全智能车库系统的设计

摘要随着我国经济的持续稳定增长和人民生活水平的不断提高，我国轿车保有量直线上升，轿车进入家庭已成为必然趋势。于是，停车难的问题逐渐成为各个城市迫切需要解决的问题。城市停车场的建设成为越来越多的人关注的话题。如何把有限的空间最大的利用且不需要较大的人力成为新的研究课题。全智能停车库系统，以其充分利用空间，节约占地面积等显著特点，成为解决难停车问题的重要方法。全智能停车库是为城市建设提供的简单便利的附属设施，可以充分的利用城市有限的空间来解决停车难的重要举措，可以缓解和解决繁华地段乱停车等问题，其社会效益极其显著。本文设计完成了智能立体车库系统控制系统的软硬件系统。采用PLC智能停车控制系统，并介绍其工作原理，采用智能化的车位监控管理，进出自动识别车辆进出的方法大大节省了停车时间及占地空间。本文也对车库的自动控制系统中的电力拖动系统进行了研究，着重介绍了升降机，平移存取机构及门电机。本文最后部分对智能立体车库的安全措施的设置及控制系统的软硬件抗干扰能力进行了设计，从而提高了车库的安全性与可靠性，保证了系统的正常工作。关键词PLC控制；智能控制；控制策略ABSTRACTALONGWITHOURCOUNTRYECONOMYSTABILIZESGROWTHCONTINUOUSLYANDTHEIMPROVEMENTOFPEOPLESLIVINGSTANDARDS,CHINESECARRETAINSTHEVOLUMERISESSHARPLY,THECARENTERSAFAMILYTOALREADYMADEINEVITABLETRENDSO,THEPROBLEMOFPARKINGHASBECOMEURGENTPROBLEMSTOBESOLVEDINEACHCITYCITYPARKINGCONSTRUCTIONBECOMEMOREANDMOREPEOPLEFOCUSONTHETOPICHOWTOUSELIMITEDSPACEMAXIMUMUTILIZATIONANDDONOTNEEDMUCHMANPOWERISBECOMINGANEWRESEARCHTASKINTELLIGENTPARKINGSYSTEM,INORDERTOMAKEFULLUSEOFSPACE,SAVECOVERSANAREAOFANDOTHERNOTABLEFEATURES,BECOMESOLVEDIFFICULTPARKINGQUESTIONIMPORTANTMETHODTHEINTELLIGENTPARKINGGARAGEISFORTHECITYTOPROVIDEASIMPLEANDCONVENIENTFACILITIES,CANMAKEFULLUSEOFLIMITEDSPACEOFTHECITYTOSOLVETHEPARKINGSIGNIFICANTMOVE,CANSOLVETHEPROBLEMSSUCHASTHEDOWNTOWNAREAOFPARKING,THESOCIALBENEFITISREMARKABLETHISPAPERCOMPLETEDTHEDESIGNOFINTELLIGENTSTEREOGARAGECONTROLSYSTEMSOFTWAREANDHARDWARESYSTEMUSINGPLCINTELLIGENTPARKINGCONTROLSYSTEM,ANDINTRODUCESITSPRINCIPLE,ADOPTSTHEINTELLIGENTPARKINGMANAGEMENT,IMPORTANDAUTOMATICRECOGNITIONOFVEHICLEACCESSMETHODGREATLYSAVESTHEPARKINGTIMEANDSPACETHISARTICLEALSOTOTHEGARAGEINTHEAUTOMATICCONTROLSYSTEMOFELECTRICDRIVESYSTEMARESTUDIED,INTRODUCEDEMPHATICALLYTHELIFT,TRANSLATIONALACCESSMECHANISMANDDOORMOTORINTHELASTPARTOFINTELLIGENTSTEREOGARAGESECURITYSETTINGSANDTHECONTROLSYSTEMHARDWAREANDSOFTWAREANTIINTERFERENCEABILITYOFDESIGN,THEREBYIMPROVINGTHESAFETYANDRELIABILITYOFTHEGARAGE,TOENSURETHENORMALOPERATIONOFTHESYSTEMKEYWORDSPLCCONTROLINTELLIGENTCONTROLCONTROLSTRATEGY目录绪论311智能停车场概述4111智能停车场的作用4112智能停车场在中国的发展42智能停车场的介绍以及设计内容521智能停车场的组成部分5211智能出口控制系统5212智能入口控制系统6213实时监控6214智能停车场管理软件设计63智能停车场的具体设计631元器件7311模板及铁柱7312按钮开关7313限位开关9314电机10315传感器11316中间继电器13317继电器插座14318开关电源15319读卡器16310车位指示灯164硬件汇总表18结论1致谢2参考文献31绪论11智能车库系统的概述智能车库结构简单，安装方便，定位精准，功能全面，存储量大，布局美观大方，设计人性化，系统稳定，存取便捷。正是由于作品具有以上特点，具有很大的市场应用前景。智能立体车库管理系统采用非接触式智能IC卡作为车辆出入停车场的凭证，以先进的图像对比功能实时监控出入场车辆，以超大的LED显示屏引导车主寻找其所分配的车库车位，以稳定的通讯和强大的数据库管理每一辆车及车位信息，以先进的电子地图实时监控现场车辆停放的动态信息完全解决了现有停车场存在的安全隐患问题。中国停车场大都是自走式，远不能满足汽车的增长对车位的要求智能立体停车库具有高密度的特点，是停车库中最为先进的形式。这种形式的车库容量大，大型的容量可达10003000个车位，调车速度快，自动化程度高，是各大城市解决停车难的最佳选择。智能立体停车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术为一体的智能化、立体化的物流储运系统，能够自动而可靠地完成车辆的存取以及相关信息的管理。对该系统的开发与研究，可以解决中国停车难的问题，具有非常大的理论意义和实用价值。111智能车库系统的作用智能停车场管理系统采用图形人机界面操作方式，具有操作简单、使用方便、功能先进等优点，车场使用者可以在最短的时间进入或离开停车场，以提高车库管理质量，取得高的经济效益和良好的社会效益。智能停车场管理系统设立自动收费站，无需操作员即可完成其收费管理工作。按其所在环境不同可分为内部智能停车场管理系统和公用智能停车场管理系统二大类。内部停车场综合管理系统主要面向该停车场的固定车主与长期租车位的单位、公司及个人。一般多用于单位自用停车场、公寓及住宅小区配套停车场、办公楼的地下停车场、长期车位租借停车场与花园别墅小区停车场等。此种停车场的特点是使用者固定，禁止外部车使用。公用智能停车场管理系统一般设在大型的公共场所，使用者通常是一次性使用者，不仅对散客临时停车，而且对内部用户的固定长期车辆进行服务，该停车场特点是对固定长期车辆与临时车辆分别管理，共用出入口，分开管理。112智能车库系统在中国的发展2000年以后，我国汽车的销售量逐年攀升，特别是最近两年，2010和2011年分别销售了1800万辆，预计2012年将超过2000万大关。汽车销量稳居世界第一。2010年我国汽车保有量超过7000万今年则以过亿。如此庞大的基数使现有的停车位处于爆棚的状态，而对于我国的交通而言更是巨大的挑战。由最早的人挨人到现在的车挤车，我们需要用科技来改变这种状况，所以我国早在上个世纪80年代初就开始研制和使用智能停车车库设备。由于很多新建小区内住户与车位的配比为11，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，智能停车车库设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大性。首先，智能停车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。智能停车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，智能停车车库从管理上可以做到彻底的人车分流。113智能车库系统在国外的发展随着城市经济的快速发展和汽车的大量增加，世界各国的大城市在不同时期，都出现了城市交通拥堵及停车难问题。欧美国家和亚洲国家采取的措施虽不尽相同，但立体化停车是各国都积极采用的措施，尤其是全自动化的智能式停车。发展较早较好的有日本、韩国、德国、法国、意大利、荷兰、美国等。在亚洲，日本、韩国及我国台湾省因地少车多，智能停车库应用最早、最广，其中日本的技术最为成熟先进。在日本，智能式停车场已超出了单纯用于停车的功能，智能车库用大型广告牌和顶棚绿化装饰了起来，没有了冰冷机械钢架子的生硬，反而多了一种与城市商业、生态气息相吻合的问道，在一些主要街道，智能车库成了一道独特的景观，发展成了与城市环境融为一体，具有较强的实用性、观赏性和经济开发价值的城市建筑。韩国智能停车设备的发展历程比较平稳。上世纪70年代中期为起步阶段，90年代为供应使用阶段现在有停车设备制造企业400多家，主要通过引进日本的技术和自我开发，每年车库设备以30的速度发展。12智能车库系统的优点智能车库具有以下的优点，已成为解决城市“停车难”问题的重要途径和发展方向1节省占地面积，节省大量投资。采用机械式停车方式所需要的立体空间。而更可观的是占地面积的减少，传统的10层楼的停车库占地面积为25动车位通常，传统的停车库很少超过10层，而30层的机械自动化停车库只占07M今车位。对于城市寸土寸金的面积不大的黄金地带，建立体车库无疑是很好的选择，经济效益相当可观。2出入库管理方便，省时省力。立体车库不需要车主找车，出入库管理全由电脑控制，操作简单，库内的存车数量、存车位置、存车时间等均可以显示在操作盘上，一目了然。自动化程度相当高，存取车时间一般不超过120秒，省时省力。3可避免车辆的丢失和损坏。完善的闭锁装置可保证汽车安然无恙，外部人员不能随意进出，汽车不会受到人为的损伤和丢失，车主可大为放心。4配置灵活。规模可大可小，层数可多可少，可依附建筑物也可在建筑物内，可设在地上、地下，也可设在半地下，形式多样，适应性广。以高科技装备解决停车问题将是我国城市建设的必由之路，这一方面是国情使然，另一方面则是现代化建设的必然。13论文的主要研究内容与任务本课题以智能立体车库为研究对象，着重对其控制系统进行设计研究，主要的内容和任务包括（1）智能立体车库总体方案设计设计智能立体车库的总体方案，着重研究车库的自动控制系统中的控制器以及控制方案的选择。（2）智能车库存取车策略的研究优化智能车库的存取车控制策略，对存车优先、取车优先、原地待命三种工作方式存取车时间和能耗进行计算机仿真，得出最优的存取车策略以实现立体车库存取车效率和耗能的最优化。（3）控制系统的电力拖动系统研究车库控制系统中的电力拖动系统。（4）安全性与可靠性设计设置智能车库系统的安全措施，设计控制系统软硬件的抗干扰措施，提高智能车库系统的安全性与可靠性，以保证系统正常工作。15本章小结本章主要介绍了课题的研究背景和研究意义，智能车库的国内外研究发展现状和主要发展趋势，最后简要介绍了本课题的研究内容和任务。2智能立体停车场的分类及介绍21智能立体停车场的分类汽车保有量的快速增长，导致了城市停车场不足，这已经成为社会化问题，迫使我们在城市紧凑的地域内对停车空间、停车方式进行新的探索，停车设备也由地面向地下、由单层向多高层发展，停车方式亦由坡道式向机械式发展，智能立体停车设备也由此应运而生。智能立体停车设备按照结构类型，可分为以下几种211升降横移类这是智能立体停车设备最普遍的一种结构类型。（右侧的照片为应用于日本的升降横移式的停车设备产品）升降横移式从结构上讲，它通过载车板的垂直升降和水平移动来进行车辆的存取，设备结构简单，适用车型比较广泛，而且相对其他车库，安装和布置比较灵活，非常适用于地下以及室外停车。升降横移式智能立体停车设备结构非常灵活，可以根据具体应用情况将车库布置为两层或者两层以上，通过增加停车层数可以增加停车容量。整个单元由钢结构框架、托板、升降机构、平移机构和控制系统组成。托板的宽度试车辆大小而定。托板可以采用液压驱动升降机构或电机升降系统，电机功率为2237KW,平移机构电机功率为02KW,升降平移时均为20S。在安全装置方面除紧急断电开关和自动急停的光电开关外，还有防止坠毁的安全锁。图21是升降横移式智能立体停车设备的结构示意图。212电梯式电梯式智能停车设备是指以固定的或安装于可移动构架上的升降机作为汽车运输工具，并在电梯轿厢底部机构可将汽车做水平移动传送，使汽车自动平移至螃道两侧泊车位并进行存放的机械式智能立体停车设备。电梯式智能立体停车设备包括一个有入口的垂直框架结构，轿车通过入口被引导进来。停车空间是按照一排或者多排垂直排列。一个电梯包括一个可以在框架结构里上下移动的升降机。升降机适合于接收一个装载有轿车的载车盘；在升降机上有一个推进器，这个推进器可以朝停车空间推进；在每一个停车空间里都有一个搁板，而且这个搁板不受推进器的约束；搁板适用于支撑载车盘；并且有一个旋转器轿车旋转到适合的姿态停泊在载车盘上面。如图23示，为了把一部汽车C储存至车库，可以采取如下步骤除了一个存储空间之外，载车盘P在所有存储空间都被放置在架子11并且车辆C被放置在处于原始静态位置的升降机2上的载车盘P,里。升降机2在没有载车盘的情况下被驱动上升到达存储空间3如图37中箭头U,所指方向升降机2停放在某一层，而在这一层推进器4上面的载车盘P2的下表面比架子13的位置要更高。然后推进器4开始推进进入到相应的存储空间11如图37所示的S1箭头方向，与此同时升降机开始轻微的下降，然后由架子1支撑载有车辆的载车盘。电梯式智能立体停车设备的出入口地面可以在整个停车设备的最上一层，最下一层或中间位置任一层，即所谓的上部出入式、下部出入式或中间出入式。车辆的出口和入口可以是同一个折返式，也可以前后分别设立1个直通式，使车辆比较方便地前门进，后门出。电梯式立体停车库与其它类型停车库相比较，具有以下特点1平面和空间的利用率较高；2控制系统先进，存取车迅速，运行平稳，运转效率较高；3具有安全可靠的机械及光电安全装置，同时由于封闭可防火、防盗、防异物伤害4与垂直循环类相比，整个系统不作整体运动，节省电能5噪声较低；6电脑操作，使用方便。因此电梯式停车库适用于如城市中的繁华中心区等需要车辆集中停放的场所。当然，这类停车设备也有一定缺点1升降机构的通道不能作为停车位使用；2垂直升降和水平横移动作之间有间歇，而使存取车周期加长3一次性投资设置需要较多资金。213循环式循环式智能立体停车设备的工作原理是将停车用的托运盘在存储空间内成圆形布置，通过大型循环链条或者钢丝绳传动使其连续循环运转，并且托运盘上设有导轨和导轮，防止循环运动时发生摇晃。循环式智能立体停车设备在结构分为垂直循环式立体停车设备、水平循环式立体停车设备、索道循环式立体停车设备、圆形循环式立体停车设备和箱型循环式立体停车设备。在传动方案上可以采用链条和钢丝绳传动。循环式智能立体停车设备可以独立设置，也可附设在建筑物内，存车数可多可少，大型车库可用多套设备并列布置。与其他方式相比，此类车库不需要运输车辆所需的车道，因而所需的面积与容积量小，可根据建筑物和地形的不同来灵活配置，但由于受到传动功率的限制，循环式智能立体停车设备的停车容量比较小，一般停车数量在12个车位以下。循环式智能立体停车设备在其出入口处一般都设置了回转盘，这样入库时车辆可前行进入，而出库时须倒车至转盘上转向掉头。垂直循环式的出入口可以布置在车库的下端，存车空间向上发展，也可以设置在中间，将存车空间分成地上和地下两个部分，如图24所示水平循环式立体停车库的出入口可以布置在两端以及车库的中间，以适应不同场合的应用要求。循环式立体停车设备特点是结构十分庞大，需要驱动力大，并且传动的距离相对较远，因此发出的振动和噪音也大。为降低振动和噪音，目前开发了共同基座式方式，将驱动装置与基座一体化。循环式立体停车库采用计算机控制，实现了高度化自动化。按键输入所选的车位号，就能自动化完成存取车的全过程，它具有选择最佳运动方向、自动运算运行步数、自动显示选取的车位号、车位有车或无车、引导存取等功能；设备安全可靠，设有远红外线检测系统，配以声、光显示，确保使用安全；存取车时间短，调车时间最长不超过130S。但是，此类系统需要不停地循环，对于不是存取车高峰期来讲，造成较大的能源浪费。有时为了存取一辆车，需要循环一周才能实现，一旦系统的某一环节出现故障，则整个系统无法正常运行，呈瘫痪状态，因此从长远效益来看并非最佳。22智能立体停车库概念1智能立体停车设备。设备是停车服务的主体。智能立体停车设备由以下几个功能模块构成一、墓于经济实用性的机械系统人性化设计；二、基于安全可靠性的电气设备控制系统；三、留有未来多元化功用的智能模块扩展接口2车库信息管理系统。车库的智能性，最大体现在其信息管理系统中。该信息管理系统由以下几个功能模块构成一、本地停车信息数据库管理系统；二、基于三层次安全数据库型智能车库联机控制系统；三、基于XML与WEB技术的城市交通管理中心的数据通讯接口模块。未来的停车业应是集停车服务、洗车服务、维修服务、资讯服务等服务功能为一体的多功能综合行业。在智能立体停车库的智能模块扩展接口上加入洗车控制模块，我们就可以实现对洗车设备的智能控制；与此同时，我们也可以实现给予驾驶员最及时的交通路面信息和导航数据更新服务。但这些功能模块的建立都离不开一个主体即智能立体停车库的设计。23本章小结本章探讨了常见各类型停车设备的功能、特点与基本结构。从静态交通的层面探讨了各类型停车设备的适用场合与各自优势，并结合资料归纳了我国智能停车设备行业的发展现状。最后展望了未来停车设备发展的趋势与行业前景。3全智能车库系统自动控制设备硬件系统设计在本章中，我们选用智能立体停车设备作为设计的基本单元1智能立体停车设备具有构造紧凑、伸缩性强、搭配灵活的优点，特别适合己有的地下停车空间的改造，而不必另在地面构建大型仓储式停车库。2配备智能立体停车设备的车库更便于依照统一的接口模式标准实现联机控制。31智能立体停车设备组成智能立体停车设备从单排双层车位来看，与升降横移式没有太多的差别，如下我们称单排双层车位为智能立体停车设备的基本型。如图31与图32所示，智能大厦单个车位由如下几个子系统组成1升降、横移传动系统该系统包括驱动电机、减震底座；套筒滚子链、链轮；传动轴、花键；起重专用链条、链轮、链条备置箱；梳链系统等。升降、横移载车板系统。该系统包括车架结构、地板、起吊减震装置、防摇装置移动滚轮、导轨等。2钢结构部分包括整个车库的固定钢架，以及智能大厦特有的组合接口部分。3安全防护系统系统由安全挂钩、反馈元件光电传感器、上下限位开关冲顶开关、横移限位开关等组成由反馈元件输出监测信号至PLC，安全钩的收放动作由PLC控制继电器予以执行。4控制箱与走线系统在该类型的魔方设备机械结构中，单独地把控制系统放在主设备的一侧，而不是将控制柜放置在上层电机的旁边，以利于智能大厦搭配时的集中走线，并提高设备有效利用空间。32智能立体车库升降系统机械构造设计大多数停车设备车板的升降牵引基本采用三种模式之一钢丝绳十滑轮式；套筒滚子链片式关节链链轮式；起重专用环形链条链轮式下面对这三类模式进行分析。1钢丝绳十滑轮式。优点采用钢丝绳滑轮式作为停车板的提升形式的优点是安装比较方便，不需要考虑链式安装过程中的链扭转或链缠绕钢丝绳滑轮式对于滑轮出现倾斜现象的适应性强。从成本上考虑，钢丝绳滑轮式成本最低。缺点停车设备从安全性的角度考虑，自然希望钥丝绳的直径D越大越好，以获得更高的承载能力，提高提升系统的安全系数。但钢丝绳直径D的增大，绳自身所能承受的挠度极限降低，为了让钢丝绳在正常挠度范围内工作，必须增大滑轮的直径DE钢丝绳所受挠度与滑轮的曲率半径有关。但滑轮直径的增大，将增大整个提升装置的占用空间，势必影响整个车库的空间设计。钢丝绳靠本身的表面细绳纹路和滑轮的间摩擦来确保车板提升和降落时的不打滑。但随着时间推移，纹路的磨损和导轮转动的不灵活将使滑动摩擦现象发生。钢丝绳的承载能力在这三类提升方式中是最差的。随着时间的推移，钢丝绳本身会发生拉长的现象，这样会导致车板的倾斜而产生一系列的安全问题。钢丝绳的使用寿命也是其缺陷之一，日本工业标准协会“TS”规定车库类提升钢丝绳每5年应更换一次，这也给车库使用和维护带来了额外的负担。另外在升降过程中，钢丝绳更容易发生摇晃。2片式关节链十齿轮式优点也是停车设备常用的提升方式之一。其最大的优点是与链轮配合紧密，不会出滑移，上升下降定位准确，车板平稳。具有比较大的承载拉力。久用后，片式关节链也不会出现链被拉长而导致的车板倾斜。缺点片式关节链十链轮式需要定期加油，本身的材质与结构使得其很容易生锈而导致销轴链节的转动失灵。另外链轮在安装及运行过程中不能出现倾斜，片式关节链易发生扭断现象。同链轮尺寸相比，片式关节链的承受拉力没有环形链条链轮式高。价格最为昂贵。3环形链条链轮式智能立体停车设备选用环形链条链轮式作为提升结构形式，了机械设计的两大指导思想安全可靠性、紧凑实用性。环形链条链轮式既有钢丝绳滑轮式的对轮倾斜适应性强的特点，又具备片式关节链十链轮式无打滑、起升平衡性好的优点。链条本身由于是环扣联接，所以对链轮的直径没有要求，这样就可以将提升装置设计得紧凑，而不用去担心本身链条提升能力的问题。空间紧凑性得以实现。但采用链条链轮式的时候，为防止链条本身润滑的不足而产生扣链现象而跑出链轮，在链条进出链轮附近，我们采用了梳链装置。33动力电气系统设计智能立体车库由5个可移动的车板组成参见图31,由3个电动机进行升降控制、2个电动机进行车板的水平运动控制车库车板的运动参数行程1800MM速度5M/MIN垂直升降电动机功率22KW行程2500MM速度10M/MIN水平横移电动机功率02KW参照以上参数，选定控制车板移动的电动机如下堵转转矩最大转矩型号额定功率（KW）满载转速（R/MIN）额定转矩额定转矩质量（KG）水平横移Y81040551390242317垂直升降Y100L14221420222334对于三层三列单排的智能大厦停车设备的电机安装原则是底层两个车板各自装有一个电动机一如图34，以控制车板的左右水平移动；中间层的两个车板每个装有两个电动机，分别控制车板在中间层导轨上的左右水平移动和垂直方向上的升降移动；顶层的三个车板不需要做左右水平移动，只需要在相应列的下两层空出车位时做升降移动，所以，这三个车板分别只装有控制升降运动的电动机。LA,LB,LC为三相动力电源，V为零线，在开关KO前安装熔断器FU1FU3O控制水平运行的电机ML,M3,M4,516,117,M9,M22需要变频调速，故将变频器与上述电机相连。热继电器起到保护作用。由于本次设计为三级调速，所以用到变频器的输出口2，3，40。电动机淞，MS，MS控制升降台的运动，不需调速，故不用变频器但是因为需要上下运动，并不是单相运动，所以用开关KZ，K3，KS，K6，KS，KG控制。控制升降台水平运动的电机MLL，M33只需控制单向，也不需调速，所以只用热继电器保护。本次设计采用外部制动器YB，由整流器VC提供电源。供电电路为220V的交流电源，LAI、N。见图38。具体元器件构成如下电源经过系统总开关和熔断器，接下来是开关、急停和自保持系统。1开关SBI为控制电路总开关。2开关SBZ与后面的接触器KO构成了系统控制电路、动力运动电路的启动与自保持系统，当SBZ按下后线圈KO得电，在SBZ松开后，KO保持闭合。3常闭按钮SB3是“紧急停止”按钮，当系统发生意外时，按下此按钮使得所有部件断电并停止动作。4220V电源便开始为“PLC”、“系统工作指示灯”、“及其相应的传感器进行供电。5控制系统中除了220V电源的器件以外，还需要使用24V直流电来作为其电源。所以电路中还需要一个220VAC24VDC的低压电源。6当电压由交流220V转换为直流24V以后，再通过起过载保护的熔断器便可以对各“光电开关”等元器件进行供电了。34智能立体停车设备安全检测系统设计智能车库系统的安全检测系统是智能停车设备安全性可靠性的保证。安全检测系统包括光电传感器、限位开关、撞针等构成的检测系统与安全钩、梳链器等构成的安全系统。341光电传感器原理及布光电传感器的原理是利用被检测物体对红外光束的遮档或反射，由同步的检测回路选通与否来确定光路上物体的有无。在光电发射端，发射器先对AC电源进行整流稳压，送至调制器进行AD转换，数字直流分量导通光电二极管对外发射光信号。在光电接收端，接受器接受来自发射器送出的光信号至光电三极管，并进行信号放大，送至解调器进行DA转换后按固定时钟逻辑对外输出反馈信号，即对PLC传送反馈信号。光电传感器按照光反射介质及反射效应类型来分，可以分为（1）漫反射型AP被测物体自身反射传感器所发出的光。这要求被测物体本身表面就具备一定反射光的能力，其检测可靠性也是最低的。（2）镜反射型。即光电开关发射出的光通过安装于固定位置的专用反射镜进行反射后接收而与被检测物体自身进行的反射能力无关。由此提高了检测可靠性。（3）对射型即一对光电开关相互接受来自对方所发出的光。这种类型的传感器的可靠性是最好的。但成本也是别的类型的近两倍因为需配一对光电开关。下图为光电传感器分布图安全光幕可以保障在停车设备运行过程、或严禁有人员出入停车设备的时候，光幕对射的光电信号一旦被阻断，则PLC紧急进入安全控制模式。如此保证整个停车库的安全运作。341车板到位检测系统对智能立体停车设备而言，车板检测运动到位与否，是通过机械撞针冲顶限位开关而获得的反馈信号实现。下图为应用于智能大厦停车设备底层横移车板到位检测的机械撞针结构图如图所示，该机械撞针系统有左块的弹簧顶针和右块的弹簧顶盘构成。左、右两块分别安装于底层水平横移的两个车板的接触边缘，这样当两车板接近时，撞针系统可以相互顶触限位开关予以到信号的反馈。在撞针系统的两边，即图310的两侧突顶处，分别安装限位开关（如右侧图所示），使车板的到位信号及时反馈至PLC加以控制。撞针系统机械结构设计的要点（1）一对顶针与顶盘所用的弹簧弹力必须接近或均等，建议使用同型号的弹簧。（2）撞针测试时顶针顶盘与限位开关的安装位置必须得以调试恰当，如此才能获得比较可靠的到位信号反馈。对于升降车板的到位检测，我们用横式安装的限位开关接触车板的方式。35本章小结本章系统地介绍了全智能车库设备的硬件构造，基于安全性与稳定性所建立的停车设备在机械构造上对工艺具有很高的要求。详细地探讨了三种常见提升模式的优缺点，并给出了全智能停车设备选择提升模式的依据。4单元停车设备控制系统设计在本章中，全智能立体停车设备控制系统设计包括基于安全性、智能性的PLC控制程序设计、智能车库单元组合应用的PLC扩展程序设计。41PLC原理与选型全智能立体停车设备选用PLC作为核心控制单元。这是基于PLC与单片机各自不同的运作特性决定的。1PLC适合工业控制的多变环境，全智能停车设备广泛适用于地下车库中，PLC的高稳定性和可靠性对整个车库正常运行起决定作用。2立体停车设备本身的运行动作和智能控制PLC完全可以胜任，单片机的选用也没有价格上的优势。411可编程逻辑控制器PLC工作原理可编程控制器内部电路的基本结构与普通微机是相似的，特别是和单片机的结构极为相似。可编程控制器事实控制的基本原理是按照一定算法实现输入、输出变换，并加以硬件实现。这种输入、输出变换就是信息处理。当今工业控制中信息处理最常用的方式是采用微机处理机技术并将其应用与工业生产现场，使其专业化。相对于普通微机，物理实现是PLC的特长，因为普通微机大多只考虑自身的数据，信息处理能力和通信等功能，而对于其他性能的考虑较少，而PLC既要考虑数据，信息出理能力和通信等功能，又要考虑实际控制能力及实现等问题。因此，PLC在硬件设计时更注重1/0接口技术和抗干扰等问题的解决。PLC从外观上分四个部分。输入/输出端子，以实现输入/输出信号线与PLC的联接；输入/输出LED，在PLC工作时可以通过LED的显示与否说明各个输入/输出端子是否运作；扩展工/0连接电缆，在PLC点数不够的情况下，通过连接电缆连接到扩展模块；扩展连接器，通过RS232或RS485实现与上位机之间的通信。PLC从内部结构上也可分为四个部分。1中央处理单元CPUCPU由控制电路、运算器、存储器和总线等部件组成，这些电路一般集成在一块芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。2存储器CPU中的存储器是固化在CPU芯片内，起到运行时临时指令和中间数据的高速缓冲存储作用，这里的存储器是用来存放由编程器或计算机输入的用户程序。PLC中常使用两种类型的存储器ROM与RAM，部分也使用EEPROM与EPROM存储器。3电源部分电源部件将交流电源转换成供PLC的CPC、存储器等所需的直流电源，使PLC能正常工作。PLC内部使用的电源是整机的供给中心，它的优劣直接影响到了PLC的功能与可靠性，因此大多数PLC采用开关式稳压电源供电。4输入输出接口电路输入接口电路如下图。输入接口电路由光电祸合电路和微电脑输入接口电路组成。光电祸合电路可防止现场的强电干扰进入PLC，起到对电信号的隔离作用。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成微电脑输出接口电路一般由输出数据存储器、选通电路和中断请求电路集成而成。功率放大电路是将PLC的输出信号加以放大，以适应工业控制的要求。PLC一般采用继电器输出、部分PLC采用晶闸管或晶体管输出。采用继电器形式的输出接口电路。电路中，负载电源由用户提供，可以是交流也可以是直流，视负载情况而定。继电器输出电路抗干扰能力强，负载能力大工作电流可达25A,第一阶段自诊断内容分继续向下扫描。自诊断。每次扫描用户生成许之前，都先执行故障自诊断程序。I/0、存储器、CPU等。发现异常停机显示出错。若自诊断正常，第二阶段与编程器或计算机通信。PLC检查是否有与编程器或计算机等的通信请求，有则进行相应处理，例如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器显示。第三阶段读入现场信号。PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到状态存储器。即输入采样阶段。第四阶段执行用户程序。CPC将指令逐条调出并执行，以对输入和原输出的状态进行处理，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确结果送到输出状态存储器中，这就是程序的执行阶段。第五阶段输出结果。当所有的指令执行完毕，集中把输出状态存储器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。PLC经过这5个阶段的工作过程，称为一个扫描周期。完成一个扫描周期后，又重新执行上述的过程，扫描周而复始地进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，PLC在正常工作的情况下，扫描周期T为T运算速度X程序步数1/0刷新时间故障诊断时间采用循环扫描的工作方式是PLC区别于微机和其他控制设备最大的特点。412PLC的选型全智能停车设备中的PLC选型考虑下列因素1PLC控制点数经济合理，既满足未来扩展需要，又不至于浪费太多。2PLC运算速度与稳定性。3PLC联网兼容性与上位通信接口扩展性。世面上的高性能PLC产品主要为国外产品。通常使用的为德国SIEMENS公司、日本OMRON公司系列的PLC产品，采用它们的产品不仅考虑到良好的性价比，也考虑了服务网络便捷等因素。但随着国内PLC或高稳定性控制器品质的不断提升，将给停车控制设备更多的选择空间。42控制程序设计全智能立体停车设备选用OMRONCPM2A型PLC进行设备控制。整个控制策略采用图44所示PLC控制程序按照图44所示框图实现。421开机处理该程序段置于全部程序的最开头，其中包括了只在PLC开机的时候执行一次只在程序第一次循环时执行的硬件初始复位和指针赋值指令。除此，该程序段里还有许多较常用的通用控制指令和状态检测输出指令。各指令按功能具体划分如下1开机预处理执行车库硬件复位、等待队列指针赋值、复位“子程序调用”标志位。其中前两个操作只需在程序进行首次软件扫描时执行，所以其执行条件为“凡FIRST_CYCLE第一次循环标志”。而最后一个操作每次循环都要执行且无执行条件，所以其执行条件为“P一N常通标志”。2车库硬件复位由开机预处理的车库硬件复位指令以及其他需要进行车库复位操作时按下的“车库复位按钮”产生的指令进行控制。在所有车盘复位过程中，先进行第二层车盘上升复位，在进行第一层车盘的水平复位。这样做的好处是防止了上层车盘处于下降位置时其位置无法明确测定，而产生的车盘碰撞事故。3车库运转指示当车库中有电动机在运转时，发出“车库运转指示”。此时，控制车库运转指示灯的接触器闭合，车库运转指示灯点亮。这样既可以对车库中的人员起到警示作用，以防止人员进入危险区域，发生不必要的安全事故；也可以得到“车库电机运转中”的开关量信号，在以后的程序编制中进行利用。4检测车盘有无车信号在程序中，设置了通道1中的5个地址与通道2中的5个地址，分别接受来自各车盘传感器反馈回的检测信号，各地址所对应的状态注释请参阅下表5安全光幕的防护这里的安全光幕由2对射的光电传感器构成，当某一列的安全光幕探测到有物体进入车盘运动的危险区域时，安全光幕发出信号，使得所有可能影响到该列安全光幕防护范围内人员等安全的车盘电机停止转动并抱死；当防护信号消失后，车库继续动作。43车盘存取排队逻辑上层车盘前排的号车盘、后排的号车盘中因为只可能同时一个车盘处于可存取位置状态，对其中多个车盘在短时间内的存取命令置位/复位必须通过队列进行缓冲。初始化开辟一个连续存储区，创建一个单元，该单元内可存放该连续存储区单元格编号地址，作为指针。系统软件初始化时，该指针指向首单元格队首。“入队”逻辑当键入其中任何一个车盘“置位”命令时，程序将该命令的一个信号编码通过指针存入指针当前所指向的单元格。然后，指针向后移动一个单元格，本程序中为指针内地址数据减一。等待下一个信号编码的进入。此时“入队”操作结束。“出队”逻辑将队首单元格内的信号编码与各车盘存取命令信号编码相比较，中的数据还原为车盘存取命令。此时，如果执行该指令的车库硬件条件满足可以通过车盘的移动来完成号车盘的置位，以便进行存取，可执行该命令，否则全队等待下一个PLC的扫描周期，直到执行该指令的条件满足为止。在执行该命令时的同时，队列也要进行相应的操作当全队列所有的单元格的内容向队首移动一个单元格。此时，已执行命令的队首内信号编码被丢弃。同时将指针也向队首移动一个单元格。431置位程序432关于运动子程序调用的互锁对PLC进行编程所使用的编程语言属于低级语言，它不像C语言等高级语言，能够对任务进行描述，而是只能对存储单元进行简单的操作因此，它在进行子程序调用时也不能像高级语言一样。高级语言调用子程序时在主程序中插入断点，然后进入子程序进行操作，当子程序结束条件不具备时返回子程序的开始，重新执行子程序，直至跳出条件满足时，跳回主程序断点继续向下执行。而我们对PLC编程所使用的语言是一遍一遍连续地对全部程序进行扫描执行PLC自身设定的“首次通过特殊寄存器”除外。这样一来，在主程序满足条件，同时调用几个车盘运动子程序时，系统不能按调用子程序的先后次序分别按顺序接连执行几个子程序。此时，车库系统便会发生意想不到的错误，导致车盘运动出错，甚至是发生事故。因此，在调用直接命令车盘运动的子程序时，必须保证各子程序之间“互锁”。44本章小结本单元停车设备进行了控制程序设计。采用了PLC控制模式，进行PLC程序设计，对每个程序模块的功能做了说明，并给出不影响整体功能的基础上节省运行时间的控制办法。最后给出了逻辑容错办法与加锁、解锁实现方法。5全智能车库控制系统设计51全智能车库系统的工作原理511工作原理流程控制系统使电机在不同的时间内实现正反转，从而使载车厢上升或下降，以便存取车，其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及各种安全设施等，指示灯用来指引司机准确的到达停车位置，为了保证载车箱能否安全上升或下降到指定位置，采用了行程开关。在每一个车位上安装了两个接近开关，其中一个用来检测车位空闲状态，另一个安装在合适位置，用来检测车辆停放是否安全，如果车辆没有停放安全，会给PLC一个电平变化信号，从而改变PLC的输入，蜂鸣器就发出报警，一般小型车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说，要用上位机进行控制，本次设计的车库有30个车位，其属于小型车库，其控制原理框图自动存取车系统一般由小型可编程控制器PLC控制，包括卡号识别与移动载车盘两个过程。用户进入车库时，在人口处的非接触式读卡机前感应区域晃一下自己的IC卡，读卡机自动把数据传送到PLC控制系统，PLC系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置，车库单元门自动打开。司机开车进入，按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。司机停车到位，下车走出车库，在车库出口处晃一下IC卡，车库单元门自动关闭。移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测等。若有载车盘运行不到位，车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行动作若检测到急停信号，载车盘将停止一切动作，直至急停信号消失。以上信号均为硬件信号，除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时主体设备及车辆的安全。52主控部分简介主控部分主要由PLC及扩展单元组成，控制整个立体车库的运行过程，能够准确无误地完成各种动作。PLC是车库控制系统的核心，其操作大致分为三类（1）联系现场状况的数据I/O操作，（2）以故障诊断和处理为主的操作，（3）执行用户程序和服务与外部设备的命令操作。当有存取操作时，PLC分析接受到的信息，作出合理的工控安排，判断检测元件的状态，读取车库机械驱动部分的信息，反馈信息到执行元件，拖动载车厢实现其位置移动。完成车辆的存取操作和信号的显示（指示灯）。为了保证载车厢运行过程的安全性，必须采取传动系统自锁保护设计。立体车库使用时涉及到人身和车辆的安全，而且使用的环境可能是室外露天，所以对设备的安全性和可靠性要求很高。为此我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。可编程控制器PLC是由工业微型计算机、输人输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点1可靠性高由于可编程控制器的输入输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取R隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶劣环境下可靠工作；2体积小由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化；3通用性好由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU模块、电源模块、PID模块、模拟输人和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可因而具有很好的适用性；4使用方便对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输人输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。基于可编程控制器的上述优点能够适应和满足立体车库高性能的使用要求，所以我们确定该车库控制系统采用PLC。车库控制系统是由操作单元、控制单元、工作状态显示系统、报警系统和电液执行机构组成。53读卡器读写器相当于寻呼器。它发出能量，当卡片进入能量覆盖范围内，就会产生感应，进行应答。读写器的硬件组成主要由单片机、IC卡专用读写处理芯片以及相关的匹配电路。本次选用了复旦微电子股份有限公司设计的FM11RF08非接触式射频卡芯片和FM1702非接触式读卡器专用芯片。二者支持ISO1443TYPEA通信协议，多种加密算法和三重认证。其安全性能好，且操作距离可达10CM。用户可以不下车完成刷卡操作，专用寄存器FIFO可以存储用户信息并把信息发送到PLC中。54继电器在设计中，用热继电器对三相异步电动机进行保护。当三相交流电动机长期带负荷欠电压下运行，长期过载运行以及长期单相运行等不正常情况时，会导致电动机绕组严重过热乃至烧坏，为了充分发挥电动机的过载能力，保证电动机的正常起动和运转，当电动机一旦出现长时间过载时，能自动切断电路。我们用热继电器对三相异步电动机进行过载保护。热继电器利用金属片发热弯曲来控制触头，进行切断电路而保护电动机，主要用于电动机的过载，断相及电流不平衡运行等故障的保护，也经常用作其他电气设备及家用电器发热状态的控制。55接触器在设计中，我选用交流接触器，通过它的通断来控制电动机的正反转。电感式接触器是利用电磁吸力的作用使主触头闭合或分断电动机电路或其他负载电路的控制电器，用它可以实现频繁地远距离操作它具有比工作电流大数倍乃至十几倍的接通和分断能力，但不能分断短路电流，由于它体积小，价格便宜和维护方便，因而用途十分广泛，接触器最主要的用途是控制电动机的起动，反转，制动和调速等，因此它是电力拖动控制系统中最重要也是最常用的控制电器56熔断器熔断器在电路当中用来保护三相异步电动机。熔断器是一种利用熔化作用而切断电路的保护电器。熔断器主要由熔体和熔断管二部分组成。而其中熔体是主要部分，它既是敏感元件又是执行元件，主要作用是当电路发生短路或过载故障时通过熔体的电流使其发热，当达到溶化温度时熔体自动熔断，从而分断故障电路。熔断管的作用是便于安装熔体和有利熔体熔断时熄灭电弧。所以熔断器在电路中作过载和短路保护之用。57行程开关本次设计主要选用了安装在载车厢上的行程开关和安装在车位上的接近开关。载车厢到达指定层后，经相应的行程开关向PLC发送信号，使载车厢停止，而且能够实现车门的自动开启，并在用户离开指定区域时关闭车库大门。58电源我们引用220V电源，经变压、整流、滤波、稳压后输出两个5伏直流和一个24伏直流电源。两个5V分别为数字电源和模拟电源，用于读卡机，24V为指示显示灯供电电源。59软件编程可编程控制器是循环扫描的工作方式，能同时对多个块进行控制，在整个程序扫描的时间里加上不同的输入检测信号，就可使程序按所测信号判断进入不同的分支程序，我们在编程的过程中采用主程序包含多个分支程序的方式，这样既提高了编程的灵活性又减少了不必要的代码重复，同时也方便以后系统扩展对软件的修改，为了避免控制设备的误动作，软件中应有闭锁功能。在程序设计中，我采用了模块化的编程形式，车位运行过程