【电气工程及其自动化】基于plc的堆叠式立体车库控制系统的硬件设计

本科生毕业设计（论文）基于PLC的堆叠式立体车库控制系统的硬件设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2015年05月24日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111设计背景112设计目的和意义113立体车库及可编程控制器的发展现状2131立体车库在国内外的发展现状2132可编程控制器的发展现状314立体车库几种常见类型315设计目标与主要研究内容4151设计目标4152主要研究内容52总体方案设计521控制方式选择5211立体车库控制系统的主要要求5212控制方式的选择522整体方案设计7221确定立体车库的架构7222三层九车位堆垛式立体车库的工作原理8223整体设计方案103立体车库控制系统的硬件设计1131控制系统总体构架1132立体车库控制系统设计分析1233输入输出点分配1234电机的选择14341堆垛起重机提升机构电机的选择514342堆垛起重机水平行走机构电机的选择515343泊车位动力机构电机的选择1535其他配置的选型16351触摸屏16352光电传感器18353行程开关20354电磁铁21355按钮开关21356接触器21357隔离开关22358断路器与热继电器22359熔断器223510警报灯与警报蜂鸣器233511直流电源2336立体车库电路设计23361立体车库主电路23362PLC外部接线图2437立体车库电器元件表254硬件与软件的联调255结论与展望26参考文献27基于PLC的堆叠式立体车库控制系统的硬件设计摘要本设计以堆垛式立体车库为研究对象，使用三菱FX2N80MR001可编程控制器和三相异步电动机实现存取车过程的自动控制。本设计为控制系统的硬件设计，主要包括系统方案设计、电路设计、PLC选型、电机及其他器件选型。关键词立体车库；控制系统；硬件；FX2N80MR001；三相异步电动机THEDESIGNOFCONTROLSYSTEMHARDWAREOFSTACKINGSTEREOGARAGEBASEDONPLCABSTRACTTHISRESEARCH,WITHSTACKINGGARAGEFORTHESTUDY,FOCUSESONMAKINGTHEACCESSOFVEHICLESCONTROLLEDAUTOMATICALLYBYUSINGMITSUBISHIFX2N80MR001PROGRAMMABLECONTROLLERANDTHREEPHASEASYNCHRONOUSMOTORTHISPAPERISTHECONTROLSYSTEMHARDWAREDESIGN,INCLUDINGTHEOVERALLSOLUTION,CIRCUITDESIGN,SELECTIONOFPLC,SELECTIONOFMOTORANDOTHERDEVICESKEYWORDSSTEREOGARAGECONTROLSYSTEMHARDWAREFX2N80MR001THREEPHASEASYNCHRONOUSMOTOR1绪论11设计背景近年来随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车的数量不断增加。2014年国内汽车保有量将近14亿，就2013全国汽车保有量已达到137亿辆，从2400万辆增长到137亿辆，近十年汽车年均增加1100多万辆，是2003年汽车数量的57倍，占全部机动车比率达到549，比十年前提高了299。但汽车停车场地的增长却没有与之同步，汽车泊位与车辆数量严重比例失调，由此带来停车难，违章停车，停车管理困难等一系列问题。12设计目的和意义机械式立体停车设备又名立体车库，它占地面积小，并且可以很大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。设计的意义主要体现在以下四个方面9（1）占地面积方面以往使用的地上平面停车场，由于车辆呈平面摆放，车与车之间需要留有通道面积，故每台普通的小车平均占地面积在15平方米左右；再有，地下停车场，由于也要留出足够的出入通道，每个车位的平均占地面积至少需要25平方米。但如果使用立体停车库，在30平方米的空地上就可以停放一组8车位的立体停车库，平均每个车位的占地面积不到4平方米，显然，平均到每台车上的占地面积会大大减少。据不完全统计，如果采用地上多层立体车库，可使土地利用率提高8090。因此，立体停车库可以大大节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。（2）建设成本方面停车场地的建设成本主要包括土地费用和硬件建设费用等项目。由于传统平面停车场的占地面积相对较大，特别是城市中的土地购置费及其他税费近几年大幅上涨，因而使得其建设成本居高不下。而立体停车库由于是在较小的土地面积上实现空间存放，使摊薄到每个停车位的成本大幅降低。据对我国北方某城市的调查，传统地面停车场的每个车位成本平均在10万人民币左右，而高档写字楼的地下停车场每个停车位建设成本也在十几万元。如果按照当地的物价水准计算，建设立体车库成本可降到每个停车位56万元。因此说，立体车库的建设成本是相对较低的。（3）安全保障方面由于传统的平面停车场中所有车辆都停放在同一平面，在出入车时，尤其是遇车辆停放高峰，极易造成车辆的刮损。如果管理人员不足或疏忽，还会造成车辆丢失。而立体停车库中，由于处在同一平面的车辆数目较少，而且存取车时无论高峰还是稀少时，都要通过电子程序，几乎没有刮碰的机会，车辆失窃更是不可能，因为立体车库在管理上是人车分离，否则报警系统启动。所以，对车主来说，立体存放解决了其安全方面的后顾之忧。（4）自动程控方面立体车库配套安装智能管理系统。在存车、取车、收费及监控安保等方面都采用了自动控制，既方便了管理人员的操作，又提升了管理档次，使管理自动化、程序化。13立体车库及可编程控制器的发展现状131立体车库在国内外的发展现状立体停车库起源于20世纪的美国，目的是为了解决大城市内停车难的问题。现在，土地资源紧张是各大城市的现状，在亚洲各国问题尤其突出，因此，立体车库的应用在亚洲各国比较广泛，有数据表明，立体车库在日本、韩国、中国等地应用很多。国外发展立体车库较早的有日本、韩国、德国等国家，在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难的问题，并开始向外输出技术和出口产品。日本是亚洲最早研究立体车库的国家。从20世纪60年代开始，日本从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今己有半个世纪的历史。韩国机械停车设备技术是日本技术的派生，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，2000年后为发展阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段，自动化停车设备随供应量的扩大技术也得到迅猛发展。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。由于欧洲国家土地资源比较充足，停车问题表现不是很突出，停车设备应用不是很多，产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式，产品应用也很好。我国国内关于立体车库的研究开始于20世纪80年代末，距今己有二十年余的发展历程。近年来，国内机械式停车行业发展迅速，依靠技术改造、科技创新等，行业进步成效明显提高。通过采用焊接机器人、自动化电泳、边梁数控弯成型生产线等先进的新技术、新设备、新工艺对传统的生产过程进行改造，提升了行业的产能规模，提高了产品质量，降低了生产成本。同时据不完全统计，2013年有15家生产企业申请了157项停车设备相关的实用新型专利，有10家企业申请了66项发明专利，国内停车设备行业技术创新和专利保护的意识在不断增强1。132可编程控制器的发展现状可编程控制器从上世纪六十年代开始产生，在当时主要是由分立元件和中小规模集成电路组成，之后经过技术改造和微处理器的引入，使得可编程控制器直接进入到实用化的发展阶段，可编程控制器进入到成熟阶段的主要标志是可编程控制器形成大规模、高性能、高速度和产品系列化的发展。在上世纪末期，可编程控制器的发展特点主要是适应现代化工业的发展需求。随着系统能力的不断提高，可编程控制器可以提供系统通信功能，从而逐渐形成了可编程控制系统。使得人机界面更加完善，具有离散量和模拟量数据采集系统的控制能力。另外，从控制规模的角度进行分析，可编程控制器在这个阶段逐渐发展了大型机和超小型机。从控制能力方面而言，逐渐生产出各种各样的具有特殊功能的可编程控制器，可以适用于压力、转速、温度、位移等多方面的控制场合。同时，从产品的配套能力进行分析，逐渐研发出人机界面单元和通信单元等，使得工业控制设备在应用可编程控制器的配套设施时更加便捷。目前，可编程控制器在配电系统、汽车、石油化工、钢铁、轻工业等领域中的应用比较广泛。我国开始应用可编程控制器开始于改革开放时期，最初是在引进设备中大量使用可编程控制器，随之在各大领域中扩大了可编程控制器的应用范围。目前我国可以自行生产中小型可编程控制器，多种产品已经具备了一定的规模，并在工业生产中的应用比较广阔。14立体车库几种常见类型经过多年的研究与发展，立体车库已拥有多种形式，这些形式主要有升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、平面移动式、多层循环式等8。（1）升降横移式采用模块化设计，每个单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个不等。顶层车板上下升降，底层车板左右水平横移，中间层车板既可左右横移又可上下升降。通过不断的交换空位，完成车辆的存取。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。（2）巷道堆垛式采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并由存取装置实现车辆的有序存取。因此，对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，巷道堆垛式立体车库适用于车位数量需求较多的客户使用。（3）垂直提升式垂直提升式立体车库类似于电梯，在提升机的两侧布置车位，通过提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机上的装置将车辆或载车板送入或送出车位，从而达到立体存取车的目的。此种车库一般高度较高，可达几十米，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地面积却很小。（4）垂直循环式采用链传动带动轿厢在垂直方向上循环运转，汽车停在轿厢上，轿厢随传动系统作升降运动，或者将所要存车的空车位降至地面，循环往复地将轿厢或空车位送到车库出入口，完成车辆的存取工作。一般车库出入口处设有转台，省去司机调头。该类型车库非常适用于土地资源比较紧张，而停车位需求却很大的场所使用。（5）平面移动式通过每层的升降机的垂直升降和搬运器的平面往复运动，将车辆自动移送到多层平面布置的停车区域，分别动作，互不干扰。适合在大中型建筑物或公共设施中安装，每套系统容车数量80120辆，两台车辆可以同时出入库，按排列方式可分为纵列或横列布置方式。（6）多层循环式通过载车板左右移动与升降的相互配合，使载车板循环运动，从而实现车辆多层存放。根据需要，出入口可加设回转盘，避免倒车麻烦，适用于无法设置坡道的场所。最适宜建于地形细长且面积只允许设置一个出入口的场所。15设计目标与主要研究内容151设计目标根据控制系统分析阶段的要求，并考虑经济、技术等方面的条件，确定系统的总体结构和系统各组成部分的技术方案，合理选择控制系统的硬件设备，进行电气搭建，与软件进行联调，主要实现以下功能（1）三层九车位立体车库自动控制；（2）自动或手动选位存车；（3）自动或手动选位取车；（4）安保紧急停止，超限保护，故障报警等。152主要研究内容本课题设计了基于三菱FX2N系列PLC的立体车库控制系统，主要的研究内容如下（1）了解立体车库控制系统的结构与组成；（2）立体车库控制系统的方案研究，以及程序算法研究；（3）控制系统硬件的选型，如PLC、电机、传感器等，以及电路的设计；（4）立体车库控制系统的调试方法。2总体方案设计21控制方式选择211立体车库控制系统的主要要求立体车库动作复杂，要求控制系统实现顺序动作控制、速度控制、定位控制、及安全互锁控制。操作简单、迅速，使用方便，安全可靠，维护量小，使用环境安全，这是自动化立体停车设备的基本特点。立体车库对控制系统主要有以下几个方面的要求（1）自动操作存取车时，按钮操作，只要按动选车位按钮，控制系统根据当前车库存车状况，自动选择调度方案，以最短的时间完成车辆的出入库。（2）安全互锁控制立体车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所以必须要有如光电检测等安全设施，及时检测车库状况，避免事故发生。（3）高速、平稳为了缩短存取时间，要求传动装置以高速度运行，同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、低噪声与平稳起动和制动。212控制方式的选择立体车库的控制系统有多种设计方法，主要有以下几种PLC控制系统、单片机控制系统、微机（PC）控制系统、电磁继电控制系统等。PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就是PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。（1）稳定可靠，抗干扰能力强10。PLC是专门为工业环境下应用而设计的，因此人们在设计PLC时，从硬件和软件上都釆取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。对于硬件措施，PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界的电磁干扰；输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰；内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离措施，有效地隔离了输入输出间电的联系，减少了故障和误动作；采用模块式结构，有助于在故障情况下短时修复，一旦査出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。对于软件措施，PLC设计了故障检测软件定期地检测外界坏境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理；信息保护和恢复软件使PLC偶发性故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护，不遭破坏。一旦故障条件消失，恢复原来的信息，使之正常工作。如果PLC程序每次循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示程序进入死循环，立即报警。对程序进行检查和检验，如程序有错，立即报警，并停止执行，这样可使一般PLC的平均无故障时间达到几万小时以上。（2）通用性强，使用方便。PLC产品已经系列化和模块化，PLC的开发制造商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能。（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。PLC的各个部件，均采用模块化设计、各模块之间可由机架和电缆连接。系统的功能和规模可据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。（4）编程语言简单、易学，便于掌握。PLC是由继电器接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置。其主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC的开发制造商为了便于工程技术人员方便学习和掌握PLC的编程，釆取了与继电器接触器控制原理相似的梯形图语言，易学、易懂。（5）系统设计周期短。由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工作的进程。（6）对生产工艺改变适应性强。PLC的核心部件是微处理器，它实质上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量、多品种产品的生产尤其适合。（7）安裝简单、调试方便、维护工作量小。PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连。PLC软件设计和调试大多可在实验室里进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上的相应发光二极管，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试好后，再将PLC控制系统安装到现场，进行联机调试，这样既省时间又很方便。由于PLC木身的对靠性高，又有完善的自诊断能力，一旦发生故障，可以根据报警信息，迅速査明原因。如果是PLC本身，则可用更换模块的方法排除故障。这样提高了维护的工作效率，保证了生产的正常进行。可编程控制器（PLC）作为本设计中控制系统的控制方式，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。22整体方案设计221确定立体车库的架构本课题是针对三层九车位堆垛式立体车库进行PLC控制系统的方案设计，如图1所示。图1三层九车位堆垛式立体车库222三层九车位堆垛式立体车库的工作原理（1）基本原理立体车库的每个泊车位都有一个载车板，同时每个泊车位都设有动力机构，在立体车库正前方是紧挨着车库的巷道堆垛起重机，它由机架、水平行走机构、提升机构、载货台电气控制系统构成。车在立体车库中的移动为三维（X,Y,Z）方向，其中X方向上的移动（即将载车板移出和移进车位）由每个车位上的动力机构负责；而Y,Z方向的移动则由堆垛起重机来完成，提升机构负责垂直方向的提升和下降，水平行走机构负责水平方向的移动。堆垛起重机不工作时，为了不阻碍道路，载货台悬停在半空。存车过程当控制系统接到存车命令时，系统通过检索是否存在空车位，若无车位则发出警告信息，否则堆垛起重机到达距离最近的停车位，由车位的动力机构将载车板推送到堆垛起重机的载货台，然后堆垛起重机将载车板输送到地面，并提示用户将车驶到堆垛起重机载货台上的载车板。车辆驶到载车板上后，通过光电检测车辆的位置，提示司机准确停车。车辆停靠完毕，用户离开车辆后，控制系统控制堆垛起重机运动，将车辆输送到指定的泊车位，然后车位的动力机构将车辆拽拉到泊车位指定位置。存车过程完程后，如无其他命令，堆垛起重机回到初始位置。取车过程当控制系统接到取车命令时，堆垛起重机到达指定车位，由泊车位的动力机构将车辆推送到堆垛起重机的载货台上，堆垛起重机将车辆输送到地面，同时提示用户将车辆驶出载车板。这时如果系统接到存车命令，则直接提示下一用户将车辆驶进载车板完成存车过程，否则将载车板输送回原来车位，由泊车位动力机构拽拉回泊车位指定位置。取车过程完成后，如无其他命令，堆垛起重机回到初始位置。（2）堆垛起重机位置的定位2控制系统要正确可靠地存取车辆，堆垛起重机的准确认址定位是其关键。认址片如图2所示，认址方法如下在巷道地基上相对于每列泊车位安装一固定的认址片（挡板），在堆垛起重机底部安装2个光电开关（GD1和GD2）随堆垛起重机一起水平运动，每经过一列泊车位，光电开关通过认址挡板发出一脉冲信号到PLC，从而达到列认址目的；同样在堆垛起重机立柱上相对于每一层安装一认址片，在其载货台上安装光电开关GD3和GD4随载货台一起上下运动，达到层认址的目的。堆垛起重机水平运动到达指定位置，当光电开关GD1和GD2同时发出脉冲信号时，系统发出停车信号；当只有GD1发出脉冲信号时，系统控制堆垛起重机点动向右；当只有GD2发出脉冲信号时，系统控制堆垛起重机点动向左，达到微调的目的。同理，堆垛起重机载货台垂直运动到达指定位置，当光电开关GD3和GD4同时发出脉冲信号时，系统发出停车信号；当只有GD3发出脉冲信号时，系统控制堆垛起重机载货台点动向上；当只有GD4发出脉冲信号时，系统控制堆垛起重机载货台点动向下，达到微调的目的。GD1认址片光电传感器2图2认址片结构（3）泊车位动力机构工作原理泊车位动力结构由电机、联轴器、滚珠丝杠副组成。滚珠丝杠装配图如图3所示。在丝杠螺母上装设一个90角的铁钩，铁钩在丝杠螺母的带动下提前伸出泊车位，当堆垛起重机将载车板输送至泊车位正前方时，铁钩正好穿过载车板上的孔。电机工作，丝杠旋转，铁钩在螺母的带动下将载车板沿着导轨拉至泊车位内。同理，载车板移出泊车位，也是利用丝杠螺母的移动将载车板沿着导轨推送至堆垛起重机的载货台上。由于滚珠丝杠副不具备自锁功能，为防止逆传动，装设了电磁制动装置。电磁制动装置采用断电制动的工作方式，即电磁铁断电时，借助压力弹簧作用合上摩擦离合器，使得丝杠不能转动，从而达到制动的目的。1丝杠；2丝杠螺母装配块；3轴承装配块图3滚珠丝杠装配图（4）堆垛起重机载货台载车板固定装置堆垛起重机载货台载车板固定装置工作原理如图4所示。图4载车板固定装置工作原理图223整体设计方案立体车库PLC的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统等。系统控制核心为PLC主机、操作盘，安全保护信号通过接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动控制系统发出控制信号。整体设计方案如图5所示急停按钮行程开关光电传感器触摸屏计费、显示输入信号PLC堆垛机水平行走电机堆垛机垂直提升电机泊车位电机电磁铁警报灯、警报蜂鸣器图5整体设计方案（1）急停按钮系统发生故障或紧急情况下，按下急停按钮，系统紧急停机；（2）行程开关泊车位载车板定位，超限保护；（3）光电传感器堆垛起重机定位，车辆位置检测；（4）触摸屏控制信号输入，计费结果显示，其他信号显示；（5）电磁铁泊车位滚珠丝杠副电磁制动器，堆垛起重机载货台载车板固定装置电磁铁；（6）警报灯、警报蜂鸣器系统故障或其他紧急情况下，给予声光警报。3立体车库控制系统的硬件设计31控制系统总体构架整个立体车库设计有可编程控制器对车库进行统一的控制盒管理，通过科比鞥成控制器控制堆垛起重机和泊车位动力机构来完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的存取由可编程控制器根据当前个车位的存放情况，按照相应的程序进行选择，调度车来那个进出。在堆垛式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的堆垛起重机和泊车位动力机构中的电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转；其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了确保载车板能够到达指定位置，采用行程开关。立体车库硬件系统的结构，主要有下列部分构成（1）可编程控制器处理各种信号的逻辑关系，从而向堆垛起重机和泊车位动力机构发起动作信号，完成存取车的过程。可编程控制器是系统的核心。（2）输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由急停按钮、行程开关、光电传感器、触摸屏等单元构成。32立体车库控制系统设计分析市场上有多种品牌的PLC，功能上大同小异。三菱FX2N系列PLC具备如下特点最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。本课题设计的立体车库为3层9车位，需要47个输入和34个输出。立体车库控制系统对输出动作频率要求不高，所以本次设计选用AC电源DC输入的继电器输出的FX2N80MR001，额定电压220V，额定电流25A。FX2N80MR001的基本单元具有40输入和40输出，显然不能满足输入的基本要求，所以需要增加扩展模块。所选的扩展模块是具有16个输入点的FX2N16EX模块1台。33输入输出点分配该系统占用PLC81个I/O口，47个输入点，34个输出点，具体I/O分配如下（1）输入分配表如表1所示。表1输入分配表输入输入设备输入输入设备X0急停按钮X306号车位内极限开关X11号车位外限位开关X317号车位外限位开关X21号车位外极限开关X327号车位外极限开关X31号车位内限位开关X337号车位内限位开关X41号车位内极限开关X347号车位内极限开关X52号车位外限位开关X358号车位外限位开关X62号车位外极限开关X368号车位外极限开关X72号车位内限位开关X378号车位内限位开关X102号车位内极限开关X408号车位内极限开关X113号车位外限位开关X419号车位外限位开关X123号车位外极限开关X429号车位外极限开关X133号车位内限位开关X439号车位内限位开关X143号车位内极限开关X449号车位内极限开关X154号车位外限位开关X45水平定位光电开关GD1X164号车位外极限开关X46水平定位光电开关GD2X174号车位内限位开关X47水平左极限开关X204号车位内极限开关X50水平右极限开关X215号车位外限位开关X51垂直定位光电开关GD3X225号车位外极限开关X52垂直定位光电开关GD4X235号车位内限位开关X53垂直上极限开关X245号车位内极限开关X54垂直下极限开关X256号车位外限位开关X55车辆位置检测光电开关GD5X266号车位外极限开关X56车辆位置检测光电开关GD6X276号车位内限位开关（2）输出分配表如表2所示。表2输出分配表输出输出设备输出输出设备Y0堆垛起重机水平行走电机正转Y238号车位动力机构电机反转Y1堆垛起重机水平行走电机反转Y249号车位动力机构电机正转Y2堆垛起重机垂直升降电机正转Y259号车位动力机构电机反转Y3堆垛起重机垂直升降电机反转Y311号泊车位制动电磁铁Y41号车位动力机构电机正转Y322号泊车位制动电磁铁Y51号车位动力机构电机反转Y333号泊车位制动电磁铁Y62号车位动力机构电机正转Y344号泊车位制动电磁铁Y72号车位动力机构电机反转Y355号泊车位制动电磁铁Y103号车位动力机构电机正转Y366号泊车位制动电磁铁Y113号车位动力机构电机反转Y377号泊车位制动电磁铁Y124号车位动力机构电机正转Y408号泊车位制动电磁铁Y134号车位动力机构电机反转Y419号泊车位制动电磁铁Y145号车位动力机构电机正转Y42载货台载车板固定钩电磁铁Y155号车位动力机构电机反转Y44警报灯Y166号车位动力机构电机正转Y45警报喇叭Y176号车位动力机构电机反转Y207号车位动力机构电机正转Y217号车位动力机构电机反转Y228号车位动力机构电机正转34电机的选择341堆垛起重机提升机构电机的选择5计算负载功率P1，根据负载功率选择电机的额定功率及其他参数。负载功率计算FV1（1）电动机的功率（2）F额定提升重量，单位NV额定提升速度，单位M/S传动机构效率载车板重量为700KG，载货台为800KG，车重为1700KG所以GK32017807（3）效率参数组合链条的机械效率1KW7610023FV16KW012895971链条的机械效率2减速齿轮箱的机械效率3为了保证工作可靠，效率均取最小值来计算。（4）5995029803（5）通过查阅机械设计手册7选择Y200L8型三相异步电动机，转速为730R/MIN，功率为15KW，额定电压380V，额定电流341A。342堆垛起重机水平行走机构电机的选择5有轨堆垛起重机的运行机构的电动机的功率是根据堆垛机满载稳定运行时的静阻力进行计算。按照运行静阻力、运行速度计算机构的静功率。静功率的计算公式为Z106WV（6）式中W运行机构稳定运行时的静阻（N）；V堆垛起重机的运行速度M/MIN取100M/MIN计算；Z堆垛起重机运行机构驱动电机数，取Z1；运行机构传动总效率，取08。代入有KW3190672ZWV82090125498LMNRPB23KW59048NTML0（7）通过查阅机械设计手册选择Y90L4型三相异步电动机，转速为1400R/MIN，功率为15KW，额定电压380V，额定电流37A。343泊车位动力机构电机的选择负载质量KG240M负载最大速度MIN/6VL滚珠丝杠导程B5P摩擦系数20滚珠丝杠机械效率9（1）速度要求启动电机速度）MIN/R（24056PVBL（8）电机速度采用直连结构，所以减速比1/R故（9MIN240RRNLM）（2）负载转矩（10）（3）负载功率（11）通过查阅机械设计手册选择Y132S12型三相异步电动机，转速为2900R/MIN，功率为55KW，额定电压380V，额定电流111A。35其他配置的选型351触摸屏本设计中，触摸屏主要用于手动控制立体车库存取车过程，以及显示用户存车费用相关数据和手动控制过程中的车位的编号等。根据工作原理，触摸屏目前一般被分为四大类电子式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。各类触摸屏的技术特性如表3所示。表3各类触摸屏技术特性触摸屏特性红外线式触摸屏表面声波式触摸屏电阻式触摸屏电容式触摸屏透光率100928585分辨率40964096409640964096409610241024感光轴X，YX，Y，ZX，YX，Y漂移率无无无有耐磨损性很好很好好好抗暴性强强弱弱干扰性强光干扰无无电磁干扰污物影响无小无较小稳定性高一般好差多点触摸有无无有尺寸中大型尺寸中大型尺寸小尺寸小尺寸电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，它不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用4。与其他三类触摸屏相比，电阻式触摸屏比较符合设计的要求，故选用三菱GT1275VNBAC电阻式触摸屏。具体参数如下104英寸TFT，分辨率640480，256色TFT显示，内置3MB标准内存。为方便接线，经济性考虑，选择电源规格为AC100240V的GT1275VNBAC触摸屏，如表4所示。表4电源为AC100240V的GT1275VNBAC输入电源电压AC100240V（10，15）输入频率数50/60HZ5输入最大功率44VA（最大负荷时）消耗功率18W以下背光灯熄灭时15W以下冲击电流40A以下（4MS）（最大负荷时）允许瞬停时间20MS以内（AC100V以上）抗干扰性能干扰电压1500VP，干扰幅1S由干扰频率数2560HZ的干扰模拟器可承受电压电源端子接地之间AC1500V1分钟内绝缘电阻电源端子接地之间DC500V绝缘电阻10M以上适合电线尺寸0752（MM2）适合压接端子M3螺栓用的压接端子RAV1253，V2S33，V2N3A，FV2N3A适合紧固扭矩0508NM352光电传感器常见的光电传感器有以下四种类型6（1）槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。（2）对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。（3）反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式或反射镜反射式光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。（4）扩散反射型光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到信号，输出一个开关信号。本设计中主要有两处要用到光电开关，堆垛机的定位和车辆位置的检测。在堆垛机定位时，光电开关的响应速度必须快速、准确，同时考虑到堆垛机在运动的过程中产生的震动，故定位光电开关应具备防震性。综合考虑，定位光电开关选择SICK的WL45R250镜反射式光电开关。具体技术资料如表5所示。表5WL45R250技术资料检测距离，最大典型值/反射镜00155M/OP60灵敏度可调光源种类红色可见LED灯工作电压VS24240VUC（10，25）功耗6VA，前镜加热开关输出继电器，SPDT，隔离的最大开关电压AC250V/DC120V开关电源4A/240VAC或24VDC最大开关容量AC1000VA/DC100W响应时间20MS最大开关频率10/S连接方式接线端子连接电路保护A，C防护等级IP67工作环境温度2555前镜加热有偏光滤镜有外壳材料金属外壳车辆位置检测距离比较大，所选光电开关也应具备防震性，故选择SICK的WS/WE45R250对射型光电开关。具体技术资料如表6所示。表6WS/WE45R250技术资料检测距离，最大典型值0350M灵敏度可调光源种类LED，脉冲红外光源工作电压VS24240VUC（10，25）功耗（发射器或接收器）6VA，前镜加热开关输出继电器，SPDT，隔离的最大开关电压AC250V/DC120V开关电源4A/240VAC或24VDC最大开关容量AC1000VA/DC100W响应时间10MS最大开关频率10/S连接方式接线端子连接电路保护A，C防护等级IP67工作环境温度2555前镜加热有外壳材料金属外壳353行程开关考虑到安全性、可靠性和经济性，本设计选用ANV的LS8109可调金属滚轮手柄型行程开关。该行程开关安全、可靠、经济，防尘及防油污，小型及尺寸共通性高，安装方便，为单组常开/常闭型。具体特性如表7所示。表7LS8109行程开关特性额定工作电压220V额定工作电流5A使用寿命（机械性）107次使用寿命（电气性）3105次（额定电压）环境温度565（未结冰）环境湿度95（最大）接线方式螺丝固定（最大线径20MM2）354电磁铁本设计中，电磁铁主要用于堆垛机载货台在载车板的固定和泊车位防止滚珠丝杠逆传动的电磁制动装置。在电磁制动装置中，由于滚珠丝杠副是水平传动，逆转力矩不大，所以电磁制动装置提供的阻力矩不需要很大就可以达到制动的目的。通过查阅资料，选用本身带有半波整流器的本整型电磁铁MFB17YC，其额定电压为220VAC，额定电流06A，额定吸力大于70N。该电磁铁可以在直接使用交流电源，电气线路配置简单，同时具有直流电磁铁的结构和特性，工作可靠，允许切换频率为120次/MIN，换向冲击小，使用寿命较长。355按钮开关按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。按钮开关的结构种类很多，可分为普通揿钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式、带灯符号式及钥匙式等，有单钮、双钮、三钮及不同组合形式，一般是采用积木式结构，由按钮帽，复位弹簧，桥式触头和外壳等组成，通常做成复合式，有一对常闭触头和常开触头，有的产品可通过多个元件的串联增加触头对数。还有一种自持式按钮，按下后即可自动保持闭合位置，断电后才能打开。本设计中只有急停按钮一个，选择施耐德急停自锁开关XB2BS542，额定工作电压440V，额定工作电流10A，额定发热电流15A，螺旋式操作方式。356接触器本设计采用了三种不同功率的三相异步电动机Y200L8、Y90L4和Y132S12，功率分别为15KW、15KW、55KW，额定电流分别为341A、37A和111A。堆垛机水平行走电机和垂直提升电机选用AC4类型的接触器，泊车位电机选用AC3类型接触器。通过查阅正泰接触器选型手册，三种电机分别选用额定工作电压380VAC的CJX175、CJX112、CJX112接触器。部分参数如表8所示。表8CJX1系列380V交流接触器部分参数额定工作电流A可控电机功率KW吸引线圈功率消耗型号AC3AC4AC3AC4保持吸合线圈工作电压范围交流（AC）CJX1121243551910VA68VA（0811）USCJX1757534371732VA330VA（0811）US357隔离开关本设计中，堆垛机的垂直提升电机、水平行走电机、PLC以及触摸屏都用到了隔离开关。通过查阅华通隔离开关选型手册，结合各自的额定工作电流，堆垛机的动力电机选用额定电压为400V的三极SGR150和SGR14隔离开关，额定电流分别为50A、4A；PLC以及触摸屏则选用额定电压为250V的两极SGR132和SGR11隔离开关，额定电流分别为32A、1A。358断路器与热继电器通过查阅ABB低压断路器选型手册，根据所选用电机的功率和额定电流，对应电机选用的断路器和热继电器如表9所示。断路器与热继电器的额定电压都为380VAC。本设计中共有11台电机，但是同时运行的电机最多为3台，电机总额定电流为489A，加上其他负荷，主断路器选用额定流为80A的T2S160MA80断路器，上一级断路器与下一级断路器脱扣整定值的比值不小于15，磁脱扣整定值为2445A。表9电机断路器与热继电器的选用电机断路器热继电器电流整定额定功率PE（KW）额定电流IE（A）型号磁脱扣整定值（A）额定电流（A）型号MIN（A）MAX（A）1537TA25DU535555111T2S160MF125163125TA25DA450SU802340359熔断器（1）电动机保护熔断器的额定电流约为电动机额定电流的1525倍。Y200L8电机选用的熔断器额定电流为5128525A，Y90L4电机选用的熔断器额定电流为56925A，Y132S12电机选用的熔断器额定电流为1672775A。通过查阅开尔泰熔断器选型手册，选用额定电压为380VAC的开尔泰KG22熔断器，额定电流分别是80A、8A和25A，分断能力为100KA。（2）主线路保护一般要求上一级熔断器熔断体比下级熔断器熔断体额定电流大23级，即可满足选择性。电机中熔断器最大的额定电流为80A，所以主线路上的熔断器额定电流为160A。通过查阅开尔泰熔断器选型手册，选用额定电压为380VAC的开尔泰KS27熔断器，额定电流为160A，分断能力为100KA。（3）PLC保护FX2N80MR001的额定工作电流为25A，通过查阅开尔泰熔断器选型手册，选用额定电压为250VAC的开尔泰RSO50熔断器，额定电流为30A，分断能力为100KA。（4）触摸屏保护触摸屏的额定电流为02A，通过查阅开尔泰熔断器选型手册，选用额定电压为250VAC的开尔泰KG8熔断器，额定电流为1A，分断能力为100KA。3510警报灯与警报蜂鸣器本设计中的警报灯选用额定电压为24VDC的UNDOUBT红色LED警示灯XZ36，额定功率为2W，额定电流833MA。警报蜂鸣器选用额定电压为24VDC的韩荣HY30624有源警报蜂鸣器，额定功率为4W，额定电流1667MA。3511直流电源本设计中光电开关、警报灯和警报蜂鸣器需要24VDC电源，总的额定电流为175A，通过查阅MPS系列可调直流稳压电源选型表，选择30V/3A输出的MPS3003SH型可调直流稳压电源。36立体车库电路设计361立体车库主电路立体车库主电路图如图7所示。FR1KMUQS3234KMFR35UQ16FR1KM2UQ939号泊车位电机1号泊车位电机堆垛机垂直提升电机堆垛机水平行走电机L1PEPEPE2N图7立体车库主电路图362PLC外部接线图PLC外部接线图如图6所示。KM123456FR堆垛机水平行走电机正转堆垛机水平行走电机反转堆垛机垂直提升电机正转堆垛机垂直提升电机反转号泊车位电机正转号泊车位电机反转9号泊车位电机正转号泊车位