（机械电子工程专业论文）立体车库控制与管理系统研究.pdf

委 导师： 荔孑易 | l i irlri ii iii il liii iiil y 18 8 6 3 2 0 符合合肥工业大学硕 房配出趱掀 锎移斛别缀 铆己勰搬 圳钼础髫刭故 及取得的研究 包含其他人已 其他教育机构 任何贡献均已 月2 7 日 t 本学位论文作者完全了解 佥胆王些叁堂 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借 阅。本人授权 金胆王些太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：牛 卫念 签字眺加f f 年年月2 7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师躲况& 川d 导师签名： 鬈l 乡卅，f 签字日期：力。，年中月刁日 电话： 邮编： 统和 具体 标准 的设 上， 发挥 自由口通讯的特点，制定了立体车库系统中上位机与p l c 的自由口通讯协议， 开发了相应软件，实现上位机对立体车库的控制和管理。研究了p l c 的o p c 通讯模式，并与自由口通讯方式进行了对比研究，o p c 方式编程方便，但是自 由口方式在数据交换量不大时通讯效率更高。 在设计了上位机硬件系统的基础上，以c 撑n e t 和a c c e s s 数据为平台，开 发了立体车库的管理系统软件。其主要包括用户信息管理、客户信息管理、车 库计费管理、车库财务管理和车位分配管理等模块。其中，i c 卡开发程序、计 费程序和固定客户信息相结合，实现对固定客户存取车的管理；条码开发程序、 计费程序和临时客户信息相结合，实现对临时客户存取车的管理。 设计了故障诊断功能，即通过上位机与p l c 通讯实现对输入输出状态进行 监控，使用户能够及时排查故障。研究了集中式和分散式立体车库群的管理系 统，采用西门子s 7 2 0 0 系列p l c 之间的p p i 协议，实现p l c 之间的数据交换， 实现了集中式立体车库群的管理。并研究了立体车库的远程控制和管理系统。 关键词：立体车库；控制系统；自由口通讯；管理系统 d e v e l o p e d t h r o u g hr e s e a r c ho np r o t o c o lo fs i e m e n ss 7 2 0 0 p l ca n da d v a n t a g e so ff r e e p o r tp r o t o c o l ，t h es o r w a r ew h i c hm a d ea c c o r d i n gt op r o t o c o lb e t w e e nf r e ep o r ta n dh o s t c o m p u t e rh a sb e e nd e v e l o p e d h o s tc o m p u t e rc a nc o n t r o la n dm a n a g es t e r e o s c o p i cg a r a g e t h r o u g ht h i s s o f t w a r e p l ca n do p cc o m m u n i c a t i o nm o d eh a sb e e nr e s e a r c h e da n d c o m p a r e d ，t h er e s u l t ss h o wt h a to p cm o d ei sm o r ec o n v e n i e n ti np r o g r a m m i n ga n df r e e p o r th a sm o r ee f f i c i e n c yi nn o tl a r g ed a t ae x c h a n g e s t h es t e r e o s c o p i cg a r a g em a n a g e m e n ts y s t e mi np l a t f o r mo fc 撑n e ta n da c c e s sd a t a h a sb e e nd e v e l o p e d ，b a s eo nt h ed e s i g no fh o s tc o m p u t e rh a r d w a r e t h i ss 0 1 a r ei n c l u d e s u s e r si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，c u s t o m e r si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，g a r a g ef a r ec o l l e c t i o n m a n a g e m e n t ，g a r a g ef i n a n c i a lm a n a g e m e n t ，p a r k i n gs t a l la l l o c a t em a n a g e m e n ta n ds oo n a c c o r d i n gt oc a n da c c e s sd a t a b a s e ，s t e r e o s c o p i cg a r a g em a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e n d e v e l o p e d a m o n gt h e m ，i cc a r dr e a d e rp r o g r a mw h i c hc o m b i n e dw i t ha c c o u n t i n gp r o g r a m a n dt e m p o r a r yc u s t o m e r si n f o r m a t i o n ，r e a l i z e dm a n a g e m e n to fs t a b l ec l i e n ts t o r a g ea n d t a k i n gc a r s b a rc o d ep r o g r a mw h i c hc o m b i n e dw i t hf a r ec o l l e c t i o np r o g r a ma n dt e m p o r a r y c u s t o m e ri n f o r m a t i o n ，r e a l i z e dm a n a g e m e n to ft e m p o r a r yc l i e n ts t o r a g ea n dt a k i n gc a r s f a u l td i a g n o s i sf u n c t i o nb yw h i c ht h ei n p u ta n do u t p u ts t a t u st h r o u g hh o s tc o m p u t e r a n dp l cc a nb es u p e r v i s e da n df a u l tc a nb ee l i m i n a t e db yu s e r s t h r o u g ht h er e s e a r c ho n m a n a g e m e n ts y s t e mo fc e n t r a l i z e da n dd i s p e r s e ds t e r e o s c o p i cg a r a g eg r o u p ，d a t ae x c h a n g e s b yp p ip r o t o c o lb e t w e e ns i e m e n ss 7 - 2 0 0 p l c a n dm a n a g e m e n to fc e n t r a l i z e ds t e r e o s c o p i c g a r a g eh a sb e e na c h i e v e d d i s t a n c ec o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e mo fs t e r e o s c o p i cg a r a g e h a sb e e nr e s e a r c h e d k e y w o r d s ：s t e r e o s c o p i cg a r a g e ；c o n t r o ls y s t e m ；f r e ep o r tp r o t o c o l ；m a n a g e m e n t s y s t e m 心的指导和无微不至的关怀，为我的每次进步与取得的成绩都倾注了大量的精 力与汗水。在学业上，吴老师治学严谨、平易近人、广博的知识领域和对科研 工作的激情，都使我备受启迪，也必将激励我在今后的工作和学习中不断进步。 在生活上，吴老师也给予了无私的关心和照顾。在做人和做事方面，吴老师给 我们做出了表率，使我终身受益。在本论文完成之际，在这里再次向吴老师表 达崇高的敬意和诚挚的感谢! 衷心感谢安徽省数字化设计与制造重点实验室和机械零件教研室提供的科 研与实验条件，感谢朱家诚教授、吴天星副教授、汪进副教授、陈奇老师以及 实验室的所有老师给予我的帮助和指导。 论文在撰写的过程中和课题的研究中得到了师兄高宏涛、阚勇、凌飞、张 栋，师姐王军、尹晓红，王秋杰同学以及师弟王磊、刘永强、徐湛楠、赵帅、 伍祥龙，师妹伍斌的大力支持和帮助，在此一并向他们表示衷心的感谢。 衷心感谢辛苦养育和培养我的父母对我学习和生活上的支持和帮助，同时， 感谢我的女朋友对我研究生工作和学习的理解和帮助。 最后，感谢在百忙之中抽出宝贵时间对论文进行评阅和审议的专家学者， 并对参加本论文答辩工作的各位专家教授和同学表示衷心的感谢! 作者：牛卫东 2 0 11 年3 月2 7 日 第二章立体车库的控制系统设计5 2 1 立体车库的主要组成和技术要求5 2 1 1 主要组成5 2 1 2 技术要求5 2 2 立体车库的控制系统的硬件6 2 2 1 系统框架6 2 2 2 p l c 的选型7 2 2 3 p l c 输入输出的设计8 2 2 4 部分电气设备1 0 2 3 电气系统设计1 2 2 4 安全系统设计1 4 2 5 本章小节l5 第三章立体车库的控制系统软件设计1 6 3 1 立体车库的控制系统p l c 程序设计1 6 3 1 1 工作原理16 3 1 2 载车板分布设计1 6 3 1 3 存取举例1 7 3 1 4 存取车流程18 3 1 5 p l c 程序的编写2 0 3 2 上位机与p l c 通讯2 2 3 2 1 西门子s 7 2 0 0p l c 通讯2 2 3 2 2 自由口通讯协议的制定2 4 3 2 3 自由口通讯的p l c 编程2 5 3 2 4 自由口通讯的上位机编程2 9 3 2 5 西门子s 7 2 0 0p l c 的o p c 通讯。3 1 3 2 6 上位机和p l c 的数据交换3 2 3 3 本章小结3 3 第四章立体车库的管理系统开发3 4 4 1 开发平台3 4 4 2 上位机系统硬件3 5 i 3 6 ：；7 ：；7 z l ( ) z i l z i ：! z i ：! 1 z l ：； ：l 4 z 1 6 4 7 z 1 7 z 1 7 z 9 攻读硕士学位期间发表的论文5 2 l i 图清单 图2 6p l c 的输入输出信号9 图2 7 电气原理图组成。1 3 图2 8 电磁铁的控制13 图2 9 二层横移电机的控制1 4 图2 10 安全系统图1 4 图3 1 车位图1 6 图3 2 取车位2 2 的车辆1 7 图3 3 取车位3 2 的车辆1 8 图3 4 车位2 2 存取车流程1 8 图3 5 车位3 2 存取车流程。1 9 图3 6 程序框图2 0 图3 7 主程序中部分程序调用2 l 图3 8 车辆存取程序框图2 1 图3 9 通讯信息格式2 4 图3 10 通讯流程图2 5 图3 1 l 定时器中断2 8 图3 1 2 接收子程序的部分程序2 8 图3 1 3 发送子程序中的部分程序2 9 图3 1 4o p c 同步读写服务器客户端数据流图。3 1 图3 1 5o p c 异步读服务器客户端数据流图3 2 图3 1 6 以太网通讯p c 端的硬件和软件3 2 图3 1 7 上位机与p l c 数据交换系统图3 3 图4 1 上位机系统硬件框图3 5 图4 2 典型的工业计算机组成3 5 图4 3 管理系统框图3 6 图4 4 用户管理界面3 7 图4 5 固定客户管理框架3 8 图4 6 临时客户条码管理框架3 8 图4 7 动态显示界面4 0 i i i 一c j 1 ，o o 8 图4 1 5 主站网络读2 # p l c 数据4 5 图4 1 6 主站网络读3 # p l c 数据4 5 图4 1 7 主站网络写2 # p l c 数据4 5 图4 1 8 主站网络写3 # p l c 数据4 6 i v v 第一章绪论 1 1 国内外立体车库的发展状况 我国立体停车设备早期开发工作是始于2 0 世纪8 0 年代末，并于1 9 8 9 年推 出了第一台双层立体停车设备。进入9 0 年代，立体车库有了迅猛的发展。仅短 短几年的时间就实现了从产品和技术引进到自主开发、制造的过程。并研发了 各种类型的立体车库设备，目前北京、上海、深圳、南京、天津、成都、大连、 济南等城市都相继出现了立体车库。我国立体车库经过多年的发展，到目前已 经形成了一定的生产规模和市场，并成立了由国家认可的立体停车设备制造企 业资质认证中心【l 卅j 。 随着城市的快速发展，城市人口和车辆的快速增长，停车难问题日益凸显， 而立体车库是解决这种难题的最有效的措施之一。在我国，由于城市的发展与 拥堵的矛盾，停车难问题的解决已经迫在眉睫。立体车库可以合理利用城市的 有限空间，最有效地缓解城市中的停车难问题。但由于我国停车设备生产企业 大多技术力量薄弱，自主开发能力弱，因此停车设备研究领域的深度和水平有 待提高。 随着我国经济的快速发展，汽车保有量的高速增长，私人汽车购买力的不 断提高，停车难问题日益尖锐，对立体车库的需求也越来越大，它的数量将会 迅速攀升，立体车库将有广阔的前景。以合肥为例，根据合肥某部门统计，到 2 0 1 0 年3 月底，合肥机动车己达到4 8 3 万辆。目前，合肥市区内机动车达到 2 8 万辆，给有限的停车位带来很大的压力，也给政府解决停车难的问题带来了 很大的挑战。并且合肥的实际情况和全国畅通工程专家组提出的最低标准一一 “城市每百辆机动车拥有2 0 个停车泊位 的要求还有一定的差距。现在的合肥 正处于高速发展期，城市的交通发展迅速，立体车库也在紧锣密鼓的进行建设， 相信立体车库的发展会给合肥的城市交通发展和停车问题的解决带来更好的方 向。 总之，在我们面临着建设现代化大都市的重任和土地资源寸土万金的情况 下，设计、生产和使用这一现代化设备是可行的、明智的选择。它的前景将是 无限美好的。 但是，国内的立体车库的开发力度还不够，而立体车库存取形式还多采用 现场按键的形式，自动化程度较低，而自动化程度高的控制系统将会是将来发 展的趋势，自动化程度高的立体车库的将会占据很大市场。 机械式立体车库停车是解决大城市停车难问题最有效的方法之一。土地资 源缺乏是当今现代化大都市的现状，在亚洲土地资源紧缺的国家表现的更加明 显，所以机械式立体车库在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场主 要集中在中国、日本和韩国等地。 国外各种类型的立体车库应运而生，自动化程度高，立体车库已经成为发 达国家随处可见的停车设备【4 6 】。特别是在日本等人口密度大、土地资源缺乏 的国家和地区，立体车库更是发展迅速。其机械式立体车库发展起步早、种类 齐全、技术水平成熟，现已经发展成有数十个品种的大家族。在人口集中地区 和繁华地段都建设了大型的立体车库，方便车主停车，很大程度缓解了停车难 的问题。并且据了解，为了节省用地空间，日本不少民众也建立了简易式的立 体车库，说明立体车库已经进入大众的生活。 总体来看，国外立体停车设备的技术以日本和德国领先，其发展主要有两 个特点：一是高技术含量高。日本和德国将高新技术成果转化到立体车库的产 品应用上，使车库的技术更加高科技化。二是车库产品朝着性能价格比更高的 方向发展。在产品开发的过程中，不但要重视立体车库的高性能，更要讲究产 品的经济性。在现代竞争力极大的社会中，产品越趋成熟越注重经济实用，性 能价格比更高。 1 2 立体车库的主要类型和特点 立体车库类型较多，其中主要类型有：升降横移式、巷道堆垛式、垂直循 环式、简易升降式、垂直升降式等【2 3 】。 ( 1 ) 升降横移式立体车库 工作原理：立体车库顶层的载车板只可上下升降、不可左右横移；中间各 层载车板既可上下升降，又可左右横移；底层载车板只可左右横移、不可上下 升降；中间各层和底层分别有一个空车位，可以通过横移载车板变换空车位的 位置，能够使空车位正上方的载车板下降到底层，完成立体车库顶层和中间各 层车位的车辆存取；其中立体车库底层的车位可以直接进行存取车辆。 优点：设备结构简单、造价低；适用多种场地条件，可采用多种组合方式， 充分利用现有场地空间；操作简单、维护保养费用低；存、取车速度较快，存 车效率高。 缺点：层数不宜过多。 使用范围：采用多种场地条件，运用多种组合方式；可以使用地下停车场 及地面停车场的改造和地上地下相互组合；应用于住宅社区的公用停车场、机 关单位、商用写字楼等场合。 ( 2 ) 巷道堆垛式立体车库 工作原理：采用堆垛机作为存取车辆的工具，在两侧的停车位设有巷道堆 垛机，整个车库的运行均由堆垛机来完成。存车时，车辆停在出入库台上，堆 垛机从出入库台上取走车辆后在巷道内行走并提升，将车辆运送到指定层的停 车位旁，堆垛机上的存取机构将车辆从堆垛机送入指定车位；取车时，使用堆 垛机上的存取机构将车辆从停车位上取走，送到出入库台上。 2 优点：车库的车位可以很多，自动化程度更高，车库全封闭式建造，存车 安全性高。 缺点：由于对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机的成本较高。 使用范围：用于地上或地下的大型停车库的大型密集式存车，使用于车位 数较多的客户使用。 ( 3 ) 垂直循环式立体车库 工作原理：采用垂直方向做循环运动的方式，通过电机带动传动机构，在 牵引构件一一链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车 托架随链条一起做循环运动，达到存车目的。取车与存车时的运动相同。 优点：占地面积小、存车效率高、存车数量多；结构简单、安装方便、易 拆卸；控制系统简单、操作简单、造价低；空间利用率高，可有效利用零散地 块，提高停车场的存车能力。 缺点：增加停车位只有增加建筑的高度，但随着停车位的增多，设备的处 理能力降低，使用困难。 使用范围：适用于零散地块，小规模停车场；适用于小区以及企事业单位 利用零散地块建设小规模停车场，用于增加停车位。 ( 4 ) 简易升降式立体车库 工作原理：通过传动装置驱动车辆载车板作升降运动，上面或下面再存放 车辆，从而提高存车效率的方式。 优点：每个单元为二层或三层，结构简单、占地空间小、维护方便、控制 系统简单。 缺点：车位数很少，并且层数不多。 使用范围：适用于别墅区多车家庭使用的小型停车库；也适用于多个单元 多列并排建于室外等停车位紧张又不适合建高层停车库的场合。 ( 5 ) 垂直升降式立体车库 工作原理：使用提升机将车辆升降到指定层，并用存取机械存取车辆，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。 优点：占地面积小、车库容量大、存取车速度快；车库全封闭，可防止人 为的汽车损坏；对设备的安全性，加工安装精度要求都很高，因此造价高，但 却用地最小。 缺点：造价高。 使用范围：适用停车场地面积小，要求停车数量多的停车场；适用于和高 大建筑一侧；适用于商场、写字楼、体育场等高密度停车场。 其中，升降横移式立体车库是目前使用最多的立体停车库，立体车库项目 总数的8 6 是升降横移式，总车位的8 8 ，总销售额的8 2 是升降横移式立 体车库。 1 3 论文研究的目的、意义及主要内容 受某企业委托，开发三层升降横移式立体车库的控制系统和管理系统，开 发相应的控制系统软件和管理系统软件。在升降横移式立体车库的开发过程中， 控制系统主要采用西门子s 7 2 0 0 系列p l c 为主开发；管理系统主要基于工业 计算机，以c j f j n e t 和a c c e s s 数据库为平台进行开发。本课题的研究目标是综 合自动化控制技术、机械传动技术、计算机应用技术、通讯技术和数据库管理 技术，开发智能化的立体车库。 课题主要研究的内容如下： ( 1 ) 主要讨论国内外立体车库的发展概况及主要类型和特点，阐明本课题 研究的主要内容及研究意义； ( 2 ) 对升降横移式立体车库控制系统硬件进行设计，开发电气系统和安全 系统； ( 3 ) 开发升降立体车库的控制系统软件，包括p l c 程序的设计及上位机 与p l c 之间的通讯，并对p l c 的自由口通讯和上位机的串口通讯进行研究； ( 4 ) 基于c 撑n e t 和a c c e s s 数据库开发立体车库管理系统软件，主要包 括用户信息管理、客户信息管理、车库计费管理、车库财务管理、车位分配管 理等内容； ( 5 ) 针对立体车库固定用户的管理开发i c 卡管理程序，针对立体车库临 时用户开发条码管理程序； ( 6 ) 在上位机与p l c 之间通讯研究的基础上，开发立体车库的远程控制 和管理系统。 4 钢 结 构 非 控fi 安 制li 全 系ji 装 统；i 置 管 理 系 统 设计 和横移来存取车辆。升 其主要由钢结构、载车 组成7 1 ，如图2 1 所示。 图2 1 立体车厍的主要组成 升降横移式立体车库以钢结构框架为主体；载车板主要用于停放所存车辆 的托板；传动系统主要由钢丝绳和滚筒等组成，升降载车板时采用立体车库专 用电机驱动钢丝绳实现，横移载车板时采用专用电机驱动滚轮带动载车板沿导 轨运行，最终实现车辆存取；控制系统完全根据升降横移式立体车库的运行原 理和电机动作顺序的逻辑控制等设计，并实现与上位机通讯，上位机定时读取 p l c 存储器的数据；安全装置根据升降横移式立体车库的国家标准的需要综合 考虑进行设计和安装；管理系统的设计作为立体车库上位机系统最重要的一部 分，是实现立体车库的智能化管理的关键。开发的升降横移式立体车库的现场 图片，如图2 2 所示。 图2 2 立体车库的现场图 2 1 2 技术要求 根据国家机械工业局发布的升降横移式立体车库的行业标准，升降横移式 立体车库技术要求的部分内容简述如下【8 】： ( 1 ) 钢结构体和连接件的强度、稳定性计算应符合规定； ( 2 ) 在涂装前应对零部件涂装表面进行除锈、清除油污物的处理，重要构 件如立柱、横梁等的钢材在涂装前应进行表面除锈处理，应达到规定； ( 3 ) 钢结构件和连接件的材料及其许用应力应符合规定。 ( 4 ) 选择升降用链条、链轮应符合相应的标准。 ( 5 ) 选择升降用钢丝绳应符合规定。 ( 6 ) 钢架各连接件应连接牢固，不得有影响强度的缺陷存在。 ( 7 ) 载车板( 停放车辆的托板) 面板上应设阻车装置。 ( 8 ) 驱动装置应由在最大负载下可驱动的电动机及减速器组成。减速器的 容量一般不得小于1 2 倍的驱动功率或力矩。水平移动所需的动力，应取1 2 5 倍以上的额定容量。 ( 9 ) 驱动机构必须设有制动系统，在动力电源失电或控制电源失电时，能 制动动作，以使载车板保持静止状态。 ( 1 0 ) 装有机械式停车设备的环境应具有良好的照明和应急照明。 ( 1 1 ) 应符合消防安全要求。 ( 1 2 ) 升降横移类机械式停车设备上的安全要求、防护装置应符合规定， 应设有紧急停止开关，防止超限运行装置，汽车长、宽、高限制装置，人物误 入报警，阻车装置，载车板上汽车位置的检测装置，防止载车板坠落装置以及 警示装置等。 ( 1 3 ) 机械停车设备的金属结构及所有的电气设备的金属外壳、管槽、电 缆金属护层和变压器低压侧影有可靠接地。 ( 1 4 ) 所有电气设备必须可靠固定，光电信号装置必须可靠。 ( 15 ) 电路必须有短路保护、过流保护、缺相保护等保护电路。 2 2 立体车库的控制系统的硬件 升降横移式立体车库控制系统的设计必须满足国家标准，控制系统硬件的 设计是影响控制系统最终能否达到国家标准的最主要因素之一。 2 2 1 系统框架 开发的升降横移式立体车库主要包括上位机系统与下位机系统两大部分， 如图2 3 所示。 6 r 一一一一一一一一一一工舌i i 己暴易f 一一一一一一一一一一一一1 ：一一e 型竖塑一一j 图2 3 总体系统图 ( 1 ) 上位机系统：上位机系统主要基于工业计算机、c 撑n e t 和a c c e s s 据库平台对立体车库的管理系统的开发，并且对上位机与p l c 之间的通讯进 研究，实现上位机对立体车库的控制和管理。上位机系统的核心是工业计算 ，工业计算机也叫工业电脑，英文简称i p c ，全称i n d u s t r i a lp e r s o n a lc o m p u t e r 。 是一种加固的增强型个人计算机，可以作为一个工业控制器在工业环境中可 运行。根据综合比较，工业计算机采用研华的i p c 6 1 0 h 。 工业计算机与通用计算机相比有许多不同点。其主要特点如下【l o 】： a 、可靠性高，一般i p c 能够保证平均无故障工作时间达到几万小时，同时 尽量缩短故障修复时间，以达到很高的运行效率； b 、实时性好，环境适应性强； c 、开放性体系结构，具有丰富的多种功能的过程输入和输出配套模块，配 置灵活，可扩充性好； d 、具有各种通信接口，网络通信功能强； e 、高性能处理器，具有功能强大的控制、处理和通信能力。 由于工业计算机具有上述优点，开发了基于工业计算机的立体车库上位机 系统。 ( 2 ) 下位机系统：下位机系统的功能主要由p l c 实现运动控制和逻辑控 制，并且实现与工业计算机的通讯。p l c 也叫可编程控制器，全称p r o g r a m m a b l e l o g i cc o n t r o l l e r 。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应 用而设计p j 。 上位机系统主要完成立上位机与p l c 之间通讯的开发和管理系统的开发， 实现上位机对立体车库的控制和管理；下位机系统主要完成运动控制、逻辑判 断、顺序控制、定时、通讯等功能，并且易于扩展。 2 2 2p l c 的选型 p l c 是随着时代发展和技术应用而发展起来的控制器，与传统的继电器控 制系统相比，p l c 控制系统使电气控制系统可靠性高、维护容易，更能满足当 前生产工艺的需要【9 1 0 1 。 目前，国外一些著名的p l c 厂商在我国都有生产基地，如西门子、欧姆龙、 7 p l c 的技术性能相 虽然p l c 的生产厂 l c 的基本组成，如 图2 4p l c 的基本组成 p l c 的发展方向有： ( 1 ) 网络化、现场总线化； ( 2 ) 高可靠性； ( 3 ) 大容量、高速化； ( 4 ) 小型化、微型化、低成本； ( 5 ) 模块智能化； ( 6 ) 编程高级语言化。 在立体车库控制系统设计中，p l c 的选型是系统可行性的关键，根据综合 比较选择西门子s 7 2 0 0 系列的c p u 2 2 6 和输入输出扩展模块。其中，s 7 2 0 0 系列p l c 有极高的可靠性、极丰富的指令集、丰富的内置集成功能、强劲的通 讯能力、丰富的扩展能力等优点。 2 2 3p l c 输入输出的设计 p l c 的输入输出是p l c 的编程对象，而p l c 程序是立体车库控制系统的 核心内容。p l c 存储器中的程序包括系统程序和用户程序，其中系统程序是存 储在p l c 内部不需要用户编程的程序，用户程序是存储在p l c 内部需要用户 根据输入输出的逻辑关系和功能等进行编写的程序。 p l c 的用户程序有着严格的执行顺序，p l c 用户程序执行顺序框图，如图 2 5 所示： 图2 5p l c 用户程序执行顺序 p l c 用户程序执行顺序如下所述【1 0 】： ( 1 ) 在p l c 对输入信号进行采样阶段，对接在p l c 输入端子上的传感器、 行程开关、按钮开关等输入元件的信号逐个采集，将所有采集到的输入信号写 入输入映像区中，为本周期扫描用户程序的运行提供最新的输入信号的状态； ( 2 ) 在执行用户程序阶段，c p u 对用户程序按顺序进行扫描。由梯形图 编写的p l c 程序按先上后下、从左至右的顺序逐条进行扫描。每扫描到一条指 令，所需要的输入信号的状态均从输入映像区中读取。 在执行用户程序过程中，每次运算的中间结果都立即写入元件映像区，这 样该元件的状态就可以立即被后面将要扫描到的指令执行。对输出信号的扫描 结果，也不是立即去驱动外部负载，而是将其结果写入元件映像区中的输出映 像区中，等待输出刷新处理。 ( 3 ) 当c p u 对全部用户程序扫描结束后，将元件映像区每个输出信号的 状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子驱动对应输出端子上 的负载。在输出刷新阶段结束后，c p u 进入下一个扫描周期。 如图2 - 6 所示，立体车库的p l c 系统中的输入信号有钥匙开关、按钮开关、 行程开关、超程开关、保护信号和烟雾传感器等；立体车库的p l c 系统中的输 出信号有数码管引脚、升降电机接触器、横移电机接触器、电机转向接触器、 电磁铁接触器、水系灭火器和指示灯等。具体输入输出信号分别见表2 1 和表 2 2 ，总计共有5 3 个输入点，4 1 个输出点。 输入信号卜叫p l c 输入输出卜叫 输出信号 蓁j 蓁lj蓁ii霎ii茎 薹il蓁lf蓁ii耋fl霎fj耋 数ll 降i i 移l i 机i l 嚣li 水 码jl 电i i 电l l 转il 嚣| i 系 管ij 机l i 机i l 向i i 嚣il 灭 嚣il 慧il 蓑f 慧l 冀if 套 l 器i l 器l l 器1 i ”j 图2 6p l c 的输入输出信号 表2 1 输入信号 指 一 不 灯 序号 输入信号注释 l数字按钮输入车位号使用 2方向键按钮手动存取车辆 3 急停按钮发生故障时，紧急停止 4 确定按钮自动存取时确定车位号 5 清除按钮清除报警信息 6 钥匙开关 打开电源 7上极限开关上到位信号 8 下超程 下超程报警 9 9 横移超程横移超程报警 1 0上超程 上超程报警 1 l 横移过载 横移过载报警 1 2升降过载升降过载报警 1 3相序保护缺相断相保护 1 4 安全挂钩钢丝绳出现断裂时起保护作用 1 5超高检测光电开关车辆超高报警 1 6 前超长检测光电开关存车时前超长报警 1 7 前方人物误入检测开关前方人物误入报警 1 8 后超长检测光电开关 存车时后超程报警 1 9后方人物误入检测开关后方人物误入报警 2 0下极限光电开关下到位信号 2 1 横移行程开关横移到位信号 2 2 烟雾传感器烟雾检测 表2 2 输出信号 序号输出信号注释 1数码管车位号及报警号显示 2升降电机的接触器控制载车板的升降电机运行 3 横移电机的接触器控制载车板的横移电机运行 4 正反转的接触器控制横移和升降电机的正转和反转 5 控制电磁铁的接触器 控制安全挂钩的电磁铁 6消防设施当烟雾传感器有信号时，打开此设备 7 指示灯各种信号指示灯和报警指示灯等 2 2 4 部分电气设备 立体车库输入输出的设计完成后，对立体车库中使用的部分重要的电气设 备进行设计，包括电磁铁、微动开关、安全挂钩、续流二极管和立体车库减速 电机等，为电气系统的设计做好充分的准备。 ( 1 ) 电磁铁：m q z l 6 0 是立体车库专用电磁铁，额定行程为2 0 m m ，用于 控制立体车库防坠装置。电磁铁主要由衔铁、线圈等部分组成。当接通电源时， 电磁铁产生吸力，使衔铁从初始位置运动至闭合状态，使安全挂钩打开；断开 电源时，电磁铁会自动复位，使安全挂钩复位。 ( 2 ) 微动开关：一种快速动作开关，又叫灵敏开关。其工作原理是外力通 过传动元件将力作用于动作弹簧片上，产生瞬时动作，使弹簧片末端的动触点 与定触点快速接通。升降横移式立体车库通过检测微动开关的状态来判断钢丝 l o 绳( 用于对载车板进行升降) 的松紧，从而实现松绳保护。 ( 3 ) 安全挂钩：属于立体车库载车板防坠落保护装置，由吊钩、支架、开 关等零部件组成。当电磁铁接通电源时，电磁铁产生磁力，使衔铁吸合，同时 打开安全挂钩，载车板才能升降。当电磁铁断电时，衔铁自动复位，安全挂钩 回到初始位置，防止钢丝绳断裂而引起载车板坠落。安全挂钩承受静负载为 3 0 0 0 k g ，满足国家标准中对存取车辆的载重要求1 2 1 3 1 。 ( 4 ) 续流二极管：在电路中保护元件不被感应电压击穿或烧坏，以并联的 方式接到产生感应电动势的元件两端，并与其形成回路，使其产生的高电动势 在回路以续电流的方式消耗，从而起到保护电路中元件不被损坏。在升降横移 式立体车库中采用的是整流二极管i n 4 0 0 1 ，它对电磁铁起保护作用。 ( 5 ) 立体车库减速电机：减速电机本身是一种通用工业品，应用领域广泛。 在机械式立体停车设备中，减速电机是停车设备传动系统中的关键部件，对于 车库能否安全稳定的运行，起着不可或缺的作用。由于立体车库存放车辆的随 机性很大，尤其是公共停车场，其入库的车辆重量不易控制，所以机械车库本 身对减速机过载要求大。 电机选择明椿电气的立体车库专用减速电机，电机的型号为c l p k 立体车 库装置专用型电机。电机外壳是钢板全密自冷式，刹车采用低噪音直流安全刹 车，减速机采用三段减速，户外防护等级高。 1 、横移电机的选择 二层的载车板和横移装置的重量约为1 3 0 0 k g ，汽车的载重设定为1 7 0 0 k g ， 所以一个车位横移总重量为3 0 0 0 k g ，此处的运动方式属于轮的滚动运动，查表 可取滚动摩擦力臂k = 0 7 m m ，电动机克服滚动摩擦力矩带动载车板横向运动。 摩擦阻力矩为： 弓= n k = 3 0 0 0 1 0 0 7 = 2 1 0 0 0 n m m ( 2 1 ) 滚轮的直径为1 1 0 m m ，载车板横移的速度设定为8 m m i n 。可以计算出滚 轮转速为： 托轮：v x 了1 0 0 0 ：8 0 i 0 0 ：2 3 1 5 2 ) 刀轮2 百2 面2 m 印 横移所需功率为： p w2 赤弓刀轮2 赤x 2 1 0 0 0 x2 3 1 5 = 0 0 6 k w ( 2 - 3 ) 减速机的效率刀。= 0 9 0 ，链条的效率刀。= 0 9 5 ，轴承的效率r ；= 0 9 9 ， 总 ，缓，健- 摩 效率为： 2 r 总效率27 7 减7 7 链r 再- - o 8 4 ( 2 _ 4 ) 所以电动机所需功率为： p p = 二= 0 0 7 k w(25d ) l 、 ，总效率 这里选择的电机为o 2 k w 的专用减速电机，型号为c l p k 2 2 0 2 0 6 0 3 ，减速 比为6 0 ，输出转矩6 6 n m ，输出转速为2 3 r p m ，通过传动比为1 ：1 的链传动驱 动滚轮，满足设计要求。 2 、升降电机的选择 载车板由减速电机经过链传动带动滚筒，通过钢丝绳来实现升降。 二、三层升降的重量为汽车和载车板的重量之和，汽车的重量为1 7 0 0 k g ，载车 板的重量为8 0 0 k g ，总重量为2 5 0 0 k g ，总载荷： f = m g = 2 5 0 0 x 1 0 = 2 5 0 0 0 n ( 2 - 6 ) 载车板升降的速度设计为4 m m i n ，所以所需功率为： p ：一f v ：2 5 0 0 0 x - - ：1 6 7 k w ( 2 7 ) 1 0 0 01 0 0 0 、 7 减速机的效率7 7 减20 9 0 ，链条的效率7 7 链20 9 5 ，轴承的效率7 7 承2 o 9 9 ，总效 率为： 刁总效率2 刀减7 7 链r 承2 0 8 4 ( 2 - 8 ) 所以电动机所需功率为： 尸。：上：旦：1 9 9 k