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升降横移式立体车库控制系统设计说明书
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2013-05-21
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本作品采用虚拟技术设计四层五位的立体车库系统,该系统通过自制的通信接口模式与三菱的PLC、变频器、触摸屏等控制单元构成一个综合实训平台。
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升降横移式立体车库控制系统设计说明书
本作品采用虚拟技术设计四层五位的立体车库系统,该系统通过自制的通信接口模式与三菱的
PLC、变频器、触摸屏等控制单元构成一个综合实训平台。经安装调试,这种“虚实”结合的实训平台能
够实现与实际立体车库系统基本一致的运动控制功能,且具有节能、便捷、易维护等特点,开创了国
内高校实验(训)教学技术的新理念。
1 设计思想
升降横移式立体车库采用 3D 虚拟技术构建虚拟的立体车库系统。其主要结构和功能是利用载车
板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。每个车位均有载车板,所需存取车辆的载车板
通过升、降、横移运动到达地面层,驾驶员进入车库,存取车辆,完成存取过程。
立体车库控制虚拟平台由 PLC、变频器、触摸屏三部分组成。触摸屏设存取车操作按钮及车位提
示信息,触摸屏输入操作命令传送到 PLC,PLC 通过检测车位的状态信息在相应的 I/O 口输出控制信
号,控制相应的车位电机或挂钩运行。在载车板升降过程中,将载车板的位置信息传送到 PLC,PLC
控制变频器实现不同升降速度运行。
基于 3D 虚拟现实技术,再现虚拟升降横移立体车库,可用于 PLC 技术应用技能学习,作品提供
了升降横移立体车库的结构演示,虚拟仿真控制演示,在线控制三个实训模块。
2 整体设计
为了尽可能达到实际车库的系统设计效果,基于实际的升降横移立体车库控制系统结构,确定升
降横移式立体车库控制系统结构,如图 1 所示。它由虚拟立体车库系统、立体车库控制系统、接口处
理模块三部分组成。PLC 输出的控制信号经接口处理模块控制立体车库的虚拟执行机构,控制各个车
位的运行。立体车库运行过程中,虚拟位置传感器的检测信号经接口处理模块输到 PLC 控制系统,实
现闭环控制。
图 1 升降横移式立体车库控制系统实训平台框图
触摸屏设存取车操作按钮及车位提示信息,触摸屏输入操作命令传送到 PLC,PLC 通过检测车位
的状态信息在相应的 I/O 口输出控制信号,控制相应的车位电机或挂钩运行。在载车板升降过程中,
将载车板的位置信息传送到 PLC,PLC 控制变频器实现不同升降速度运行。
3 虚拟立体车库系统的设计
升降横移式立体车库的结构主要由主框架、停车托盘、传动系统等部分组成,车库共设四层,一
至三层为 4 车位、四层为 5 车位,共四层 17 个车位,另外还有三个周转空位,用作汽车的中转平台,
结构示意图如图 2 所示。每个车位单元配置停放车辆的托盘,托盘由传动系统驱动可上下、左右移动 。
传动系统分为升降传动系统和横移传动系统。升降传动系统由电动机、变频器、链轮、链条等组成,
运行时,电动机带动链轮转动,链轮带动链条,通过升降电动机的正反转实现托盘的上下升降运动。
横移传动系统由电动机、变频器、驱动轮和从动轮、导轨组成,通过横移电动机带动托盘在横梁上进
行横移运动。
图 2 升降横移式立体车库结构示意图
基于 Unity3D 开发的虚拟立体车库在结构和功能上与真实车库相一致。效果图如图 3 所示。
图 3 虚拟升降横移式立体车库效果图
4 自动立体车库控制系统设计
立体车库控制系统的硬件由三菱 PLC、触摸屏和变频器组成,如图 4 控制系统实物图。HMI 控制
界面如图 5 所示。
图 4 立体车库控制系统实物图
图 5 立体车库操作控制界面
4.1 控制系统结构及工作原理
立体车库控制虚拟平台由 PLC、变频器、触摸屏三
部分组成,结构框图如图 6 所示。触摸屏设存取车操作
按 钮 及 车 位 提 示 信 息 , 触 摸 屏 输 入 操 作 命 令 传 送 到
PLC,PLC 通过检测车位的状态信息在相应的 I/O 口输出
控制信号,控制相应的车位电机或挂钩运行。在载车板升
降过程中,将载车板的位置信息传送到 PLC,PLC 控制
变频器实现不同升降速度运行。
4.2 设备选型
PLC
触摸屏
变频器
接口处理
模块
图 6 控制系统结构框图
4.2.1 PLC 选型
由于立体车库所需要的 I/O 数量较多,对控制性能要求较高,所以选择三菱 Q 系列 PLC,它由电
源模块、CPU 模块、基板、I/O 模块等组成。通过扩展基板与 I/O 模块可以增加 I/O 点数,通过扩展储
存器卡可增加程序储存器容量,通过各种特殊功能模块可提高 PLC 的性能,扩大 PLC 的应用范围,非
常便于使用。三菱 Q00UJCPU-S8 具有八个扩展模块 128 点 I/O 口,运算速度快,适合车库的需求。
它的指令丰富,可以用 GX Developer,也支持编程器编程,它的编程简单,适合大众人群。它与 GX-
Developer 高速通信,提高了调试效率,通信接口有 USB 和 RS232。USB 接口使它可以和任意一台计
算机连接,而 RS232 可以和触摸屏通信,可以通过触摸屏控制PLC。
4.2.2 触摸屏选型
触摸屏选用三菱公司的GT1155-QSBD-C型,它灵敏度较高,而且具有防水防尘。它可
通过RS232或USB与PLC接口。它的色彩比较丰富,由256色大屏幕显示,可以增强视觉
效果。触摸屏有丰富资源库,在设计时可以在库里面选择适合元件。触摸屏具有备份功能,在原系统
故障时,可以通过恢复备份来恢复实时操作。
4.2.3 变频器
根据立体车库升降电机变频调速的要求,选用三菱公司的 FR-A740-3.7K-CHT 变频器,它内置
PID 控制算法,可实现无传感器的转矩与速度控制,可通过 PLC 选择不同的速度控制。
4.3 控制系统设计
4.3.1 I/O 口配置
立体车库共设四层,一至三层为 4 车位、四层为 5 车位,共四层 17 个车位,除一层每个车位一个
横移电机外,每个车位需一台横移电机、一台升降电机、一个挂钩、一个车辆检测传感器,每个车位
包括 3 个中转车位需要一个车位检测传感器,因此共需 114 个 I/O 口,分配表如表 1 所示。
表 1 立体车库控制系统 I/O 分配表
序
号
输入 输出
功能 元件 地址 功能 元件 地址
1
一层 1 号车位状态检测
S1 X0
1 层横移电机的正转
KM1 Y40
2
一层 2 号车位状态检测
S2 X1
1 层横移电机的反转
KM2 Y41
3
一层 3 号车位状态检测
S3 X2
2 层横移电机的正转
KM3 Y42
4
一层 4 号车位状态检测
S4 X3
2 层横移电机的反转
KM4 Y43
5
二层 1 号车位状态检测
S5 X4
3 层横移电机的正转
KM5 Y44
6
二层 2 号车位状态检测
S6 X5
3 层横移电机的反转
KM6 Y45
7
二层 3 号车位状态检测
S7 X6
变频器控制
KM7 Y46
8
二层 4 号车位状态检测
S8 X7
一层 1 号车位横移电机控制
KM101 Y47
9
三层 1 号车位状态检测
S9 X8
一层 2 号车位横移电机控制
KM102 Y48
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