PLC控制的圆形塔式立体车库控制系统设计.pdf

P L C控制的圆形塔式立体车库控制系统设计 巫世晶李剑斌张银龙 武汉大学武汉4 3 0 0 7 2 摘要对圆形塔式立体车库进行了研究 ，介绍了圆形塔式立体车库的基本运行原理并采用三菱 F X一2 N 系列 P L C控制器设计了一套圆形塔式立体车库的控制系统，完成 了圆形塔式立体车库控制系统硬件和软件的 设计 ，到达自动存取车辆的 目的，满足车库的安全和功能需求，对于类似塔式立体车库控制系统的设计具有 参 考意义 。 关键词圆形塔式立体车库；P L C控制器；控制系统；设计 中图分类号U 4 9 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 5 1 2 0 0 3 6 0 4 Ab s t r a c t Th e p a pe r ma i n l y s t u di e s t he c i r c ul a r t o we r p a r k i n g s y s t e m ，i n t r o d u c e s i t s ba s i c o p e r a t i o n pr i nc i p l e，a n d de s i g ns a c o n t r o l s y s t e m f o r t h e c i r c u l a r t o we r s t e r e o g a r a g e wi t h t he PLC c o n t r o l l e r o f Mi t s u bi s h i FX 一2 N s e r i e s ．Th e h a r d wa r e a n d s o f t wa r e f o r c o n t r o l s y s t e m o f t h e c i r c u l a r t o w e r s t e r e o g a r a g e a r e d e s i g n e d t o e n a b l e a u t o ma t i c a c c e s s t o v e h i c l e s a n d me e t t h e s a f e t y a n d f u n c t i o n a l r e q u i r e me n t s o n t h e g a r a g e，p r o v i d i n g r e f e r e n c e t o t h e d e s i g n o f c o n t r o l s y s t e m o f s i mi l a r t o we r s t e r e o g a r a g e s ． Ke y wo r d s c i r c u l a r t o we r s t e r e o g a r a g e；P L C c o n t r o l l e r ；c o n t r o l s y s t e m ；d e s i g n 0 引言 随着经济水平 的快 速发展 ，我 国汽车 的保有 量迅速增 加 ，据公安部统计的数据 ，截止 到 2 0 1 4 年 1 1 月 2 7 E t ，机动车的保有量到达了 2 ． 6 4亿辆 ， 汽车保有量 1 ． 5 4亿辆 。我国成为 了世界最大的汽 车市场 ，随着 汽车数量 急剧增加 ，停 车难 的问题 逐渐显现 出来 。因此，充分利用空 间资源 的立 体车库技术得 到迅 速发展 ，从最开始 的简单 的两 层立体车库 ，到全 自动化 的升降横移式 、巷道堆 垛式 、旋转式 立体 车库以及最近新 出现 的 圆形塔 式立体车库 。塔式立体车库是一种 可以建立在 市中心、包含 大量车位 、地面 占用 面积较 小 、外 表美观的圆形立体车库 ，文章主要介绍 了基于 P L C 的圆形塔式立体车库控制系统的设计 J 。 5 选择轴的材料，并根据 机械设计手册 第 2卷中表 61 2 t 选取许用弯曲应力 。 6 按 机械设计手册第 2卷 中表 61 2 2 所列公式进行弯扭合成强度计算。 7 将计算得到的轴颈圆整成标准直径。 3 结束语 为了使该 立体车库满 足使用要求 ，本文严格 按照国家关 于简易升 降式立 体车库 标准进行结构 设计 ，并根据机械设计手册 中的方法对 各零部件 进行强度校核 ，最终 明确 了各零部件 的型号及结 构。该提升系统已在简易升降式立体车库样机研 制 中得到应用 ，其可满足各项技术指标要求 。 一 3 6 一 参考文 献 [ 1 ]中华人民共和国工业和信息化部 ． J B ／ T 8 9 0 9 --2 0 1 3 简易升降类机械式停车设备[ S ] ． 北京机械T业出版 社 。2 0 1 3 ． [ 2 ]成大先 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，该 系统共需要 2 7个输入信号点以及 1 6个输 出 信号点，本文采用 F X 2 N一3 2 MR可编程控制器作 为基本 的控制单元 ，选用两个 F X 2 N．_1 6 E X扩展 模块作为输入信号点 。该控制 系统的输e k ／ 输 出 点情况如表 1 、表 2所示。 表 1 输入 信号分配表 输入 P L C输入 功能 信号类型 曳引电机启闭、库门 X O 0 一 X 0 1 按钮开关 开闭 库位有无车辆检测、 X 0 2 一 X1 6 光 电信号 旋转 台车辆检测 X 1 7 行程开关 车辆位置检测 X 2 0一X 2 2 光电信号 楼层位置检测 旋转 台上升或 下降 状 X 2 3 、X 2 5 旋转开关 态检测 X 2 6 、X 3 0一 X 3 4 光电信号 车库区域显示 旋转台限位以及旋转 X 3 5 一 X 4 7 行程开关 台旋转角度 表 2 输 出信号分配表 输 出 P L C输 出 功能 信号类 型 Y 0 0一 Y 0 2 旋转开关 曳引电机正反转和停止 Y 0 3一Y 0 4 、 液压站电机启闭以及电 Y1 0一Yl 6 按钮 开关 磁 阀开闭 平层 电机 1和平层 电机 Y 0 5 一 Y1 0 旋转开关 2正反转 Y1 7 按钮开关 系统急停报警 2 ． 2 升降电机部分电路设计 该系统主要通过三菱 F R E 5 4 0变频器来控制 升降 电机 的正反 转从 而实现对 升 降平 台的控制。 三相交 流电源 X 1 、x 2 、X 3通过变频器 x、s 、T 输人端 口输入变频器 ，通过 U、V、w 3个端 V I 连 接三相异 步 电机 ，控制 电机旋转。P L C通过输 出 端线圈实现 电磁继 电器控制变频器 回路输入信号 的通断 ，如正转信 号输入 S T F端 的输入 ，P L C输 出端 口 Y 0 1 2输出信号 ，则线圈 M1 作用 ，开关 M1 37 闭合 ，S DS T F回路接通变频器控制三 相异步电机正转。同理 ，三相异步 电机 的反向转动也类似 ，升降 电机部分 电路 如图 2所示E 7 3 。 图2 升降电机电路设计图 2 ． 3 P L C控制连线设计 选择 P L C型号 以及 P L C扩展控 制模块 ，将 相 应 的传感器作 为输入端连入 P L C电路 图中。输 入 端为曳引电机传感器输人 、车门关闭传感器输人 、 1 2个车位车辆有无光电传感器检测 、旋转平 台车 辆检测 、旋转 台车辆位 置检测 、3个平 层位置 检 测 、库位上下显示检测 、6个平层位置检测 、2台 平层 电机 限位检测 、载车板伸缩 限位 检测 、旋转 平台位置检测 以及旋 转平 台上下限位检测等输入 端。输 出端为 库 门开 闭 电机、载 车板伸 缩 电机 、 车辆夹紧松开 、平层 电机 正反转 、曳引电机正反 转慢加速、旋转台左右旋转上升下降等输出端连 接。并且设置有急停控制开关 S A及声光报警 电路 K 2、Y S 、D，具体 P L C控制连线图如图 3所示。 3． 控制 系统软件控制流程设计 系统中 P L C主要完成对升降平 台、旋转平 台、 载车板位置及运行状 态的检测 和存取车操作。所 用状态元件 、定时器及数据存储器均选用具 有掉 电保护功能 的元件 ，当系统掉 电时元件保持掉 电 前的状态 ，以保存现场信息 ；当发生意外情况 时， 按下急停按钮 中止系统的运行并保存现场断点信 息 。系统控制 主流程 对 系统进行供 电，然后 系 统判断是否存在故 障，若存 在故障则进行故 障处 一 38 一 图3 P L C的控制连线图 理 ，不存在故障则进一步判断是否进行 自动程序 ， 确定手动控制存取 车过程或进入 自动存取车程序 ， 控制系统主流程如图 4所示 引。 图 4控制系统的主流程图 存放车辆 的控制 流程 系统 自动检测 是否存 在故障 ，如果有故 障则停 止下一步程序 ，如正 常 则进一步读取数 据监测确定是否存取 车；若存 车 则检测旋转平 台上是否有车辆存在 ，若有车辆存 在，则等待直到旋转平 台无 车辆 ，车辆进 入旋转 升降平台；车辆进入载 车板 上指定位置 ，旋转平 台上升 ，P L C检 测平层位置传感 器信号 ，检 测到 指定层传感器 信号则 上 升的曳 引 电机停 止转 动 ； 检测旋转平 台是 否精确达到指定平层位 置，通过 起重运输机械 2 0 1 5 1 2 P L C控制平层电机 1 及平层 电机 2使旋转 台升降来 调节旋转平 台与相应层精确对接 ；旋 转平 台达 到 指定位 置后 ，P L C控 制旋 转平 台旋 转 电机 旋转 ， 同时检测旋 转平 台旋转位置 ，当旋转位置传感 器 检测到信号 ，旋转 电机停止 转动 ；同时 ，载 车板 伸缩 电机开始转动 ，将车辆送人 相应库位 ；当库 位极 限位置传感器检测 到车辆 ，载车板伸缩 电机 停止旋转 ；接着控制夹紧车 辆的 电机旋转 ，释放 车辆到库位 ，完成释放后 ，进行载车板伸 缩 电机 方 向选 择 ，将 载 车板 移动 到旋转 平 台上 ，至此 ， 存车过程基本完成 。取车流程与存车流程 过程相 反 。圆形停 车塔存放车辆的程序流程如图 5所示 。 图 5 存放车辆的程序流程图 I c卡等技术进一步提高圆形塔式立体车库控制 系 统的智 能化程 度。随着我 国城市 化 的迅速 发展 ， 城市汽车数量的迅速增加必然带来对于停 车位 的 大量需求 ，作 为拥有极高空 间利 用率 、自动化 水 平高 以及具有较快 的存取车速度 的圆形塔式立体 车库将成为未来智能立体车库的发展方向 。 参考文献 ． [ 1 ]程怀舟，巫世晶，陈东 ．多层升降横移式立体车库控 制系统 的设计 [ J ] ．起重运输机 械，2 0 0 4 7 1 3 1 6 ． [ 2 ]付翠玉，关景泰 ．立体车库发展的现状与挑战[ J ] ． 机 械设计与制造 ， 2 0 0 5 9 1 5 6 ，1 5 7 ． [ 3 ]刘晓娟，潘宏侠 ，李果 ．垂直升降式立体车库系统设 计与研 究 [ J ] ． 机械设计 与制造，2 0 1 1 ，5 5 4 8 5 0． [ 4 ]李果 ，张广明，凌祥 ．多层升降横移立体停车库控制 系统设计与实现[ J ] ． 机械设计与制造 ， 2 0 1 1 ，3 3 1 74， 1 75 ． [ 5 ]杜桂荣 ，彭斌 ，邵兵 ，等 ．多层升降横移式立体停车 库的结构和控制系统[ J ] ． 兰州理工大学学报 ， 2 0 0 3 ， 2 9 1 6 46 6 ． [ 6 ]易倩颖，叶云岳，郑灼 ．基于P L C的新型垂直提升式 立体车库控 制系统设计 [ J ] ．机 电工程，2 0 1 4，2 9 4 4 0 9 4 1 2 ． [ 7 ]黄敏，花有清 ．基于 P L C的立体车库控制系统 [ J ] ． 机电工程 ， 2 0 0 9 ，2 6 1 0 1 0 51 0 8 ． [ 8 ]郭建江 ，于有生 ． P L C在 塔式立 体车 库控制 系统 中的 应用[ J ] ． 机电工程技术，2 0 0 3 ，3 2 5 7 1 ，7 2 ． [ 9 ]中国重型机械工业协会停车设备工作委员会 ．机械式 立体停车库[ M] ． 北京海洋出版社，1 9 9 3 ． 4 结语 作 者 李剑斌 系统采用三菱 F X 2 N系列 P L C作为控制系统 地 t3 1 湖北省武汉市武汉大学工学部九教 控制器 ，设计 了一个可 自动存取车辆的控制 系统 。 邮 编 4 3 0 0 7 2 未来可 以结合上位机加 P L C的控制方式 以及智能 收稿日期 2 0 - 0 6 2 9 r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6 6 l 环保领域成为国民经济支柱产业 l i i i 经过 “ 十一五” 、“ 十二五”近十年的发展， 我国节能环保产业已经成为未来经济与环境可持续发展中的中坚力 i j 量， 通过推广 节能环保产品， 有效拉动了 消费需求， 通过增强工程技术能 力， 拉动了节能环 保社 会投资增长， 有力支 j ； 撑了我国传统产业改造升级和经济发展方式加快转变。在新一轮的产业结构调整过程中，节能环保产业将在 “ 十三 { i 五”期间有望年均增速 2 0 ％以上，成长为国民经济的支柱产业。 ； k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯一⋯⋯一一l H，‘ j 起重运输机械 2 0 1 5 1 2 一3 9