基于PLC的停车控制系统设计毕业设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题 目 基于 PLC 的停车控制系统设计 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 程续涛 学 号： 091409115 指导老师： 芦明 完成时间： 2013.5.29 河南城建学院毕业设计（设计） 摘 要 I 摘要 随着我国经济实现腾飞。停车难的问题是我国城市发展过程中出现的较典 型问题，立体车库的产生则为停车难，占道停车，违章停车等一系列问题的解决 找到了出路。立体车库是一种比较典型的机电一体化产品，集机械、电子、信息 技术于一体的专门实现各种车辆停放及科学寄存的仓储设施。 本文通过对现有各种类型的立体车库进行调研后，以升降横移式共 7 个车库 为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，大概可分为三大部分：车 库整体结构部分、电机传动部分和控制系统部分。本文主要简单介绍了车库的主 体结构和特点，对电机的选取，以及控制系统部分的设计都有涉及。在对升降横 移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的 PLC 控制，运用三菱公司的编程 软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可 编程序控制器(PLC)作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的 特点使得控制系统非常完美。 关键词：立体车库，控制系统，可编程序控制器，PLC 河南城建学院本科毕业设计（论文） Abstract II Abstract With the implementation of our country economy to fly. Parking problem is our country city appeared in the process of the development of a typical problem, three- dimensional garage is for parking, parking, parking and a series of solution to the problem of finding the way out. Stereo garage is a typical mechatronics product, set the machinery, electronics, information technology in a body designed to achieve a variety of vehicle park and scientific storage storage facilities. Based on the existing types of stereoscopic garage research, to the up-down and translation stereo garage in the three layer three row type seven car garage structure model for the study. Up-down and translation stereo garage in terms of its components, it can be divided into three parts: the garage structure part, a motor transmission part and control part. This paper mainly introduces the main structure and characteristics of the garage, on the motor selection, as well as part of a control system design are involved. In the up-down and translation stereo garage control system design, using advanced PLC control, the use of Mitsubishis programming software developed up- down and translation stereo garage control system procedures, and after commissioning, operation, proof of a programmable logic controller ( PLC ) as the control system is simple. The stable, reliable, rapid, cost-effective features of the control system is very perfect. Key words：Stereo garage, Control system, Steel structure,PLC. 河南城建学院本科毕业设计（论文） 目 录 III 目录 摘要 .I ABSTRACT II 目录 .III 1 绪论1 1.1 课题的背景和意义1 1.2 研究现状2 1.3 设计任务3 2 PLC 概述4 2.1 PLC 的发展历程 4 2.2 PLC 的结构 5 3 升降横移式立体车库机械部分设计.12 3.1 立体车库的基本结构.12 3.1.1 升降横移式立体车库简介.12 3.1.2 立体车库机械部分部件结构和功能.13 3.2 立体车库中的安全防护装置.15 4 立体车库电气控制系统设计.17 4.1 电气控制系统技术条件.17 4.2 立体车库的电气传动形式.18 4.2.1 一层载车板横移传动系统.18 4.2.2 二层载车板升降横移运动的传动系统.18 4.2.3 三层载车板垂直升降运动的传动系统.19 4.3 PLC 的选型 .20 4.3.1 输入输出（I/O）点数的估算20 4.3.2 存储器容量的估算.20 4.3.3 机型的选择.20 4.4 其他资源配置.21 4.4.1 继电器和接触器.21 4.4.2 传感器.21 4.4.3 变频器.22 5 电气控制系统 PLC 接线图 24 5.1 电机控制及接线设计.24 5.2 PLC 接线设计 .25 6 控制程序设计.26 6.1 PLC 的 IO 资源配置 26 6.1.1 PLC 输入口的分配 .26 河南城建学院本科毕业设计（论文） 目 录 IV 6.1.2 PLC 输出口的分配 .27 6.2 程序流程图.28 7 总结.30 参考文献 32 致谢 33 附录 1.34 附录 2.44 河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪 论 1 1 绪论 1.1 课题的背景和意义 随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而 与此相对应的是城市停车状况的尴尬。停车问题是城市在发展过程中出现的静态 交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存 在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要 内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断 增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示， 最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在 15%20%，而同时期城市停车基础设 施的平均增长速度只有 2%3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超 过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探 求解决的措施。 专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施， 就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改 乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车 场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施， 在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资 金都不小。 随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于 集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了 要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代 大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交 桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅-停车场也有了长足的发展， 由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体 停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车 进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提 高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。 作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、 车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的 河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪 论 2 共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车 进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面 积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施， 是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内 或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理 上可以做到彻底的人车分流。 在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的 耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台 集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组 团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车 难的问题提供了方便条件。 1.2 研究现状 早在 50 多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的 双层停车设备；利用住宅空地建起 24 层升降横移停车设备；适合城市中心商 住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。以日 本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平， 韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展， 较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。 我国机械式车库的早期研究开发工作是从 80 年代中期开始，90 年代开始引 进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。 我国的立体车库类型包括升降横移式，垂直循环式，垂直提升式，巷道堆垛 式等，其中升降横移式采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五 层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下 停车场，配置灵活，造价较低。巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的 工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛 机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。垂直 提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需 一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米） ，对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪 论 3 1.3 设计任务 本次毕业设计就是基于 PLC 技术，设计一个停车控制系统设计。随着汽车工 业的快速发展，停车难的问题越来越突出，为其设计一个简单实用功能齐全且便 于控制的立体车库控制系统。选择和设计出使用升降横移式立体车库的具体结构 和材料。包括横移式结构的设计，载车板的设计，安全防护机构的设计，在分析 目前立体车库常用的传动系统基础上，确定本车库的机械系统传统方案。针对立 体车库的功能要求，要做出控制系统的详细方案。本次设计包括软件设计和硬件 设计，熟悉停车控制系统的基本控制原则，完善停车控制系统，实现硬件连接电 路设计并编写出程序，初步达到现实应用的目的。 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 4 2 PLC 概述 2.1 PLC 的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作， 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上， 这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公 司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电 路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一 代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC） 。 1969 年美国的 DEC 公司研制成功了世界第一台 PLC。1971 年日本从美国引进 了 PLC 技术加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一台 PLC。从 70 年代初 开始，不到三十年时间里，PLC 生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计， 现在世界上生产 PLC 及其网络的厂家有二百多家，生产大约有 400 多个品种的 PLC 产品。其中在美国注册的厂超过 100 家，生产大约二百个品种；日本有 6070 家 PLC 厂商，也生产 200 多个品种的 PLC 产品；在欧洲注册的也有几十家， 生产几十个品种的 PLC 产品 PLC 产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中 居首位，市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来，全世界 PLC 年销售额以达百亿美元而且一直保持 15%的年增长的势头。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持 为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力 和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了 在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程 简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，可以预料：在工 业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流。 PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动 控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、 执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会 （IEC）颁布了对 PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、 模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 5 设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程 序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公 共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 2.2 PLC 的结构 PLC 的硬件主要由中央处理器（CPU） 、存储器、输入单元、输出单元、通信 接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU 是 PLC 的核心，输入单元与输出单 元是连接现场输入/输出设备与 CPU 之间的接口电路，通信接口用于与编程器、 上位计算机等外设连接。 对于整体式 PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图 2.1 所示； 对于模块式 PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或 导轨上，其组成框图如图 2.2 所示。无论是哪种结构类型的 PLC，都可根据用户 需要进行配置与组合。 图 2.1 整体式 PLC 组成框图 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 6 图 2.2 模块式 PLC 组成框图 1中央处理单元（CPU） 同一般的微机一样，CPU 是 PLC 的核心。PLC 中所配置的 CPU 随机型不同而 不同，常用有三类：通用微处理器（如 Z80、8086、80286 等） 、单片微处理器 （如 8031、8096 等）和位片式微处理器(如 AMD29W 等) 。小型 PLC 大多采用 8 位通用微处理器和单片微处理器；中型 PLC 大多采用 16 位通用微处理器或单片 微处理器；大型 PLC 大多采用高速位片式微处理器。 目前，小型 PLC 为单 CPU 系统，而中、大型 PLC 则大多为双 CPU 系统，甚至 有些 PLC 中多达 8 个 CPU。对于双 CPU 系统，一般一个为字处理器，一般采用 8 位或 16 位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字 处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间， 处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器，主 要用于处理位操作指令和实现 PLC 编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提 高了 PLC 的速度，使 PLC 更好地满足实时控制要求。 在 PLC 中 CPU 按系统程序赋予的功能，指挥 PLC 有条不紊地进行工作，归纳 起来主要有以下几个方面： (1)接收从编程器输入的用户程序和数据。 (2)诊断电源、PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。 (3)通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄 存器中。 (4)从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。 (5)根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通 过输出单元实现输出控制。有些 PLC 还具有制表打印或数据通信等功能。 2存储器 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 7 存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器 RAM，另一种是只读存 储器 ROM、PROM 、EPROM 和 EEPROM。在 PLC 中，存储器主要用于存放系统程序、 用户程序及工作数据。 系统程序是由 PLC 的制造厂家编写的，和 PLC 的硬件组成有关，完成系统诊 断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能， 提供 PLC 运行的平台。系统程序关系到 PLC 的性能，而且在 PLC 使用过程中不会 变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器 ROM、PROM 或 EPROM 中，用户不 能访问和修改。 用户程序是随 PLC 的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求 而编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于 CMOS 静态 RAM 中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对 RAM 中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读 存储器 EPROM 中。现在有许多 PLC 直接采用 EEPROM 作为用户存储器。 工作数据是 PLC 运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在 RAM 中， 以适应随机存取的要求。在 PLC 的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、 辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户 程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池 维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。 由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在 PLC 产品样本或使用手 册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当 PLC 提供的用户存储器容 量不够用，许多 PLC 还提供有存储器扩展功能。 3输入/输出单元 输入/输出单元通常也称 I/O 单元或 I/O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间 的连接部件。PLC 通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送给被 控制对象，以实现控制目的。 由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而 PLC 内部 CPU 的处理的信息只能是标准电平，所以 I/O 接口要实现这种转换。I/O 接口一 般都具有光电隔离和滤波功能，以提高 PLC 的抗干扰能力。另外，I/O 接口上通 常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。 PLC 提供了多种操作电平和驱动能力的 I/O 接口，有各种各样功能的 I/O 接 口供用户选用。I/O 接口的主要类型有：数字量（开关量）输入、数字量（开关 量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。 常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 8 流输入接口和交/直流输入接口，其基本原理电路如图 2.3 所示。 图 2.3 开关量输入接口 a）直流输入 b）交流输入 c）交/直流输入 常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶 体管输出和双向晶闸管输出，其基本原理电路如图 2.4 所示。继电器输出接口可 驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸 管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只 能用于交流负载。 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 9 图 2.4 开关量输出接口 a）继电器输出 b）晶体管输出 c）晶闸管输出 PLC 的 I/O 接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为 PLC 输入/ 输 出（I/O）点数。I/O 点数是选择 PLC 的重要依据之一。当系统的 I/O 点数不够时， 可通过 PLC 的 I/O 扩展接口对系统进行扩展。 4通信接口 PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC 通过这 些通信接口可与监视器、打印机、其它 PLC、计算机等设备实现通信。PLC 与打 印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 10 图像显示出来；与其它 PLC 连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控 制。 与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。 远程 I/O 系统也必须配备相应的通信接口模块。 5智能接口模块 智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的 CPU、系统程序、存储器 以及与 PLC 系统总线相连的接口。它作为 PLC 系统的一个模块，通过总线与 PLC 相连，进行数据交换，并在 PLC 的协调管理下独立地进行工作。 PLC 的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控 制模块、中断控制模块等。 6编程装置 编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控 PLC 内部状态 和参数，与 PLC 进行人机对话。它是开发、应用、维护 PLC 不可缺少的工具。编 程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专 用编程器是由 PLC 厂家生产，专供该厂家生产的某些 PLC 产品使用，它主要由键 盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程 器两类。 简易型编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯 形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直 接插在 PLC 的编程插座上，或者用专用电缆与 PLC 相连，以方便编程和调试。有 些简易编程器带有存储盒，可用来储存用户程序，如三菱的 FX-20P-E 简易编程 器。 智能编程器又称图形编程器，本质上它是一台专用便携式计算机，如三菱的 GP-80FX-E 智能型编程器。它既可联机编程，又可脱机编程。可直接输入和编辑 梯形图程序，使用更加直观、方便，但价格较高，操作也比较复杂。大多数智能 编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口。 专用编程器只能对指定厂家的几种 PLC 进行编程，使用范围有限，价格较高。 同时，由于 PLC 产品不断更新换代，所以专用编程器的生命周期也十分有限。因 此，现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置，用户只要购买 PLC 厂家 提供的编程软件和相应的硬件接口装置。这样，用户只用较少的投资即可得到高 性能的 PLC 程序开发系统。 基于个人计算机的程序开发系统功能强大。它既可以编制、修改 PLC 的梯形 图程序，又可以监视系统运行、打印文件、系统仿真等。配上相应的软件还可实 现数据采集和分析等许多功能。 7.电源 河南城建学院本科毕业设计（论文） PLC 概 述 11 PLC 配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC 电源的稳定 性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在 其额定值15% 的范围内波动。许多 PLC 还向外提供直流 24V 稳压电源，用于对 外部传感器供电。 8.其它外部设备 除了以上所述的部件和设备外，PLC 还有许多外部设备，如 EPROM 写入器、 外存储器、人/机接口装置等。 EPROM 写入器是用来将用户程序固化到 EPROM 存储器中的一种 PLC 外部设备。 为了使调试好用户程序不易丢失，经常用 EPROM 写入器将 PLC 内 RAM 保存到 EPROM 中。 PLC 内部的半导体存储器称为内存储器。有时可用外部的磁带、磁盘和用半 导体存储器作成的存储盒等来存储 PLC 的用户程序，这些存储器件称为外存储器。 外存储器一般是通过编程器或其它智能模块提供的接口，实现与内存储器之间相 互传送用户程序。 人/机接口装置是用来实现操作人员与 PLC 控制系统的对话。最简单、最普 遍的人/机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、 LED 显示器、声光报警器等器件构成。对于 PLC 系统，还可采用半智能型 CRT 人/ 机接口装置和智能型终端人/机接口装置。半智能型 CRT 人/机接口装置可长期安 装在控制台上，通过通信接口接收来自 PLC 的信息并在 CRT 上显示出来；而智能 型终端人/机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速交换信 息，并通过通信接口与 PLC 相连，也可作为独立的节点接入 PLC 网络。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 升降横移式立体车库机械部分设 计 12 3 升降横移式立体车库机械部分设计 3.1 立体车库的基本结构 3.1.1 升降横移式立体车库简介 目前常见的机械式立体停车库有升降横移式、垂直循环式、多层循环式、水 平循环式、平面移动式、巷道堆垛式、垂直升降类和简易升降式 8 种，其中升降 横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在国内车库市场占 有 83%的市场份额。可编程控制器(PLC)集微机技术、自动化技术、通讯技术为一 体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，因此在自动停车系 统中通常作为电控核心。对于规模较大的系统，还可使用工业现场总线构成 PLC 网络，实现自动控制。 升降横移式立体车库是指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。 升降横移式立体车库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。停泊在 这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移 出空位，将载车板升或降到地面层，车主才可进入车库内将汽车开进或开出车库。 本论文是以一个地上 7 车位的升降横移式停车设备为设计对象，其结构框图 如下图 3.1 所示，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升 降和平移，一层的两个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借 用。1、2 号车位可以直接存放车辆;6 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需 先将 1 号载车板右移，再将 3 号载车板下降; 4 车位，则需先将 2 号载车板左移， 再将 4 号载车板下降；5 号车位需要先将 1、3 号两个载车板右移，再将 5 号载车 板下降；7 号车位则需要先将 2、4 号载车板左移，再将 7 号载车板降下。 由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构 和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建 的要求比较低，因此，应用非常广泛。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 升降横移式立体车库机械部分设 计 13 图 3.1 七车位升降横移式立体车库工作原理图 3.1.2 立体车库机械部分部件结构和功能 以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结 构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大 部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图 3.2 所示)进行分析。 图 3.2 升降横移式立体车库主要组成 结构框架 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选 用钢架结构。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点： a.可靠性高 河南城建学院本科毕业设计（论文） 升降横移式立体车库机械部分设 计 14 钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织 均匀，接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的 基本假定符合较好;钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计 算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高 b.材料的强度高，钢结构自重小 与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高， 而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减 轻基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。 c.材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都 会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢 材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优 越。 d.钢结构制造简便，施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量 易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施 工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较 大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构 具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。 e.钢结构密闭性好 钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。 f.钢材的耐锈蚀性差 在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格 的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对 钢结构本身的维护费用低。 结构主体采用热制 H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度 和刚度，轻巧、美观，并可二次拆卸安装，运输方便。 上载车板及其提升系统 每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工 作原理如图 3.1，电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板 下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速 度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链 条的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 升降横移式立体车库机械部分设 计 15 下载车板及其横移系统 由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。 每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下 载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动 轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴 上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车板及 车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 安全装置 上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在 纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置 处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只 耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的 重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从 上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰 撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是： 下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源， 横移停止。 控制系统 升降横移式立体停车设备的控制系统采用 PLC 可编程序控制器控制，主要有 手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态， 手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异 常的紧急场合。对于本文中所列的 7 车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要要 控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。此外要 控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。 3.2 立体车库中的安全防护装置 车库是用来存放汽车的，汽车的价格是很昂贵的，所以车库一旦发生事故， 所造成的损失会很大，为此，我们要将事故防范于未然。为此车库的安全防护措 施应该做到以下几点，并安装相应的防护设备。 1急停措施：在控制盒上安装红色的紧急停止开关，当发生异常情况时， 按下急停开关能使立体车库立即停止运转。 2阻车装置：为了防止汽车在载车板上发生滑动，应该在载车板后端和前 端安装一高 25mm 以上的阻车挡块，司机在停车时应将汽车停在载车板合适的位 置上，并拉好手刹。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 升降横移式立体车库机械部分设 计 16 3限位保护：立体车库的载车板在升降和横移过程中是靠定位开关来定位 的，为了防止定位开关出现故障而导致事故，所以在上升定位上方，下降定位下 方，左移定位左边，右移定位右边分别装有限位开关。当定位开关出现故障时， 一旦限位开关触碰到载车板时，限位开关立即使车库停止工作。 4门前光电检测装置：在车库运行过程中，不能有人或物进入车库的工作 区，所以要在车库入口处安装一个红外装置，一旦在车库工作时有人或物进入车 库，系统将立即停止工作。 5载车板固定装置：当载车板到达指定位置后，为防止载车板下滑或因故 坠落，损害其下方的车或人，所以安装电磁铁控制的挂钩形式的防坠装置。其结 构图如下图 3.3 所示。 图 3.3 防止载车板坠落装置 当载车板停靠到位时，电磁铁由通电状态转为失电状态，驱动挂钩勾住铁环。 当载车板要下降脱离铁环时，电磁铁有失电状态转换为通电状态，吸附铁钩脱离。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 立体车库电气控制系统设 计 17 4 立体车库电气控制系统设计 4.1 电气控制系统技术条件 升降横移式立体停车设备的控制系统采用 PLC 可编程序控制器控制，主要有 手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态， 手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异 常的紧急场合。对于本论文中所列的 7 车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要 要控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。此外 要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。 立体车库的自动控制系统包括弱电和强电两套系统，弱电系统主要是各种信 号的采集和控制输出。通过 PLC 输出信号给接触器线圈，以此来控制接触器的通 断，从而来控制强电系统。强电系统主要包括载车板电机控制线路，控制电机正 反转的接触器等。车库采用面板按钮呼叫车位存取车，用升降横移装置将汽车输 送到位。控制系统在面板上设有急停按钮，当发生意外时，按下急停按钮将使车 库立即停止运行。 系统输出控制信号包括控制电机运行和方向信号，控制电磁铁得、失电信号。 升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库 系统的核心。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。 图 4.1 立体车库系统控制原理框图 升降横移式立体车库的系统控制原理：操作者通过控制面板把操作信息传送 河南城建学院本科毕业设计（论文） 立体车库电气控制系统设 计 18 给控制系统，经过系统处理后通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库的运作。 立体车库系统控制原理框图如图 4.1 所示。 由于 PLC 的可靠性、抗干扰能力强。国内外现有的升降横移式立体车库，它 们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、 多车位、大容量的现代化升降横移式立体车库中。 在升降横移式立体车库中，控制系统的主要控制对象首先是车库内的横移电 机和升降电机，控制系统要使它们在不同的时间内实现正反转;其次是车库内的各 种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置 以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无 车辆，采用了光电开关。一般小型车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，但 对于大型车库来说要用上位机来进行对其控制。 4.2 立体车库的电气传动形式 4.2.1 一层载车板横移传动系统 第一层车位设置在地面上，汽车的存取可以直接在对应的位置进行，车辆驶 上载车板后，只能实现水平移动的方式，如图 4.2 所示。 图 4.2 横移系统 传动方式为减速电机带动主动链轮，使链条带动从动链轮从而带动主轴，进 而驱动行走轮带动载车板在导轨上做横移运动，采用这种链传动方式与齿轮齿条 传动方式相比，结构简单，成本低。同样可以达到传动准确，效率高的目的。 4.2.2 二层载车板升降横移运动的传动系统 第二层车位是由一个横移矩形框架及一个悬挂载车板组成，汽车驶上载车板 后不光要进行横移运动，还要进行垂直升降运动。如图 4.3 所示。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 立体车库电气控制系统设 计 19 图 4.3 升降横移系统 横移传动方式为：横移减速电机带动横移主动链轮，使链条带动横移从动链 轮从而带动横移主轴，进而驱动行走轮带动横移框架，实现二层载车板的横移运 动做横移运动。 升降传动方式为：升降减速电机带动升降主动链轮，使链条带动升降从动链 轮从而带动升降主轴，进而驱动升降链轮带动升降链条，从而带动载车板，实现 三层载车板的垂直升降运动。 4.2.3 三层载车板垂直升降运动的传动系统 第三层车位是由一个焊接在立体车库骨架上的框架和一个悬挂载车板组成的 当汽车驶上载车板后,只能进行垂直升降运动,如图 4.4 所示。 图 4.4 升降系统 升降传动方式为：减速电机带动主动链轮，使链条带动从动链轮从而带动主 轴，进而驱动升降链轮带动升降链条，从而带动载车板，实现二层载车板的垂直 升降运动。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 立体车库电气控制系统设 计 20 4.3 PLC 的选型 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计 选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型 和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所 需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确 定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应 的控制系统。 4.3.1 输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需 根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本 次设计所需的 I/O 点数为输入 47 点，输出 43 点。 4.3.2 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是 存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的， 需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用 存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式， 大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数 为内存的总字数（16 位为一个字） ，另外再按此数的 25%考虑余量。因此本次设 计的 PLC 内存容量选择应能存储 5000 条梯形图，这样才能在以后的改造过程中 有足够的空间。 4.3.3 机型的选择 (1)PLC 的类型 FX2N 系列可编程控制器主机分为 16、24、32、64、80、128 点六档，还有各 种输入和输出扩展单元，这样在增加 I/O 点数时，不必改变机型，可以通过扩展 模块实现，降低了经济投入。本论文设计的立体车库控制系统有输入信号 47 个， 输出信号 43 个。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、 河南城建学院本科毕业设计（论文） 立体车库电气控制系统设 计 21 限位开关、超限位保护等；输出有 9 个步进电机的正反向、动作指示、错误显示 等。按照上述配置，所选 I/O 点不得低于 90 点，结合实际情况，所选 I/O 点为 128 点。因此我所选型号为 FX2N-128MR。 （2）经济性的考虑 选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展 性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后，相应的存储器 容量相应增加，因