基于PLC的升降横移式立体停车库的控制系统设计.docx

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。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的力学分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。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，运用欧姆龙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。AbstractStereo 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 simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation stereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage. Including intension of the framework structure and axes, etc. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of OMRON 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, Steel structure .目录摘 要1Abstract2目录31 绪论51.1目的及意义51.2立体车库国内外发展历史及现状61.3立体车库的类型71.4智能立体停车库的发展前景111.5关于本设计主要工作和安排112. 升降横移式立体车库控制系统总体方案122.1 升降横移立体车库车位结构122.1.1停车设备的主要组成部分13系统研究采用的事三层三列形式的七车位升降横移式智能立体车库进行研究和系统设计，具体构造示意图如图2-2所示。132.1.2车辆存取原理152.1.3升降横移类机械式停车设备设计和安装的特殊要求152.2 升降横移式立体车库控制系统研究162.2.1 立体车库控制系统分析162.2.2立体车库控制系统组件172.3立体车库控制系统的输入输出信号分析172.3.1系统输入信号172.3.2系统输出控制信号和联动联锁控制182.4 本章总结193 升降横移立体车库控制方案203.1升降横移立体车库系统控制要求203.2横移立体车库控制系统方案选择。203.2.1继电器控制方式203.2.2单片机控制方式213.2.3 PLC控制方式223.2.3 PLC控制方式与继电器控制比较273.2.4 PLC控制方式与单片机控制比较283.2.5控制系统选择284 控制系统的详细设计294.1 用MCGS设计监控界面294.1.1 组建新工程的一般过程294.1.2 建立立体车库控制系统工程304.1.3 设计立体车库控制工程的画面流程314.2 系统的操作过程344.2.1 开机准备344.2.2 手动操作344.2.3 自动运行364.2.4 停机364.3 PLC编程设计374.3.1 I/0分配表374.3.2 系统程序的编写394.3.3 传输、调试424.4 PLC控制梯形图的简要说明434.5 PLC的硬件设计475 升降横移式立体停车库的结构设计515.1 总体设计515.2 主框架部分515.2.1 钢结构的特点515.2.2 钢结构设计515.3 载车板部分525.4 传动系统525.5 传动链和链轮的选择525.5.1 链的设计计算535.5.2 链轮的设计计算565.5.3 滚子链的静强度计算595.5.4 链条的使用寿命计算605.5.5 链条的耐磨工作能力计算615.6 电动机的选择635.7 减速器的选择645.8 轴承的选择645.8.1 选择材料645.8.2 初步估算轴径655.8.3 轴的强度校核656 升降横移式立体车库的安全性问题676.1 防干扰和电力超载装置676.2 光电检测676.3 车辆防滑、定位装置67结 语681 绪论1.1目的及意义2017年1月13日，中国汽车工业协会召开信息发布会，发布了2016年全年汽车产销数据，数据显示，2016年汽车产销分别完成2811.9万辆和2802.8万辆，同时中汽协会预测，2017年汽车市场销量约为2940万辆。从2016年中国汽车销量可以看出，随着社会经济水平的发展，人们生活水平的提高，汽车在我国已经得到了很大的普及。然而汽车的普及也带来了一系列问题，停车难就是人们普遍关注的一个问题。尤其是在城市的核心区域，如大型商超附近，人们更是为寻找一个停车位而发愁，而在寸土寸金的城市核心区，想扩建停车场，投资商考虑到土地占用成本，一般也很难进行大规模进行。因此进行规范和科学管理汽车的停放，在城市的建造智能立体车库已刻不容缓。现在，我国经济比较发达、人口密度较大的中东部城市中，政府已经己经着手开发推广现代化的立体智能停车库。在城市中建设智能化的立体停车场所，具有很多的有点：第一：为国家节约了大量的土地资源。因为是立体化，可以建立多层的停车场，还可以向地下空间发展，因此在同样的占地面积情况下，可以有效的成倍的增加停车数量，从而大大提高土地利用率，可以减少道路泊车位，有效解决道路拥挤问题。非常适合在经济发达的地区进行建设，尤其是城市中心区土地资源非常紧张的大型商场，超市附近推广。 第二：使用方便、效率高。现代化的智能立体停车库系统能够进行车辆进出和收费，并自动收集停车场中所停车辆的情况，在停车场入口处电子屏显示空车位的具体情况，并引导司机到停车位，减少人工出错情况，同期避免了停车的繁杂过程。 第三：可以有效的提高停车安全。停车库内由于实行全封闭式智能自动控制，可以减少人工失误。通过监控系统，可以对停车场所实现24小时安全监控，停车过程中实现人车分离。提高了停车安全系数，车主更加放心。 第四：可以获得较高的经济效益。在当代城市寸土寸金，立体智能停车库利用同样的面积，可以比传统的停车库能够停放数倍的汽车，同时人工费用大大减少。虽然系统维护需要一定的费用，但是在大城市中经济核心繁华商业区，综合效益较还是比传统型停车场高处很多的。1.2立体车库国内外发展历史及现状美国在1920年建成了世界上第一个采用机械升降的停车库。但需要由司机自己开车来完成车辆的存取；60年代后期，随着汽车工业的迅猛发展，城市汽车拥有量猛增，占地面积小的机械式立体车库得到了迅速发展。到今天，根据美国停车协会的统计，美国停车产业的年产值达200多亿美元，并且不断有新的科技产品应用于停车场中，促使美国的停车产业不断快速发展。进入上个世纪50年代后，欧洲一些国家如德国、意大利在机械升降停车库上取得了较大的技术进步，出现了专门从事机械停车设备研发的生成企业，包括著名的德国Palisade公司，意大利的Sotefin公司、Interpark公司等。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题不很突出，停车设备应用量不是很大，应用较好的多数为巷道堆垛式和多层升降横移式产品。在亚洲，日本是立体停车发展较早的。20世纪60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度越来越快，使其成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。由于土地资源缺乏，人口密度高，其机械式立体车库发展起步早、种类齐全、技术水平及开发经验丰富，现已经发展成有数十个品种的大家族，它可以根据现场条件和使用者的要求选用机型，己经是比较成熟的产品。日本在停车场(库)的技术研究与开发、制造、管理等方面的水平都处于领先地位，所建成的立体停车场的数量和其容车量也居于世界前列。亚洲的韩国机械停车设备技术属于日本技术的派生，韩国的停车产业从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，韩国各种机械停车设备近几年增长速度都在30左右。我国的机械停车设备技术起步较晚，但经过这几个阶段的发展，我国已经形成了新兴的停车设备行业。接下来会继续分享中国立体车库的发展趋势和行业情景，同时也欢迎各位交流意见。中国立体车库发展历程及发展特点，我国机械停车设备技术发展经过了三个阶段，第一个阶段为20世纪80年代的自主开发阶段，此阶段生产企业根据客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；第二阶段为90年代的技术引进阶段，国内外许多企业都开始看好中国的停车行业，出现了许多合资企业，或是引进国外的技术，利用廉价的生产成本与国外的成熟技术结合参与停车行业的竞争；第三阶段就是2003年以后的消化与创新阶段，各企业为增强自身的竞争力，开始对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。经过这几个阶段的发展，我国已经形成了新兴的停车设备行业。我国立体停车设备的产品经引进技术和自我研究开发，生产技术水平有了很大的提高，目前品种的满足率己达90左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率到50以上。虽然生产技术水平有了很大的提高，但是我国立体停车设备的生产企业大多技术力量薄弱，自主开发能力差，多靠引进技术图纸或与外国的企业合作，制造水平基本上是跟踪国外先进技术。立体车库发明专利还较少，原创性的成果少，停车设备领域研究的深度和水平有待提耐。全球立体车库市场发展趋势从潜在需求角度来讲，在不远的将来，中国将是世界上最大的立体车库需求市场。“车库”问题已成为大中城市的热点问题。立体车库的兴建，不仅能减少土地的占用面积缓解目前城市中道路空间狭小的矛盾，还能缓解交通状况适应城市高节奏快速发展的需要。此外，立体车库也可配合市政建设带动一大批第三产业的兴起，可谓有百利而无一害，为城市向更大规模发展提供有利的条件。1.3立体车库的类型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。机与电的高度合一，使自动化停车库成了现代科学技术的综合产品。目前市面上常见的机械式立体停车库有:升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种，其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。(1)升降横移类(代号PSH)该设备每个车位都有载车板，所需存取车辆的载车板通过上升，下降，横移等运动过程到达地面层，其中顶层和底层载车板只可以上下升降，不可以左右横移；中间各层载车板既可以上下升降，又可以左右横移；中间各层和地面层都有一个空位，可以通过横移载车板变换空位，使空位正上方的载车板下降到地面层，完成存取过程。地面层载车板的汽车可以直接存取，如图1.1所示。其特点具有空间利用效率高，存取车快捷，车辆出入无障碍，采用PLC控制，自动化程度高，环保节能，噪声低，人机界面好，多种操作方式可以选配，操作方便。图1- 1升降横移类(2)垂直循环类(代号PCH)垂直循环类机械式停车库是采用垂直方向作循环运动的停车系统来存取车辆的停车设备。这种停车设备的工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引机构链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架随链条起做循环运动，达到存取车的目的(如图1.2垂直循环类)。图1- 2垂直循环类(3)水平循环类(代号PSX)采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆的停车库叫水平循环类停车库。其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到出入口处，驾驶员再将汽车存入或取出(如图1.3水平循环类)。图1- 3水平循环类(4)多层循环类(代号PDX)多层循环类停车库是通过使载车板作上下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，减少了占地面积，提高了存取车的自动化程度(见图1.4多层循环类)。图1- 4多层循环类(5) 平面移动类(代号PPY)采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动来存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类停车库(见图1.5平面移动类)。图1- 5平面移动类（6）巷道堆垛类（代号PXD）这是一种技术含量和智能化程度较高的停车设备。可根据场地的不同设置在室外（一般采用全封闭型式）、室内、地上或地下。存车容积率高，安全可靠。同时，该设备也要求存车空间相对独立，无其它设备的干扰，且设备成本较高。一部巷道堆垛机和搬运器所负责的车辆在50100辆之间较为合适，不宜超200辆。每一层的停车数量一般在20辆以上，层数的确定应根据不同车库的具体使用面积，通常选择五层左右较为合适。1.4智能立体停车库的发展前景当前立体停车库发展趋势是向智能化方向发展，利用计算机与物联网相结合，实现汽车的自动存入和取车，对汽车的存取及车辆信息采集，收费实现自动化管理。采用先进的智能IC卡识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，通过智能车库计算机机的图像处理和自动识别，具备智能化管理及收费系统。当汽车到达车库入口时，管理系统能够智能识别汽车车牌信息和汽车车型信息，并为之分配合理存车位置，同时给存车人存车卡。当取车的时候，系统识别存车卡并自动取车，同时计算并显示存车费用，用户缴费，取车。智能立体车库的优点智能化立体车库采用多层结构，具有远程控制的功能。同时，通过系统监控室，车库管理员可以远程管理车库系统的动作。如果由于特殊原因导致系统无法自动取车时，车库管理员可以在通过远程管理系统进行远程操控，通过人工干预控制将汽车取出。系统出入库由一台主控制器完成，通过计算机的自动识别和图像处理，对车辆进出停车场的收费、车位引导等进行全方位管理。采用控制器实现每一设备之间的通讯联接，通讯速度快、稳定采用高速运转处理器和超大容量存储器，系统整体的运算速度和存储空间大大提高。智能化立体车库一般做成一个封闭式系统，在管理上采用专人负责，除设备维护、维修人员外，外人不得入内。1.5关于本设计主要工作和安排关于本设计的设计和安排做了一下的安排：2. 升降横移式立体车库控制系统总体方案2.1 升降横移立体车库车位结构升降横移立体车库车位结构设置为多层、多列，即M*二维矩阵形式，能够提供的总车位数目达到C=M*N-(N-1)的数量，公式中M是二维矩阵的列数，即车库的列数，N则为二维矩阵的行数，也就是车库层数。其中，N的数值是受到实际情况限制的，限制条件主要是提升所用到的设备和存取车所用的时间，目前我国规定层数最高为4层，实际中，使用两层和三层的居多。一般根据泊车位的多少决定车库的规模大小，根据式子很容易可以得出车库的层数和列数。三层结构的车库具有一系列的优点：组装拆卸便捷，结构简单，易于操控，可根据不同的环境适时地进行改造。因而，三层结构的车库在市场上的应用非常广泛。如图2-1所示。图2- 1 3*3立体车库升降横移式运动原理图从图2-1可以看出，升降横移式立体车库利用横向托盘移位产生汽车垂直升降位置，实现将高层汽车进行升降存取，全部逻辑控制通过PLC实现。2.1.1停车设备的主要组成部分系统研究采用的事三层三列形式的七车位升降横移式智能立体车库进行研究和系统设计，具体构造示意图如图2-2所示。图2- 2三层三列七车位升降横移式立体车库构造在三层车库中，主要包含的机械部件有如下：1钢结构停车设备的钢结构主要采用热轧H型钢、槽钢、角钢、钢板等焊接而成，再用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的强度和刚度。根据不同的结构要求，有单柱形式、跨梁形式、后悬臂形式等。2载车板载 车板用来承载存取的车辆，有框架结构和拼板结构两种。框架结构载车板用型钢和钢板焊接而成，多数采用中间突起形式，上面铺设钢板，其优点是可按需要设计宽 度，具有较好的导入功能，适合于变化较多的小批量生产。拼板结构载车板用镀锌钢板冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用高强度螺栓紧固连接，这种 载车板轻巧美观、运输方便、互换性好，适合批量生产。3传动系统 传动系统分为升降传动机构、横移传动机构和升降横移机构等。升降传动机构有电动机、减速器、常闭式制动装置(其制动力矩不小于1.5倍额定载荷的制动力矩) 或液压系统等。横移传动机构由电动机、减速器、制动器、驱动轮、从动轮、导轨等组成。升降横移机构是升降传动机构和横移传动机构的结合。4控制系统控制系统主要由主回路和控制回路组成。主回路控制载车板的升降、横移；控制回路主要是针对保证人、车安全而设计的各种回路。其控制形式有可编程序控制器PLC控制、电脑控制、总线控制等，这些硬件通过软件来控制各种电气元件的动作，完成设备的升降、横移等运行。控制系统主要运行方式有自动运行方式、手动运行方式、点动运行方式。5牵引车：在3*3立体车库中，一层和二层均具有了全自动式牵引拖车，其用途是进行载车板上车辆的左右移动，同时还有制动功能。牵引车的组成包括：驱动电机、运行轮及运行轮升降设备。7档梁：在汽车进出车库的过程中，应该防止错误操作，档梁就能够起到此作用。档梁横跨在车库的底层，而且能够进行自动开关闭，操作员可以根据实际情况进行处理调整。8安全防护装置升降横移类机械式停车设备一般装有以下安全防护装置(但不仅限于此)。 (1)紧急停止开关 在发生异常情况时能使停车设备立即停止运行，紧急停止开关一般设置在操作装置上，按钮为红色。(2)防止超限运行装置 停车设备在升降过程中，当限位开关出现故障时，上方的超限位开关能使设备停止运转，起超限保护作用。(3)汽车车长检出装置 一般是光电开关，当超过适停车辆长度时，使设备不运转或报警。(4)阻车装置 沿车辆进入的方向，在载车板适当位置上装设高度25mm以上的阻车装置或其他有效的类似装置。(5)人车误入检出装置 在停车设备运行时，能防止人、车误入的装置，一般采用光电开关或栅栏。(6)防止载车板坠落装置 当载车板上升到位后，为防止载车板因故突然坠落而设置的防护装置。防坠落装置一般采用挂钩形式，驱动方式有电磁铁驱动和机械驱动两种。(7)警示装置 停车设备运行时，用警示装置(一般是声、光警示)提醒人们注意安全。除了上述主要设备外，系统结构还有其他的大量相关电器设备以及操作平台，主要包括PLC、电动机、变频器和各种传感器等电器设备，位于操作室中的操作台位，具备相关的保护、警示的相关设备，应急手动控制设备等。2.1.2车辆存取原理机械式停车设备的工 作原理是：每个车位都有载车板，所需存取的车辆通过载车板升、降和横移运行到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆。停在地面的车辆只作横移运行，不需升降，上层车位或下层车位要通过中间层横移空出车位，只有将载车板升或降到地面层，驾驶员才能进入车库把汽车开进或开出车库。图 2-3是带有一层地坑的三层升降横移类机械式停车设备的运动示意图，该停车设备运行过程是：2、5、8号停车位可直接存取车辆，10号停车位下降后存取车辆，11号停车位上升后存取车辆；1、4、7、10号停车位通过2、5、8号停车位的横移后下降存取车辆，如需在l号停车位存取车辆，则要2、5、8号停 车位向右横移后1号停车位下降即可存取车辆。而3、6、9、11号停车位通过2、5、8号停车位横移后上升存取车辆。图2- 3车辆存取原理2.1.3升降横移类机械式停车设备设计和安装的特殊要求 1导轨(1) 同层两导轨在同一横截面上的轨顶相对标高差为3mm；(2) 同层两导轨轨距误差单侧导向为4mm，双侧导向为2.5mm。2框架结构升降横移类机械式停车设备的框架结构应满足表2-1要求。表2- 1升降横移类机械式停车设备的框架结构允许误差要求公差类别公称尺寸（mm）100020002000400040008000800012000立柱垂直度L/10008梁间平行度15框架两对角线长度允差10悬臂端挠度L/300，L为悬臂尺寸3环境要求(1)对室内工作的停车设备1) 工作环境温度不超过+40，在24h内的平均温度不超过+35；2) 工作环境温度不低于-5；3) 在+40的温度下相对湿度不超过50%。(2)对室外工作的停车设备1) 工作环境温度不超过+40，在24h内的平均温度不超过+35；2) 工作环境温度不低于-25；3) 工作环境温度不超过+25时的相对湿度允许暂时高达100%。2.2 升降横移式立体车库控制系统研究2.2.1 立体车库控制系统分析汽车进入前先通过光电传感器进行车辆尺寸检测，如果汽车尺寸能够符合停放尺寸规定，则车库档梁自动开启，车辆可以开到载车平台上，司机下车后，载车板的升降系统把汽车提升到有空余车位的层，然后载车板再把汽车拖拉到适合的地方，当车辆准确进入停车位之后，检测系统装置告知中央处理单元，同时系统实时刷新车位信息将车位信息传送至上位机显示。系统对每一个存车过程全部进行监测，如果存取过程中发生故障则立即发出报警信号等待管理员进行处理；汽车取车时管理员只要在键盘上输入需要取出汽车的车位号，控制系统则再按照相反的过程进行汽车取出动作。当司机把汽车驶出车库，监控系统可以监测到汽车出库，然后进行收费计算，并把车位信息告知控制系统，统再次刷新车位信息，同时车库档梁关闭等待下一个动作。智能车库的全部运行情况都可以实时的反映在上位机监视器中，从而实现对安全、快捷和有效管理。2.2.2立体车库控制系统组件系统设计以PLC作为控制核心，实现对车库的自动管理与监控。PLC向下通过光电等传感器，进行车辆检测，以及进行车位检测；通过控制部分，包括电机，执行电磁铁，继电器，接触器，显示器指示灯等进行车辆进入后的控制移动，同时安全装置保护车辆人员安全；PLC向上通过Profibus总线，实现与上位工控机的联系管理员可以通过键盘鼠标，或者触摸屏进行相应管理控制操作，IC磁卡机进行车辆识别，收款系统根据IC卡识别结果自动进行计算显示，并通过LED显示屏和语音系统进行显示和语音提示。系统还可以对部分结果进行报表打印。控制系统结构图如图2-4所示。系统还具有人工干预系统，可以在系统出现问题时进行人工干预，紧急处理。系统工作时，手动控制部分可以进行系统的单步工作，当系统进行检修和调试时，可以采用此方式。PLC 和上位机构成的控制系统，通过上位工控机发出控制命令，通过PLC 将命令传送到执行器执行，同时将车库的实时运行情况也反映在上位机上。此控制系统具有很高的智能化，可以广泛的用在各种高档小区停车库，医院停车库等。2.3立体车库控制系统的输入输出信号分析2.3.1系统输入信号控制系统输入信号包括多种检测信号。系统PLC 根据检测传感器的信号测量的值进行判断，并执行相应的控制；根据系统控制指令或工控上位机发出的命令，由 PLC 执行；根据光电检测传感器监测和限位开关信号，保证系统正常运行。 系统主要的检测器件包括： 1.汽车进入车库入口时，由光电传感器组成的检查元件对汽车的长宽高进行图2- 4 控制系统结构检测，若检测到车辆的长宽高任何一项超过限定阈值，则系统发出警报，提示汽车无法正常入库，汽车可以经由旁边预留的出口开离车库；对于满足停放大小要求的车辆可以进入载车板平台； 2.升降机的限位开关和牵引拖车在导轨上的限位开关，分别实现对升降机电机进行位置限制和检测牵引拖车和载车板的精确定位；3.电磁式机械扣检测开关，进行载车板和牵引拖车是不是准确的稳固链接检测，并对载车板停放在准确位置时是否被固定； 4. 光电传感器可以实时的对车库中空余车位进行监测并通过总线传至显示器进行显示；5.牵引拖车前后左右四向车轮接地监测；6.其他监测。主要有车辆是不是熄火，车内还有没有人，车库中温度监测，烟火警报监测。主要通过红外线传感器，温湿度传感器，烟雾感应传感器进行监测。2.3.2系统输出控制信号和联动联锁控制输出系统包括 PLC 驱动升降机电机正反转接触器，载车板控制电机运行接触器。PLC 将控制信号发至接触器线圈，控制接触器的接通与关断。具体控制要求如下：1.升降机的牵引电机正反转与制动；2.牵引拖车的四向运动电机的正反转控制。层间联动控制系统和其他监测控制系统。 1.上层载车板没能正确归位，下层的载车板和汽车不能向上移动； 2.下层载车板没能正确归位，上层载车板和汽车也不能不能运行；3.汽车长宽高监测，如果监测的结果超过允许范围，汽车不能进到升降机载车板上，也不能够启动升降机牵引电机； 4.当升降机台上的汽车未进入导轨的时候，负责升降的电机不能够开动。5.载车板停放位置不准确，牵引拖车和载车板的之间的磁阀开关不得松开。6.紧急制动按钮按下，立刻断开所有电机电源开关。2.4 本章总结本章从整体上阐述了车库的设计思路。以一个三层三列七车位升降横移式立体车库为例子，分析了立体车库的基本结构和车库系统的工作原理。在此基础上，主要进行了车库控制系统的整体方案进行了说明，其中根据系统功能要求设计配置车库的硬件组成，研究了系统各部分的主要功能，然后研究了车库控制系统的输入信号和输出信号有哪些。3 升降横移立体车库控制方案3.1升降横移立体车库系统控制要求现代智能立体车库要求实现人工智能，便于使用，保证安全，性价比高，所以，系统的设计可以采用下面几点：1.利用简单便捷的射频卡识别系统，进行自助刷卡取车，系统显示器可以显示车库所有车位情况和车主的汽车存放位置，并由车主刷卡进行汽车存取。2.车主刷卡后，系统能够识别汽车停放情况，并且可以通过该系统在选定的路径下自动回到第一层，当车主进入车库取车时，所有升降系统和平移系统都处在停止和锁死状态。3.如果控制系统出现问题或汽车重量超过最大承重时，监控系统能够发出提示音，并在系统显示器上显示所出的问题。4.车主刷卡后，系统自动识别车主情况，如果是月卡，则自动抬竿，不收取费用；如果是临时卡，则自动根据进库时间和出库刷卡时间，计算车主停车费用，并在电子屏上显示和进行语音报告。3.2横移立体车库控制系统方案选择。当前的车库控制系统常用的控制方法有PLC控制方式、继电器控制方式、单片机控制方式。这三种控制方案各有自己的特点，因此适用的场合也不一样。可编程序控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)，是随着科学技术的进步与现代社会生产力式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要而产生、发展起来的一种新型的工业控制装置。3.2.1继电器控制方式控制继电器是一种自动电器，它适用于远距离接通和分断交、直流小容量控制电路，并在电力驱动系统中供控制、保护及信号转换用。控制继电器的输入量通常是电流、电压等电量，也可以是温度、压力、速度等非电量，输出量则是触点动作时发出的电信号或输出电路的参数变化。继电器的特点是当其输入量的变化达到一定程序时，输出量才会发生阶跃性的变化。继电器控制系统特点包括形式直观、电路构造简单、性价比高等。如图3-1所示为使用在轨道上的多种实际继电器类型。继电器控制系统比较适合用在一些简单的逻辑控制电路之中，在所用系统中继电器可以看做计算机中的逻辑电路，可以构成多种功能的控制电路。然而随着当代工业的快速发展，各种工业系统使用要求控制情况的越来越复杂，并且要求的可靠性指标也越来越精确，因此在实际应用中如果只采用继电器触点的开关来实现系统的控制会出现一些缺点，并且触点转换所需的时间也会影响响应速度，所以控制精度较低，同时继电器触点频繁开关也容易产生电火花，因此消耗的电力比较大，还影响继电器的使用寿命。同时不同电路中的继电器还无法通用，如果逻辑关系设计复杂，实现起来也很复杂。还有就是继电器触点长期使用会造成较大磨损，继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔结粘起来，从而出现错误，导致严重的安全事故。图3- 1 各种继电器一个车位较多的车库，如果使用继电器控制，其控制箱中需要几十甚至上百个继电器，个头会很大并且笨重，安装会很困难，并且当系统负荷较大时，大的继电器会产生很大的热量和较大的噪声。当车库需要改动时，即使是很小的变化，也要花费很大的人力物力去进行改动、安装和调试，所以调整非常的不方便。因此系统不选择使用继电器控制。3.2.2单片机控制方式基于单片机的芯片及其他电子元器件与控制外部电路的集成PCB板组合在一起的控制器叫单片机控制板，通常它是应用于一些简单的工业控制当中。应用C语言或者其他的控制语言来编写控制动作流程以达到工业控制的最终目的，相比而言较为经济实惠。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。单片机控制方式中单片机是中央处理单元，但是还要进行大量的外围电路连接等开发控制系统，即要有系统软件和硬件件设计，同时单片机的抗干扰性必须解决，否则系统将非常不稳定，这些问题解决后才能使用，因此系统设计要有程序设计等大量个性化及针对性的设计，对系统设计者要具有很高的硬件了解和处理能力，开发要求相当高，开发工作量大、造成开发成本较高、同时编程比较复杂、开发周期长。3.2.3 PLC控制方式PLC控制系统是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。（1）PLC定义及介绍PLC技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，1969年首先将其进行商品化并推向市场的是美国GOULD公司；1971年，在引进美国技术后，日木研制出了自己的第一台PLC；l973年，德国SIEMENS公司也研制出了欧洲第一台PLC；1974年，法国随之也研制出了PLC。到了20世纪70年代中期，PLC开始采用微处理器。PLC的功能也内最初的逻辑运算拓展到具有数据处理功能，并得到了更为广泛的应用。由于当时的PLC功能已经不再局限于逻辑处理的范畴，为此，PLC也随之改称为可编程序控制器(Programmable Controller，简称PC)。1980年，美国电气制造商协会(National Electronic Manufacture Association，简称NEMA)对可编程序控制器进行了如下定义： “可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；以位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能；面向机器或生产过程的自动控制装置”。并将其统一命名为Programmable Controller (PC)。（2）PLC的基本结构：PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如下图3-2所示：图3- 2 PLC硬件结构1.中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。2.存储器（Memory）可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。3.基本I/O接口电路输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.115ms之间。多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入。输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。在继电器式输出中，CPU可以根据程序执行的结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，通过继电器闭和的触点，由外部电源驱动交、直流负载。优点是过载能力强，交、直流负载皆宜。但存在动作速度较慢，且为有触点系统，使用寿命有限等问题。双向晶闸管和晶体管输出型输出分别具有驱动交、直流负载的能力。晶闸管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双向晶闸管通断，可以驱动交流负载；晶体管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双晶体管通断，驱动直流负载。优点是两者均为无触点开关系统，不存在电弧现象，而且开关速度快，缺点是半导体器件的过载能力差。以上列举了六类输入和输出电路形式，各类PLC产品的输入、输出电路结构形式均有所不同，但光耦隔离及阻容滤波等抗干扰措施是相似的。根据输入、输出电路的结构形式不同，I/O借口又可以分为开关量I/O和模拟量I/O两大类。其中模拟量I/O要经过A/D，D/A转换电路的处理，转换成计算机系统所能识别的数字信号，在整体机构的PLC中，有开关量的交，直流I/O模块，和模拟量I/O模块及各种智能I/O模块可供选择。PLC输入电路和输出电路各种不同结构形式能够适应各不同负载的要求。4.接口电路PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。5.电源PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。（3）PLC的特点1.软硬件功能强PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计数器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等功能。PLC不仅可进行逻辑运算，算术运算，数据转换以及顺序控制，还可实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输入输出系统。PLC能够适应各种形式的开关量和模拟量的输入控制、输出控制，还可以和其他计算机系统、控制设备共同组成分布式控制系统，实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。PLC的编程语言丰富，它可以分为梯形图语言、逻辑功能语言、指令表、和顺序功能四种。特别是梯形图语言，它直观、方便，我们只要有了通常的继电接触器电路图、逻辑图或逻辑方程，就等于它有了PLC系统的用户程序，很适合电器工程技术人员操作和使用。2.使用维护方便PLC不需要像用计算机控制那样在输入输出接口上做大量的工作。PLC的输入接口和输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连的接口。如输入借口可以与各种开关、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、电磁阀等连接。不论是输入接口或输出接口，使用都很简单。PLC具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC的远行状态进行监控。3.运行稳定可靠由于PLC采用了微电子技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，同时还采用了屏蔽，滤波，隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在2万小时以上。特别是在制造工艺上加强了抗干扰措施，例如输入输出都采用光电隔离，能有效的隔离P