现代工业控制机及网络技术_工业控制网络技术

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课程设计

课程设计题目：现代工业控制机及网络技术系统方案

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、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 = 5000mm×1850mm×1550mm，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。

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。

10000mm115400mm12***912345

图 1.1车库三视图

1.主体结构框架

主体结构框架是升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 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.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。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）/0.7=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 IW354 车库温度

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*********26272829303***3738394041符号SB1SB2SB3SB4SB5SB6SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SQ9SQ10SQ11SQ12SQ13SQ14SQ15SQ16SQ17SQ18SQ19SQ20SQ21SQ22SQ23SQ24SQ25SQ26SQ27SQ28SQ29SQ30SQ31SQ32SQ33SQ34SQ35地址I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7I4.0I4.1I4.2I4.3I4.4I4.5I4.6I4.7I5.0功能序号符号地址功能启动42SQ36I5.19号载车板有车停止43SQ37I5.29号载车板车停到位复位44SQ38I5.3挂钩9松到位急停45SQ39I5.4挂钩9挂到位现场急停46SQ40I5.510号车位限位开关现场复位47SQ41I5.610号载车板平移故障1号车位限位开关48SQ42I5.710号载车板升降故障1号载车板平移故障49SQ43I6.010号载车板有车1号载车板有车50SQ44I6.110号载车板车停到位1号载车板车停到位51SQ45I6.2挂钩10松到位2号车位限位开关52SQ46I6.3挂钩10挂到位2号载车板平移故障53SQ47I6.411号车位限位开关2号载车板有车54SQ48I6.511号载车板升降故障2号载车板车停到位55SQ49I6.611号载车板有车3号车位限位开关56SQ50I6.711号载车板车停到位4号车位限位开关57SQ51I7.0挂钩11松到位4号载车板平移故障58SQ52I7.1挂钩11挂到位4号载车板有车59SQ53I7.212号车位限位开关4号载车板车停到位60SQ54I7.312号载车板升降故障5号车位限位开关61SQ55I7.412号载车板有车5号载车板平移故障62SQ56I7.512号载车板车停到位5号载车板有车63SQ57I7.6挂钩12松到位5号载车板车停到位64SQ58I7.7挂钩12挂到位6号车位限位开关65SQ59I8.013号车位限位开关6号载车板平移故障66SQ60I8.113号载车板升降故障6号载车板升降故障67SQ61I8.213号载车板有车6号载车板有车68SQ62I8.313号载车板车停到位6号载车板车停到位69SQ63I8.4挂钩13松到位挂钩6松到位70SQ64I8.5挂钩13挂到位挂钩6挂到位71SQ65I8.614号车位限位开关7号车位限位开关72SQ66I8.714号载车板升降故障7号载车板平移故障73SQ67I9.014号载车板有车7号载车板升降故障74SQ68I9.114号载车板车停到位7号载车板有车75SQ69I9.2挂钩14松到位7号载车板车停到位76SQ70I9.3挂钩14挂到位挂钩7松到位77SQ71I9.415号车位限位开关挂钩7挂到位78SQ72I9.515号载车板升降故障8号车位限位开关79SQ73I9.615号载车板有车9号车位限位开关80SQ74I9.715号载车板车停到位9号载车板平移故障81SQ75I10.0挂钩15松到位9号载车板升降故障82SQ76I10.1挂钩15挂到位

表2.2 数字量输出表

序号*********26272829303***373839符号KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8KM9KM10KM11KM12KM13KM14KM15KM16KM17KM18KM19KM20KM21KM22KM23KM24KM25KM26KM27KM28KM29KM30KM31KM32KM33KM34KM35KM36KM37KM38KM39地址Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6功能序号1号载车板左移401号载车板右移411号载车板传感器运行421号载车板运行432号载车板左移442号载车板右移452号载车板传感器运行462号载车板运行474号载车板左移484号载车板右移494号载车板传感器运行504号载车板运行515号载车板左移525号载车板右移535号载车板传感器运行545号载车板运行556号载车板左移566号载车板右移576号载车板上升586号载车板下降59挂钩6606号载车板传感器运行616号载车板运行627号载车板左移637号载车板右移647号载车板上升657号载车板下降66挂钩7677号载车板传感器运行687号载车板运行699号载车板左移709号载车板右移719号载车板上升729号载车板下降73挂钩9749号载车板传感器运行759号载车板运行7610号载车板左移7710号载车板右移符号KM40KM41KM42KM43KM44KM45KM46KM47KM48KM49KM50KM51KM52KM53KM54KM55KM56KM57KM58KM59KM60KM61KM62KM63KM64KM65KM66KM67KM68KM69KM70KM71KM72KM73KM74KM75KM76KM77地址Q4.7Q5.0Q5.1Q5.2Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6Q5.7Q6.0Q6.1Q6.2Q6.3Q6.4Q6.5Q6.6Q6.7Q7.0Q7.1Q7.2Q7.3Q7.4Q7.5Q7.6Q7.7Q8.0Q8.1Q8.2Q8.3Q8.4Q8.5Q8.6Q8.7Q9.0Q9.1Q9.2Q9.3Q9.4功能10号载车板上升10号载车板下降挂钩1010号载车板传感器运行10号载车板运行11号载车板上升11号载车板下降挂钩1111号载车板传感器运行11号载车板运行12号载车板上升12号载车板下降挂钩1212号载车板传感器运行12号载车板运行13号载车板上升13号载车板下降挂钩1313号载车板传感器运行13号载车板运行14号载车板上升14号载车板下降挂钩1414号载车板传感器运行14号载车板运行15号载车板上升15号载车板下降挂钩1515号载车板传感器运行15号载车板运行自动运行手动运行载车板故障报警蜂鸣器车位已满挂钩故障灯车库温度报警车库可燃物报警