基于PLC的PSH16D型立体停车库控制系统设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 编号 毕 业 设 计（论文） 题目 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库 控制系统设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 109040204 学生姓名 邹 正 明 学号 10904020437 指导教师 职称 时 间 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 目 录 摘 要 Abstract 1 绪论 1 1.1 立体停车库的简介 1 1.2 本课题设计的背景 3 1.3 本题设计的内容 4 1.4 本题设计的目的及意义 4 2 立体停车库控制方案的 6 2.1 系统设计的基本步骤 6 3 升降横移式立体停车库的构成及工作原理 7 3.1 升降横移式立体停车库的构成 7 3.2 升降横移式立体停车库的工作原理 7 4 立体停车库部分硬件的设计 9 4.1 安全防护装置 9 4.2 传感器的选择 9 4.2.1 感烟感温传感器 10 4.2.2 红外线传感器 10 4.2.3 行程开关 11 4.3系统控制箱设计 11 4.4电动机的选型 12 4.4.1 升降传动电机 12 4.4.2 横移传动电机 12 4.5 PLC 的选型 13 4.5.1 PLC 的选型 13 4.5.2 PLC 外部接线图 15 5 立体停车库控制系统软件设计 16 5.1 PLC 工作过程 16 5.2 PLC 程序编制原则 17 5.3 I/O 点 地址 分配 17 5.4 控制系统设计流程 图 19 5.5 PLC 控制系统的梯形图设计 21 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 6 总 结 22 致 谢 23 参考文献 24 文献综述 25 附录 PSH16D 型立体停车库 PLC 梯形图 32 全套资料带 CAD 图， QQ 联系 414951605 或 1304139763 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 I 摘 要 立体车库是用来实现部分车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车数量的不断增加，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 更好的利用上地资源，发挥空间优势，更大限度地停放车辆，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可行性的双重因素。 本文是在对国内外车库现状及发展趋势做了调研的基础上，选择三层六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：车库的结构部分、传动装置部分以及控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统作了比较详细的说明。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的可编程序控制 器 (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，采用 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： 立体车库；控制系统；可编程序控制器 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 II 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 six-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 paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIEMENS 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 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 1 1 绪 论 1.1 立体停车库的简介 停车库系统就其结构特征来分类，可分为平面式和立体式两种，平面式又分为地下平面式停车库、地上平面式停车库；立体式停车库又可分为自行式立体停车库、半自动立体停车库和全自动立体停车库，而全自动立体停车库还可分为两层或多层平面式全自动立体停车库、竖向密集型全自动立体停车库以及特殊造型结构全自动立体停车库。 目前，机械式立体停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，下面简单介绍下前面四种立体车库。 （ 1） 升降横移式立体停车库 升降横移式立体车库采用以载车托盘升降或横移存取车辆的立体停车设备叫做升降横移类停车场，如图 1所示。 图 1 升降横移式立体停车库 升降横移式立体车库配置灵活，造价较低。每单元可设计成多层结构，车位可从几个到上百个。其突出特点是节省占地，配置灵活，存取车迅速，等候时间短，价格低，消防、外装修、土建地基等投资少；采用自动控制系统，构造简单，安全可靠，运行平稳，工作噪声低。车库主要停车托板、机械传动、电气传动、自动控制、安全防护几部分组成，主要适用于商业、机关、住宅小区配套停车场 的使用。一般升降横移式单车位造价仅为的垂直升降类或巷道堆垛类的 1/6 1/3，非常适合我国现阶段国情。 (2) 巷道堆垛式立体停车库 巷道堆垛式立体车库利用堆垛机或者桥式启动机作为存取车辆的工具，如图 2所示。它在垂直和水平方向的负荷运动将车辆快速送进或取出。这种车库不需要车道，而且出 入口设置灵活，所有车辆均由堆垛机进行存取，对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 2 成本较高，但该立体车库容积率高，适合于用地紧张，绿化要求高，停车相对密集的场所。 图 2 巷道堆垛式立体停车库 (3) 垂直提升式立体停车库 垂直提升式立体车库又称为电梯式车库，因其独立的车库像塔而又被称为塔库，如图 3 所示。这种类型的车库空间利用率很高，在 50 平方米的地面使用垂直提升式立体车库，可以建造一座 25层的塔库，存车辆可达达到 50 辆，平均每平方米停放 1辆车。这种车库通过提升机的升降和装在升降平台上的横移机构将车辆或载车托盘横移，实现车辆存取，具有省电，噪音小，运行速度快以及操作简单维护方便等独特优点。该立体车库采用回转盘技术，车辆可以直进直出，使用便捷，对于城市繁华区域或其他停放车辆较为集中的地方，采用这种类型的车库更是合适。车库一般较高 ，但占地却最小，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，所以造价较高。 图 3 垂直提升式立体停车库 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 3 （ 4）垂直循环式立体停车库 垂直循环式立体车库外观像垂直升降类的车库，通过巨型链轮和链条带动存车拖降做垂直方向的循环运动来达到存取车的目的，如图 4 所示。这种车库设备动力单一，控制简单，维护方便、故障少。该类大型车库一般为封闭式建筑结构，停放车辆可达 40以上，小型车库可以根据地理条件单独设定，也可以多台设备连台设定。垂直循环式车库占地少，两个泊位面积可停 6 10辆车；价格低，投资少，建设周 期短。 图 4 垂直循环式立体停车库 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，可以发现用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。本文以 3 层 16 车位升降横移式立体停车库为研究对象，设计了基于 plc 的控制系统，并在 s7-200 上得到实现。 1.2 本课题设计的背景 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， 截至 2011年 8 月底，全国机动车 的数 量达到 2.18亿辆 ， 汽车 数量 首次突破 1 亿辆。 而早在 2000年，全国机动车数量仅为 1249 万辆，汽车数量为 625 万辆。通过以上数据不难看出，短短 10 年里，中国的机动车辆的数量增加了 17 倍，汽车的数量增加了 16 倍。 而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止到 2007 年底，市区仅有公共停车场 827 处，共计车位 5.8 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相当突出。上海的情况 也让人无法乐观，仅有的 228 个地下车库的有效使用面积不足 60 万平方米，只能满足 1.3 万辆机动车停放的需求，路边停车 渐呈泛滥之势，比例高达 65，而且还有继续上升的趋势。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，城市机动车数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，北京市有关部门对 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重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 4 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 成为了必然。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缺最保守估计应为 20 30。 停车难问题现在已引起了社会各界的关注，所以很多高校的老师都把立体停车库这个课题作为教学科研的一个项目，让同学们把所学的知识运用到社会实践中去。刚好这次我有幸获得这个课题的研究设计。 1.3 本题设计的内容 本课题的主要内容是基于西门子 S-200 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 载车板 移位产生垂直通道 ,实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为 2维矩阵形式 ,可设计为多层和多列。由于受收链装置 及进出车时间的限制 ,一般为 24 层 (国家规定最高为 4层 ),2 层、 3 层者居多 ,现以地上 3层 6 列 升降横移式 立体车库 为例 ,说明停车库的运行原理。 升降横移式 立体车库结构特点是：底层只能平移 ,顶层只能升降 ，中间层既能升降，也能平移 。除顶层外 ,其他 层都必须预留一个空车位 ,供进出车升降之用。当底层车位进出车时 ,无需移动其他托盘就可直接进出车 ；除底层外的其他 层进出车时 ,先按下存、取车按钮，然后再按车位号，程序就开始启动，建立下行通道， 直到下方为空才可进行下降动作 ,进出车完成后再上升回到原位置 ，横移的载车板也回到原来的位置 。其运动的总原则是：升降复位 ,平移 也 复位 。 1.4 本题设计的目的及意义 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，也可以见缝插针的设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难较为有效的手段，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其独特的优 越性。首先，机械式立体停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，而如果采用双层立体式机械停车库，可使地面的使用率提高 80 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，并节省土建开发的经济成本。 机械式立体停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。确切的说，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。机械车库一般情况下不做成套系统，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，在住宅区的每重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 5 个组团中或每栋楼下都可以随机的设立机械式立体停车库。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便的条件。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较为有效的措施。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，立体车库的设计目的： 是解决目前城市用地紧张，缓解停车难的一个较为有效方法。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。 除上诉立体停车库给社会带来的意义外，同时这次毕业设计也给我带来了很多收获。通过这次毕业设计，我更加深入的了解智能立体车库的工作原理，能够熟练掌握 PLC在立体车库中的运用，能够自主的对立体停车库的控制系统进行设计；掌握了控制系统的设计步骤流程以及方案制定方法，具备了控制系统硬件设计、软件编制与调试等基本能力，提升了自己对于设计智能控制系统这方面的能力，而且能够将所学的知识与社会实践相结合。 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 6 2 立体停车库控制方案的 2.1 系统设计的基本步骤 （ 1）立体停车库系统设计的主要步骤，如图 5 所示 图 5 立体停车库控制系统的设计基本步骤 （ 2）在本次课题设计过程中主要思路如下： 1）深入的了解和分析立体车库的工作原理和控制要求。 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，选择步进电机的类型。 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。 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 7 3 升降横移式立体停车库的构成及工作原理 3.1 升降横移式立体停车库的构成 升降横移式立体停车库通过升降或横移载车板存取车辆。升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。如图 6 所示。主框架是立体车库的支撑结构，通常采用钢结构。载车板用来承载库存车辆，载车板上有横移电机，带动载车板整体做横移运动。载车板上的搬运器由四根钢丝绳与框架连接，可以升降。升降横移式立体停车库的传动系统分 为升降传动系统和横移传动系统，是整个车库系统较为的核心部分。升降横移式立体停车库的控制系统可以采用可编程控制器 (PLC)、单片机等硬件控制继电器、接触器的状态，完成升降、横移的动作，从而完成车辆的存取。安全防护措施是立体车库的安全保障，一般有紧急停止开关、防坠装置、警示装置等。 图 6 升降横移式立体车库框架示意图 3.2 升降横移式立体停车库的工作原理 图 7所示为 3层 16车位升降横移式立体停车库的工作原理示意图。图中的空位是无载车板的空位，为车位升降提供通 道。空车位在初始化状态下是没有存放车辆的载车板的。存放在地面层的 1、 2、 3、 4、 5车位的车辆可以“直接”存取，其载车板只做横移运动，不做升降运动；中间层的 6、 7、 8、 9、 10车位的载车板既可以做横移运动，又可以做升降运动；顶层的 11、 12、 13、 14、 15、 16车位的载车板只做升降运动，不做横移运动。升降横移式立体停车库一般为 2-4层，每个车位单独配有载车板。中间和地面层每层都有一个空位，顶层没有空位。上层车位如果要到地面层，需要将下层的载车板移开，使得上层车位的下方腾出空位，然后进行升降。 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 8 图 7 升降横移式立体停车库工作原理示意图 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 9 4 立体停车库部分硬件的设计 4.1 安全防护装置 停车库的安全防护措施是非常重要的，在众多的车库中车辆的高价性与车库自身的价值存在很大的差异，并与客户对车库的信任度有着密切的联系。对于升降横移式立体停车库，它的安全防护措施要做到以下几点，并且配备有相应的防护装置。 （ 1）防火措施 :在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把监控信号传给中央控制系统。 （ 2）急停措施 :在发生异常情况时能使停车设备立即停止运转 ，在操作盒上安装有紧急停止开关，并设为红色，以示醒目。 （ 3）阻车装置 :在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上，一般在载车板的后端一侧安装上一块高 25mm 以上的阻车挡铁，方便司机准确停车。 (4）人车误入检出装置 :设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全，一般采用红外装置。一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使这个车库停止运作。 （ 5）防止载车板坠落装置 :当载车板升至定位点后，需设置防坠装置，以防止载车板因故突然落下，伤害人车，一般防坠装置采 用挂钩形式。挂钩防坠方式有电磁铁驱动和机械驱动。在本设计中采用的是机械式挂钩，它有性能可靠、结构简单、便于维护、经济实用等特点。 4.2传感器的选择 PSH16D 型升降横移式立体停车库控制系统要完成对运动位置的监测、车库现场的监控等任务，需要大量的监测传感装置。在选择监测传感装置时，其装置一般要符合以下要求 : （ 1）输入输出信号之间要求一定的函数关系。经常要求时单值、直线性的函数关系，即符合 式中 : （ 2）有较高的的灵敏度和较大的信噪比。灵敏度高，意味着被测量有微小变化时传感器就有较 大的输出，但又要求传感器本身噪声小，且不易从外界引进干扰噪声。 （ 3）响应速度快又不失真。即要求输出信号随输入信号变化的响应时间越短越好。 （ 4）线性范围宽。任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成正比关系。线性范围愈宽，表明传感器的工作量程愈大。 （ 5）稳定性好，抗干扰能力强。稳定性指传感器经过长期使用后其输出特性不发生变化。影响传感器稳定性的是时间和环境，环境又包括温度、湿度、尘埃、振动、电场、磁场干扰等因素。 （ 6）有较高的精确度。传感器的精确度表明传感器输出与被 测量之间的对应程度以及重复一致的程度。 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 10 （ 7）输出信号易于微机接口。对于控制系统而言，要求传感器的输出信号尽量符合计算机控制系统输入通道的信号要求，即为 O5V， 15V， O10V， 0 一 ZOmA， 4 一 ZOmA等标准电压、电流。 （ 8）结构要简单，易于安装更换，易于维护，性价比要好。 在选择传感器监测装置时，要以上述要求为依据。 PSH16D 型升降横移式立体停车库控制系统中所涉及到的传感监测装置有以下几种 : 4.2.1 感烟感温传感器 立体停车库对于防火的要求很高，所以在控制系统中， 必须要选择性能比较好的感温感烟传感设备。分布智能烟温复合探测器，按照国家标准 GB4715-93和 GB4716 一 93的要求设计，感烟灵敏度达到一级，即减光系数 =1000；误码率 1500m。在车库运作过程中，烟温探测器一旦测出被测量超出测量上限，就会发出火警信号，作为输入量传给控制系统。本设计系统中选的是嘉保 GB-2688 型烟温复合型传感器。 4.2.2 红外线传感器 停车库安装红外探测器有两种功能 :车库在运行时，不允许有其它物体进入车库工作区域，例如人和小宠物 ；在夜间或者无管理员时，防止偷盗和蓄意破坏等违法行为。在警戒范围内，为什么人在移动时被动红外探测器能够发生报警信号 ?在自然界，任何高于绝对温度 (一 273.巧 )的物体 (例如人和小宠物 )，其释放的红外能量的波长是不一样的， 因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器 (PTR)，它能将波长为 8 一 12pm 之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体或小宠物进入车库运行警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式 ，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个 :一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射 (反射 )在 PTR 上；第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的性是在 PTR 上产生变化热释红外信号，这样 PTR 就能产生变化的电信号。被动红外探测器具有多种型号，比如 DS 公司生产的 DS820、 DS720、 DS9360 等等，从 6 米到 60 米，从单红外到三技术，从壁挂式到吸顶式，那么所要求安装的探测器必须要考虑防范的空间的大小，周边的环境，出入口的特性等实际状况。有时要考虑更换菲涅尔透镜来满足要求。由于 被动红外探测器是属于一种微弱信号检测设备，在安装时，必须注意一些细节方面的问题，如高度、灵敏度等。正确安装一个被动红外探测器，必须掌握以下几个方面的信息 :首先是对探测器的性能特点必须了解，其次要合理确定安装位置，最后必须要仔细调试。不能说探测器能报警就说明安装好了，那么如何确定一个被动红外探测器的安装位置 (1)根据说明书确定正常的安装角度。安装高度不是随意的，会影响探测器的灵敏度和防小宠物的效果。 (2)不易面对玻璃门窗。被动红外探测器正对玻璃门窗，会有两个问题 :一是白光干扰，显然 PTR 对白光具有很强的抑 制功能，但毕竟不是 100%的抑制。因此避免正对玻璃重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 11 门窗，可以避免强光的干扰。二是避免门窗外复杂的环境干扰。 (3)不宜正对冷热通风口或冷热源。被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有密切的关系，冷热通风口和冷热源均有可能引起探测器的误报，对有些低性能的探测器，有时通过门窗的空气对流也会造成误报。 (4)不宜正对易摆动的物体。易摆动的物体将会使微波探测器起作用，因此同样可能造成误报。 (5)注意非法入侵路线。安装探测器的目的是防止车库在运行时有人或小宠物进入工作现场和休停期防止进入车库偷盗。 综合考虑到以上的 论述，本文所选的红外线传感器为欧姆龙公司生产的型号为 E3F3的传感器。 4.2.3 行程开关 PSH16D 型升降横移式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。行程开关是将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制，应用于车库系统的限位保护和行程控制。行程开关靠外加机械力使触点动作，可分为三种 :快速动作、非快速动作和微动。非快速行程开关在机械系统的移位控制中被广泛的应用，其缺点就是触头的通、断速度与机械运动部件推动推杆的速度有密切的关系。当运动部件移动速度较慢时，触头打开与闭合的速度就缓慢，触 点断开时产生的电弧维持时间较长，容易损坏触头。当运动部件移动速度小于 0.4m/min 时应当选用快速动作的行程开关。停车库中部件的运动均大于这个速度，使用的均为非快速行程开关。 本文选用了两种行程开关，一种的是欧姆龙公司的型号为 TZ-5104 的行程开关，它是常开，滚轮式的，额定电压为直流 12V 到 110V，交流为 220V 到 380V。本设计中这种行程开关用于底层和中间层载车板的左右横移限位，中间层和顶层载车板的升降限位。还有一种是欧姆龙公司的型号为 TZ5101 的行程开关，它是常开，顶柱式的。本设计中这种行程开关用 于中间层和顶层的载车板下降到底层时限位用。 4.3系统控制箱设计 根据本设计的需要，有 1 到 16 号车位的 16个选择按钮，自动按钮、手动按钮、启动、停止按钮、急停按钮、还有手动控制的上、下、左、右四个按钮。具体分布如图 8。 图 8 立体车库控制箱示意图 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 12 4.4 电动机的选型 在 PSH16D 型立体停车库中，传动机构是重要的组成部分，也是控制系统主要控制对象。控制系统控制传动机构中的交流电机拖动载车板的上下升降和左右横移。升降横移式立体停车库载车板横移和升降速度都比较低，要求电机输出转速不能太高。目前，比 较常用的方法是使用变频器控制交流电机输出转速，但是在立体停车库中电机的负载较大，则控制变频器输出功率较高，成本会有大的增加，并且要求电机在掉电时能够机械制动，这是变频器无法实现的 12。所以，选用带制动的大功率减速电机作为车库驱动电机，造价不高，安全可靠。 4.4.1 升降传动电机 载车板 采用拼装式 选用防滑钢板焊接制作，在载车板的钢板下面还设有肋板进行加固。根据车位规格：长 L=5000mm，宽 W=1850mm，高 H=1550mm；载重： 1800kg。根据升降横移式立体停车库设计规范 ， 可估算 载车板的质量约为 500-550kg， 载车板升降速度在 4m/min6m/min，所以初步设计载车板的提升速度为 5m/min，即 电机以0.083m/s 的速度 提升载车板，钢丝绳的拉力为： ( 1 8 0 0 5 5 0 ) 9 . 8 2 3 0 3 0F m g N （ 4.1） 则卷筒所需的有效功率： 2 3 0 3 0 0 . 0 8 3 1 9 1 1wP F V W （ 4.2） 其中 F 为钢丝绳的拉力， V 为提升速度。 考虑传动中的各种摩擦阻力，使载荷阻力增大 10% ，则 Pz Pw110%=2.1KW。电机 输出功率 Pz1Pz。根据立体停车库的设备要求及以上的计算结果，所选应选用有制动功能的交流减速电动机，避免在停电的情况下载车板滑落，造成人员伤亡及车辆损坏。所以选用 JXJ231 摆线针轮减速三相异步电机 n=62.2r/min，减速比为 23。 4.4.2 横移传动电机 通过链传动由滑轮实现横移运动。（参考文献机械式三层升降横移式立体车库的设计）平移重量约为 G=26170N。取导轨面摩擦系数 f = 0.20，则框架平移时所受阻力 F： 2 6 1 7 0 0 . 2 0 5 2 3 4F G f N （ 4.3） 平移速度为 v =8m/min，即 v=0.13m/s。 1 5 2 3 4 0 . 1 3 6 8 0 . 4 2 W 0 . 6 8 k WP F v （ 4.4） 考虑传动中的各种摩擦阻力，使载荷阻力增大 10%，则 1 1 1 0 % 0 . 6 8 1 . 1 0 . 7 4ZP P k W （ 4.5） 取传动中各部件的效率如下：链传动效率 =0.97，轴承效率 =0.99， 总 =0.922，所需电机功率为： 1 / = 0 . 7 4 / 0 . 9 2 2 = 0 . 8 0ZZP P k W 总 （ 4.6） 所以选用 JXJ112 摆线针轮减速三相异步电机 n=32.1r/min，减速比为 43。 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 13 在升降、横移传动系统中均选用了 JXJ 型摆线针轮减速电动机，如图 9 所示，其优点是： 1）采用了行星传动原理，输入轴输出轴在同一轴心线上，结构紧凑体积小，不占用过多的车库空间； 2）高速比和高效率单级传动，就能达到 1： 87 的减速比，效率在 90%以上； 3）在运转中同时接触的齿对数多，重合度大，运转平稳，振动和噪音； 4）使用可靠、寿命长，主要零件采用轴承钢材料； 5）设计合理，维修方便，容易分解安装，最少零件个数以及简单的润滑。 图 9 JXJ 型摆线针轮减速电动机 PSH16D 立体车库中使用的减速电机均需要正反转，以实现载车板的上下升降和车位架的左右平移。控制系统驱动减速电机原理示意图，如图 10。 图 10 控制系统驱动减速电机原理示意图 4.5 PLC 的选型 4.5.1 PLC 的选型 基于设计和调试的方便，本次设计采用德国西门子公司生产的 S7 200 系列。 S7200 性价比高，结构小巧、运行速度高、价格低廉及多功能多用途，在当今的很多企业得到广泛的使用 。 s7 200 系列有 5 种 CPU 模块，其中， CPU226 模块有 24 输入、 16输出，具有扩展功能和较强的控制功能，适用于复杂的中小型控制系统，故本系统采用 CPU226 模块为重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 14 控制系统的基本单元。根据输入输出分析，该控制系统需要 83个输入和 45 个输出，基本单元不能满足输入输出的要求，需要增加扩展模块。所选的扩展模块为 16 入 16出的EM223 扩展模块，共需扩展 4片。基本单元右侧的扩展接口与扩展模块左侧的扩展接口通过总线连接，扩展模块右侧的扩展接口与下一个扩展模块左侧的扩展接口通过总线连接。 (1)如图 11 所 示， CPU226 本机集成了 24 点输入和 16 点输出，共有 40 个数子量 I/O，可连接 7个扩展模块，最大可扩展至 248 点数字量 I/O 或 35路模拟量 I/O。 CPU226 有13KB 程序和数据存储空间， 6 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出。 CPU226 配有两个 RS-485 通信 /编程口，具有 PPI 通信、 MPI 通信和自由方式通信能力，适合本设计的要求。 图 11 CPU226 实物图 (2)如图 12 所示，输入 /输出扩展模块 EM223 有 6 种类型，包括 24V DC4 入 /4 出 ,24V DC4 入 /继电器 4出 , 24V DC8 入 /8 出 ,24V DC8 入 /继电器 8出 , 24V DC16 入 /16 出 ,24V DC16 入 /继电器 16 出。 6种类型均有隔离，本设计采用的是 24V DC16 入 /继电器 16 出。 图 12 EM223 数字量混合模块 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 15 4.5.2 PLC 外部接线图 图 13 车库电气控制原理示意图 图 14 车库电气自动控制主电路原理示意图 重庆理工大学毕业论文 基于 PLC 的 PSH16D 型立体停车库控制系统设计 16 5 立体停车库控制系统软件设计 5.1 PLC 工作过程 PLC 的工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个 阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 12。 （ 1） 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （ 2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不