基于PLC控制立體車庫電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的研究

高靜

摘 要：為解決社會停車難及節(jié)省空間，研究了立體車庫，本文主要是對立體車庫電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：立體車庫;電氣控制系統(tǒng);PLC;硬件設(shè)計(jì)

一、電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本文控制系統(tǒng)的核心控制器選擇的是S7-200 PLC。S7-200 PLC是西門子公司開發(fā)的，是一款多功能集于一體的控制系統(tǒng)。

輸入部分和輸出部分是在本文硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的組成部分。檢測部分主要是數(shù)字量輸入信號包括按鈕、開關(guān)等;輸出部分主要是數(shù)字量的輸出信號包括報(bào)警器、控制傳動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、運(yùn)行顯示裝置等。車主在存取車時(shí)，要先按按鈕啟動控制程序。檢測信號將被傳送到PLC，運(yùn)行機(jī)構(gòu)如報(bào)警燈、電機(jī)、蜂鳴器等完成對其各種動作的控制。圖1為立體車庫硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

顯然，整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、快捷性受硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞影響。本文主要研究了PLC的選型、硬件電路的設(shè)計(jì)和繼電器控制線路的設(shè)計(jì)及說明。

二、PLC的選型

（一）選擇機(jī)型

按結(jié)構(gòu)分，PLC主要有整體型、組合型和疊裝型三種。

對本文涉及的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的要求，車庫的結(jié)構(gòu)相對簡單，維修售后也不復(fù)雜，控制以開關(guān)為主，同時(shí)需要輸入信號121個(gè)、輸出信號147個(gè)。鑒于分析可知，疊裝式結(jié)構(gòu)的S7-200具有配置靈活、高可靠性、通信強(qiáng)及高擴(kuò)展性等特點(diǎn)，所以本文選擇的控制器應(yīng)當(dāng)是疊裝型的S7-200型PLC。

（二）選擇CPU

本文CPU型號選擇的是CPU226。選擇CPU主要考慮I/O口的點(diǎn)數(shù)、擴(kuò)展功能和通信接口的個(gè)數(shù)。

（三）選擇接口模塊

本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的核心是數(shù)字量輸入/輸出，CPU226的I/O口的點(diǎn)數(shù)少，這就需要考慮連接使用擴(kuò)展模塊，才能符合本文的需要。

當(dāng)前的市場上，S7-200 PLC的擴(kuò)展模塊主要有EM221輸入模塊、EM222輸出模塊和EM223輸入、輸出混合模塊3種。本文擴(kuò)展模塊選擇的類型是EM223。

三、 PLC外部電路的研究

PLC外部電路主要有三大模塊：供電模塊、輸入模塊和輸出模塊。

（一）供電模塊

PLC供電模塊由兩部分工作電源組成：CPU的輸入/輸出部分的工作電源和I/O擴(kuò)展模塊的輸入/輸出部分的工作電源。PLC的動力中心就是電源部分，一旦出現(xiàn)問題，PLC控制的整個(gè)系統(tǒng)陷入混亂，不能正常工作，電源部分的性能好壞決定著PLC控制系統(tǒng)能否否正常運(yùn)行。

PLC供電系統(tǒng)由兩部分組成：第一部分是只給自己單元的輸入部分供電的電源，直流24V的工作電壓的CPU 226;另一個(gè)部分是開關(guān)的穩(wěn)壓電源，是CPU 226模塊，擴(kuò)展模塊的輸入電源和輸出電源都是直流24V。PLC的工作電源是由穩(wěn)壓電源將電網(wǎng)的輸入電源轉(zhuǎn)化成符合需要的直流電源。

由以上分析可知：車庫的供電系統(tǒng)的電源是AC380V，采用的是三相斷路器，即L1、L2、L3三相供給380V的電壓。與此同時(shí)，開關(guān)穩(wěn)壓電源和火線L21，零線N及保護(hù)零線PE連接在一起，這樣就可以給PLC的輸出設(shè)備、控制模塊的輸入、輸出設(shè)備提供DC24V輸出電壓。所以，車庫的供電系統(tǒng)供電方式是三相五線制的。

（二）輸入模塊

輸入模塊主要是將在現(xiàn)場收集的信號發(fā)送到PLC控制器。按鈕、熱保護(hù)繼電器及開關(guān)量等都是控制系統(tǒng)中的輸入設(shè)備。

控制系統(tǒng)的輸入信號有120個(gè)點(diǎn)、輸出信號122點(diǎn)，但是CPU226的輸入端口24個(gè)，輸出端口16個(gè)，CPU226不能滿足系統(tǒng)的要求。所以需要擴(kuò)展模塊EM223，經(jīng)過計(jì)算需要7片擴(kuò)展模塊。

（三）輸出模塊

輸出模塊主要是將PLC的信號發(fā)送給負(fù)載元件，由負(fù)載的變化引起電機(jī)、報(bào)警、顯示裝置將要執(zhí)行的動作。PLC輸出模塊的控制器選用的是CPU226，交流供電。外部電路將數(shù)碼管、運(yùn)行燈、蜂鳴器報(bào)警燈、交流接觸器線圈、延時(shí)斷電時(shí)間繼電器線圈等連接在一起。

四、立體車庫電氣控制原理及說明

（一）動力電路

動力主電路主要是用來對橫移控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動、平移電機(jī)以及升降電機(jī)的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的。整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)備一共有11臺橫移電機(jī)、15臺平移電機(jī)和14臺升降電機(jī)，在本系統(tǒng)中，傳動電動機(jī)應(yīng)用的都是交流異步電動機(jī)。

主電路包括380V進(jìn)線電源、進(jìn)線開關(guān)、電源指示燈、斷路器、熔斷器 、熱保護(hù)繼電器、接觸器和三相交流電動機(jī)等。

電源能否正常工作是有一個(gè)HL1電源的指示燈檢測的，這個(gè)指示燈串聯(lián)在斷路器的下面。

在電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路中，每臺電動機(jī)都有2個(gè)線圈。一個(gè)用來控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)，一個(gè)用來控制電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。交流接觸器的控制功能主要是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的方向。假設(shè)載車板水平左移是正轉(zhuǎn)，那么反轉(zhuǎn)就是右移;載車板豎直前進(jìn)是平移電機(jī)正轉(zhuǎn)，那么載車板豎直后退就是反轉(zhuǎn);同理，載車板下降是升降電機(jī)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，反轉(zhuǎn)就是電動機(jī)上升。

（二）自動控制電路原理說明

存取車的高度安全性主要是由載車板的運(yùn)行電路、顯示電路和報(bào)警電路構(gòu)成的自動運(yùn)行控制電路決定。

1.設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖電路

在控制電路系統(tǒng)中，車庫的自動運(yùn)行控制和手動運(yùn)行控制的轉(zhuǎn)換是由開關(guān)SA實(shí)現(xiàn)的。SA有兩個(gè)觸點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)按鈕選擇1時(shí)，自動控制系統(tǒng)工作;當(dāng)開關(guān)按鈕選擇2時(shí)，手動控制系統(tǒng)工作。車庫的工作方式主要是自動運(yùn)行方式，手動是為自動服務(wù)的，一般的手動方式的主要工作就是調(diào)試設(shè)備。在控制電路中應(yīng)用了自鎖和互鎖控制，這樣可以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時(shí)也可以消除一些干擾信號。

2.控制電路的底層停車位

底層一共有6個(gè)存車位，1號的存車位和3號的存車位可以直接存取車，其他的停車位4號、6號、7號和9號在存取車時(shí)的工作原理大致是相同的。

3.控制電路的中間層存車位

中間層的停車位一共有6個(gè)，分別是10、12、13、14、16、18號。10、13和16號，12、14和18號的存車位方向是一致的，但是它們之間的運(yùn)動方向是相反的。

4.控制電路的頂層存車位

由上述分析可知，頂層和中間層在相同的存車位，它們載車板的要求也是相同的。

5.報(bào)警電路

報(bào)警電路主要包括按鈕、開關(guān)、繼電器、報(bào)警燈及蜂鳴器等。只要發(fā)生下述一種情況，就會啟動報(bào)警裝置。

①一旦車庫有偶然事件發(fā)生，或者當(dāng)出庫遇到某些無法控制的意外時(shí)，需按下緊急停止按鈕SB2，啟動報(bào)警裝置。

②存車按鈕和車位號按鈕要同時(shí)按下，如果車位不是空閑位置，載車板上的光電開關(guān)會給出信號，此信號傳送到PLC，啟動報(bào)警裝置。

③如果載車板上的車輛停放位置發(fā)生錯(cuò)誤，接近開關(guān)上的常開觸點(diǎn)就會閉合，就會啟動報(bào)警裝置。

本章從整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)硬件，重點(diǎn)闡述了車庫電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、控制原理及硬件介紹、PLC的選型、I/O分配等。

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