………………4
3.1 硬件系统总体设计………………………………………………………4
3.2 PLC控制模块设计………………………………………………………9
3.3 步进驱动模块设计……………………………………………………10
3.4 丝杆驱动模块设计……………………………………………………14
3.5 电气原理图设计……………………………………………………14
第4章 升降横移式立体车库系统软件方面设计……………………………………15
4.1系统主程序设计……………………………………………………15
4.2系统子程序设计……………………………………………………16
参考文件 ……………………………………………………………………………22
附录1: 电气原理图设计 …………………………………………………………23
附录2: PLC梯形图设计 …………………………………………………………2

第1章 绪论

1.1 本题设计背景
伴随中国城市经济和汽车工业快速发展，拥有私家车家庭越来越多，截至8月底，全国机动车保有量达成2.19亿辆。其中，汽车保有量首次突破1亿辆。而早在，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。经过以上数据能够看出，短短里，中国机动车辆增加了17倍，汽车增加了16倍。而和此相对应是城市停车情况尴尬。以北京市为例，截止底，市区仅有公共停车场828处，累计车位5.7万个，仅占市区机动车拥有量8.6％，停车环境和城市计划矛盾十分突出。上海情况也让人无法乐观，仅有229个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放要求，路边停车渐呈泛滥之势，百分比高达64％，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现实状况调查，城市机动车保有量和停车位之比平均为4：84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”车主来说，形式不容乐观。停车难产生最关键原因是城市建设计划上准备不足。上世纪80年代早期，北京市权威部门对北京汽车发展数估计仅仅是70万－80万辆，而实际上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车数量就高达45万辆。面对快速发展城市车流，停车设施建设落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施“欠账”最保守估量应为20－30％。
停车问题是城市在发展过程中出现静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在一个交通形态，二者相互联络，相互影响，停车设施是城市静态交通关键内容，伴随城市不停发展，多种车辆不停增加，对停车设施需求也在不停增加，假如二者之间失去平衡，城市里就会出现停车难一系列问题。数据显示，最近几年中国城市机动车辆平均增加速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施平均增加速度只有2%-3%，尤其是大城市机动车拥有量增加速度远远超出停车基础设施增加速度，所以，我们必需重视城市停车难问题，并主动探求处理方法。
教授们指出，处理城市静态交通问题，大致分为软硬两种方法。所谓软方法，就是经过政策法规，限制路面停车，提升停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以降低机动车对停车场需求。而硬方法，关键包含增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。
1.2 本题设计内容
本课题关键内容是基于西门子S-200系列PLC立体车库控制系统设计，升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为2维矩阵形式,可设计为多层和多列。因为受收链装置及进出车时间限制,通常为2~4层(国家要求最高为4层),2层、3层者居多,现以经典地上4×3升降横移式为例,说明停车库运行原理。
立体车库结构特点是：底层只能平移,顶层只能升降。除顶层外,底层全部必需预留一个空车位,供进出车升降之用。当底层车位进出车时,无需移动其它托盘就可直接进出车;顶层进出车时,先要判定其对应下方位置是否为空,不为空时要进行对应平移处理,直到下方为空才可进行下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。其运动总标准是：升降复位,平移不复位。
1.3 本题设计目标及意义
作为现代大城市标志，立体建筑和立体交通全部有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中最不友好之音，发展立体停车已成为大家共识。现在中国经济正处于高速发展时期，伴随大家生活水平不停提升，汽车进入家庭步伐正在加紧，停车产业市场前景宽广。机械式立体车库既能够大面积使用，也能够见缝插针设置，还能和地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是处理城市停车难最有效手段，机械车库和传统自然地下车库相比，在很多方面全部显示出优越性。首先，机械车库含有突出节地优势。以往地下车库因为要留出足够行车通道，平均一辆车就要占据40平方米面积，而假如采取双层机械车库，可使地面使用率提升80％—90％，假如采取地上21层立体式车库话，50平方米土地面积上便可存放40辆车，这能够大大地节省有限土地资源，并节省土建开发成本。
机械车库和地下车库相比可愈加有效地确保人身和车辆安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上能够做到根本人车分流。在地下车库中采取机械存车，还能够免去采暖通风设施，所以，运行中耗电量比工人管理地下车库低得多。机械车库通常不做成套系统，而是以单台集装而成。这么能够充足发挥其用地少、可化整为零优势，在住宅区每个组团中或每栋楼下全部能够随机设置机械停车楼。这对眼下车库短缺小区处理停车难问题提供了方便条件。当以往路边、人行道上停车、地下或地面停车场均处理不了上述问题时，采取机械式立体停车设备是一个很有效方法。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，而且可最大程度地利用空间，安全方便，立体车库设计目标：是处理城市用地担心，缓解停车难一个有效手段。能够预见立体车库含有很宽广市场前景。
第2章 系统控制方案设定

2.1 自动化立体车库描述
现在，立体车库关键有以下多个形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对中国外多种同类产品进行分析基础上，再结合造价、技术难度和用户需求等各个方面原因，能够发觉升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地适应性较强，同时采取这类设备车库十分普遍。所以，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。
2.2 系统设计基础步骤
立体车库系统设计和调试关键步骤，图1所表示

图1 立体车库控制系统修订步骤
在此次课题设计过程中关键考虑以下几点：
1．深入了解和分析立体车库工艺条件和控制要求。
2．依据立体车库控制系统功效要求，确定系统设计系统结构。
3．依据所设计场所，选择电动机类型。
4．依据I/O点数选择适宜PLC类型。
5．分配I/O点，分配PLC输入、输出点。
6．设计立体车库系统梯形图设计。
7．将程序输入PLC程序进行调试，查犯错误，让程序愈加完善。

第3章 立体车库系统硬件方面设计
3.1 硬件系统总体设计
3.1.1 硬件系统结构设计
立体仓库存放系统关键由PLC控制模块、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出模块、立体仓库、气源处理组件等部件组成。系统结构模型图2所表示。

图2 立体车库模型

3.1.2 正确定位原理
PLC每发出一个脉冲，步进电机转动一个步距角度，X轴步进电机带动X轴丝杆做左右直线运动或Z轴步进电机带动Z轴丝杆做上下直线运动，实现载物台上、下、左、右运动。经过控制X轴、Z轴步进电机脉冲个数，就能够控制载物台在X轴、Z轴上移动距离，实现载物台在X—Z轴平面正确定位，从而把物体放到仓库指定位置。当PLC输出5000个脉冲时，平移距离为3.125cm（平移距离=步距角×脉冲个数×螺距/360o），输出脉冲10000时平移距离理论值为6.25cm。
3.2 升降横移式立体车库基础结构
升降横移式立体车库由底盘、四层十二车位停车场、运动机械及电气控制等四部分组成。机械部分采取滚珠丝杠、滑杠、一般丝杠等机械元件组成，采取步进电机、直流电机作为拖动元件。电气控制是由西门子S-200系列可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。
本系统采取滚珠丝杠、滑杠和一般丝杠作为关键传动机构，电机采取步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。整个系统需要三维位置控制。
控制面板上开关、按钮功效及车位号图3所表示

图3 控制面板上开关、按钮功效及车位号
控制面板上按钮功效如表1所表示
表1 控制面板上按钮功效表
按键号
手动
自动
1
机构水平向左移动
选择1号仓位
2
机构垂直向下移动
选择2号仓位
3
机构水平向右移动
选择3号仓位
4
机构水平向后移动
选择4号仓位
5
机构垂直向上移动
选择5号仓位
6
机构水平向前移动
选择6号仓位
7
无意义
选择7号仓位
8
无意义
选择8号仓位
9
无意义
选择9号仓位
10
无意义
选择10号仓位
11
无意义
选择11号仓位
12
无意义
选择12号仓位

具体操作步骤以下：
1．手动操作
（1）接通电源。
（2）将选择开关置于手动位置（此时1～6号有效）
（3）分别点动按键←1、2↓、3→、4↙、5↑、6↗，观察水平（X轴）、垂直（Y轴）、前后（Z轴）各丝杠运行情况，运行应平稳，在靠近极限位置时，应实施限位保护（运行自动停止）。
注意：只有X、Y轴运行到对应位置（左侧数码管显示“ ”）时，伸叉机构方可运行。
2．自动运行
（1）将程序下载到PLC
（2）将选择开关置“自动”位置（通电状态下，各机构复位，即返回零位）。
（3）将一带托盘汽车模型置零号仓位，放置模型时，入位要正确，并注意到仓位底部检测开关已动作。
（4）实施“送”指令
a、选择欲送仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上数码管显示仓位号。
b、按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择仓位内已经有汽车，则该指令不被实施）。
c、指令完成后，机械自动返回。
d、零号仓位已无汽车，则下一个“送”指令（误操作）将不被实施。
（5）实施“取”指令
a、选择欲取仓位号，按动仓位号对应按钮，控制面板上数码管显示仓位号。
b、按动“取”按钮，观察取出动作（若被选择仓位内无汽车，则该指令不被实施）。
c、指令完成后，机构自动复位。
d、零号仓位已经有汽车，则下一个“取”指令（误操作），将不被实施。
（6）演示程序中其它内容
①当0#仓位上有货物时，若无外部操作指令，“就绪”灯亮，延时15秒后，自动将货物放在仓库号最小空位上，依次类推。如1#、2#、3#、4#全部已经有货物，程序延时15秒，15秒内若无外部操作指令，自动将货物放在5#仓库。如1#、3#、4#全部已存放货物， 15秒内若无外部操作指令，自动将货物放在2#仓库。在延时15秒内，若按下数字5#，然后按下“送”键，则运行机构将货物放入5#库，若按下5#键后，想取消此操作，可按下“放弃”键。此时，程序又处于待命状态，“就绪”灯亮，又可进行其它操作。
②当0#仓位上无货物时，若无人操作，“就绪”灯亮15秒后，程序将把数值最大仓库号里物品转运至没有放货物仓号比它小仓库里。如1#、2#、5#有物，该程序将自动把5#物品转至3#仓库。操作步骤以下：“就绪”灯亮时，延时15秒后，程序将自动把5#物品先转至0#仓库，再延时15秒后，自动将货物放在3#仓库。
③当程序运行时，货台上已经货物时，在5秒后，程序将把货台上物品自动运至没有放货物最小仓号仓库里。
3.2 PLC控制模块设计
3.2.1 PLC概述
  PLC英文全称Programmable Logic Controller ,汉字全称为可编程逻辑控制器，定义是:一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采取一类可编程存放器，用于其内部存放程序，实施逻辑运算,次序控制，定时，计数和算术操作等面向用户指令，并经过数字或模拟式输入/输出控制多种类型机械或生产过程。 可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现，目标是用来替换继电器，以实施逻辑判定、计时、计数等次序控制功效，由此日本称它为次序控制器（Sequence Controller)。 提出PLC 概念是美国通用汽车企业。当初，依据汽车制造业生产线需要，期望用电子化新型控制器替换继电器控制盘，以降低汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘成本和时间。伴随半导体技术尤其是微处理器和微型计算机技术发展，到七十年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出组件和外围电路也全部采取了中、大规模甚至超大规模集成电路，这时“PLC”已不再是仅有逻辑（Logic）判定功效了，同时含有数据处理、PID调整和数据通讯功效。美国电气制造商协会NEMA（ National Electrical Manu-factory Association）从1976年开始，经过四年调查，于1980年把它正式命名为可编程序控制器，简称“PC”.可编程序控制器硬件由六部分组成:中央处理器（ Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序控制器心脏部分。CPU由微处理器（Microproce-ssor）存放实际控制逻辑程序存放器和存放数据、变量数据储器组成。电源（Power Supply）：给中央处理器提供必需工作电源。输入组件（Inputs）：输入组件功效是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目标使用特殊变量。输出组件（Outputs）：输出组件接收CPU控制信号，并把它转换成电压或电流等现场实施机构所能接收信号后，传送控制命令给现场设备实施器。输入输出（简称I/O）是可编程序控制器“手”和“脚”或叫作系统“眼睛”和“视觉”。输入信号包含按扭开关、限位开关、靠近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包含继电器、指示灯、显示器、电机开启等直流和交流设备。编程器（Programmer）：在正常情况下，编程器用于系统初始状态配置，控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序调试和控制系统故障时作为检验故障有效工具。
3.2.2 PLC选型及特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
（1）全部I/O接口电路均采取光电隔离，使工业现场外电路和PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采取R-C滤波器，其滤波时间常数通常为10~20ms。 （3）各模块均采取屏蔽方法，以预防辐射干扰。（4）采取性能优良开关电源。（5）对采取器件进行严格筛选。（6）良好自诊疗功效，一旦电源或其它软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效方法，以预防故障扩大。（7）大型PLC还能够采取由双CPU组成冗余系统或有三CPU组成表决系统,使可靠性更深入提升。
2.通用性强，控制程序可变，使用方便
PLC品种齐全多种硬件装置，能够组成能满足多种要求控制系统，用户无须自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺步骤改变或生产设备更新情况下，无须改变PLC硬设备，只需改编程序就能够满足要求。所以，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采取。
3.功效强，适应面广
现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、次序控制等功效，还含有数字和模拟量输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、统计显示等功效。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。
4.编程简单，轻易掌握
现在，大多数PLC仍采取继电控制形式“梯形图编程方法”。既继承了传统控制线路清楚直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员读图习惯及编程水平，所以很轻易接收和掌握。梯形图语言编程元件符号和表示方法和继电器控制电路原理图相当靠近。经过阅读PLC用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功效图、语句表等编程语言。
5.降低了控制系统设计及施工工作量
因为PLC采取了软件来替换继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜设计安装接线工作量大为降低。同时，PLC用户程序能够在试验室模拟调试，更降低了现场调试工作量。而且，因为PLC低故障率及很强监视功效，模块化等等，使维修也极为方便。
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便
PLC是将微电子技术应用于工业设备产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低，含有强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化理想控制设备。
总而言之，本课题系统关键部分采取西门子S-200系列中CPU224为控制元件，CPU224本机集成了14点输入／10点输出，共有24个数字量I/O。它可连接７个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。CPU224有13Ｋ字节程序和数据存贮空间，６个独立30KHｚ高速计数器，２路独立20KHｚ高速脉冲输出，含有PID控制器。CPU224配有１个RS-485通讯／编程口，含有PPI通讯、MPI通讯和自由方法通讯能力，是含有较强控制能力小型控制器。

3.2.3 I/O口分配表
立体车库I/O分配表如表2所表示
表2 立体车库I/O分配表
输入口 名称
输出口 名称
I0.0
货台到位限位
Q0.0
横轴脉冲
I0.1
货台回位限位
Q0.1
竖轴脉冲
I0.2
货台是否有物
Q0.2
横轴方向I／0
I0.3
自动／手动
Q0.3
竖轴方向I／0
I0.4

键盘值1位
Q0.4
货台前升
I0.5
键盘值2位
Q0.5
货台退回
I0.6
键盘值3位
Q0.6

就绪
I0.7
键盘值4位
Q0.7
取
I1.0
横轴右限位
Q1.0
放
I1.1
横轴左限位
Q1.1
十位显示
I1.2
竖轴上限位
Q2.0

BCD码1位
I1.3
竖轴下限位
Q2.1
BCD码2位

Q2.2
BCD码3位

Q2.3
BCD码4位
注：PLC主机输出1L、2L、输入1M、2M、3M、4M分别和电源L+相连
输出3L、4L、5L、6L、1M、2M和电源M相连

3.3 步进驱动模块设计
3.3.1 步进电动机原理
步进式伺服驱动系统是经典开环控制系统。在此系统中，实施元件是步进电机。它受驱动控制线路控制，将代表进给脉冲电平信号直接变换为含有一定方向、大小和速度机械转角位移，并经过齿轮和丝杠带动工作台移动。因为该系统没有反馈检测步骤，它精度较差，速度也受到步进电机性能限制。但它结构和控制简单、轻易调整，故在速度和精度要求不太高场所含有一定使用价值。步进电机工作原理实际上是电磁铁作用原理。
3.3.2 步进电动机选型
在选择步进电动机时首先考虑是步进电动机类型选择，其次是具体品种选择，在该立体车库系统设计中要求步进电动机电压低、电流小、有定位转矩和使用螺栓机构定位装置，确定步进电动机采取2相8拍混合式步进电动机；在进行步进电动机品种选择时，要综合考虑速比i、轴向力Tt、额定转矩Tn和运行频率Fy，以确定不进电动机具体规格和控制装置。步进电动机有以下特点：
a、步进电动机角位移和输入脉冲数严格成正比。所以,当它转一圈后,没有累计误差,含有良好跟随性。
b、由步进电动机和驱动电路组成开环数控系统,既简单、廉价,叉很可靠。同时,它也能够和角度反馈步骤组成高性能闭环数控系统。
c、步进电动机动态响应快,易于启停、正反转及变速。
d、速度可在相当宽范围内平稳调整,低速下仍能取得较大转矩,所以通常能够不用减速器而直接驱动负载。
e、步进电机只能经过脉冲电源供电才能运行,不能直接使用交流电源和直流电源。
f、步进电机存在振荡和失步现象,必需对控制系统和机械负载采取对应方法。
3.3.3 步进驱动模块
步进驱动模块由步进电机和步进驱动器组成。仓库立体存放系统有两套步进驱动模块，分别控制X轴、Y轴丝杆运动。步进驱动器接收PLC发出高速脉冲信号及方向电平信号，并将这些信号转换成驱动步进电机信号。步进电机旋转方向由方向电平控制,步进电机旋转速度由脉冲信号频率控制,步进电机旋转度由脉冲信号数目控制。用四相步进电机42J1834-810，和之配套驱动器选择美国IMS企业生产M415B细分型步进电机驱动器，其细分功效使步进电机运转精度提升，振动减小，杂讯降低，且含有光隔离信号输入（抗干扰），静止时电流减半，电源接反保护功效等优点。42J1834-810步进电机步距角为1.8o，即在无细分条件下，200个脉冲使步进电机转一圈（200×1.8=360o）。经过驱动器设置细分精度，最高能够达成12800个脉冲电机转一圈。步进电机驱动器M415B细分设定由拨码开关SW4、SW5、SW6设定，如表1所表示。设置SW4=ON、SW5= OFF、SW6=ON，细分设置为800步数/圈，即800个脉冲使步进电机转一圈，此时步距角为（800×0.45=360o）。步进电机传动组件采取联轴器直接带动螺旋丝杠转动，螺旋丝杠螺距为5mm，即步进电机每转动一周，载物台位移5mm。经过控制载物台在X-Z轴平面运动，从而把工件运输到仓库指定位置。步进电机驱动器M415B输出相电流设定由拨码开关SW1、SW2、SW3设定，如表5所表示。设置SW1=OFF、SW2=ON、SW3=OFF，输出相电流为1.05A。
1．步进电机驱动器
步进电机驱动器关键有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。驱动器参数以下列图表所表示
表3 电气规格

说明
最小值
经典值
最大值
单位
供电电压
18
24
40
V
均值输出电流
0.21
1
1.50
A
逻辑输入电流
6
15
30
mA
步进脉冲响应频率
—
—
100
kHz
脉冲低电平时间
5
—
1
μs

表4 电流设定
电流值
SW1
SW2
SW3
0.21A
OFF
ON
ON
0.42A
ON
OFF
ON
0.63A
OFF
OFF
ON
0.84A
ON
ON
OFF
1.05A
0FF
ON
OFF
1.26A
ON
OFF
OFF
1.50A
OFF
OFF
OFF

表5 细分设定
细分倍数
步数/圈（1.8Ｏ整步）
SW4
SW5
SW6
1
200
ON
ON
ON
2
400
OFF
ON
ON
4
800
ON
OFF
ON
8
1600
OFF
OFF
ON
16
3200
ON
ON
OFF
32
6400
OFF
ON
OFF
64
12800
OFF
ON
OFF
由外部确定
动态改细分/严禁工作
OFF
OFF
OFF

表6 接线信号描述
信号
功效
PUL
脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步
DIR
方向信号：用于改变电机转向，TTL平驱动
OPTO
光耦驱动电源
ENA
使能信号：严禁或许可驱动器工作，低电平严禁
GND
直流电源地
+V
直流电源正极，经典值+24V
A+
电机A相
A-
电机A相
B+
电机B相
B-
电机B相

PLC控制器和步进电机驱动器工作原理图4所表示：

图4 PLC控制器和步进电机驱动器工作原理图
2．步进电机
采取二相八拍混合式步进电机,型号为42J1834-810，关键特点：体积小，含有较高起动和运行频率，有定位转矩等优点。本模型中采取串联型接法，其电气图以下图5所表示：

图5 二相八拍混合式步进电机串联型接法

3.4 丝杆驱动模块设计
丝杆驱动模块是将步进电机输出旋转运动转换成直线往复运动，两套丝杆驱动模块成90度垂直安装，形成一个X-Y轴平面运动系统。在两个丝杆驱动模块上均设有一个零点，用以校正位置及提供一个位置参考点。同时为了预防丝杠驱动模块过冲而产生机械物理损伤 ，在丝杆驱动模块极限位置均装有碰撞保护开关，用来预防丝杆驱动模块过冲。
工件推出模块采取直流电机作为实施机构，型号为32ZYC250
3.5 硬件接线图设计
见附录
第4章 升降横移式立体车库系统软件方面设计

4.1 系统主程序设计
4.1.1 主程序步骤框图
主程序步骤框图图6所表示

图6 主程序步骤框图
4.1.2 主程序梯形图
见附录

4.2 系统子程序设计
4.2.1 X轴、Y轴脉冲输出子程序步骤框图
X轴、Y轴脉冲输出子程序步骤