【基于PLC的升降横移式立体车库设计12000字（论文）】

第4章升降横移式立体车库硬件设计4.1控制系统功能概述智能化的立体车库管理控制系统是通过触摸屏上的操纵来完成车辆的存取。在进行存车时,界面上会显示出一个车库内部中的车位信息,通过触摸屏来选择存车的位置,开车放入到车库后在这个触摸屏上确认无误后,自动地完成了存车的全过程。在取车时,通过触摸屏直接选择想要取的车辆,自动地完成取车的过程。车库载车板基本运行原则为：升降回位,平移不复位。当载车板下降后,必须提高到原来的高度,而且当载车板左右平移后没有必须返回到的位置。当人员进行储存车操作时,就需要选择所要存取的位置。如果用户想要存入一层,则可以直接把汽车开到一层的停车载板即可,不必再需要其它层载板的纵向横移和方向升降。若需要把载板停于非底层的车位,则必须需将托盘掉到第一层,再将汽车驶入,由驾驶员确认完成存车后,再将其升到原来的楼层。4.2升降横移式立体车库的结构升降横移式立体车库主要组成为五部分，分别为框架结构部分、控制部分、升降与横移传动部分、载车板部分和安全防护部分。（1）控制部分。控制系统主要根据运行模式划分为自动执行和手动执行两种。这种所谓的自动化存车运行模式是指,当操纵人员选择了存车的车位后,系统对其进行远程控制,车库托盘的任何的动作也都会由PLC控制来完成,当用户指定好的存车位已经到达了地面时,用户即可将汽车开到这块载车板上。自动控制方式主要目的是为正常使用的司机而使用,操作的显示部件为智能型触摸屏,通过这种触摸屏与PLC交互,PLC可以远程控制整个车库。所谓手动(或点动)的运行模式是指车库管理人员单独操纵或执行某一个运行模式动作的连续或间歇性的动作,如某个位置的载车板的单独升降、单独横向移动等,该模式的运行模式为车库管理人员或其他维护工作人员使用。（2）升降和横移传动部分。升降传动是车库传动系统的主要部分，负责托盘与车辆的升降移动。它利用电动机、链条等拖动装置将载车板从下层车位提升到上层车位，或将车板从上层车位下降至下层车位，实现升降操作。横移传动系统负责停车托盘在横梁上的横移运动。横移传动机构一般由驱动轮和从动轮、电机、导轨组成。（3）钢结构框架。框架结构是整个建筑物和车库的一个重要支撑部分,该框架结构体系是通过钢性构造元素的抗弯刚度作用来有效地抵抗车库的侧向应力。钢结构框架主要由横梁、纵梁、导轨、停车架、托盘等部件组成。（4）载车板。载车板是指一种专门用来支撑和运输车辆的装备,按其结构类型主要分为框架式与拼板式两种。框架式载车板的优点之一就是它具有良好的引导功能,可以根据需要自行设定宽度,适合于车型变动比较大的小批量制造。这种拼板式载车板的优点之一就是牢固、轻便、美观,横移式机构被安装到了行走式小车的长框架上两头。（5）安全保护部分。该系统主要由安全栅栏、限位开关、光电式传感器和反馈元件组成。由反馈控制元件将监测的信号送入PLC,PLC再根据程序做出相应防护措施。4.3升降横移装置的驱动方式在立体车库中，移动机构为横移传动机构与升降传动机构的结合。对于本课题立体车库设备而言，第一和第二层有4台载车板可以进行横移，左右横移的动力源是电机，左右横移由限位开关进行保护。升降传动机构除第一层载车板不需要升降外，其它层每个车盘都要可以进行升降，升降拖盘的动力源是升降电机，也是由限位开关定位保护。电机选用上要求具备制动、减速于一体的电机，针对本车库的情况，升降系统采用链传动。横移驱动方式采用一角单轮驱动。4.4PLC介绍及选型PLC的技术诞生:在1958年我国的一种可编程式微控制器技术诞生以前,人们就是通过利用一种电磁阀或继电器的驱动方式使用来对其进行顺序控制，这是顺序型电器设备和制造工艺产品生产的一个过程。1969年,美国数字设备公司自主开发了并研制设计生产并推出了当时号称世界第一台PLC,并在当时美国通用汽车公司的两条全球化自动过程控制的系统汽车生产线上首次投入试用并先后取得了成功。从此以后,这项重点课题的最新研究成果使其应用技术水平得到了迅猛的进步发展,从而在美国、日本、欧洲都被广泛应用推向了乃至全世界。进入20世纪80年代,随着当前我国面向市场化应用大规模和超级化高规格的射频集成电路等现代信息电子技术的快速发展进步和不断发展,使PLC在各个方面都有了新的突破。PLC在目前我国的开发、生产、使用中获得了迅速的发展,特别是它们在实际应用中的地位更加明显。目前,我国不少的科研单位及工厂正积极开发并生产PLC。PLC的基本功能定义:PLC仪器是一种专门针对其在工业电子场合应用中的矢量数值数字化编程运算及其操作所在的需要而进行设计的工业电子装置。它主要用于采用一个用户可以自动进行编制的设计应用程序文件存储器,用来在其内部的程序存储中自动执行逻辑运算、计时、计数等用于处理设计操作的各种命令,并且它能够通过数字式或者特别是模拟式的连接方法从终端输入连接到终端输出,控制各种类型的设计工具或者产品生产线的过程。PLC的分类:PLC的形式有多种,功能也不尽相同。对PLC进分类一般以按产地、按点数、按结构、按输出形式进行分类。PLC的特点:编程方式简单易学、功能强,性价比高、抗干扰能力强、体积小,能耗低、系统的设计、安装、调试工作量小等特点。PLC的技术变化是一种趋势。PLC在技术上的一个总体发展趋势就是向着高集中度、小体积、大容量、高运行速度、简单安装、可靠性和高品质的功能化等方向进行发展,其特点主要体现在以下几个方面。(1)企业的产品经营规模朝着大、中、小两个方向发展。(2)PLC编程语言的标准化。(3)智能型I/O口模块的发展。(4)组态软件与PLC软件化。(5)PLC与现场总线相结合。(6)以个人电脑或计算机为基础的编程软件代替编程器。PLC的功能控制选型:根据各种控制驱动系统的实际设计功能需要,控制系统单元件的核心设计采用了目前日本大厂三菱公司在其所研发生产的控制PLC系列中的控制FXN2系列,根据通用I/O口功能分配表中选用了电源继电器输出的FX2N-128MR\001,该种控制PLC的电器输入和输出传递信号到电器输出的控制点数分别为64点,满足设备的基本使用要求。4.5本章小结对升降横移立体车库的硬件结构进行分析，制定了存取车的流程，并提出硬件设计方案。

第5章控制系统的详细设计5.1用MCGS设计监控界面5.1.1基于MCGS仿真实现的意义通过充分运用了MCGS的各种可视化视觉仿真技术,就能够轻松地自动实现各种满足客户需要的视觉仿真应用界面,能够为企业客户自身提供各种多角度,多层次的图像观看和视觉仿真。在移动计算机上直接可以实现对工程的自动仿真和工程模拟检验,可以有效让企业用户更加方便地直接进行各类工程仿真软件参数的调整,从而极大地有效减少了仿真软件的技术开发成本和困难。系统管理技术人员往往可以通过集中更多的人力时间和大量精力更多投入于解决问题方案的产品选型和系统设计,而不是把大量精力放在语言编程上。可以实现在较短的开发周期,实现较好开发效果,并且开发成本也低很多。5.1.2触摸屏画面设计流程在工具箱里找到位图功能，插入做好的图像在画面上，并调整合适的图像大小与所在位置。效果图如图5-1所示。图5-1插入位图汽车图标和载车板图标的“可见度”与对应的检测数据相连，如：Data107和Data127这两个变量与X7(3号载车板左限位开关)、X27(3号在车板车辆检测)通道相连。表达式里的“Data107ANDData127”意思为当3号载车板在左限位且板上有车辆时，显示该图标。如图5-2显示。图5-2可见度显示为每个车位创建存车与取车按钮，这些按钮的可见度表达式为载车板的位置与载车板车辆检测，且按下每个车库的存车按钮都能让PLC执行对应车位的程序。仿真效果如图5-3所示图5-3仿真效果5.1.3车位状态显示在每个载车板上都装有一个光电检测开关，可以实现载车板是否有车的检查，触摸屏通过读取PLC车位信息，在显示屏上显示，如图5-4所示。图5-4车位状态显示5.1.4手动控制界面设计管理员才能进入的手动控制界面图，该界面可以手动控制载车板移动，如图5-5所示。图5-5手动控制界面5.2PLC编程设计5.2.1I/0分配表参考2-3位置图，编写表5-1输入分配表与表5-2输出分配表。如表5-1所示，X3-X7、X10-X17、X20-X24、为载车板限位开关，X25-X33为载车板光电开关，X34为复位按钮，X35为手动/自动切换开关。表5-1输入分配表输入地址说明输入地址说明X0启动按钮X205号载车板下限位开关X1急停按钮X216号载车板上限位开关X2停止按钮X226号载车板下限位开关X31号载车板左限位开关X237号载车板上限位开关X41号载车板右限位开关X247号载车板下限位开关X52号载车板左限位开关X251号载车板车辆检测X62号载车板右限位开关X262号载车板车辆检测X73号载车板左限位开关X273号载车板车辆检测X103号载车板右限位开关X304号载车板车辆检测X113号载车板上限位开关X315号载车板车辆检测X123号载车板下限位开关X326号载车板车辆检测X134号载车板左限位开关X337号载车板车辆检测X144号载车板右限位开关X34存取车辆完成按钮X154号载车板上限位开关X35复位按钮X164号载车板下限位开关X36手动/自动转换开关X175号载车板上限位开关如表5-2所示，Y0-Y7、Y10-Y17、Y20-Y21为载车板上下左右移动，Y22为安全栅栏，Y23为警示器，Y24为运行指示绿灯，Y25为停止运行指示红灯，Y26为人员逗留指示黄灯表5-2输出分配表输入地址说明输入地址说明Y01号载车板左移Y145号载车板上移Y11号载车板右移Y155号载车板下移Y22号载车板左移Y166号载车板上移Y32号载车板右移Y176号载车板下移Y43号载车板上移Y207号载车板上移Y53号载车板下移Y217号载车板下移Y63号载车板左移Y22安全栅栏Y73号载车板右移Y23警示器Y104号载车板上移Y24运行指示灯绿色Y114号载车板下移Y25停止指示灯红色Y124号载车板左移Y134号载车板右移5.2.2外部接线图控制系统核心采用了三菱公司生产PLC中的FXN2系列，根据I/O分配表的功能设定选用了继电器输出的FX2N-128MR-001，该PLC的输入和输出点数各为64点。PLC外部接线图如图5-6所示。图5-6PLC外部接线图5.3梯形图设计程序运行顺序如下：系统运行，按下复位按钮后立体车库载车板复位成功后启动，等待触摸屏传来的存取车信号，如果收到存取车信号，执行对应载车板的程序。5.3.1车库复位程序按下复位按钮后，立体车库自动复位，复位完成后，才能启动。程序如图5-7、5-8显示。图5-7复位程序5.3.2手动控制程序在触摸屏登录管理员身份后，可进入手动控制界面，操控载车板移动。因程序过多，这里仅展示一部分，其他程序附录见。手动控制程序如图5-9所示。图5-8复位程序图5-9手动控制程序5.3.3三号车位存取车程序因为存取车程序过多，这里仅展示三号载车板存取车程序，其他载车板的存取车程序图附录见。如图5-10、图5-11所示。图5-10三号载车板存取车程序图5-11三号载车板存取车程序5.3.4顺序控制图每个载车板都有对应的顺序控制程序。当在触摸屏上按下对应存取车图标时，与图标变量连接的通道会将对应的寄存器置位，从而执行对应的程序。如图5-12显示。图5-12SFC图5.4程序仿真通过模拟仿真，验证程序的正确及车库的运行过程。5.4.1复位程序仿真系统上电后，分别依次按下X36打开自动运行模式、X1急停、X2停止和X35复位。系统进入复位模式，载车板复位原则为先上升复位，再横移复位。此时Y4、Y10、Y14、Y16、Y20亮起，意思为载车板上升复位，Y24为运行指示灯。如图5-13所示。图5-13复位仿真复位X35，按下X11、X15、X17、X21、X23代表3、4、5、6、7号载车板上升到位。此时1、3号载车板开始左移复位，Y0、Y6亮起。为如图5-14所示。图5-14复位仿真按下X3、X7表示1、3号载车板左移复位成功。Y2、Y12亮起，2号载车板和4号载车板开始左移复位，如图5-15所示。图5-15复位仿真按下X5和X13表示2、4号载车板左移复位完成，到这里车库已经复位成功。再按下X0，车库开始自动运行。如图5-16所示。图5-16复位仿真5.4.2存车流程：模拟司机在触摸屏上选择3号载车板上存车或者取3号载车位的车。存车如图5-17所示.图5-17取车操作图3号载车板存车和取车图标连接PLC的M13寄存器，我们在对于仿真软件上按下M13模拟。按下M13后Y1、Y3亮起，表示1、2号载车板向右移动给3号载车板让出下降空位，如图5-18所示。图5-18仿真图复位X3、X5，按下X4、X6表示为1号和2号载板右移到位，然后Y5亮起，3号载车板下降，如图5-19所示.图5-19仿真图复位X11，按下X12表示3号载车位下降到地底，安全栅栏升起，车主把车开进车库存车。触摸屏上提示车主确认存车成功如图5-20所示。图5-20仿真图5.5本章小结本章首先对MCGS界面设计过程进行介绍，模拟了用户使用触摸屏的存取车过程，还对PLC的程序进行了编写并根据程序画出PLC外部接线图，最后利用编程软件进行模拟仿真程序。

结论与展望课题通过对国内外立体车库的现状分析及市场对智能化立体车库的需求，对升降横移式智能化立体车库的结构进行综合分析，针对控制系统硬件与软件进行综合设计。对于住宅小区小需求的停车需要，设计升降横移式立体车库的控制方案。它具有建设维护成本低、储存场地耗时短、人机交互友好等优势,能够满足低成本、小规模面积的存放场所的需求,在解决城市发展中面临的停车困难方面拥有良好市场。控制系统以PLC和触摸屏为核心设计。该系统设计是在司机选择车位后，控制器控制电动机带动载车板将汽车送达地面，由车主确认操作完成后，再将载车板复位。本文的研究主要内容包括：根据设计的需要，对国内外立体车库的发展进行调查。对设备的结构和系统进行分析，并对设备的控制系统制定了设计方案。结合制定的控制系统方案，根据设计需要选择了合适的控制设备，并设计出控制原理图、PLC外部接线图、MCGS界面。对于立体车库的控制要求，编写PLC硬件程序和MCGS软件程序。将编好的立体车库控制程序进行仿真调试，并模拟出用户存取车操作过程。由于立体车库控制系统应用到了较多的自动化设备，在设计上具有一定难度，再加上本人的设计经验不多，所以设计的控制系统还有很多需要完善的地方。立体车库控制系统需要完善的地方有：完善触摸屏功能。对触摸屏的画面进行人性化改善，让使用者感受到友好、快捷和操作简单易懂的使用经历。完善安全保护设施。为立体车库进一步添加防护设备，以保证人和设备的安全。增加自动识别车牌功能和收费功能。当汽车开到车库门口时，系统能自动识别车牌号并计时收取停车费用，优化硬件电路使设备减少故障，提高系统可靠性。

参考文献[1]耿莹莹，时亨岭，崔凯,等.简述PLC在工业中的应用及注意问题.华东科技:学术版,2012,(3):255[2]令荣.基于PLC和触摸屏的开放式立体车库控制系统设计[D].兰州交通大学,2014.[3]巷道式自动化立体车库升降部分./view/404755e7524de518964b7da7.htm1?from=search.2012-01-17[4]JohnKeble.ProblemParking.ConcreteEngineeringInternational,2001,(09):23-26[5]A.W.L.Yao，S.D.Strombeck，J.S.C.Chi.DevelopmentofamobilemanufacturingsystemwithPDAandPLC.ComputerScienceandEngineering,2005.4(25):7-8[6]台达ES系列PLC在升降横移式自动化停车库上的应用./autooo/PLC/PLC-Case/2007-09-07/584.html.2007-09-07[7]刘延利．后悬臂升降横移式立体车库虚拟样机设计.[山东大学工程硕士学位论文].济南:山东大学,2012[8]王辉.机械式立体车库的特点研究及其应用.[湖南大学硕士学位论文].长沙:湖南大学，2008[9]彭斌.升降横移式立体停车库的结构设计与控