毕业设计（论文）-基于PLC立体车位调度系统设计.pdf

- I - 基于基于基于基于 PLCPLCPLCPLC 立体车位调度系统设计立体车位调度系统设计立体车位调度系统设计立体车位调度系统设计 摘要摘要摘要摘要 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。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，选择三层三 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。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，运用欧姆龙公司的编程软件 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。 关键词关键词关键词关键词立体车库；控制系统；可编程序控制器 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - BasedBasedBasedBased o o o on n n n PLCPLCPLCPLC S S S Stereotereotereotereo P P P Parkingarkingarkingarking S S S Schedulingchedulingchedulingcheduling S S S Systemystemystemystem D D D Designesignesignesign AbstractAbstractAbstractAbstract Stereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically. On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up- down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、 part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage. Including intension of the framework structure and axes, etc. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of OMRON company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems- general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth. KeywordsKeywordsKeywordsKeywords Stereo garage; Control system; PLC 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - 目录目录目录目录 摘要.I AbstractII 第 1 章 绪论1 1.1 课题背景.1 1.2 立体车库的应用及发展2 1.3 本课题研究的目的，意义及内容3 1.3.1 本课题研究的目的及意义.3 1.3.2 本课题研究的内容.4 1.4 本章小结4 第 2 章 自动化立体车库介绍5 2.1 立体车库概述5 2.2 立体车库优点及种类和特点6 2.2.1 立体车库的优点.6 2.2.2 立体车库种类和特点.7 2.3 立体停车系统存在的问题8 2.4 本章小结.9 第 3 章 可编程控制器简介10 3.1 可编程控制器定义10 3.2 可编程控制器的发展史10 3.3 PLC 的结构及各部分作用11 3.4 PLC 的工作原理12 3.5 可编程控制优点.12 3.5 OMRON CJ 系类可编程控制器.14 3.6 本章小结15 第 4 章 立体车库车位控制系统设计16 4.1 升降横移式立体车库特点及车位运行原理16 4.1.1 升降横移式立体车库特点.16 4.1.2 升降横移式立体车库车位的运行原理.16 4.2 升降横移立体车库整体结构17 4.3 电气控制系统整体设计19 4.4 电气系统关键部分设计21 4.5 PLC 控制程序设计23 4.6 电气安全装置27 4.7 控制系统优化.28 4.7.1PLC 控制系统设计优化28 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 4.7.2 PLC 控制系统程序设计优化.28 4.8 本章小结29 结论30 展望31 致谢32 参考文献33 附录 A34 附录 B 44 附录 C 49 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第第第第 1 1 1 1 章章章章 绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1 课题背景课题背景课题背景课题背景 随着城市的规模越来越大, 城市人口车辆日渐增多, 城市市区尤其是中心商 业区停车难的问题已成为制约城市发展的一大难题。为了少占用土地, 停车设 施必须向空间发展, 立体车库便应运而生。早在 50 多年前, 立体停车设备在国 外就有所发展, 先后出现了针对家庭的双层停车设备; 利用住宅空地搭建的 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、 建筑物地下空间建设的停车库等。自 20 世纪 70 年代末以来, 世界经济高速发 展, 汽车保有量不断增加, 迫使地少人多的国家、地区和一些发达国家开展了机 械式停车技术的研究。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 。中国自 20 世纪 90 年代初已经认识到立体车库的 优点, 并对其进行了一系列相关的研究及实践。其中塔式立体车库以其高密度 的容车率优势被广泛地用于全国各宾馆、酒店、办公大厦等商用楼, 其仓储 式、循环式等形式的立体车库也都以其独特的优势满足了不同业主的个性化需 求, 而简易升降式和升降横移式这 2 种立体车库更适合小区, 因为它可以根据场 地的大小和空间的高度来自由设置层数和列数, 建造方便, 操作极其简单。目前, 中国的停车场仍以平面停车场为主, 这些类型的停车场占地面积大, 汽车的容积 率低, 在土地资源越来越稀缺的今天已经不能满足要求, 大力推广立体车库已成 为必然。从立体车库的数量上来看, 全国已建成的立体停车位才 30000 多个, 而 且大部分集中在沿海等发达的大城市, 内陆城市以及中小城市分布较少; 从技术 上来看, 中国机械式立体车库与日本、美国、德国等发达国家还有很大的差距, 尤其是在立体车库的自动化和智能化管理方面。 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。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。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停 车产业。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 40 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 80-90，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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 因此, 中国立体车库的发展和建设才刚刚起步, 还有很大的发展空间。 1.21.21.21.2 立体车库的应用及发展立体车库的应用及发展立体车库的应用及发展立体车库的应用及发展 立体停车起源于 20 世纪 20 年代的美国，是为了解决大城市内停车难的问 题。目前，土地资源紧张是大城市的现状，在亚洲各国表现尤其突出，因此， 它的应用在亚洲各国比较广泛，目前统计表明，立体车库在日本、韩国、中国 等地应用很多。 在欧洲，德国、意大利等国家从事停车设备的开发和生产比较早。比较有 名的公司有:意大利的 Sotefin、Interpark、德国 Palis 等。由于欧洲国家的土地资 源比较富有，停车问题不是很突出。停车设备的生产量不是很大，停车设备多 数采用巷道堆跺式产品，立体车库的主要优势式在巷道堆跺式立体车库上。 在亚洲，停车设备技术起源于日本，日本从 20 世纪 60 年代就开始从事立 体车库的研究，目前全日本已经投入使用的立体车位超过 300 万个，其中以升 降横移类为主。韩国立体车库设备技术是日本技术的派生。从 20 世纪 70 年代 中期起步，在 80 年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，在 90 年代 开始进入使用阶段。由于在这几个阶段得到了政府的重视，因此各类立体车库 的开发和应用，韩国近几年增长率都在 30%左右。目前韩国立体车库行业进入 了稳步发展阶段。 我国从 20 世纪 80 年代开始从日本引进停车设备产品和相关技术，开发工 作从 80 年代中期开始，90 年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，特别是 轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，己经形成了新兴的停车设备行 业，步入引进、生产、研制、使用相结合的初步发展阶段，现在我国从事立体 车库设备制造的企业约有 100 家，其中主机生产超过 50 家。一些企业经过长期 积累发展壮大，已稳居行业前列，一些中小型企业抢抓机遇在发展中崭露头 角，一些大型集团公司开始跨行业进入停车领域，如北京恩菲科技产业集团、 西安斯达机电有限责任公司等。 在 1996 年以前，我国停车设备的年生产能力仅为 4000 个泊位。2003 年国 内新建机械式立体停车库 303 个，新增停车泊位 33756 个，较 2002 年增长 37. 7%。据不完全统计，截至 2003 年底，国内机械式立体停车泊位己累计达 82 764 个，分布在 31 个省市自治区的 56 个城市。2003 年市场增长最快的地区是 江苏、山东、浙江，泊位分别增长 512%, 364%和 111，此外上海增长 37，广东 增长 10. 3%，北京与上年持平。以上 6 个省市泊位量占到全国新建泊位总量的 87%，成为国内机械式立体停车库发展最热的地区。尽管如此，目前我国各主 要城市停车设施的建设仍远远落后于道路建设和汽车工业的发展。据资料表 明，现有停车位总数不到需求的 7%。因此立体式停车库在我国有很大的市场， 它的研究与建设在我国还有很长的路要走。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 1.31.31.31.3 本课题研究的目的，意义及内容本课题研究的目的，意义及内容本课题研究的目的，意义及内容本课题研究的目的，意义及内容 1.3.11.3.11.3.11.3.1 本课题研究的目的及意义本课题研究的目的及意义本课题研究的目的及意义本课题研究的目的及意义 国务院发展研究中心目前预测, 我国将进入汽车拥有率迅速上升时期, 到 2010 年, 汽车保有量达到 7167 万辆, 年平均增长 15.2, 轿车保有量达 2070 万 辆, 年平均增长 16.3。按照目前汽车使用状况, 将有 50车辆行驶在城市 中。然而据有关部门的不完全调查统计, 全国城市每 4.84 辆机动车才有一个合 法的停车位, 有的城市平均每 31 辆车才配一个停车位, 北京市城区内平均每 3.9 辆车才有一个停车位, 如再不采取措施, 机动车保有量的迅速增长与城市停车场 建设滞后的矛盾将十分突出, “ 停车难”的问题将越演越烈。我国长期以来一直 注重汽车工业的发展, 对道路的建设也十分重视, 但却忽视了对城市停车场的建 设。过去汽车少, 即使随便停放也构不成停车问题, 正因为这样, 使得人们没有 重视对车库的建设,造成城市停车场的严重缺乏。汽车迅速增加以后,“ 停车难” 就成了社会问题。城市用地分配有其合理的比例, 根据城市地理学与城市经济 学的研究证明, 城市本身在一定的技术条件下有其理想规模, 再大就会产生规模 不经济。而分配给交通运输系统使用的土地, 包括道路与停车场也是有一定比 例的, 一般在总土地面积的较合理。而有的新建住宅、商业网点、公共设施等 根本没有停车场, 有的即使有, 但数量非常有限,根本满足不了汽车保有量迅速 增加的需要。如何在有限的土地上多建停车场, 来满足汽车迅速增加后产生 “ 停车难” 问题的需要呢日本为我们提供了可以借鉴的经验发展立体车库。 日本作为一个人口稠密、车辆较多、道路条件较差的国家, 在停车场规划与建 设时, 严格控制占用道路设置停车场。它在立体车库的技术研究与开发、制 造、建设、法规及管理等方面都处于世界领先地位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。 近年来 ，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提 高，汽车数量的不断增加。截至 2003 年底，我国个人汽车保有量为 12427672 辆。其中，个人轿车 4890387 辆，比 2002 年增加 1462441 辆，增长率为 42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数 量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问 题。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 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机 械 式立 体停车设备 又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解 决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停 车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998 年 1 月 1 日起执行的 国家计委 6 号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产 业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给 予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为 我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前 景。 1.3.21.3.21.3.21.3.2 本课题研究的内容本课题研究的内容本课题研究的内容本课题研究的内容 立体车库随着自动化技术的不断发展而出现的高效停车技术，尤其是将可 编程控制器在立体车库中的应用，使得立体车库朝着更智能化方向发展。本课 题研究的内容的主要目的是通过对升降横移式立体车库的机械结构、机械运作 原理、电气控制等的分析，研究立体车库的 PLC 控制系统的设计方案。本研究 的有利于在经济方面降低了立体车建设的成本，在使用方面提高了车库存取车 过程中的效率，从而有利于立体车库在日后广阔的市场中推广使用，并且促进 了立体车库随城市的交通及汽车行业的同步发展。 本课题以升降横移式立体车库的典型的 33 式为研究对象，通过对升降横 移式立体车库的运行原理及整体结构的分析进行电气控制系统的硬件和软件的 设计，探讨智能化立体车库的存取车原理，智能化设计方案。对升降横移式立 体车库通过采用可编程控制器的控制系统的设计完成车辆的自动存取、手动检 查故障及车库运行的信息显示等一系列的功能实现。最后通过对原先研究理论 的基础上进行设计的优化使得控制系统更加完善。 1.41.41.41.4 本章小结本章小结本章小结本章小结 通过对于现在国内外城市车辆及停车场情况的了解与对比，对于自动化立 体车库的产生及其发展有了深刻的了解，日后由于其众多的优点将会得到更广 阔的发展前景，因此选定立体车库为此次毕业设计的论文研究内容，促进其理 论的更加完善。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 第第第第 2 2 2 2 章章章章 自动化立体车库介绍自动化立体车库介绍自动化立体车库介绍自动化立体车库介绍 2.12.12.12.1 立体车库概述立体车库概述立体车库概述立体车库概述 立体车库是根据自动物流系统物料传输的原理, 采用多层高架式存放车辆 的大型停车设备。它发祥于年代的美国, 是在繁华拥挤的都市里, 为了解决停车 难所采取的一种措施。年代以后, 伴随着私人小汽车的大量涌现, 美国、西欧相 继发明了多种形式的立体车库。到了六七十年代, 德国、日本、韩国等国家以 及香港和台湾等地区则大有后来居上之势。 近年来, 立休车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面 不断更新换代, 日趋完美, 并广泛应用于宾馆、商业大楼、各种娱乐场所、机 场、码头及繁华商业街等车辆密集地区。立体车库的诞生, 尽管仍有不尽人意 之处, 但它的确为缓解交通拥挤解决停车难开辟了一条新的途径。 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。 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 40 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。 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。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 2.22.22.22.2 立体车库优点及种类和特点立体车库优点及种类和特点立体车库优点及种类和特点立体车库优点及种类和特点 2.2.12.2.12.2.12.2.1 立体车库的优点立体车库的优点立体车库的优点立体车库的优点 1.节省占地面积, 立体车库有较大的车位密度，无需修建坡道和匝道，车体存取由托盘或支 架的移动完成，各层车架之间的高度仅按车体的安全高度，从而使单车存放的 平均占地面积和和占有空间达到最小。节省大量投资立体车库的占地面积相当 于同等地面停车场的 1/3-1/20。如建自走式地面停车场, 每个车位平均占地 25 , 而 40 个建车位的电梯式车库占地才 50 , 平均每车位占地 1.25 。对于 城市寸土寸金的面积不大的黄金地带, 建立体车库无疑是唯一选择, 经济效益相 当可观。 2.出入库管理方便, 省时省力，安全性好 它不需要车主找车, 出入库管理全由电脑控制,操作简单, 库内的存车数 量、存车位置、存车时间等全可以显示在操作盘上, 一目了然。自动化程度相 当高, 存取车时间一般不超过 120 秒, 省时省力。全封闭式车库还有效地防风 沙，防冻，防止面漆老化和防止人为破坏等现象发生，可避免车辆的丢失和损 坏完善的闭锁装置可保证汽车安然无恙, 外部人员不能随意进出, 汽车不会受到 人为的损伤和丢失,车主可大为放心。在技术方面，立体车库采用钢架结构，其 强度，刚度及稳定度设计均留有充分的裕度。并设有多重安全防护装置，用以 确保人车安全。 3.形式多样，适应性强，对环境的副作用小。 立体车库的形式多样，可以适应于如：建筑物地下层，地上层，中央商务 区，住宅小区等不同环境，并可与市区景观融合设计。国外新型的立体车库多 采用模块化设计，标准化系数高，互换性能好，对地基无特殊的户要求，能根 据客户要求方便地进行拼装和改型。由于全自动机械一般为全封闭结构，所以 汽车熄火，存取噪声小，降低了对周围空气的污染。 4.投资成本小，运行费用低，经济效益显著。 前述占地少，对地基没有特殊要求，模块化及标准化按设计使立体车库的 建筑投资规模相对较少。而兴建平面停车场，出了工程上的投资外还需要土地 征用费等费用。立体车库则可以大大降低投资成本。并且立体车库运行只需很 少的管理人员，其桌位墙壁还可以作广告创收，因此投资回收到位年限较短。 对于制造的企业来说车库额利润可达到 15-20，被认为是汽车相关工业的 新经济增长点。 于立体车库具有上述诸多优点, 所以各国纷纷发展机械化停车设备立体 车库, 将地面停车向空间发展, 形成立体停车模式, 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 2.2.22.2.22.2.22.2.2 立体车库种类和特点立体车库种类和特点立体车库种类和特点立体车库种类和特点 1.水平循环式立体车库 水平循环式立体车库铂主体结构为一水平放置的链式输送机, 车辆停放在 链式传送带的托盘上, 随着车辆的入出库, 所有车辆同时按固定次序作循环运动, 由平动机构确保车辆始终处于水平状态, 整套系统由一大型电机单独驱动。水 平循环式立体车库外形狭长, 通过采用两层停车结构, 可以有效地提高狭长地段 的土地利用率。由于整个车库只有一个水平循环动作, 因此电气控制系统简单, 便于维护。但是由子其平动机构导轨易于磨损, 因而增加了维护工作量。水平 循环式立体车库停车数量受到单一驱动电机幼率和结构限制, 一般在十几辆左 右, 可以通过组合, 来达到所需的停车数量。 2.垂直循环式塔形立体车库 垂直循环式塔形立体车库的主体是垂直回转链式输送机, 车辆停放在呈圆 形或长圆形配置的托盘上, 由做垂直循环运动的链条带动, 在平动机构控制下保 持车位水平。这种车库由单一大型电机驱动, 电气控制系统简单, 但其平动机构 也存在导轨易磨损的问题, 从而引发运行卡死现象。垂直循环式塔形立体停车 库停车数量受驱动电机功率及结构等因素限制, 一般可停车 10-40 辆。该种立 体车库的最大优点是运动关系和电器控制简单, 但它的缺点也很明显, 传动噪音 大, 结构易变形,存取车速度慢, 存取车室狭小、环境差, 能耗高。因此呈逐步淘 汰之势, 将由技术已成熟、价格在逐步降低的电梯式所代替。 3.升降横移式立体车库 升降横移式立体车库多为中、小型车库, 停放车辆数目从几辆至几十辆不 等, 一般采用 2-5 层结构, 也可称为两层升降横移式和多层升降横移式立体车 库。两层升降横移式立体车库一般有两类 (1)无平移双层提升式简易停车库。它是由液压传动装置构成的微型立体车 库, 降下时上层进出车, 上升时下层进出车, 是一种常用的家庭车库。 (2)有平移双层提升式简易停车库。它的下层留一个空位, 载车盘只能左右横 移, 上层载车盘只能上下升降。牵引载车盘作升降运动的装置有钢丝绳、链 条、液压等形式。两层升降横移式立体车库最适用于地下停车场和露天停车场, 停车数量可随意增减, 控制系统较简单, 模块式结构随意组合, 安装快, 施工周 期短, 拆装方便, 如遇规模或场地变更, 只需在原有基础上拼装或拆除。因此, 它在机械式停车设备中一直唱主角,销售量较大。多层升降横移式立体车库由两 层升降横移式立体车库扩展而成, 它的顶层只升降, 底层只横移, 而中间层既升 降又横移。它既有两层式构造简单、便于安装组合、容易控制等优点, 又比两 层式节省几倍的地皮。售价一般在 4-5 万元车位, 其他如安装调试、消防、地基 及外装修方面的投资很少, 因此它广泛应用于住宅小区、公共场所和机关单位 等各类场合, 在所有类型的停车库中应用较广。由于受链条或钢丝绳和存取时 间的限制, 多层式目前大多为 3-5 层, 很少有 5 层以上的。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 4.电梯提升式立体车库 它像电梯那样, 把车提升到一定高度, 再用横移机构又称机械手把车存入泊 位中。这种车库有几十米高, 每层有 2 个或几个泊位。按规模大小, 电梯式也有 两类： (1)塔形电梯式。这种车库一般在 28 层以下。它要求升降速度快, 结构刚度 好。一般采用工业计算机或高档可编程序逻辑控制器构成其自动控制系统, 实 现存取车自动控制、自动计费等功能, 也可实现无人化操作。其地皮利用率高, 但对地基、消防要求高, 单车成本高。 (2)多层电梯式。这种车库一般在 5-10 层。其升降速度可低到 5-20m/min, 轿厢系统量简化, 结构重量轻, 一般不设回转台, 不要严格的外装修, 地基投资 少, 消防系统简单。由于受存取车时间和链条钢丝绳的限制,层以上的多层升降 横移式车库成本显著增加。若用多层电梯式替代, 它的单车位成本甚至比层以 下的多层升降横移式还要低, 它的存取时间比多层升降横移式少。与同规格的 竖直循环式相比, 结构刚度好, 存取车效率高, 底层存取车室环境好, 功耗低, 噪音小。因而它的发展前景很好, 广东、上海、长沙等地己有此类车库出现, 按 我国目前的国情, 人们更有理由重点关注它。 5.巷道堆垛式立体车库 巷道堆垛式立体车库是由停车位与升降装置立体组合而成的停车设备, 升 降装置可整体横向移动或升降装置的搬运器可横向移动, 停车位设备在升降装 置升降道的两侧。这种车库类似于立体仓库, 最早出现在美国, 为电梯附加行走 机械而成, 其容车数量一般在 100 辆以上, 从升降装置向停车室运送车辆的方式 也有由车自行和由运送装置自动运送两种。 2.32.32.32.3 立体停车系统存在的问题立体停车系统存在的问题立体停车系统存在的问题立体停车系统存在的问题 自动化立体停车车库虽然有很多优势，但现实中实践建设和使用的同时也 存在一些的不足，实际推广过程中也存在难度。 主要表现在以下几个方面： 1.进小区困难 首先是小区规划上的缺陷，目前许多小区地下车库的设计层高度不满足建 设立体车库所需要的高度，同时还要考虑地面凹陷等相关问题，如果在地面上 建，有面临着道路的改建和管理人员到位等一系列问题。 2.市民接受程度低 市民对立体车库的接受程度普遍不高。表现在对于那些用钢铁层层堆叠起 来的大型设备的恐惧感，觉得不如地面车库开了就走方便。 3.可行性小 在闹市建造立体车库，景观上会受到一定的程度影响，同时，立体车库的 费用投入会比较大。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 2.42.42.42.4 本章小结本章小结本章小结本章小结 本章通过对于立体车库的资料进行了进一步的研究，在 20 世纪 20 年代的 美国为了解决停车难问题它应运而生了，并且以其众多的优点如节省占地面 积、出入库管理方便、省时省力、安全性好形式多样、适应性强、对环境的副 作用小、投资成本小、 ，运行费用低、 ，经济效益显著等，从而得到了广泛的应 用。立体车库的种类繁多其中重要的有例如垂直循环式塔形立体车库、升降横 移式立体车库、电梯提升式立体车库、巷道堆垛式立体车库等，由于升降横移 式立体车库建造方便，操作简单等优点，所以本论文将以升降横移式立体车库 为例进行研究。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - 第第第第 3 3 3 3 章章章章 可编程控制器简介可编程控制器简介可编程控制器简介可编程控制器简介 3.13.13.13.1 可编程控制器定义可编程控制器定义可编程控制器定义可编程控制器定义 可编程控制器(Programmable Controller)。它是在 20 世纪 70 年代以来，在 继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动化控 制设备。它以微处理器为核心，及集动化技术，计算机技术，通信技术为一 体，被广泛应用在自动化控制的各个领域。 1982 年 2 月国际电工委员会，在颁布可编程控制器标准草案中，对可编程 控制器的定义为：可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运 算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器，在其内部存储执行运算，顺序 控制，定时，计数和算术运算等操作指令，并通过数字或模拟式的输入和输 出，来控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程控制器及有关设备应按易 于与工业系统连成一个整体和具有扩充功能的原则进行设计。 3.23.23.23.2 可编程控制器的发展史可编程控制器的发展史可编程控制器的发展史可编程控制器的发展史 20 世纪 60 年代，计算机技术开始应用于工业控制，但由于其本身的复杂 性，变成难度高，难以适应恶劣的工业环境以及昂贵的价格等因素未能在工业 了一种设想：把计算机的功能完善，通用灵活等优点和继电器控制系统的简单 控制领域广泛使用。 1968 年，美国通用汽车公司，为了适应生产工艺的不断更新的需要，提出 易懂，操作方便，价格低廉等优点结合起来，制成一种适于工业控制环境的通 用控制装置，而这种装置采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，使 不熟悉计算机的人也能方便使用。为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻 找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从 用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。主要 内容是： (1)编程方便，可现场修改程序； (2)维修方便，采用插件式结构； (3)可靠性高于继电器控制装置； (4)体积小于继电器控制盘； (5)数据可直接送入管理计算机； (6)成本可与继电器控制盘竞争； (7)输入可为市电； (8)输出可为市电，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器等； (9)扩展时原系统改变最少； (10)用户存储器大于 4KB 。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 根据美国通用公司的“G 十条”的这一要求，美国数字设备公司，于 1969 年 研制成功了第一台可编程控制器 PDP-14，并在汽车自动装备线上试用成功，从 而开创了工业控制的新局面，从此这项技术在工业领域迅速发展起来。 3.33.33.33.3 PLCPLCPLCPLC 的结构及各部分作用的结构及各部分作用的结构及各部分作用的结构及各部分作用 可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微 处理器为核心的结构。通常由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输 入输出单元(I/O)、电源和编程器等几个部分组成。 1中央处理单元(CPU) CPU 作为整个 PLC 的核心，起着总指挥的作用。CPU 一般由控制电路、运算器 和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU 通过地 址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU 的功 能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。 2存储器(RAM、ROM) 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器 称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数 据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有 RAM、EPROM 和 EEPROM。 RAM 是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存 放在 RAM 中的用户程序可方便地修改。RAM 存储器是一种高密度、低功耗、 价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存 储的信息。EPROM、EEPROM 都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统 管理程序和应用程序。 3输入输出单元(I/O 单元) I/O 单元实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单元 有良好的电隔离和滤波作用。接到 PLC 输入接口的输入器件是各种开关、按 钮、传感器等。PLC 的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继 电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。 4电源 PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转 换成内部工作电压。PLC 内有一个稳压电源用于对 PLC 的 CPU 单元和 I/O 单元 供电。 5编程器 编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入 PLC 的存储 器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视 PLC 的工作状态。除此以外， 在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对 PLC 编 程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 3.43.43.43.4 PLCPLCPLCPLC 的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式，在 PLC 中用户程序按先后顺序存放，CPU 从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始 不断循环。PLC 的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执 行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当 PLC 处 于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在 PLC 处于运行状态 时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描 工作。 1输入处理 输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态， 并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷 新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即 使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫 描周期的输入处理阶段才能被读入信息。 2程序执行 根据 PLC 梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描， 执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地 址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶 段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用 户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄 存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。 3输出处理 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的 状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电 路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。 3.53.53.53.5 可编程控制优点可编程控制优点可编程控制优点可编程控制优点 PLC 发展如此迅速的原因，在于它具有一些其它控制系统，包括 DCS 和通 用计算机在内，所不及的一些优点。下面对这些特点做一个介绍： (1)可靠性 可靠性包括产品的有效性和可维修性。可编程控制器的可靠性高，表现在 下列几个方面： 可编程控制器不需要大量的活动部件和电子元件，接线大大减少，与此 同时，系统的维修简单，维修时间缩短，因此可靠性得到提高； 可编程控制器采用一系列可靠性设计方法进行设计，例如冗余设计，掉 电保护，故障诊断，报警和运行信息显示和信息保护及恢复等，提高 了 MTBF，降低了 MTTR，使可靠性得到提高； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 可编程控制器有较强的易操作性，它具有编程简单，操作方便，编程的 出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高； 可编程控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例 如，采用可靠性高的工业级元件，采用先进的电子加工工艺(SMT)制造，对干扰 采用屏蔽、隔离和滤波等；存储器内容的保护，采用看门狗和自诊断措施，便 于维修的设计等。 一份用户选用 PLC 原因的调查报告指出：在各种选用 PLC 的原因中，首选 原因是可靠性高的，占 93%，其次，才是性能和维修方面的原因。 (2) 易操作性 PLC 的易操作性表现在下列三个方面： 操作方便：对 PLC 的操作包括程序的输入和程序更改操作，大多数 PLC 采用编程器进行程序输入和更改操作。现在的 PLC 的编程器大部分可以用电脑 直接进行，更改程序也可根据所需地址编号、继电器编号或接点号等直接进行 搜索或按顺序寻找，然后可以在线或离线更改； 编程方面：PLC 有多种程序设计语言可以使用，对现场电气人员来说， 由于梯形图与电气原理图相似，因此，很容易理解和掌握。采用语句表语言编 程时，由于编程语句是功能的缩写，便于记忆，并且与梯形图有一一对应的关 系，所以有利于编程人员的编程操作。功能图表语言以过程流程进展为主线， 十分适合设计人员与工艺专业人员设计思想的沟通。功能模块图和结构化文本 语言编程方法的应用尚未普及，但由于它们具有功能清晰，易于理解等优点， 而且与 DCS 组态语言统一，正受到广大技术人员的重视。 维修方便：PLC 所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系 统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以根据有关故障代码的 显示和故障信号灯的提示等信息，或通过编程器和 HMI 屏幕的设定，直接找到 故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，降低了 MTTR为便 于维修工作的开展，有些 PLC 制造商提供维修用的专用仪表或设备，提供故障 维修树等维修用资料；有些厂商还提供维修用的智能卡或插件板，使维修工作 变得十分方便。此外，PLC 的面板和结构设计也考虑了维修的方便性。例如， 对需要维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的位置，接 线端子采用便于接线和更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，大 大缩短了维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水作业，使维修用备 品备件简化等，也使维修工作变得方便。 灵活性 PLC 的灵活性主要表现在以下 3 个方面： 编程的灵活性：P