毕业设计（论文）-PLC升降横移式立体车库控制系统设计.doc

毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 目目 录录 摘摘 要要.1 ABSTRACT.2 第一章第一章 绪论绪论.3 1.1 引言.3 1.2 国内外研究的现状和发展趋势：.5 1.2.1国外研究的现状和发展趋势.5 1.2.2国内研究的现状和发展趋势.6 1.3 本文的主要工作内容及设计思想：.7 1.3.1工作目标.7 1.3.2工作内容.8 1.3.3设计思想.8 本章小结.9 第二章第二章 升降横移式立体车库简介及机械结构设计升降横移式立体车库简介及机械结构设计.10 2.1 升降横移式立体车库简介.10 2.1.1立体车库的工作原理.10 2.1.2立体车库机械部分部件结构和功能.11 2.2 升降横移式立体车库机械机构设计.13 2.2.1 横移机构设计.14 2.2.2 提升机构的设计.15 2.2.3 载车板设计.16 2.2.4 安全防护机构.16 本章小结.18 第三章第三章 立体车库电气控制系统设计立体车库电气控制系统设计.18 3.1 电气控制系统整体设计.18 3.2 拖动系统设计.20 3.2.1拖动系统主电路.20 3.2.2拖动系统电气保护设计.21 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 3.3 检测系统设计.22 3.3.1车位认址信号.22 3.3.2车位停车信号.23 3.3.3车位正确停车信号.24 3.3.4人员误入报警.24 3.3.5火灾报警信号.25 3.4 控制系统 PLC 的设计.25 3.4.1输入点/输出点.25 3.4.2PLC 选型设计.28 3.4.3PLC接线设计.31 3.5 控制面板的设计.32 本章小结.33 第四章第四章 PLC 程序设计程序设计.33 4.1PLC 控制程序设计思想.33 4.2 主程序设计.37 4.3 自动子程序.38 4.4 手动子程序.41 4.5 程序测试.42 本章小结.43 第五章第五章 结论与展望结论与展望.43 5.1 结论.43 5.2 展望.43 致谢致谢.44 参考文献参考文献.45 附表附表 1 立体车库程序立体车库程序.46 ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1.46 SUBROUTINE_BLOCK SBR_5 车自动:SBR0.47 SUBROUTINE_BLOCK SBR_6 车自动:SBR1.48 SUBROUTINE_BLOCK SBR_7 车自动:SBR2.49 毕业设计（论文）报告纸 装 订 线 SUBROUTINE_BLOCK SBR_9 车自动:SBR3.50 SUBROUTINE_BLOCK SBR_10 车自动:SBR4.51 SUBROUTINE_BLOCK SBR_11 车自动:SBR5.53 SUBROUTINE_BLOCK SBR_12 车自动:SBR6.54 SUBROUTINE_BLOCK SBR_点横:SBR8.55 SUBROUTINE_BLOCK SBR_点升:SBR7.56 附图附图 1 三层十车位升降横移式立体车库三层十车位升降横移式立体车库.59 附图附图 2 PLC 原理图原理图.60 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 1 页 装 订 线 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 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 2 页 装 订 线 Abstract 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 adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIMATIC 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. Keywords：Stereo garage, Control system, PLC 第一章 绪论 1.1 引言 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 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 3 页 装 订 线 此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止 2006 年底，市区仅有公共 停车场 827 处，共计车位 5.6 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.5，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 227 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（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 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 4 页 装 订 线 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 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 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。 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 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 5 页 装 订 线 “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。 1.2 国内外研究的现状和发展趋势： 1.2.1 国外研究的现状和发展趋势 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 2-4 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。自 70 年代末起， 世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、 地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。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。 目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、 液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许 多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢 结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板 采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面， 广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节 省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、IC 卡式、键盘式、 触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、 磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和 定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、 链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、 自动消防灭火系统等。 日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪 60 年代初就开发并使用可 最大限度的利用空间的机械式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为 500 万辆， 大多采用的是垂直循环式停车设备。从 80 年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 6 页 装 订 线 中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。 其机械停车产业从 20 世纪 70 年代中期开始起步，80 年代开始引进日本技术，经过 消化生产和本土化，90 年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度 重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在 30%左右。 目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。 1.2.2 国内研究的现状和发展趋势 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。参照日本等国标准制 定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各 种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性 能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、 建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各 学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术 特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成 熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足 国内外市场的需求。 在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产 品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能 力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位 的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。 解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。政策方面应参 照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资 主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠 政策，使其有利可图。市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路 停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则 经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。 1.3 本文的主要工作内容及设计思想： 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、 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 7 页 装 订 线 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，本论文最终确定研究对象为升降横移式立体 车库。 1.3.1 工作目标 （1）升降横移式立体停车设备总体结构的设计与研究； （2）升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究； （3）升降横移式立体停车设备的自动控制系统设计与研究； 1.3.2 工作内容 （1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解车库运行基 本原理，了解轿车停车流程，了解立体车库使用注意事项等。 （2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库技术 发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通过网上 检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等。了解建设立体 车库的自动控制方式，控制元件，电机选择，建设方法等。 （3）根据据立体车库原型，再根据文献资料。初步选择建造立体车库所需、电 机、检测元件、控制元件等组成。 （4）依据以上的车库组成部件选型，利用 AUTOCAD 建立立体车库二维图形。 在绘制 CAD 图形过程中，再对部件选型中不合适的进行替换，以达到最佳效果。 （5）参阅西门子 S7-200 系列 PLC 相关资料,学习相关编程软件，运用西门子 STEP 7MICROWIN 编程软件编写控制程序，并运用西门子 S7-200 仿真进行程序模 拟。 （6）归纳、总结并完善报告。 结合以上 6 项计划任务，最后完善论文的总结部分。 1.3.3 设计思想 整个车库设计由一台 PLC 对车库进行统一的管理和监控，通过 PLC 控制载车板 毕业设计（论文）报告纸 共 59 页 第 8 页 装 订 线 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只需操作操作盘 相应车位按钮，即由 PLC 控制车位升降横移设备完成存取车操作。 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。 升降横移式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。 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、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。 在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内 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。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