车库总体介绍及技术指标.doc

自动车库毕业设计西安技师学院工业自动化系智能立体车库毕业论文学 生： 周勇健专 业： 数控设备应用与维护年 级： 08预备技师班指导教师： 吕 国 贤内容提要本文介绍的是立体停车库的设计思路和元器件选型及方案以及部分设计细节、选型细节的详细介绍关键词：设计 方案 选型目 录一、 绪论二、智能立体车库的大脑-PLC(一) 控制器的选择与程序的编写思路(二)遇到的问题与解决方案三、智能立体车库动力的来源 (一)直流电机 (二)步进电机及其驱动器 (三)气动元件(四)遇到的问题与解决方案四、智能立体车库的末梢神经-检测装置 (一)检测开关的选择 (二)检测开关的设置 节约IO点的安排 (三) 遇到的问题与解决方案五、 智能立体车库的肢臂-机械结构 (一)机械机构设计(二)遇到的问题与解决方案六、总结七、参考文献一、绪论(一) 前言自动化停车库是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经。机与电的高度结合,使自动化停车库成了现代科学技术的综合产品。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，人们的生活水平有了极大的提高，现代交通工具家庭式轿车也逐渐进入千家万户，但受到土地的限制，停车场的数量有限，立体式自动化停车库，可以提高了土地利用率及空间利用率，做到有限的土地可以更多的停放车辆。而升降横移式立体车库以“安全、快捷”著称，配备完善的安全装置及其运作系统，实现存取车的快捷，整体效果优良。同时立体式自动化停车装置还可向地下发展，建成大型地下停车装置，使有限的城市土地发挥最大的功能。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。 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。二、智能立体车库的大脑-PLC (一)控制器的选择与程序的编写思路这里我们选用了PLC作为我们的主要控制器为什么要采用PLC控制？在选择控制器件之前，我们首先要对备选的控制器件有一个了解我们接触到的控制器件分别是 数控系统、PLC 、单片机。首先，从价格上考虑，数控系统与PLC和单片机相比。价格上高出太多，但是PLC与单片机都能达到相应的控制要求。其次，从维护上考虑，PLC的程序编写简单，易读易懂。而单片机的程序则可读性较差，需要丰富的程序经验。考虑多方面原因，我们决定使用PLC对智能立体车库进行控制作业。PLC的特点可靠性高，抗干扰能力强硬件配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，深受工程技术人员欢迎系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造体积小，重量轻，能耗低PLC简介PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。在这里，我们采用三菱FX2N-48MR系列的PLC对我们的智能立体车库进行控制。下面是控制思路流程图IO分配输入：X0-X7 键盘X10-X12 三层检测X13 回转检测（零位开关）X14 汽缸1抬升检测X15 汽缸1下降检测X16 汽缸2伸出检测X17 汽缸2缩回检测输出：Y2 多谐振荡器电源控制Y3 步进回转方向输出Y4 汽缸1抬升Y5 汽缸1下降Y6 汽缸2伸出Y7 汽缸2缩回Y10 电机提升Y11 电机下降(二)遇到的问题与解决方案在使用PLC对智能立体车库控制的过程中，我们遇到了一些难点与问题，但都一一解决，下面是解决问题的分析思路和过程键盘方案为了节约PLC的输入点数，我们计划使用矩阵式键盘作为控制输入方案。在实践过程中，不断摸索。最终找到了一种较为简单的键盘方案，如图键盘驱动程序示意：由于键盘驱动程序过长，而原理基本一致。固写出一部分以示例键盘布局：键盘X0X1X2X3X4123启动X5456停止X6789回零X7存0取清除程序解析:当按下1号按钮时，通过键盘电路图可以看到X0 X4同时得电，再通过程序梯形图得知X0 X4得电后使得辅助继电器M0得电。这样 M0就代表了“1”这个数字但是有人会问到怎么区分十位上的数字和个位上的数字呢？例如12与21怎么区分？这里我们的辅助继电器M17就起到作用啦！就拿12与21做例子如果我们要键入12这个数字那么肯定先按“1”此时，M0得电，表示1已经键入注意，通过后面的程序可以看到，这时M17就会得电，当你下一次按下2或者其他数字的时候就不会是 M0 M1 M2这一系列辅助继电器得电，而是M30 M31 M32之类的辅助继电器得电。也就是说，在这段程序中，我们把十位的数字和个位的数字所需要表达的辅助继电器分成了两级。这样就能很清楚的表示出两位数字而不会出现错误。三、智能立体车库动力的来源 (一)直流电机选用的直流减速电机为30r/min直流减速电机用于提升机构的动力装置，使用钢绳牵引存取车机构上下移动。如图： (二)步进电机及其驱动器作为自动车库最为关键的部位之一的回转机构，我们使用步进电机来保证所需要达到的精度电机：DM5654C驱动：DMD402A参数如下：电机技术规格： 型号步距角相电流保持转距静转距转动惯量重量DM5654C1.82.0A1.0N.m0.04N.m300gcm2700g驱动技术规格：说明最小值典型值最大值单位输出相电流（峰值）0.25-2.0A电源压（直流）143240V逻辑输入电流61030mA步进脉冲频率0-200KHz绝缘电阻500-M (三)气动元件作为自动车库核心部分的载车机构，其动作的动力由气压通过汽缸来传动气动图如下：当载车机构抬升时，YA1吸合，汽缸1伸出，抬升到位后，YA1断电，换向阀回中位保持。当载车机构下降时，YA2吸合，汽缸1缩回，缩回到位后，YA2断电，换向阀回中位保持。当载车机构伸出时时，YA3吸合，汽缸2、3顺序伸出，伸出到位后，YA3断电，换向阀回中位保持。当载车机构缩回时，YA4吸合，汽缸2、3顺序缩回，缩回到位后，YA1断电，换向阀回中位保持。(四)遇到的问题与解决方案在做步进电机脉冲的地方我们遇到了一个问题，我们所用的PLC不能发射满足我们所需要的脉冲频率。解决办法方案一：使用晶体管输出的PLC方案二：使用PLC控制可控硅做脉冲输出在两者之间权衡，选择了相对经济、又能达到控制要求的方案二方案二我们用555定时器（图3.2）构成多谐振荡器（图3.3），为驱动器发送脉冲信号。下面介绍555定时器与多谐振荡器的组成与工作原理。 555定时器555定时器是由模拟和数字电路相混合构成的集成电路。电路中使用了三个5k的电阻，故取名为555电路。，555电路只要外接少量阻容元器件，就可以组成单稳态触发器，多谐振器，多种波形发生器等。电路结构简单，性能可靠，使用方便，应用范围很广泛。图3.2 555定时器内部结构图及引脚排列图555定时器主要由两个电压比较器(C1和C2)，一个基本RS触发器，一个泄放三极管TD和三个5k电阻构成的分压器组成。与非门G1和G2构成基本RS触发器，输入 为复位端，低电平有效。比较器C1和C2的输出Uc1、Uc2为RS触发器的触发信号。若比较器C1（C2 ）“+”输入端的电位低于“-”输入端电位，即UU，则输出UC为低电平(UC = 0)，反之输出UC为高电平(UC = 1)。比较器C1的参考电压U1（VREF1）= Vcc，比较器C2的参考电压U2-(VREF2)= VCC。如果U1（VREF1）的外接端CO接固定电压UCO，则U1（VREF1）=UCO, U2-(VREF2)= UCO。泄放三极管TD为外接电容提供充、放电回路。反相器G3为输出缓冲反相器，起整形和提高带负载能力的作用。引脚4为复位端 ；引脚5为电压控制端CO，可以改变比较器C1 、C2的上、下参考电位VREF1和VREF2。引脚2为低电平触发端 ；引脚6为高电平触发端TH；引脚7为TD的集电极开路输出（放电）端DISC。多谐振荡器图3.3 555构成的多谐振荡器电原理图 高、低电平触发输入TH、TR相连，作为输入。电压控制端CO接0.OlF电容滤波，D端接高电平。三极管TD集电极上拉电阻RA至电源VCC构成反相器，反相器输出DISC通过RBC积分电路反馈至输入TH、TR，组成自激多谐振荡器。电路没有稳态，也不需外加触发信号，电源通过RA，RB向C充电以及C通过RB向DISC端（7）放电，使电路自动在两个暂稳态之间变化，形成振荡信号输出。可以分析，在电容充电时，电路的暂稳态持续时间为tW1=0.7(RA+RB)C在电容C放电时，暂稳态持续时间为tW2=0.7RBC因此，电路输出矩形脉冲信号的周期为T= tW1+ tW2 = 0.7(RA+2RB)C输出矩形脉冲的占空比为q =多谐振荡器工作说明： 脉冲频率：100KHz 占空比：75% TH=75.00us TL=25.00us但仅仅这样是不能满足我们的控制要求的。PLC的定时器的精度为1ms。而我们假如选用10kHz的频率那么一个频率周期的时间为0.1ms，这样就会出现0.9ms的误差。所以 在电路的连接中，我们要加入计数器来通过控制脉冲的个数来达到我们的精度控制要求。在这里我们使用89S52制作一个计数器来控制脉冲数量，将555发送的脉冲分为两个部分，一组脉冲送给步进驱动器，另外一组脉冲送给计数器，并行传输。当计数器计够设定的脉冲数后将会阻断555的脉冲，并且给PLC一个信号 中断PLC控制555的信号，已达到精确控制脉冲数量的目的。其流程示意图如下：89S52单片机制作计数器程序如下：Org 0000h ;程序开始Ajmp main ;跳转至main处Main:nop ;空指令Rel: Mov a , p1 ;将p1口状态放入A寄存器Cjne a , #01h , rel;判断A是否等于01H，也就是P1.0口是否为1，如果不相等则返回REL处， 如果相等则继续执行Rel2:mov a , p1 ; 将p1口状态放入A寄存器cjne a , #00h , rel2 ; 判断A是否等于00H，也就是P1.0口是否为0，如果不相等则返回REL处，如果相等则继续执行inc 30h ;前面的两个判断说明了一个脉冲，所以给30h地址加1，记录了一个脉冲mov a , 30h ;将记录的脉冲数放入A寄存器cjne a , #0ffh , rel ；判断脉冲数是否达到要求数量，如果达到则继续执行，如果没达到则跳转回REL处。Setb p2.0 ;将P2.0置位，给PLC的反馈信号，说明要求脉冲数量已经达到。Clr 30hRetEnd四、智能立体车库的末梢神经-检测装置作为车库精度保障最关键的组成部分之一，检测装置的选择显得尤为重要。 检测开关的选择接触式开关接近开关开关优缺点对比做为开关，每一种都有它本身的优点与缺点，我们要选择合适的开关，首先要了解他们的优缺点和我们的实际要求对开关的要求：回转检测：要求很高的回转检测精度（X0.07）层位检测：要求很高的往返检测精度（X1mm）开关的性能1接近开关 以市面上可以买到性价比最高，直径8mm的接近开关为例它的触发可能性有两种，如图所示：通过上图，可以很明显的看出两种运动方式触发接近开关的误差。（方块代表遮蔽物，圆圈代表接近开关）因为接近开关并不是完全遮盖住探头才会生效，所以会产生这种误差，假设遮蔽物运动至接近开关探头一半时开关生效（实际过程中略大）而遮蔽物的直径为8mm的话，那么两种运动方式的误差可以达到8mm。明显不符合我们实际运用的要求2接触式开关接触式开关是我们最常见的开关，它通过物理接触进行通断动作，接触点很小，所以往返精度相对较高，缺点是受油污影响较大。但是符合我们对开关的要求。所以在检测开关上，我们选择了接触式开关。 (二)检测开关的设置 节约I/O点的安排为了节约PLC I/O点的使用，我们在程序上进行了优化，所以在硬件设施上也有许多改进在层数上：每层有一个限位开关作为层数信号在回转上：只有一个限位开关，作为回转零位。通过每次回零位来保证步进电机回转精度 五、 智能立体车库的肢臂-机械结构 (一)机械机构设计我们车库的整体结构是三层圆盘式十一车位升降横移式结构，其主要分为：1.提升机构升降平台和对重装置分别连接在曳引钢丝绳的两端，曳引钢丝绳挂在曳引轮上。曳引绳轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力（也叫曳引力），驱动升降平台和对重装置上下运行。2.载车机构载车机构的原型是我们常见的叉车在这里我们采用6*10mm小型气缸控制托板的升降，两个10*200mm的汽缸控制载车板的伸出与缩回。用两个多段导轨固定的栽车板下的左右大梁上，来承受栽车板和小车一起伸出时的径向力和确保其伸出方向的位置准确性。3.回转机构回转机构采用车床刀架改装而成，主要为了采用刀架中的涡轮蜗杆机构。由于蜗杆与