基于PLC的垂直循环型立体车库的控制系统设计
2023-12-10
来源:易榕旅网
DOI:10.19557 ̄.cnki.1001—9944.2018.01.005 基于PLC的垂直循环型立体车库的控制系统设计 丁彩红.何龙 (东华大学机械工程学院,上海2o1620) 摘要:介绍了基于可编程控制器PLC的垂直循环型立体车库控制系统的设计.通过PLC与 触摸屏以及现场各种传感器的通讯.从而实现对系统的实时监控。控制系统的硬件采用 0MRoN CP1H—XA40DT—D控制器作为控制核心.由数字量输入/输出扩展模块CP1W一 20EDT进行输.K/输出口扩充,通过Schneider的GTO3510触摸屏可进行相关参数设计和运 行监控;系统通过传感器进行信号检测,确保车库正常运行。实际运行表明,所设计的控制 系统具有工作稳定,运行可靠和人机交互友好等特点。 关键词:控制系统;垂直循环型立体车库;可编程控制器P LC;触摸屏 中图分类号:TP271;U491-7+1 文献标志码:B 文章编号:1001—9944(2018)O1—0020—03 Control System Design of Vertical Circulation Garage Based on PLC DING Cai—hong,HE Long (College of Mechanical Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China) Abstract:The design of a vertical circulation garage control system is introduced based on programmable logic con— troller(PLC),realizes the real—time monitoring of the system through the communication between the touch screen and PLC and various sensors in the field.The system hardware uses OMRON CP1 H—XA40DT—D controller as the control core,I/O port expansion module by digital input/output(I/O)expansion module CP1W一20EDT,through Schneider’S on Monitoring,while the system through the sensor GTO35 10 touch screen for related parameters design and operatifor signal detection,to ensure the normal operation of the garage.The actual operation shows that the designed sys— tem has the Characteristics of stable operation,reliable operation and friendly human—computer interaction. Key words:control system;vertical circulation garage;programmable logic ontroller(PLC);touch screen 近年来,随着人们生活水平的提高,作为现代 交通工具的小轿车逐渐进入了千家万户,方便了人 们出行的同时也使城市停车矛盾日渐突出.停车难 高土地资源利用率,有必要研究中大型停车库。垂 直循环型立体车库占地面少,结构相对简单,操作 方面方便,在超市、医院、小区等停车场都能得到很 好的应用l 2l。在此,根据客户的需求,开发设计了将 0MRON公司的CP1H—XA40DT D系列PLC应用 的问题不断恶化。立体车库设备的应用可以有效地 解决土地资源紧缺和停车难的问题_ll。目前,国内 外立体车库主要倾向于小型化车库如升降横移式、 在垂直循环型立体车库控制系统中,并在此基础 简易升降式,这类车库存在数字化程度低。土地使 用效率低。为了实现车库更加自动化、数字化,并提 收稿日期:2017—06—30;修订日期:2017—09—28 上进行技术改造和创新,实现了垂直循环型立体 车库的自动化控制、人机交互等功能,大大提高了 作者简介:丁彩红(1973一),女,博士,副教授,研究方向为微电子检测与智能控制技术、机电一体化等;何龙(1989一),男 在读硕士研究生,研究方向为智能控制技术。 囝 Automaiton&Instrumentation 2018,33(1) 产品的竞争力。 1 垂直循环立体车库的结构 垂直循环型立体车库由机械结构、钢结构框 架、动力系统、电气控制系统等部分组成[3】,如图1 所示。其中,机械系统包含传动链轮、停车托盘、链 轮、防坠装置等;动力系统包含减速电机、减速器、 制动器、传动轴、联轴器等部件。钢结构框架是垂直 循环型立体车库的骨架,主要包括进车侧框架和电 机侧框架。电气控制系统包括PLC.变频器、电器柜、 触摸屏、安全检测装置等,用于控制车库,保障车库 运行正常 0 』 / -[ / 动力系统 传动系统 盂至至 l I 6070 图1 立体车厍的结构 Fig.1 Structure of tridimensional garage 垂直循环型立体车库的工作流程 如下:当用 户存车时,司机将车开到停车托盘内准确的位置 后。关好车门退出车库,按下触摸屏上的停车键按 钮。安检系统确认安全后,控制系统控制电机启动, 车在停车托盘机构中随着链条一起做垂直循环运 动,进入车库内部,同时另一个空停车托盘转动到 进车口出等待下一次存车的操作。取车时,按下存 车编号按钮,电机启动,控制系统会按着最短的路 程运行至出口,用户进入停车托盘,将车开走,完成 取车过程。 2控制系统要求 为了保证整个系统的正常工作,控制系统需满 足如下要求: (1)满足上面所述的用户存车和取车的功能。 (2)车库在运行过程,实时监控电机速度、电流 以及停车托盘存车状态情况。 (3)为了维修以及特殊情况的处理,电机可以 自动 与 蓑2018,33 ) 手动控制。需要进行手动操作时,将触摸屏上“手动/ 自动”按钮切换到手动状态即可手动操作。 (4)故障报警。在车库运行过程中,当出现故障 问题(最下面1个停车托盘不能准确地停靠在进口 位置,刮顶或蹭底,车辆停靠不当,等)时,传感器检 测到异常时。报警灯闪烁,同时触摸屏界面跳出报 警原因。排除故障后,点击复位按钮后,系统即可正 常工作 3控制系统设计要求 3.1控制系统的组成 根据控制系统的要求,所设计的垂直循环型立 体车库控制系统主要包括上位机——触摸屏,下位 机——PLC。上位机用于输人命令,并实时监控系统 运行状态:下位机是一台PLC,连接检测元件、执行 元件。 各个单元的具体功能如下: ①上位机(触摸屏)发出存车、取车命令给下位 机,同时实时监控显示车库的运行状态,并对相关 数据进行保存。 ②下位机(PLC)是整体控制系统的中枢,接受 来自上位机的信号,向上位机传送当前车库状态的 信息;采集传感器信号;控制相关执行元件。 ③检测元件包括接近开关、光电开关、限位开 关,检测车辆在停车托盘中停放是否符合要求;对 停车托盘中是否有车进行状态检测;检测升降或横 移是否到位;等。 ④执行元件为旋转电机。它接受PLC的命令, 立即执行相关动作。 综上所述.垂直循环型立体车库的控制系统组 成如图2所示。 数据库 监 控 变 系 触摸屏 频 统 器 控制面板I I 编码器I 电机 图2控制系统组成 Fig.2 Control system block diagram 3.2控制系统硬件配置 3.2.1 PLC及扩展模块的选择 由于本系统对所需要的数字量输入/输出(I/0) 田 接口为26DI/13DO,并且需要监测、控制执行元 件电机速度,监测电流,需要2个模拟量输入,1 个模拟量输出。根据上述条件以及经济性和可 靠性的要求.控制系统选用OMRON公司 CP1H系列主机PLC。该系列PLC具有多种扩 展功能模块可以选择,完全可以满足垂直循环 型立体车库的自动化要求。 PLC主机单元选用的CP1H—XA40DT.D,拥 有24DI/12DO和4AI/4AO.具有1个USB编程 接口和2个标准的RS.485通讯/编程接口,4 轴100 Hz(单相)/50 Hz(相位差),可用于接受 编码的信号[5-6]。为了弥补数字量I/O不足的问 题,选择了OMRON的CP1H系列数字量I/0 扩展模块CP1W.20EDT。它拥有12DI/8DO,可 扩展PLC的I/O点数和功能,在满足该系统 26DI/13DO需求的同时,还有部分余量,可为以 后的工作流程变化和I/0口设备的扩充做准备。 3.2.2触摸屏的选型 随着技术的发展,PLC控制器与触摸屏的 接口技术很成熟.控制系统采用触摸屏控制方 式、数据保存以及监控系统的设计,综合考虑选 用Schneider的GT03510触摸屏可以通过HostLink 与PLC连接通讯[71。通过GTO3510触摸屏可控制、 监控PLC运行状态。 3.3控制系统软件设计 3.3.1 PLC程序设计 根据系统要求,设计本系统控制流程如图3所 示。采用顺序控制设计法进行直观的梯形图程序编 程。系统可根据其内部程序状态,在外部输入信号 的作用下,使各个执行机构按照动作执行的先后次 序自动地进行操作。 本系统PLC软件设计采用0MR0N公司的 CX—Programmer编程软件[83。在分配好相对应地址后, 进行PLC程序编程时,需要考虑存车与取车之间的 逻辑关系。根据控制要求,在存车过程中,最下面1 个停车托盘始终处于空车状态(除非所有的车位都 停满了),用户将车辆直接开上停车托盘,关好车门 退出车库,在触摸屏上按下确认停车按钮后,将车 辆停放到合适的位置。在停车过程中,如果车辆位 置停放超出规定的停车范围或发生其他的故障时, 系统会终止电机运行并进行停车故障报警。取车 时,在触摸屏上输入车辆的停车托盘号码。然后按 田 某停车托盘位置号;L…一停车托盘最大编号;Do—L 初始值 图3系统的控制流程 Fig.3 System control flow chart 下取车按钮,电机启动,停车托盘会在可编程控制 器作用下按照最短的路程转动到车库出入口处,用 户进入停车托盘,将车辆开出,完成取车过程。 4触摸屏软件设计 采用Schneider的Vijeo Designer 6.2型触摸屏 编程软件,其具有多种功能模块库,且可记录和跟 踪操作动作和组态[91。触摸屏软件设计步骤如下: 步骤1 设置通讯参数通过HostLink实现触摸 屏与PLC之间的通讯连接。 步骤2根据系统设计要求,创建可视化的组 态界面。 步骤3设置控制参数,通过控制参数实现 PLC和现场传感器与触摸屏的功能模块之间的连 接.实现触摸屏对PLC参数的控制,PLC参数和传 感器向触摸屏的反馈。 垂直循环型立体车库的监控系统由4个功能 模块组成,即监控界面、报警界面、参数设置和检修 界面.如图4所示 监控界面是本系统的主要功能㈣。该界面左侧 区域用于显示当前车库的存车状况,(下转第33页) Automation&Instrumentation 2018,33(1、 20l5,42(3):52-55. l2I I 警z .II-洪海,曾J州琼,等丛} ST( l2C5A60S2的新型多功能 J颖.) 伏系统发『乜效率提升力‘法的研究II)1.尔 iL石}f{i大 ’ . 2(JI6. IU {=f} 【 l¨J]. r、lk化,2015(7):24—28. 13l 消.刘尚Ⅱ℃,fj托易.等埔J’ST【 l2(75A60S2多路温度监控系 统没汁…2()l5,37(2):67—69 15I镶孵.提" f 系统发电效率的技术研究….1 业技术创新, 20I5(2):I67一l76 l4l张 -li".j IL }·导航的 找终端系统没汁 英舰『Dl陕西:西安 l6l孙玖伟.,p,rt厥刈比伏系统发f乜效率影响哎改薄II}1 宁:大连理 .rI夫 :.2【)l5. 建筑科技人学.2016 l5I I葶迪. ll}兴.耩于Du速度传感器 l lA845l的振动俭洲仪 没汁lJ1_I J 科技.20l4.27(4):ll8. 16I余忪科,,J,j,黄洪全.智能 流I也动 K动 块的网络化监控 【7I 求蚪”’:I艇达赶阳能板放置最徙倾角研究….建筑科学,20l2 (S2):277—281 『81鲍 ,张林戚,蔡 波.等.光伏瓶板积灰皮除,4 }· frt'技术研究 17I 汁….川造技术 j机床,20l5(7):83—87. ·准,瑟小宅,庄 】加1,等.·种旗 ‘8{}C51- 片机控制的寻迹 述IJ1.{=J【『 】‘程,20】3,30(8):909—9l3 l9l 刘坤.拿培印,李强,等. 轴 茨真 袋的.1lli L川 沧和结构没计 …. 科 0技术学报 2015,35(8):934—939. ,卜1.} 】 IJ1.天津f 【.技大 }}乏,2()1l,26(1):55—59. 1剐刘 棼建仆,李慧琴.荩1 模糊PID的通JI1 I 单片机温度控 fl0】,J 玮.以· 片}Jl AT89C 51为控制核一 的钾能电动车的硬什没 制系统没汁IJ1.科 :技术‘j 1 程,2007,7(15):3934—3936. 19I r j 迎,徐维吕,李叫滨.等.离『删 光伏发I 系统自动切换装置 汁t IJ1.·I,llq新通信,2013(8):67—68. 『l l】张凌寒.辏J 5 J单片机的红外测距仪的没汁 术 心¨J.20l6(9):133. 现….数 技 }迓汁…『{助化仪表,20l5.36(2):76—79 一 (上接第22页) 作复杂lI.JI 严格的先后 辑父系 允¥)-4 ̄11用PL C控 制的稳定性、灵活性以及触摸屏 可视化方向的便捷 性 , 汁.r 于PLC和触摸屏的 “循环型立体车 库控制系统,采Hj欧姆龙CPIH系列PI C编程软件 CX.Progralllnlel-编写其相关功能.』i 他川Vijeo Design. el Jl:发 临控软件.既保证了系统动作之问严恪的逻 辑天系.也 汪了操作过程的可视化千n系统的安全性. .参考文献: … ,J趟{水.、 .体4-:库发艉的 状 挑战lI】l-f,『日高新技术 业, 2()l 3,20(9):l60一l61. 图4监控界面 Fig.4 Monitoring interface 界面 观清晰.实现对车J车的实时l‰控: 侧 域 存 天拔到 动挡后可以实现仔乍 I取乍的功能, 』7『1粜此时… 紧急情况,町按F“急停”按钳,停止 f也 I f1: I2l ational I}aiking Association.AIIIIilII. ̄II{,d Paiking Fakes Its I l_l{ ii1 l}li·Unile{l States:But is it llight Y …Parki vlg the Magazin{ Illl the Parking hidusli、 .2003.42【l/21:22—25. 【3 J 郭鹏. 】‘(2AE的垂白‘循环 抗体4- 结f{:I没汁研究【DI.济南: ilI 凡 ,2007. 敝障报警主要负责系统的故障 爪川题 、当系 统发,上敝障tt,f.如Jl}】lrJ停车化 小 Ij, 车托盘未 【41 l t l 铭.眶r[循环式立体车怍没汁研究I【】l-I】 尔滨:哈尔滨T程 人 、 :.2007 准确停 进…口位置等, 发…提爪 息,以便管 理人员及时发现,及时维修 【5I ¨i1itI P【_C和I触摸胼组合控制系统的 川IJ l f1动化仪表, 2(】l(),31(8):45—47. 参数没 模块是管理员十义限 . 实现系统的人性化管理。 现场情况管 『6】 l 蚺 K、IP.睨,徐"T J f13.欧姆坨系JS0 Pl C 肢应用【 .北京:人 理员I叮以没 电机的相关参数,以及补偿参数等, 愉修功能模块是为了维修人员力‘他对系统硬 KfIjl5}U…版社,2009. 171刘il!琼,徐海【 ,潘嫒.等.綦j HnslI,ink  ̄义的PIJC 上位机 :…『越 的实现….合肥hI _人学: :报r1然科学版.2008,3l (12):1940—1943 件进行维护检修而开放¨1米的1个商【】 li』0.0K凌 梁欧姆龙I’LC编氍指令’j惮形 快速人¨【M1.北 S’t:} J I‘、 “版针。,2()1 3. -5 结语 “循环 立体车库是I}1机械、PLC,l乜气和触摸 肼等Jt2ff:f ̄.,1成的复杂的机电一体化 自动化与仪表2018 33(1、 『9I 【}也 l, 建平,李 ,等.琏』 PI (: 触 Jjlt的立体仓库控制 系统没I】_ j实现IJ].I2>1k技术创新,2()l6.3(4):775—778 【】0l金博.乔晓乍, 成,等.穗j 触 摸肼的温审环境监控系统的Af/L _IfIi实现….】农业I.程学报 2004.20(¨:267—26. ■ 装备,机械动 33