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城市立体波车库机构及控制设计【5张图纸】【优秀】【Word说明书+CAD图纸】

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x0066 城市 立体 车库 机构 控制 节制 设计
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目    录

摘要······························································· 1

Abstract····························································2

第一章 绪论                

1.1 课题研究的意义················································· 3

1.2 国外的研究动态················································· 3

1.3 国内的现状····················································· 3

第二章方案的选择

2.1 立体车库方案比较··············································· 5

2.2 控制策略方案比较··············································· 8

第三章控制系统的选择

3.1  垂直升降式立体停车库控制系统的原理··························· 9

3.2  垂直升降式立体停车库控制系统的基本要求······················· 10

3.3  垂直升降式立体停车库控制系统硬件的选择·······················11

第四章 电气控制系统设计

4.1  车库的单位控制机构···········································15

4.2  升降机的设计与驱动···········································16

4.3  检测系统·····················································18

4.4  横移机构的设计与驱动·········································21

4.5  电气控制接线图···············································22

第五章 PLC程序设计

5.1 PLC 控制技术介绍···············································25

5.2 PLC 的硬件配置和设计思路······································26

5.3 主程序的设计···················································30

5.4 存取车程序的设·················································32

5.5 驱动和保护程序的设计···········································40

总结与展望·························································43致谢·······························································44

参考文献···························································45

附录1 英文参考文献················································46

附录2 外文文献翻译················································49



城市多层泊车立体库-结构及控制设计

摘 要：随着汽车的日益增多，尤其是在人口密集的大都市，解决停车难的问题显得尤为迫切。全自动立体车库作为智能建筑的一部分以其高效、快速、安全等特点成为解决都市停车难问题最有效的途径，立体车库控制系统是实现车库安全、高效率运行的关键。

本文将 PLC 控制技术应用于电梯式立体车库，设计了电梯式立体车库自动存取车系统，并就其机械结构、工作原理、硬件结构、监控软件做了研究，主要内容如下：

在分析了各种立体车库的功能及运行特点的基础上，得出电梯式立体车库是未来发展的主流。本文对电梯式立体车库的机械机构及其控制策略进行了分析和研究。阐述了电梯式立体车库自动存取车系统的工作原理及其上位机的功能。设计了立体车库与上位机的通信、立体车库的升降机构和横移机构。给出了电梯式立体车库的硬件接线图，并对一些开关元件进行了介绍与选择。介绍了电梯式立体车库的软件设计思想，并给出了 PLC 的硬件配置图、程序流程图和程序。


关键词：立体车库；PLC；控制策略；实时监控

The Design of Automatic Control System of

Experimental Stereo Garage


Abstract：With the increasing of the number of cars, especially in big city, it is very urgent to resolve parking problems. The stereo garage, as the part of the intellectualized building, has gradually become the most effective method to handle the parking problems in bigcity, because of its high efficiency, rapidness and security. The control system of stereo garage is the key technology for realizing its safe and high efficiency running.

In this paper, the PLC control technology was used. The automatic system of the stereo garage, the mechanical structure, the work method, the hardware structure and the monitoring software are researched. The points are as following:

In analyzing the various functions and chiastic of stereo garage, we found the development of the stereo garage and the PLC control technology is the orientation. Introduced the mechanical structure of the stereo garage and analyzed the control strategy. Introduced the work way of the stereo garage and the function of its control PC and researched their communication, the rise and fall structure and the horizontal moving structure. Introduced the hardware diagram and the choice of the components. Introduced the software design of the stereo garage, and gave the hardware diagram, flow chart and programs.


Key words: Stereo garage; PLC; Control Strategy; Real Monitoring



内容简介：
湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：城市多层泊车立体库-结构及控制设计专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2010963143 姓 名： 邹栋智 指导教师： 李 卫 完成日期： 2014年5月15日 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书设计（论文）题目： 城市多层泊车立体库-结构及控制设计 学 号： 2010963143 学生姓名 邹栋智 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名： 李 卫 系主任： 刘柏希 1、检索国外城市多层泊车立体库设计的发展动态，分析国内的现状； 2、完成城市多层泊车立体库系统方案选择； 3、完成系统中城市多层泊车立体库结构设计； 4、完成系统中城市多层泊车立体库控制功能设计； 5、总结系统设计的体会和收获； 6、完成毕业设计说明书的文稿工作，要求：总字数不低于一万字，使用A4编辑及打印（任务书双面打印一张，鉴定意见表双面打印三张）； 7、技术图纸：零件图1张（0号）、装配图1张（0号）、系统控制原理图1张（0号）、系统程序流程图1张（0号） 8、翻译英文技术资料：翻译国外城市多层泊车立体库系统（或相关课题）开发及研究的英文资料。要求：3000单词，复印原稿与翻译(打印)稿同册装订。 二、重点研究的问题： 1、 系统中城市多层泊车立体库结构设计； 2、 系统中城市多层泊车立体库控制功能设计； 三、进度安排 各阶段完成的内容起止时间1资料检索、查询2014年2月20日 3月5日2系统总体方案构思及设计2014年3月 6日 3月15日3完成系统方案选择设计2014年3月16日 3月31日4完成结构部分设计； 2014年4月 1日 4月15日5完成系统控制部分设计；2014年4月16日 4月30日6毕业设计说明书撰写、图纸绘制编辑2014年5月1日 5月20日7交毕业设计说明书和图纸，答辩准备2014年5月21日 5月25日四、应收集的资料及主要参考文献1 徐培万.立体发展及市场前景J.国外科技动态.2000.05 2 张献峰，孟祥海.城市中央商业停车需求发展状况探析J.黑龙江交通科技2006.08 3 付翠玉，关景泰. 立体车库发展的现状与挑战J. 机械设计与制造.2005.9 4 张启君.立体车库的主要型式及技术特点J.机电产品开发与创新.1998.2 5 潘耀芳，王轩.智能化立体车库优化车辆存取策略研究J.物流科技 2002.06 6 潭青，谢坚.电梯式立体车库能耗最优化控制策略J.起重运输机械.2003.2 7 杨晓芬，肖华. 自动化立体车库存取策略的比较分析J. 机械制造与自动化.2004.5 8 任伯淼.机械式立体停车库M.北京:海洋出版社,2001. 9 杨东梅，高炳学.立体车库的布局设计J.起重运输机械.2003.5 10 章亚娣.塔式立体汽车库的设计J.浙江建筑.1998.6 11 王芳卿.立体停车库及其控制J.电气传动.1998.06 12 丛望,郭镇明.电机学M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.1996 13 秉时.浅谈光电开关的工作原理及应用J.红外.2002,48-49 14 李雪雪.PLC 在立体车库自动控制中的应用与研究J.2003.02 15 郭建江.PLC 在塔式立体车库控制系统中的应用J.机电工程技术.2003年第32卷第5 期 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学 号： 2010962937 学生姓名 俞宗敏 专 业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 焊缝跟踪系统焊接小车设计 评价项目评 价 内 容选 题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当。能 力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。工作量工作量是否饱满，含论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。综合评价该生毕业设计，选题符合要求，难度、份量适当，有综合归纳文献资料的能力及综合运用知识的能力和计算机应用能力，设计说明书结构较合理,文字较通顺。评阅人姓名 ： 年 月 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学 号： 2010963143 学生姓名 邹栋智 专 业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张论文（设计）题目： 城市多层泊车立体库-结构及控制设计 内容提要：本设计是关于PLC控制的城市立体波车库的结构及控制设计，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控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作以及声光报警系统。此系统采用的是可靠性、抗干扰能力强的PLC来实现整体控制。在设计中重点介绍了控制系统的硬件构成和软件的基本控制流程，以及控制系统所用到的PLC电气原理图。指导教师评语该生在毕业设计中，积极认真，钻研思考，设计方案较合理，按时按量，较好地运用所学知识，有综合运用文献及计算机的能力，设计任务完成的较好，设计及说明书符合要求，分析问题和解决问题的能力得到提升。同意其参加答辩，建议成绩评定为指导教师姓名： 年 月 日答辩简要情况及评语根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为答辩委员会主任： 年 月 日目 录摘要 1Abstract2第一章 绪论 1.1 课题研究的意义 31.2 国外的研究动态 31.3 国内的现状 3第2章 方案的选择2.1 立体车库方案比较 52.2 控制策略方案比较 8第3章 控制系统的选择3.1 垂直升降式立体停车库控制系统的原理 93.2 垂直升降式立体停车库控制系统的基本要求 103.3 垂直升降式立体停车库控制系统硬件的选择11第四章 电气控制系统设计4.1 车库的单位控制机构154.2 升降机的设计与驱动164.3 检测系统184.4 横移机构的设计与驱动214.5 电气控制接线图22第五章 PLC程序设计5.1 PLC 控制技术介绍255.2 PLC 的硬件配置和设计思路265.3 主程序的设计305.4 存取车程序的设325.5 驱动和保护程序的设计40总结与展望43致谢44参考文献45附录1 英文参考文献46附录2 外文文献翻译49城市多层泊车立体库-结构及控制设计摘 要：随着汽车的日益增多，尤其是在人口密集的大都市，解决停车难的问题显得尤为迫切。全自动立体车库作为智能建筑的一部分以其高效、快速、安全等特点成为解决都市停车难问题最有效的途径，立体车库控制系统是实现车库安全、高效率运行的关键。本文将 PLC 控制技术应用于电梯式立体车库，设计了电梯式立体车库自动存取车系统，并就其机械结构、工作原理、硬件结构、监控软件做了研究，主要内容如下：在分析了各种立体车库的功能及运行特点的基础上，得出电梯式立体车库是未来发展的主流。本文对电梯式立体车库的机械机构及其控制策略进行了分析和研究。阐述了电梯式立体车库自动存取车系统的工作原理及其上位机的功能。设计了立体车库与上位机的通信、立体车库的升降机构和横移机构。给出了电梯式立体车库的硬件接线图，并对一些开关元件进行了介绍与选择。介绍了电梯式立体车库的软件设计思想，并给出了 PLC 的硬件配置图、程序流程图和程序。关键词：立体车库；PLC；控制策略；实时监控The Design of Automatic Control System ofExperimental Stereo GarageAbstract：With the increasing of the number of cars, especially in big city, it is very urgent to resolve parking problems. The stereo garage, as the part of the intellectualized building, has gradually become the most effective method to handle the parking problems in bigcity, because of its high efficiency, rapidness and security. The control system of stereo garage is the key technology for realizing its safe and high efficiency running. In this paper, the PLC control technology was used. The automatic system of the stereo garage, the mechanical structure, the work method, the hardware structure and the monitoring software are researched. The points are as following:In analyzing the various functions and chiastic of stereo garage, we found the development of the stereo garage and the PLC control technology is the orientation. Introduced the mechanical structure of the stereo garage and analyzed the control strategy. Introduced the work way of the stereo garage and the function of its control PC and researched their communication, the rise and fall structure and the horizontal moving structure. Introduced the hardware diagram and the choice of the components. Introduced the software design of the stereo garage, and gave the hardware diagram, flow chart and programs. Key words: Stereo garage; PLC; Control Strategy; Real Monitoring第一章 绪 论1.1课题研究的意义目前我国各主要城市停车设施的建设远远落后于道路建设和汽车工业的发展，有资料表明，现有停车位数不及所需停车位数的 7%，停车问题也就逐渐成为大都市的一大难题，由此所带来的一系列问题令人担忧。立体车库具有占地面积少、充分利用立体空间等优点，因此在未来几十年，立体车库在我国会起着越来越重要的作用。目前在国内，立体车库事业逐渐兴起，己经建有不少立体车库，其中我国最大的立体车库南京正洪商城公共立体停车库已正式投入运营。它内设 208 个车位，转向、升降、停泊由电脑自动控制，仅需要 57 秒。我国生产的一些车库机械装置尤其在齿轮横移机构等方面己经接近世界先进水平，但是在其他方面，如控制技术以及车库系统的管理等，离世界先进水平尚有一段差距，很多大型立体车库的控制系统的硬软件依靠从国外引进。本文主要运用PLC控制技术设计一个电梯式立体车库模型,可以作为校内PLC控制的实验器材，培养学生 PLC 运用方面的能力，并且进一步推广立体车库的实际可行性。1.2国外的研究动态立体车库的应用已有30多年的历史了。发展较早、较好的有日本、韩国、德国等。在亚洲，立体车库采用较早应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。日本从事立体车库及其设备开发、制造的共有200多家，其中生产立体车库的约100多家，比较大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、东急、内外及昭和起重机等，产品既有出口的，也有进口的。韩国立体车库行业的发展历程比较平稳。20世纪70年代中期为起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为供应使用阶段。由于这几个阶段受到了政府的高度重视，各种立体车库得到了普遍的开发和利用，年递增速度达到30%；2000年以来为发展阶段，立体车库将随供应量不断的扩大而迅速发展。1.3国内的现状我国在20世纪80年代初开始研制和使用立体车库。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，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，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。现在从事停车设备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家。首批获得国家颁发的立体停车设备制造企业资质的企业有22家。产品经引进技术和自- 4 -我研制开发，生产技术水平有了很大的提高。许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，控制型式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机构中采用了模块化设计，这样便于组合使用，又易于安装拆卸，且可缩短施工周期;还采用一些新材料、新工艺，如采用H型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板坐载车板；安全保护方面采用了声光引导、定位装置及自动消防灭火系统等。目前品种的满足率己达90%左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50%以上。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，立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。立体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，立体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。立体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，立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流。在立体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。立体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。第二章 方案的选择2.1 立体车库方案比较立体车库的发展起始于 1960 年。到目前为止，已经发展出多种多样的立体车库。我们从立体车库的机械结构大致可以分为 4 类，分别是：巷道堆垛式、垂直循环式、垂直升降式、升降横移式。1、立体车库方案(1).升降横移式升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。图 2-1 升降横移式立体停车库产品特点：1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。4) 存取车迅速，等候时间短。5) 运行平稳，工作噪声低。6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。(2).巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。图 2-2 巷道堆垛式立体停车库(3) .垂直循环式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，电气控制系统比较简单。图 2-3 垂直循环式立体停车库产品特点：1）外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。2）价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。3）可采用自动控制，运行安全可靠。（4）垂直升降式立体车库:垂直升降式立体车库像电梯那样，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，垂直升降式车库有两类：塔形垂直升降式，这种车库一般在 28 层以下（韩国现代 30 层）。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。多层垂直升降式，这种车库一般在 510 层。其升降速度可低到 520m/min，轿厢系统尽量简化，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。图 2-4 垂直升降式立体停车库2、立体车库方案总结经过分析比较，采用多层电梯式立体车库设计方案，结构示意图如图2-5所示。因为垂直升降式立体车库与升降横移式立体车库相比，它的单车位成本甚至比 5 层以下的多层升降横移式要低，存取时间比多层垂直升降式要少。与同规格的竖直循环式相比，结构刚度更好，存取车效率更高，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。如图2-5 2-5 六层垂直升降式立体车库实验装置示意图结构设计由本组成员单俊宜同学完成2.2 控制策略方案比较1、控制策略方案车库运行的控制策略直接影响到整个车库的存取车时间、设备损耗和能耗。车库运行有 4 种控制策略。一、存车优先策略当电梯完成存取操作后回到基层，有且仅有 1 块托车板在电梯上，以供下辆辆车可立即开进电梯，无需等待。二、取车优先策略当电梯完成存取操作后回到基层，电梯上没有托车板，有利于取车者快速取车。三、存车优先和取车优先组合控制策略当车库的存车数量达到一定限度后，自动实现存车优先或取车优先的转换。在组合策略中，存车优先和取车优先的转换原则如下： in 为存车优先下限， Out为取车优先上限，in 和 Out 皆表示车库中存车数量（ inOut）。若当前控制策略是存车优先，则车库中存车数量从小于 Out 变化到大于 Out 时，控制策略由存车优先转换为取车优先。若当前策略为取车优先，则车库中存车数量从大于 in 转变到小于 in 时，控制策略从取车优先转换为存车优先。通过对参数 in 和 Out 的合理选择，便可实现存车优先和取车优先的转换，以适应存取车高峰。四、原地待命策略当电梯完成 1 次存取车操作后，停在原地等待下次操作。2、控制策略方案总结:首先，从经营者的角度来看，存车优先无需让停车顾客等待，可以避免了新顾客的不耐烦心理，更有利于车库的推广。其次，从能耗方面来看，存车优先的能耗要小于取车优先和组合策略，原地待命策略的能耗最低。原因是在存车优先模式中，顾客取完车以后，可以直接进入存车优先模式，所以其前期准备的能耗要远远小于取车优先。而组合策略是停车优先和取车优先的组合，所以其能耗居于两者之间。由于原地待命策略不必作前期准备工作，所以能耗最低。最后，本设计采用的是存车优先控制策略，原因是存车优先无论从经营者角度还是从能耗角度，都表现不错。第三章 控制系统的选择3.1 垂直升降式立体停车库控制系统的原理垂直升降式立体停车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。垂直升降式立体停车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。 控制系统车库现场人检测系统执行机构界面图3-1 车库系统控制原理框图垂直升降式立体停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。其系统控制原理框图，如图3.1所示。接口在车库的控制系统中是必不可少。接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。接口电路大致有三种：开关量接口电路、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。垂直升降式立体停车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电路。界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。操作人员可以通过界面向车库系统发送动作意图，车库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。简单的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机界面。垂直升降式立体停车库控制系统的具体组成，要根据具体的控制形式而定，其组成形式也很灵活多样。3.2垂直升降式立体停车库控制系统的基本要求车库现场一般环境比较恶劣(一般为室外)，如高温、粉尘、高湿度、振动、强电设备启动的磁场干扰等，所涉及的控制系统除了要满足控制任务，还需要满足如下的基本要求：1、可靠性高 车库控制系统在车库现场应能长期、可靠、稳定地工作。一方面，必须具有很强的抗车库现场干扰能力；系统设计时，就应根据使用环境，考虑合适的抗干扰措施。另一方面，控制系统必须能长期稳定的运行。如用下面公式来衡量，有效度A愈接近1，控制系统长期运行的可靠性就越高，这取决于合理的系统设计、控制电路的设计、元器件质量、组装调试时严格的工艺规程等。 式中:MTBF平均无故障工作时间 MTTR平均维修时间2、操作性能好车库控制系统的操作性能好，表现在它的使用性能和可维护性能两个方面，这是在系统硬件和软件设计时就要考虑和注意的坏节。使用性能方面，硬件设计时要尽量降低操作人员的专业知识要求，如控制界面不要太复杂，操作顺序简单、操作出错不会引起人身设备故障等，使操作人员感到容易学习，使用方便。软件开发时，按照软件工程的要求，尽量使用高级语言开发用户程序，使程序具有较好的开放性并易于再开发。在可维护性能方面，硬件设计时，控制柜应有较大的维修操作空间，硬件采用模块式组合结构，出现故障时，容易采用更换方式进行维修，从而缩短维修时间。软件设计时，应配有查错、故障诊断程序，使故障出现时，易于查找故障部位。3、通用性好工业控制技术发展迅速，更新换代快，而且被控对象的控制要求也会根据生产的发展不断提出新的要求。因此系统设计时，要考虑所设计的控制系统具有垂直升降式立体停车库的控制系统益。要达到这一目的，系统设计时，主要采用标准化总线设计，输入输出通道设计。电源设计时，预留一定的余量和空间，这样功能扩充时，可以很方便的增加一些输入通道而不需重新更换控制柜，同时，只要更换CPU模块或模块扩展，就可以达到系统升级的目的。4、较高的经济指标设计车库的控制系统时，经济指标是始终要考虑的指标，即要有较高的价格性能比。这要根据实际的控制要求，在车库控制系统核心单元选型、检测传感器与驱动元件的选择、软件开发与运行、一系统组装与调试等费用方面综合进行考虑。3.3 垂直升降式立体停车库控制系统硬件的选择控制系统硬件确定主要包括系统控制形式及控制核心单元的选择、输入参量的检测和传感器的选择、输出驱动方式和驱动元件的选择、人机联系方式的选择，最后生成硬件接线图。 1、控制系统控制核心单元垂直升降式立体停车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:继电器逻辑电路控制、可编程控制器控制、单片机控制。（1）继电器控制在垂直升降式立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。但对于小型低成本的垂直升降式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。 继电器控制也有许多不足之处。第一，难以实现智能模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。所以对于大中型垂直升降式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。（2）可编程控制器(Programmable Logic Controller)控制国内外现有的垂直升降式立体停车库，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、大容量的现代化垂直升降式立体停车库中。可编程控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：A、灵活、通用可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。另外 PLC产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系列又有低档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。B、可靠性高、抗干扰能力强对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。首先，PLC采用微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。另外，PLC还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。 硬件措施对于电源变压器、CPU和编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的互相影响；对CPU这个核心部件所需的+5 V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；在CPU与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效的隔离了内部电路与I/O间电的联系，减少故障和误动作;采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正常工作。 软件措施监控程序定期的监测外界环境，如掉电、钳电压、后备电池电压过低及强干扰信号等:当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作;同时对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，确保信息不丢失。由于采取了以上措施，使PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高，这是PLC控制优于单片计算机控制的一大特点。（3）编程简单、使用方便用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言”编程，容易掌握。例如目前大多数PLC采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电器技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电器技术人员所接受。PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。它与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的停车库控制设备来说，PLC的控制速度是足够的。用单片计算机控制，只有在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调试也比较麻烦。而PLC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使用很方便。（4）接线简单PLC的接线只需将输入设备(如按钮、开关等)与PLC输入端子连接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与PLC输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。（5）功能强现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D, D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库，又可控制一个车库群。既可现场控制，又可远距离控制。既可控制简单系统，又可控制复杂系统。（6）体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。同样，可编程控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片微机控制;其开发潜力要差于单片微机，不如其功能灵活多样;通用性不好，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用等等。可编程控制器在垂直升降式立体停车库的控制系统中被广泛的应用，并在停车库的发展演化中起着非常重要的作用，本文车库系统即采用可编程控制器控制形式。2、单片微机(Single Chip MicroComputer)控制单片微机就是我们通常所说的单片机，是将CPU, RAM, ROM(EPROM)、定时器/计数器和1/0接口全部集成在一个硅片上。单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，所以在20世纪80年代以来得到飞速发展。理论上也可用于立体停车库系统，但实际上在立体停车库的控制系统中，单片微机控制却没有得到广泛的推广应用，其原因主要有以下几点：（1）单片微机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；（2）单片微机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻；（3）单片微机自身就是弱电驱动，但是对于停车库系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可 靠性就下降了； （4）单片微机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。因此，我们选择可编程控制器。采用的 PLC 是由三菱公司生产的，型号为 FX2N80MR。它是一款性能十分出众的微型可编程控制器。 第四章 电气控制系统设计4.1车库的单位控制机构4-1 正面及侧面图 车库的大致结构可以参照图 41，现在简要介绍一下车库的三大单位控制机构：升降机构，拖车板，横移机构。（1）升降机构 升降机构有步进电机，卷筒，滑轮，钢丝绳等组成。载车台上下升降的位置信号来自接近开关，我们总共设置了 7 个接近开关，分别设置在基层，一层，二层，三层，四层，五层。接近开关装在每层托板的下方，精确位置可在调试中加以确定。在基层的底部和五层的顶部我们分别安装了限位开关，对载车台起限位保护作用。（2）托车板 托车板是车辆和车库发生直接接触的机构,托车板下方固定有导轨和滑轮。存车时，将待入库车辆停放在托车板上，再利用载车台升降和横移机构横移将车送至泊车位;取车时，先由横移机构将托车板连同车辆一起取回到载车台，然后降到基层。（3）横移机构 横移机构使托车板从载车台横移至泊车位或从泊车位横移至载车台，以完成车辆的出入库过程。横移机构采用了齿轮横移技术，该机构运行原理如下：托车板的下方固定有齿条，载车台及泊车位的机构上固定有电机，电机轴上安装齿轮与托车板上的齿条相啮合，通过电机运转带动齿轮旋转，从而使啮合的齿条和托车板横移4.2 升降机构的设计与驱动（1） 电机的选择根据设计的要求，本文设计的立体车库提升一层所需的时间为10秒，提升载车板与副载车板之间的静垂直距离为2m。即提升的位移为2m，由此可以计算出提升速度为0.2m/s。预估载车板重量为0.2吨，停车重量取1.6吨，合集电机所需提升的总重量为1.8吨。设加速时间为1S，则加减速时间共为2S，且加减速过程的平均速度为最大速度的一半。固有：得：所以，加速度为：需要拉力：N设同步带直径周长为脉冲当量最大转速细分数太大，最大转速太低，增加一级减速。取二级主动轮直径：一级主动轮直径取：减速比取1:3则去一级从动轮直径为：电机最大转速为：驱动细分数：故取细分数为4.实际脉冲当量：第二级主动轮上的力矩：电机轴上的力矩：由于没有考虑同步带的效率、导轨的摩擦和转动惯量等因素，同时，步进电机高速时扭矩要大幅下降；所以，取安全系数4比较保险。故，电机力矩：选取三相步进电机：130BYG350EH-0602电机参数规格型号相数步距角（）相电流（A）130BYG350EH-060260.6/1.26保持转矩（Nm）转动惯量（gcm2）重量（kg）外形尺寸（mm）353500017.5134134226（2） PLC对步进电机的驱动 三相步进电动机转速的控制，分慢速、中速和快速三档，分别通过开关 S1、S2 和 S3 选择；步数控制分单步、10 步、100 步三挡，分别通过按钮 S4、开关 S5和 S6 选择；暂停步进电机通过 S7 控制；启动控制由内部寄存器 M50 控制；正、反转控制由内部寄存器 M60 控制。图4-2 PLC的接线图4.3 检测系统 升降机构中，我们用步进电机提升载车台，在载车台经过每一层时，都会产生平层信号。车库的平层信号是在每层上安装的接近开关来产生的。目的是为了不影响升降机构的正常运行。 接近开关是一种非接触式开关，当物体接近某一信号机构时，信号机构发出接近信号，它不需要机械式行程开关必须施以机械力，与有触头的行程开关相比，其优点是：动作可靠，反应速度快（即操作频率高），寿命长，灵敏度高，没有机械损耗，适应恶劣的工作环境等。 接近开关按其激励方式，可分为电感式，电容式，超声波式三种。电感式接近开关是用金属触发；而电容式接近开关可用各种材料触发，无论是固体，液体或粉末状都可；超声波式接近开关可触发固体，液体或粉末状物体，只要对声音有足够的反射能力即可。 由于我们要检测的对象是由铝合金制作的载车台，所以必然选用由金属触发的电感式接近开关。如图 43 所示是电感式接近开关的工作原理。接近开关由一个高频震荡器和一个整形放大器组成，振荡器振荡后，在开关的检测面产生交变磁场，当金属体接近检测面时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。通过对“振荡”和“停振”两种不同的状态，由整形放大器转换成“高”和“低”两种不同的电平，从而起到“开”和“关”的控制作用。图4-3接近开关工作原理图为了对载车台的升降起到限位保护作用，我们还装了两个行程开关，行程开关的原理与控制按钮类似，只不过是把手按下改成用被控对象按下，它们装在车库的顶部和底部，当载车台碰上行程开关，行程开关就通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，对控制电路发出指令以实现位置保护。接近开关和限位开关的安装位置见图4-4：图4-4 开关位置图4.4 横移机构的设计与驱动 横移机构的设计主要包括两方面：通过光电开关传感器对车辆位置检测，通过光电开关和电机对托车板横移的运动控制。一、车辆入库检测 通过不同位置的光电开关，对车辆进行检测，判断车辆在电梯托车板上的位置摆放是否合乎要求，光电开关传感器的组成如下：5 个传感器分布在入库拖车板的不同位置，如图 45 所示。图4-5 光电开关示意图光电开关 1，2 检测车辆两侧位置，使车辆即不能超出托车板的左限右限，光电开关 3，4 检车辆是否超出允许的前限，后限。光电开关 5 检测车的高度是否超限。以光电开关 1 为例阐述系统的检测原理及过程。没有车时或者车辆没有超限时，光电传感器的发光端到接收端之间没有物体阻隔，接收端能顺利的收到发光端发出的光电信号，此时光电传感器向控制器发出 1 的信号，当车辆越限时，接收端不能接收到光信号，则光电传感器向控制器发出 0 的信号。 通过对光电传感器的输出信号 1，0 的判断，可以知道车辆是否超限。其它各传感器与此类似。以上规则是计算机模糊判断的基础，通过对光电开关 1、2 和光电开关 3、4及光电开关 5 的综合判断，可以得出车辆所处的状态，如表 41 所示。表4-1车辆所处状态：状态光电开关1光电开关2状态光电开关3光电开关4状态光电开关5车超宽00车超长00超位高0右边超限01车头超限01合格1左边超限10车尾超限10合格11合格11 根据表 41 的规则，通过电路产生相应的报警信号，传给上位机，并在监视器上显示，以指导驾驶员对车辆的操作。 在车辆入库检测中，对车内是否有人也要进行检测。在车辆的入库过程中，不允许有人在车内操作，这样保证了司机的安全。4.5 电气控制接线图图4-6 硬件接线图第五章 PLC程序设计5.1 PLC 控制技术介绍 立体车库在存取车过程中，动作较多、较复杂，且有很多输入输出的开关量特性，所以本文采用 PLC 作直接控制器，完成控制信号采集和直接控制。PLC 是一种技术非常成熟的控制器，是一种以微计算机为核心的过程控制装置，它以其高性价比在工业监测系统中得到了广泛的应用，同时 PLC 的稳定性极高。 本文所采用的 PLC 是由三菱公司生产的，型号为 FX2N80MR。它是一款性能十分出众的微型可编程控制器。 下面主要介绍一下这种 PLC 的结构与性能。一、FX2N系列 PLC 的构成 FX2N系列 PLC 是由电源、CPU 存储器和输出、输入器件指示部分、接口部分组成的单元式可编程控制器。AC 电源、DC 输入型的内装 DC 24 V 电源作为传感器的辅助电源。二、采用装卸式端子台 外部接线端子包括 PLC 电源（ L，N）、输入用直流电源（24V，com）、输入端子（X）、输出端子（Y）等，每个端子均有对应编号，主要完成电源、输入信号、输出信号的连接，是易于维修的装卸式端子台。三、程序存储器 FX2N中有许多 16 位存储数据的软元件数据存储器（RAM），2 个合并可组成 32 位数据存储器。且内置钾电池后备，电池寿命达 5 年。四、丰富的输出输入扩展设备（1）可以接各种输出输入扩充设备；电压输入或电流输入；（2）输入类型：DC 输入（24V，250mA 以下）；（3）输出类型：继电器输出、三端双向可控硅开关元件输出、晶体管输出；（4）式样：标准式端子台。五、丰富的特殊扩展设备 模拟输入设备、模拟输出设备、温度传感器输入、热电偶输入设备、轴定位设备、双轴（内插）定位设备、脉冲输出设备、高速计数器、并联连接NELSECLNET/MINI S3 连接设备、RS485 通信设备、ID 机器连接设备、模拟容量模块等。六、简便的应用指令群 FX2N可编程控制器提供简便指令到复杂控制指令的支持。简便指令是为减轻序列程序编辑负担，复杂控制指令则要求控制复杂过程。5.2 PLC 的硬件配置和设计思路 根据立体车库的控制要求，对 PLC 控制系统的输入输出点分配如下：1. 输入点分配：X1: 步进电机慢速转动X2：步进电机中速转动X3：步进电机快速转动X5：步进电机单步行进X6：步进电机 10 步行进X7：步进电机 100 步行进X10：步进电机暂停 以上分配点是用来控制步进电机，立体车库正常运作的情况下，只需要闭合X1，X2，X3 之中的任何一个，进行选速。其余的只有在检修的时候可能会用到。X20：第一层左边车位（1 号车位）X21：第一层右边车位（2 号车位）X22：第二层左边车位（3 号车位）X23：第二层右边车位（4 号车位）X24：第三层左边车位（5 号车位）X25：第三层右边车位（6 号车位）X26：第四层左边车位（7 号车位）X27：第四层右边车位（8 号车位）X28：第五层左边车位（9 号车位）X29：第五层右边车位（10 号车位）X32：第六层左边车位（11号车位）X33：第六层右边车位（12 号车位） 以上分配点是立体车库在取车过程中选择车位的车位号。X34：第一层平层信号（接近开关）X35：第二层平层信号（接近开关）X36第三层平层信号（接近开关）X37：第四层平层信号（接近开关）X38：第五层平层信号（接近开关）X39：第六层平层信号（接近开关）X40：基层平层信号（接近开关）X43：托车板左移完成信号（光电开关）X44：托车板右移完成信号（光电开关）X45：上限位开关（行程开关）X46：下限位开关（行程开关）X0：车头检测信号（光电开关）X4：车尾检测信号(光电开关) 以上分配点是立体车库位置信号的输入点。X49：存车信号X45：取车信号 以上分配点是用来选择是存车还是取车。2.输出点分配：Y0：步进电机 U 相Y1：步进电机 V 相Y2：步进电机 W 相Y5：1 号车位电机逆时针转动Y6：1 号车位电机顺时针转动Y7：2 号车位电机逆时针转动Y11：2 号车位电机顺时针转动Y12：3 号车位电机逆时针转动Y13：3 号车位电机顺时针转动Y14：4 号车位电机逆时针转动Y15：4 号车位电机顺时针转动Y16：5 号车位电机逆时针转动Y17：5 号车位电机顺时针转动Y20：6 号车位电机逆时针转动Y21：6 号车位电机顺时针转动Y22：7 号车位电机逆时针转动Y23：7 号车位电机顺时针转动Y24：8 号车位电机逆时针转动Y25：8 号车位电机顺时针转动Y26：9 号车位电机逆时针转动Y27：9 号车位电机顺时针转动Y30：10 号车位电机逆时针转动Y31：10 号车位电机顺时针转动Y32：11 号车位电机逆时针转动Y33：11 号车位电机顺时针转动Y34：12 号车位电机逆时针转动Y35：12 号车位电机顺时针转动Y36：载车台电机顺时针转动Y37：载车台电机逆时针转动 以上输出点是控制立体车库电机的运转情况。Y40：车库已满信号Y41：限位报警Y42：超长报警 立体车库的程序设计思路分为两个步骤：首先是控制程序的总体走向(主程序)，其次是利用 STL 指令编写具有特定功能的程序（子程序）。主程序通过 CJ 指令向子程序跳转。主程序主要是用仿 STL 指令编写，因为在 STL 指令执行过程中，三菱公司要求尽量避免有 CJ 指令，因为其操作过程的复杂。特定功能的程序主要是用 STL 指令编写，有存车程序，取车程序，存板程序，取板程序 4 类，每类又包括 12 段针对不同车位的程序5.3 主程序的设计设计思想是 PLC 上电后首先进行程序初始化（为数据库置位，如果某个车位已坏，可以在数据库相应位置 0），然后通过车位自动分配系统，识别空闲车位，调用相应取板程序，等待命令。如果来存车，司机把车停到托车板上，按存车键，PLC 调用该板存车子程序，存完车后，刷新数据库（把相应位置 0），再回到车位自动分配系统，继续识别下一个空闲位，调用取板程序，后等待；如果来取车，司机按取车键，PLC 调用相应的送板程序，再按车位号，执行该车位取车程序，取完车后，刷新数据库（把相应位置位）而板不动，程序回到等待处。其程序流程图如 51 所示：图5-1 主程序流程图5.4 存取车程序的设计子程序的编写采用的是 STL 指令（步进指令），它具有执行速度快，简明易懂的优点。下面介绍一下存车到一号车位子程序，其他类型的子程序由于和它有相同的动作步骤，所以不再做详细解释。存车到一号车位子程序的 SFC 功能图如图5-2所示：图5-2 存车到 1 号车位的 SFC 功能图 PLC 程序如下：M128 是程序的入口，X34 是一层的平层信号，X43 是横移机构完成信号，X340 是基层平层信号。寄存器 M128 上升沿触发，触发后把 S71 置位。见梯形图5-3。图5-3 程序入口梯形图S71 闭合，首先对主程序中的内容进行复位，然后置 M50 为 1（步进电机顺时针转），当接收到一层平层信号 X34，跳入下一步 S72。见梯形图5-4。图5-4 初始化及载车台上升梯形图 72 闭合，对 M50 复位（步进电机停转），启动定时器 T10，定时时间在实际调试过程中确定，时间到以后跳入 S73。见图形图5-5。 图5-5 平层等待梯形图 S73 闭合，置 Y37,Y5 为 1，两个横移电机同时逆时针转动，当接收到结束信号 X43 后，跳入 S74。见梯形图5-6。图5-6 载车台横移梯形图S74 闭合，启动定时器 T11,具体时间可调，定时时间到以后，跳入 S75。见梯形图5-7图5-7 横移到位后等待的梯形图 S75 闭合，置 M60、M50 为 1（步进电机反转），当接收到基层平层信号 X40后，程序跳入 S76。见梯形图5-8。图5-8 载车台下降的梯形图S76 闭合，复位 M50、M60(步进电机停止转动)，复位 M128(对入口信号复位)，把常数 0 送入数据寄存器 D1（刷新数据库），置 M301 为 1（跳入主程序）。见梯形图5-9。图5-9 载车台复位等待的梯形图4.5 车位分配程序的设计 为了实现存车优先的存取策略，我们必须考虑到如下问题：当每次停车完以后，必须去取板，所以控制系统必须能够自动识别空闲车位，让载车台去取板。 这部分控制实现的功能是：只要停完一辆车，系统会自动寻找下一个空闲车位，然后把板取车来，等待。如果有人来停车，就可以直接把车停到托车板上，按存车键，把车存好。下面具体阐述如何实现自动分配车位系统。系统自动分配车位的实现采用的是软件实现的办法，车库总共有 10 个车位，故在 PLC 内部建立一个简单的数据库，分别为：车位1车位2车位3车位4车位5车位6车位7车位8车位9车位10车位11车位12D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D1-D12 分别为 PLC 内部的数据寄存器,当 D1=1 时，表示车位 1 内无车; 当 D1=0 时，表示车位 1 内有车。当 D2=1 时，表示车位 2 内无车; 当 D2=0 时，表示车位 2 内有车。当 D3=1 时，表示车位 3 内无车; 当 D3=0 时，表示车位 3 内有车。当 D4=1 时，表示车位 4 内无车; 当 D4=0 时，表示车位 4 内有车。当 D5=1 时，表示车位 5 内无车; 当 D5=0 时，表示车位 5 内有车。当 D6=1 时，表示车位 6 内无车; 当 D6=0 时，表示车位 6 内有车。当 D7=1 时，表示车位 7 内无车; 当 D7=0 时，表示车位 7 内有车。当 D8=1 时，表示车位 8 内无车; 当 D8=0 时，表示车位 8 内有车。当 D9=1 时，表示车位 9 内无车; 当 D9=0 时，表示车位 9 内有车。当 D10=1 时，表示车位 10 内无车; 当 D10=0 时，表示车位 10 内有车。当 D10=1 时，表示车位 11 内无车; 当 D11=0 时，表示车位 11 内有车。当 D10=1 时，表示车位 12 内无车; 当 D12=0 时，表示车位 12 内有车。为了满足存车优先的控制策略，在程序初始化的时候，赋 D1-D12 分别为 1-12，每次存车以后，把相应的车位寄存器置 0，每次取车以后，把相应的车位的寄存器置位。然后进入比较程序，判断下一步该取哪块板，每次取车后，托车板不被送回原车位，所以不需要进入比较程序，直接等待下一步的存取操作。控制流程图如图 510 所示。图 510 自动分配车位系统流程图5.5 驱动和保护程序的设计一、步进电机的驱动程序 下面这段程序是脉冲发生器，T0每1S发生一次脉冲，T1每0.5S发生一次脉冲，T2每0.2S发生一次脉冲，X005有一次高电平，M11就产生一个脉冲（单步控制）。见梯形图5-11。图 5-11 单步控制梯形图下面是与上面对应的脉冲控制器，如果X001闭合，T0的脉冲信号传递给M20，如果X002闭合，T1的脉冲信号传递给M20，如果X003闭合，T2的脉冲信号传递给M20，M11的脉冲信号可以直接传递给M20（单步控制）。见梯形图5-12。图 5-12 脉冲控制器梯形图下面是步数设定程序，如果X006闭合，计数器C0对寄存器M20开始计数，当M20有10个脉冲以后，C0动作。如果X007闭合，计数器C1对寄存器M20开始计数，当M20有100个脉冲以后，C1动作。见梯形图5-13。图5-13步数设定梯形图下面产生六拍时序脉冲，如果M50闭合，M10就为1，M20是由脉冲发生器产生的脉冲信号，SFTR是位右移指令，第一个脉冲信号，M10把1传递给M5，M5得电，M5常闭触点断开，M10变0。下面接受到脉冲后，M5把1再传递给M4，依次传递。得电顺序依次为:M5, M4, M3，M2，M1，M5，M4 （周而复始）。见梯形图5-14。图 5-14 六拍时序脉冲梯形图下面是三相六拍环形分配器，按照M5-M0的得电顺序，可以看出M200，M201，M202的得电顺序是1，0，10，0，10，1，10，1，01，1，01，0，0。见梯形图5-15。图 5-15 三相六拍环形分配器梯形图下面是正反转驱动，如果M60不得电，Y0，Y1，Y2的得电顺序是Y1Y2Y2Y0Y2Y0Y0Y1Y1Y1Y2（依次循环）。如果M60得电，Y0，Y1，Y2的得电顺序是Y0Y2Y2Y1Y2Y1Y0Y1Y0（依次循环）。见梯形图5-16。图 5-16 正反转驱动梯形图二、载车台限位保护的程序： 上限位开关接 X42，下限位开关接 X46，当限位开关常开触点闭合，则 Y41置 1（报警）。见流程图5-17。图5-17 载车台限位保护流程图三、车辆的入库检测程序 在车辆入库检测中，对车内是否有人也要进行检测。在车辆的入库过程中，不允许有人在车内操作，这样保证了司机的安全。 由于是实验装置，故只设计了超长和超宽检测。见流程图 5-18。 两个光电开关触点分别接 X0，X4，当 X0 或 X4 动作，Y36 报警，并且用 Y36常闭触点，断开存车操作程序。图 5-18 车辆的入库检测流程图总结与展望随着汽车的日益增多，在人口密集的大城市解决停车难的问题显得很迫切。发展立体车库是解决这一问题的最有效途径，立体车库运行过程是一个涉及到许多开关变量及顺序动作的复杂过程，所以立体车库控制系统需要满足快速、安全可靠、易于管理的控制要求。还要考虑控制策略的优化以达到节省能耗和时间，提高车库运行效率。本文在分析了真实立体车库的运行机理和控制功能的基础上，设计了立体车库的实验控制装置，编写了 PLC 的控制程序和组态软件的监控系统。由于立体车库涉及到较多的机械知识，在制作实物过程中遇到了许多的障碍。本次设计的立体车库实验装置对高校教学的意义很大。实验者可以根据系统对各个过程的技术指标要求，设计各种控制算法，进行速度环、位置环参数的系统调试。学生还可以根据实际情况，加入 PID 等控制算法，使系统获得准确、快速、无超调的优良动静态特性。我国的立体车库技术还是落后于一些发达国家，希望通过这套实验装置能够进一步提高控制方面的教学水平，培养更多的优秀人才。致谢在毕业设计完成之际，首先感谢我的导师，三个月的毕业设计期间李老师一直督促教育我，在课题进行中对我耐心指导，严格要求，在思想上给予鼓励和支持，他忘我的工作热情，严谨的治学态度让我们组的每一位同学都受益匪浅。他给予我们的不仅是专业知识的辅导，更是一种态度的熏陶，我想这在以后的学习工作中将给我以极大的激励和促进。对关心、鼓励和帮助过我的各位同学表示感谢。整个毕业设计虽然是每人一个题目，但小组同学之间的研究及资料的共享都对进度起到了非常重要的作用。团队的力量是巨大的。最后，对在背后全力支持自己的家人、亲属朋友表示诚挚的谢意。参考文献1 徐培万.立体发展及市场前景J.国外科技动态.2000.052 张献峰，孟祥海.城市中央商业停车需求发展状况探析J.黑龙江交通科技2006.083 付翠玉，关景泰. 立体车库发展的现状与挑战J. 机械设计与制造.2005.94 张启君.立体车库的主要型式及技术特点J.机电产品开发与创新.1998.25 潘耀芳，王轩.智能化立体车库优化车辆存取策略研究J.物流科技 2002.066 潭青，谢坚.电梯式立体车库能耗最优化控制策略J.起重运输机械.2003.27杨晓芬，肖华. 自动化立体车库存取策略的比较分析J. 机械制造与自动化.2004.58任伯淼.机械式立体停车库M.北京:海洋出版社,2001.9杨东梅，高炳学.立体车库的布局设计J.起重运输机械.2003.510章亚娣.塔式立体汽车库的设计J.浙江建筑.1998.611王芳卿.立体停车库及其控制J.电气传动.1998.0612丛望,郭镇明.电机学M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.199613秉时.浅谈光电开关的工作原理及应用J.红外.2002,48-4914李雪雪.PLC 在立体车库自动控制中的应用与研究J.2003.0215郭建江，于有生.PLC 在塔式立体车库控制系统中的应用J.机电工程技术.2003年第32卷第5 期附录1：外文文献附录2：基于PLC的感应电动机监控系统设计与实现玛丽亚 G 劳尔尼兹 IEEE高级成员摘要：本文描述了基于可编程控制器技术的感应电动机监控系统的实现方法。同时，介绍了通过对感应电动机的性能测量实现其速度控制和保护的软件和硬件。在正常操作和出现故障的条件下，PLC按照使用者所要求的速度运行参数监控系统的运行。对由变换器驱动和PLC控制的感应电动机系统进行了测试，结果表明与常规的V/f控制系统相比，前者在速度调节上具有更高的精确性。在高速时，PLC控制感应电机的效率达到同步转速的95%。因此，通过试验证明了PLC在电气驱动控制方面是一个通用性和有效性的工具。关键词：计算机控制系统，计算机化监控，电气驱动，感应电动机，运动控制，可编程控制器（PLC）,变频驱动器，电压控制I 前言随着电气驱动器运动控制技术的广泛应用，可编程控制器（PLCs）也随着工业电子学在电机中的应用被引进到自动化制造业中来1, 2。这种应用具有在启动时电压下降较低、控制电动机和其他设备实际整功率因数等优点3。很多工厂在自动化生产过程中使用PLCs减少生产成本和增加产品质量和可靠性49。其他应用包括应用PLCs改进了工作母机的计算机数字控制精确度10。为了获得精确的工业电气驱动系统，将PLCs与功率变换器、个人计算机（PC）和其他电气设备连接起来是必要的1113。然而，这些技术的应用，使设备变得更加完善、复杂和昂贵14, 15。很少看到关于PLCs控制直流电动机的文章。他们的文章都是关于使用PLC改变电枢电压实现直流电动机/发电机组速度控制的模糊方法16与基于自校正调节器技术的自适应控制装置和现有的工业PLC的结合17。其它类型的设备与PLCs同样也需要连接。因此，使用一个工业PLC在5轴转子位置、方向和速度控制步进电机，简化了电路结构、降低了成本和提高了可靠性18。为了把磁阻电动机转换为可调速度的直流或者交流驱动器，使用了一个单片逻辑控制器控制扭矩和速度，并通过PLC和功率控制器执行控制逻辑19。其他的应用有：在乘客电梯的线性感应电动机的控制中，应用PLC实现驱动系统的控制和数据获取20；为了监控电源状态和确认破坏电气车间生产的干扰，使用两个PLCs确定设备的灵敏度等21。在利用PLC控制感应电动机领域只有很少的文章发表。他们主要在以下方面：三相感应电动机的功率因数控制器利用PLC去改进功率因数和保持它的电压在整个控制条件下频率比率稳定3；矢量控制集成电路使用复杂逻辑控制器件(CPLD)和电压整数算法或者三相脉宽调制(PWM)变换器的电流/电压调节22。感应电动机的很多应用除了需要电机控制的函数性之外，还要有多个详细的模拟和数字I/O操作，进站标志，差错信号，打开/关闭/反向命令。在这种情况下，一个包括PLC的控制单元必须添加在系统结构中。本文介绍了一个基于PLC的三相感应电动机监控系统，描述了系统的软件和硬件配置的设计和实现方法。依据对感应电动机性能测试获得的结果表明：在变量装载恒速控制操作中，改进了工作效率，提高了精确性。因此，在正常操作和出现故障的条件下，PLC依据和控制运行参数达到用户所需要的设定值并监控感应电机系统的运行。II. PLC作为系统控制器 PLC是一个在工业环境中为自动化生产过程而设计的基于微控制器的控制系统。它利用可编程存储器内部存储用户指令，执行具体的操作，比如：算法、计算、逻辑运算、排序和定时23, 24。可通过编程使PLC判断、触发和控制工业设备。因此，PLC具有与电气信号接口的一定数目的I/O点。在加工过程中，输入设备和输出设备与PLC相连接，控制程序则下载到PLC存储器中（图1）。PLC输入控制程序输出图1 PLC的控制行为在我们的应用中，依据模拟和数字输入，PLC输出的变化控制感应电机恒定负荷速度的操作。同时，PLC不停的监控输入和依据控制程序启动输出。本PLC系统是采用详细硬件构成单元的模块化类型，可以直接插入专用总线：一个中央处理单元（CPU）、电源供给单元、输入输出模块和可编程终端。这样一个模块化处理的优点是，随着将来的应用可以扩展初始配置、构成多机系统或者与计算机相连等。III感应电机控制系统实验系统的结构图见图2。配置如下所述：a) 一个恒速运行的闭环控制系统由速度反馈和负载电流反馈组成。由变换器馈送的感应电机驱动的变动负荷，PLC控制变换器的V/f输出。b)一个变速运行的开环控制系统。由变换器恒定V/f控制模块馈送的感应电机驱动变动负荷。PLC是不工作的。c) 标准变速运行。恒定恒压频率标准三相电源馈送的感应电机驱动变动负荷。将闭环配置a)去掉速度和负荷反馈后，可得到开环配置b)。另一方面，将整个控制系统旁路后，就是操作c)。IV.硬件描述针对绕线转子感应电机，对控制系统进行了试验和测试，其详细技术说明见表 I。感应电机驱动提供可变载荷的直流发电机。三相供电电源与三相主开关连接后与的三相热过载继电器相连接。三相热过载继电器提供电流过载保护。继电器的输出与整流器相连接。整流器校正三相电压并对绝缘栅场效应晶体管（IGBT）变换器提供直流输入。它的详细技术说明总结如表II 25。IGBT变换器将直流电压输入转换为三相电压输出，驱动感应电机定子。另一方面，变换器与基于PLC的控制器相连接。表I 感应电机的详细技术说明连接类型/Y输入电压380/660 V AC输入电流1.5/0.9 A额定功率0.6kW输入频率50Hz磁极数目4额定速度1400rpm图 2. 实验系统的电气框图表II 变换器详细技术说明输出电压380,460 V AC输出频率0.480Hz输出电流2.5 A输出过载150% 60s电源供给电压380,460-10% V AC输入电流3A耗散功率46W本控制器是在一个标准模块系统上完成的5, 2628。PLC的体系结构涉及其内部硬件和软件。作为一个基于微控制器的系统，PLC系统硬件利用如下模块设计和装配。中央控制单元(CPU)；离散输出模块(DOM)； 离散输入模块(DIM)；模拟输出模块(AOM)；模拟输入模块(AIM)； 电源；有关PLC的其它配置详细资料见表III 和 IV。使用一个速度传感器作为速度反馈，而电流传感器则作为负荷电流反馈，另一个电流传感器与定子电路相连接。因此，通过使用负荷电流传感器、速度传感器和AIM设置闭环系统的两个反馈回路。测速发电机（永磁铁直流电机）用来测速。感应式电机机械地驱动轴旋转，并产生与旋转速度成正比的电压输出。极性取决于旋转的方向。测速发电机输出的电压信号必须与指定的AIM的电压范围相匹配（0-5V DC 200-k 内阻）。其他PLC外部控制电路的设计供电电压为24V低压供给。为了人工控制，本方案设计了启动、停止和差错按键，同时还有正向和反向选择开关。如图2所示，所有描述的部分：主开关、自动三相开关、自动单相开关、三相热过载继电器、负荷自动开关，信号灯（正向、反向、启动、停止、差错），点动开关（启动、停止、切断）、选择开关（正向和反向旋转选择），速度选择器、增益选择器，PLC模块和整流转换器也安装在控制面板上。程序通过个人电脑
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