自动化立体车库的设计——毕业设计论文

湘潭职业技术学院湘潭职业技术学院 毕业设计说明书 题 目： 自动化立体车库的设计 院 系： 医电学院 专 业： 机电一体化 班 级： 学生姓名： 学 号： 同组学生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 2 目录目录 第一章第一章 立体车库设计背景立体车库设计背景16 1.2 立体车库设计的内容.17 1.3 立体车库设计的目的及意.17 1.4 立体车库在国内外的发展现状及趋势.18 1.5 自动化立体车库的描述.18 1.6 技术的选取 18 第二章第二章 立体车库系统硬件方面的设计立体车库系统硬件方面的设计.19 2.1 升降横移式立体车库的基本结构19 2.2 定位控制系统结构设计22 2.21 定位控制系统的组成22 2.22 立体车库控制系统的原理22 2.3 弱电系统.24 2.4 强电系统.25 第三章第三章 立体车库系统软件方面的设计立体车库系统软件方面的设计.25 3.1 可编程控制器的选择 .25 3.4 定位控制系统程序设计.27 3.7 存取车信号处理操作 .31 第四章第四章 升降横移式立体停车库梯形图升降横移式立体停车库梯形图.32 1.7 4.3 升降横移式立体停车库梯形图.49 总总 结结.66 3 4 摘 要 立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车 保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车 库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交 通问题的重要途径。运用车库多变型的结构既节约了土地又能使其达到用途广泛。本 课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本用途 广泛和运行效率的双重因素。 本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择多层多列式车 库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库 结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构和特点， 对车库的控制系统也作了简单的说明。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，运用西门子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。为了使停车设 备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立 体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车 辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。 关键词：关键词：立体车库，控制系统，可编程序控制器，车库结构。 5 Abstract： Stereo garage is the storage facility for automatic parking and scientific storage of various vehicles. With the increasing number of urban car ownership, parking difficult problem has become a common phenomenon in large and medium-sized cities. Mechanical three-dimensional garage can make full use of Shangdi resources, play a space advantage, to maximize the parking of vehicles, to become an important way to solve the problem of urban static traffic. The structure of the garage can not only save the land, but also make it reach a wide range of uses. This subject to more typical of up-down and translation stereo garage as the research object, considering three-dimensional garage manufacturing cost has a wide range of application and the efficiency of the two factors. The in the garage to the domestic and foreign status and development trend of do based on sufficient investigation, selection of multi row and multi type garage structure as the research model. The up-down and translation stereo garage is the composition part can be divided into three parts: garage structural parts, transmission parts and control system part. This paper simply introduces the main structure and characteristics of the garage, the garage control system also made a simple description. In the up-down and translation stereo garage control system design, using the advanced PLC control, the use of Siemens programming software the up-down and translation stereo garage control system program, and after commissioning, operation, it is proved that the programmable controller (PLC) as control system is simple and easy to realize. Its stable, reliable, fast, cost-effective features make the control system is very perfect. In order to make parking equipment to meet the use requirements, according to the state of mechanical parking equipment General requirements for safety standards, up-down and translation stereo garage actual, in the up-down and translation stereo garage used some necessary safety technology so as to ensure the absolute safety for vehicles, makes the garage can be safe and stable operation. 6 Keywords: stereo garage, control system, programmable logic controller, garage structure. 7 第一章第一章 立体车库的设计背景即主要内容立体车库的设计背景即主要内容 立体车库设计背景 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。以北京市为例，截止 2007 年底，市区仅有公共停 车场 828 处，共计车位 5.7 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.6，停车环境与城市 规划的矛盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的 229 个地下车库使用面积 不足 60 万平方米，只能满足 1.3 万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势， 比例高达 64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为 4：84：1，这一 比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因 是城市建设规划上的准备不足。上世纪 80 年代初期，北京市权威部门对 2000 年北京 汽车发展数的预测仅仅是 70 万80 万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市 汽车总量则足足比预期多了 100 万辆，其中私人小客车的数量就高达 45 万辆。面对 迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推 广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为 2030。 停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通 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。 立体车库设计的内容 本课题的主要内容是基于西门子 S7-100 系列 PLC 的立体车库控制系统的设计， 升降横移类机械停车库利用托盘移位产生输送通道,实现高层车位升降存取车辆。其 车位结构为矩阵形式,可设计为多层和多列。立体车库结构特点是：底层不需要改动, 以上每层的停车位都需要配有存取传送带。在整个车库之中配有由 PLC 控制显示的是 8 否有空位装置，整个系统的操作流程的是由工作平台将车送到指定的位置，再由工作 平台和车库车位配合完成存车过程。取车过程也是由工作平台和停车位的配合完成取 车的目的。在车库的结构设计中采取可变形多层次的目的而设计。可以达到既节约土 地又能使其有围墙车库两用的多功能形态。 立体车库设计的目的及意 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。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。立体车库既可以大面积使用，城市停车难最有效的手段，机械车 库与传统的自然地下车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，是解决库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，立体车库具有突出的 节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据 45 平 方米的面积，而如果采用多层立体多功能车库，可使地面的使用率提高 82 90，如果采用地上 21 层立体式车库的话，50 平方米的土地面积上便可存放 40 辆 车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 自动化立体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。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解 决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。立体停车设备 又名机械立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，立体车 库的设计目的：是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。可以预见立体车 库具有非常广阔的市场前景。 立体车库在国内外的发展现状及趋势 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立 体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近3040年的历史，无论在技术上还是在 经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已 9 有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地 面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性， 已被广大用户接受。 立体机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先， 机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一 辆车就要占据45平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高 8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便 可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 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。 自动化立体车库的描述 目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、 垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国内外各种同类产品进行分 析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现升降 横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这 类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。 。 技术的选取 立体车库系统设计与调试的主要步骤，如 1.1 图所示 图 1.1 立体车库控制系统的修订步骤 在本次课题设计过程中主要考虑以下几点： 1深入的了解 和分析立体车库的工艺条件和控制要求。 2根据立体车库的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构。 3根据所设计的场所，选择电动机的类型。 4根据 I/O 的点数选择合适的 PLC 的类型。 5分配 I/O 点，分配 PLC 的输入、输出点。 6设计立体车库系统的梯形图设计。 7将程序输入 PLC 程序进行调试，查出错误，让程序更加完善。 第二章第二章 立体车库系统硬件方面的设计立体车库系统硬件方面的设计 2.1 升降横移式立体车库的基本结构 升降横移式立体车库是指利用载车工作平台的升降或横向平移存取停放车辆的机 10 械式停车设备。升降横移式立体车库每个车位均有存取履带，所需存取车辆的载车工 作平台通过升、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不必改动直接存取，上层车位要将通过载车工作平台升 或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。由下图所示。为一个 地上 5 车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：第二层三个车位有存取输送履带， 一层的两个车位直接存取。空车可以通过 PLC 的程序控制进行补给。4,、5、6 号车 位可以直接存放车辆;1、2、3 号车位将由载车工作平台的升降进行停放车辆。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。 图 2.2 a可靠性高 钢材和混泥土在生产时，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 钢铁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。 11 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。 g.钢铁能与玻璃有良好的拼装性 在整个车库的设计中，考虑到车库的外形美观所以采用混泥土做基层，结构材料 采用钢铁，在外观上采用3D玻璃与钢铁的镶合。这样既能达到美观效果又能方便拆 迁和组装。 2停车车位与载车工作平台及其提升系统 每个停车车为都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。作原电机 顺时针旋转时，输送履带向工作平台输送车辆，电机逆时针旋转时，输送履带向工作 平台收取车辆。根据载车工作平台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。 3载车工作平台的横移系统 电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在规定导轨上滚动行走从 而使载车工作平台作横向平移运动。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。 4安全装置 载车工作平台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 梁与载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，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，停车车位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，载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下 滑，造成危险。另外也防止制动器一旦失灵，载车板从上停车位坠落，造成安全隐患。 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工 作平台横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：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。 5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5车位升降横移式立体停车设备，PLC 主要要控制二层三个升 降电机的正反转。此外要控制上层车位上车位显示和系统报警显示装置等。 12 2.2 定位控制系统结构设计 2.21 定位控制系统的组成 系统主要由：PLC、组态监控部分、电气传动部分、检测部分、手动控制部分、 支架模型组成。 PLC 程序设计要求： a号车位、2 号车位、3 号等上层车位需要安装由正反转电动机控制的履带， 由 PLC 控制所有车位的履带完成工作需要。 b4 号车位、5 号等下层车位无需进行任何的改进。 c下层车位上的汽车可以直接开出； d上层车位的汽车，要想开出需要先按下相应车位标号呼叫按键，再按下叫车 按键，由工作平台和车库车位的配合完成取车。 2.22 立体车库控制系统的原理 整个车库设计由两台 PLC 对车库进行统一的管理和监控，通过 PLC 控制载车工 作平台纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由 PLC 根 据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。 立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各 种信号的采集、报警与控制输出。PLC 输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与 关断。强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车 板的上下行程限位。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， 使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。 系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁 得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。 立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于 一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系 统。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。工 作平台机构是“四肢” ，车库是“躯体” ，那么控制系统就是“大脑” 。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。 立体车库的系统控制原理：操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把 操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱 动执行结构，来完成车库现场的运作。其系统控制原理框图，如图下所示。 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、多车尾、 13 大容量的现代化升降横移式立体车库中。PLC 的可靠性、抗干扰能力强。 图 3.3 车库系统控制原理框图 在自动化立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内工作平 台的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转;其次是 车库车位的各种辅助装置，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。同时在车库中还采用了一些传感器如 烟温传感器以及安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程 序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它 抗干扰措施。 2.3 弱电系统 （1）检测信号：车库检测信号是控制程序执行的重要依据。控制程序根据检测 到的信号顺序执行，控制输出。 对于载车盘，其运行状态只有上升、下降动作，载车盘停放位置只有上位或下位， 所以都有以下检测信号：载车盘上认趾，载车盘上极限，载车盘下认趾，载车盘下极 限。在载车盘上位，均设有安全挂钩，挂钩也为两种状态，即挂钩通电打开和断电闭 合，并通过一个特定的行程开关来获取挂钩状态信息。载车盘向上运行过程中，检测 到上认趾信号，则自动停止运行，如果上认趾开关被损坏，系统未检测到信号，载车 盘会继续向上运行，当运行到上极限开关处时，上极限信号就会切断电机电源，使电 机停电，无法继续运行，起着双重保险的作用。载车盘向下运行过程中，首先打开对 应的挂钩，系统检测到挂钩打开的信号后，系统开始下降，如果挂钩未打开，载车盘 不会下降。下降过程中，当检测到下认趾信号时，自动停止运行，如果下认趾开关被 损坏，系统未检测到信号，载车盘会继续向下运行，当运行到下极限开关处时，下极 限信号就会切断电机电源，使电机停电，无法继续运行，起着双重保险的作用。PLC 还设有延时保护，在载车盘开始运行的同时，PLC 开始计时，当计时时间到，而载车 盘未运行到位时，载车盘停止运行，同时系统报警。另外，若两道认址开关均被损坏， 载车盘运行到位而无信号返回时，载车盘会继续向上或下运行，从而发生不可预料的 事故，但通过 PLC 的时间保护，则可对载车盘的运行起到第三层保护的作用。 （2）急停信号：系统必须在明显处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开 关，断所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。 （3）输出控制信号：系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机 14 运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。 （4）保护信号：车库在运行过程中，需要完备的自我保护装置，这其中就需要 一系列光电开关、接近开关、行程开关等对载车盘准确运行到位起着关键性的作用， 独特的防坠落装置、断绳报警装置、超速保护装置对车辆的安全起到保护作用。 车 辆超长检测、车辆停车不到位检测、以及人员误入检测等信号对车辆及人员的安全起 着决定性的作用。另外，每个车位设有车辆超长检测，当系统检测到超长信号时，所 有载车盘均不能动作，以保护车辆的安全。车库入口处设有人员误入检测，防止人员 在载车盘运行过程中误入，发生意外；也有在车库入口处设有升降门或栏杆，起着防 止人员误入的作用，但升降门或栏杆的开启关闭受系统运行状态联锁控制。 2.4 强电系统 强电部分包括控制电机正反转接触器，控制电机运行接触器。PLC 输出信号给接 触器线圈，控制接触器的接通与关断。 15 第三章第三章 立体车库系统软件方面的设计立体车库系统软件方面的设计 3.1 可编程控制器的选择 系统核心部分采用西门子 S7-200 为控制元件，它是 CP 系列中功能最强、速度 最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达 0.08us，远远超过了很多大型 可编程控制器。它功能强大实用，价格便宜，工作稳定可靠，22 点输入，14 点输出， 采用继电器输出形式，可驱动交直流负载，负载电流在 2A 左右。220V AC 供电。并 且输入端内部自带 24V 直流电源，还可为负载提供直流电源。 3.2 PLC 的概述 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器， 定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类 可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算 术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生 产过程。 可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器， 以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由此日本称它为顺序控制器 （Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制 造业生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制盘，以减少汽车改型 时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。随着半导体技术尤其是微处理器和微 型计算机技术的发展， 到七十年代中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央 处理器，输入输出组件和外围电路也都采用了中 、大规模甚至超大规模的集成电路， 这时的“PLC”已不再是仅有逻辑 （Logic）判断功能了，同时具有数据处理、PID 调 节和数据通讯功能。 美国电气制造商协会 NEMA（ National Electrical Manu-factory Association）从 1976 年开始，经过四年的调查，于 1980 年把它正式命名为可编程序 控制器，简称“PC”. 可编程序控制器硬件由六部分构成: 中央处理器（ Central Processor Unit 简称 CPU）：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU 由微处理器 （Microproce-ssor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构 成。 电源 （Power Supply）：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件 （Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可 能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（Outputs）： 输出组件接收 CPU 的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收 的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。 输入输出（简称 I/O）是可编程序控 制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛”和“视觉” 。输入信号包括按扭开关、 限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输 出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。 编程器 （Programmer）：在正常情况下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序编 16 制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为 检查故障的有效工具。 3.3 PLC 的选型及特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 （1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电 路之间电气上隔离。 （2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良的开 关电源。 （5）对采用的器件进行严格的筛选。 （6）良好的自诊断功能，一旦电源或其 他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。 （7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 2 .通用性强，控制程序可变，使用方便 PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必 自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备 更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此， PLC 除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 3.功能强，适应面广 现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟 量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台 生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 4.编程简单，容易掌握 目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式” 。既继承了传统控 制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平， 所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电 路原理图相当接近。通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工 很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。 5.减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电同时，PLC 的用 户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场器、时间继电器、计数器等器件，控制 柜的设计安装接线工作量大为减少。的调试工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很 强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。 6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便 PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量 17 轻，功耗低。并且由于 PLC 的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体 化的理想控制设备。以西门子公司的 S7-200 型 PLC 为例：其外型尺寸仅为 305110110mm，重量 23g，功耗小于 24VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、 湿度变化的能力。 3.4 定位控制系统程序设计 3.5 功检测点与控制点发分布 1 检测点分布： （1）载车板上汽车停放到位否检测 采用光电开关在底层进行扫描检测。光电开关的接收器和发射器分别安装在底层 左右两边，在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电关光 源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。 （2）停车位上有无车检测 在每个停车位上的一条对角线上安放一套光电开关，用于检测载车板上有无车。 （3）车板平移运动是否到位检测 载车工作平台有平移运动，在每个车位上分别安装一只限位开关，用于检测载车 板平移运动是否到位。 （4）载车工作平台升降是否到位检测 载车工作平台有升降运动，在载车工作平台垂直运动的轨道上，在低层和上层分 别安装一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位。 3.6 电气系统部分设计 PLC接线设计：在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对 象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是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。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传 感器以及安全预警装置，其简化接线图见下图所示。 18 19 图 4.4 简化 PLC 接线图 电机控制及接线设计：在存取车时车位的输送履带不能同时进行，载车工作平台 的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当在有车位的输送履带 工作时，其他车位的输送履带不能工作。反之亦然，只要有车位的输送履带在工作， 其他的车位的输送履带无需跟着工作。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。 如下图所示。 20 图 5.5 电机控制原理图 本文所设计的 PLC 存取车控制系统只针对上层的车位，而对于 1 层车位，存取 车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。需要说明的是，载车板用链条 依靠载车板上的吊点悬吊在工作架上，在静止状态时，防坠（安全）挂钩挂住载车板。 在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧，所谓并行分支指的是 各分支流程可同时执行，待各流程动作全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动 作。即只需得知停车停放在哪或在哪个指定的车位取车，按下多少车位工作平台就可 以运动到指定的位置。而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间， 提高工作效率。 本设计的动作规则：1、2、3 号等只要是下层车位的车课直接开出。5、6 号等上 层车位需要输送履带的工作才能把车开到工作平台。如果因为车位只有 1 到 6 号，所 以键盘只可输入 1 到 6 当中的数字。输入其他数字无效，同时只能输入一个数字，新 输入的数字将覆盖旧的输入值。 3.7 存取车信号处理操作 自动存取车系统一般由小型可编程控制器 PLC 控制，包括卡号识别与移动载车 盘两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到 PLC 控制 系统，PLC 系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置，开启车 库门，缩短存取车的时间。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放 在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。存取车完成后，车库门自动关闭。移动载 车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位 检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载车盘运行不到位或车 辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行动作，若检测到急停信号，将停止 一切动作，直至急停信号消失。以上信号均为硬件信号，除此之外，还可从控制软件 中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时保证主体设备 及车辆的安全。 1 存车操作 司机驾驶车辆从车库入口进入。在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃以下自 己的 IC 卡，感应过程完毕，栅栏自动升起，司机开车进入车库。车辆进入后，栅栏 自动关闭。划卡的同时，控制器读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交 接的位置，车库单元门自动打开。司机开车进入，停车到位，拉手刹，下车走出车库， 用 IC 卡在车库出口处晃一下 IC 卡，车库单元门自动关闭。完成存车操作。 2 取车操作 21 司机进入车库时，在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃以下自己的 IC 卡， 控制器自动读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交接的位置，车库单元 门自动打开，司机进入车库，开车出来，在车库出口处的自动读卡机前感应区域晃一 下自己的 IC 卡，感应完毕，读卡机接受信息，上位控制机自动记录、扣费，栅栏自 动升起，司机开车出场，出场后，栅栏自动关闭；同时，控制器自动读取车位号，对 应的车库单元门自动关闭，取车操作完毕。车库在运行过程中，有完备的自我保护装 置。一系列光电开关、接近开关、行程开关等对载车盘准确运行到位起着决定性的作 用；独特的防坠落装置、断绳报警装置、超速保护装置对车辆的安全起到保护作用。 车辆超长检测、车辆停车不到位检测、以及人员误入检测等信号对车辆及人员的安全 起着决定性的作用。 22 第四章第四章 升降横移式立体停车库梯形图升降横移式立体停车库梯形图 网络 1：按下启动按钮，检测有故障，报警停车 网络 2: 按下停止按钮，对整个运行过程进行紧急停车 网络 3: 按下复位按钮，对正在运行的程序进行复位，复位后按下其他按 钮对其继续操作 23 网络 4-6：当按下启动按钮检测无故障时，按下自动或手动按钮进行存取 车 24 网络 7-13：选择自动运行，通过显示屏对的显示，按下相应的车位号自 动进行存取车操作 25 网络 14-17：选择一号车位，进行故障检测，存车时进行超容超载检测。 网络 18：存车时，无报警，完成动作后结束程序，等待下次信号 网络 19：取车，无报警，完成动作后结束程序，等待下次信 号 26 网络 20：检测有故障，报警，结束程序运行 27 网络 22-29：选择 2 号车位，完成存取车动作，结束程序，等待下次信号 28 网络 31:选择 3 号车位。1，2 号车位右移到位 网络 32：1，2 号车位到位后弹开防坠装置，等待三号车位