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停车库plc设计

绪论

近几年来，随着城市经济的腾飞、人民生活水平的不断提高、汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展、汽车价格一降再降、汽车数量急剧增加，在寸土寸金的城市中，出现了道路上动态交通严重堵塞，而且占用道路停车和占用居住区绿地停车的现象越来越严重，从而进一步加剧了交通的拥挤，破坏了城市的居住环境。

停车难已经成为当今社会急需解决的不可忽视的问题。

为了解决在城市有限的土地面积上，特别是楼、堂、宾馆、商场、购物中心、住宅小区等车辆集中的地区满足停车位的要求，国家出台了新的政策，即向空中、向地下发展。

这样一来立体停车库迎来了新的发展空间。

1升降横移立体停车库的概况

1.1本课题提出的背景

作为解决城市静态交通的有效措施——升降横移立体停车库。

自动化立体停车设备已向空间、高层发展，以其占地面积小、停车效率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点，越来越受到人们的青睐。

立体停车设备的发展在国外，尤其在日本有近30—40年的历史。

无论在技术上还是在经验上均已获得成功。

我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有10年历程。

机械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，机械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30余平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层立体式车库的话，土地面积将大大减少，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

机械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，从而保证了人车安全。

在地下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。

机械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。

1.2升降横移立体停车库发展现状及市场前景分析

发展立体停车库是当今社会的必然趋势，机械式立体停车库占地少、存车多，其在停车场听优势是明显的，适合于城市建设的各种场所。

我国城市停车还处在初级阶段，专用和公共停车位数量距合理的车位与车辆比率相差甚远，停车难到处可见。

目前我国的停车场仍以平面停车场、路上停车场、路外停车场、自行式停车场为主，立体停车库和机械式停车场数量还很少。

以我国停车产业发展较快的上海为例。

路上、路外停车仍占有相当比例，已建设的信这车场大部分是地下自行式停车场和在自行式停车场的基础上安装简易停车设备，增加存容数量。

行式停车场存有较多缺陷，近年来在发达国家已很少新建。

大量兴建的是具有现代水平的升降横移式立体停车库。

随着社会经济的不断发展进步，对于升降横移立体停车库的需求是会越来越大。

作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。

目前我国经济正处在高速发展时期。

随着人们生活水平的不断提高和加入世界贸易组织步伐的加快，汽车普遍进入家庭已为期不远，停车市场前景广阔。

机械式立体停车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合实施。

是解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必经之路。

2升降横移立体停车库的类型特点及选型

2.1升降横移立体停车库的类型

目前，立体车库主要有以下几种形式：

升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式等。

在这主要介绍以下两种类型。

2.1.1升降横移类及特点

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、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，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。

7）安全装置：

防坠装置，限位保护器、急停开关等。

2.1.2垂直提升类及特点。

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，产品特点：

1）占地少，两个泊位面积可停6～10辆车。

2）外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。

3）价格低，地基、外装修、消防等投资少，周期短。

2.2升降横移立体停车库的选型。

通过对上述三种不同形式的立体停车设备的特点、运行功能进行比较分析和根据本人已学知识的程度及实际学习水平。

故选择更易操作、更安全的升降横移立体停车库（3×3）作为设计对象。

如图2-1所示。

图2-13×3升降横移立体停车库图

3车库工作原理、结构特点和主要技术参数

3.1升降横移式立体停车库的运行原理

升降横移立体停车库的运行原理升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。

其车位结构为2维矩阵形式，可设计为多层和多列。

图3-13×3升降横移立体停车库运行原理图

由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2~4层，2层、3层者居多，现以较为典型的地上3×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理。

3.2升降横移立体停车库结构特点：

底层只能平移，顶层只能升降。

除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。

当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。

其运动的总原则是：

升降复位，平移复位。

3.3升降横移式体停车库主要技术参数

表3-3主要技术参数

　　停车数

见车位布置图

上车位

下车位

　　适用车辆参数

D（大型）

T（特大型）

面包车

车辆长mm

≤5000

≤5300

≤5000

车辆宽mm

≤1850

≤1900

≤1850

车辆高mm

≤1550

≤2050

车辆自重kg

≤1700

≤2350

≤1850

车库容量

（mm）

如图

D（大型）

T（特大型）

下层停面包车

7350±2

5895±2

5845

4000

4428

1800

2250

2480

2450

2480

　　驱动方式

电机（链条）

　　电动机

升降

功率（KW）

2.2

速度

8.0

（m/min）

6.5

横移

功率（KW）

0.2

速度

8.0-9.0

（m/min）

　　操作方式

按钮箱、自动、手动操作

　　电源

3相380V50HZ

　　平均存取时间

≤60秒

4升降横移式立体停车库的硬件系统

4.1概述

升降横移式立体停车库的硬件系统主要由升降、横移电机、停车库主体钢结构、控制车进出的操作面板以及可编程序控制器（PLC）、各种指示灯等组成。

横移输送包括横移输送小车（升降固定架）及车盘，车盘是承载车的装置，第一层共有2台车盘可以进行横移，需预一个空位，且只能左右横向移动。

横移输送小车及车盘左右横移的动力源是横移输送电机。

左右横移终点有限位开关进行定位保护，极点有机械挡块保护。

升降输送机构包括升降固定架及车盘，车盘是承载车的装置，共有3台车盘可以进行升降，第一层有两台，车盘升降的动力源是升降电机，升降到位有限位开关进行定位保护。

控制车进出的操作面板以及可编程序控制器对车库运行进行控制，以及各种信号灯的指示。

4.2PLC简介

PLC来源可编程序控制器的英文为ProgrammableController,在二十世纪70-80年代一直简称为PC。

由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC-ProgrammableLogicController）,为了方便,仍简称PLC为可编程序控制器。

有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统,强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。

PLC是以微处理器为基础，综合自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优点。

目前，PLC以被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（机器人、PLC、CAD/CAM）之一。

特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使它成为大规模控制工程的理想下位机。

其发展情况见文献[4]。

4.3硬件电源及负荷

输入输出模块和电源的选择。

PLC输入模块的功能主要是检测来自现场设备的输入信号，并将其转换成PLC内部可处理的电平信号。

输入模块的类型选用交流形式的，由于信号的传送距离比较近，信号选用低电压形式，低压又分为5V,12V,24V,60V和68V，从可靠性角度考虑，我选用24V作为电平信号电压。

车库系统的升降横移电机的工作电压选用交流220V,指示灯工作电压都选用24V。

本文介绍的立体停车库是三层单列七车位升降横移式停车库，也是多车位立体停车库的雏形，全线共有一个电控柜，外设一个按钮盒，分别控制第二层与第三层相应的运动。

其操作及维护简单，安全可靠性高。

　　电气控制系统主电路供电为三相AC380V，控制回路用单相220V供电，信号电路由PLC可编程控制器本身提供DC24V供电。

　　全线主要电控设备负荷如下（总负荷约13KW）：

车盘横移电机4X0.4KW，车盘升降电机3X3.7KW。

4.4PLC的选用原则及本设计中选用的PLC

随着PLC技术的发展，PLC产品种类也越来越多，而且功能也日趋完善。

不同种类之间的功能设置有着很大的差异，其结构形式、性能、容量、指令系统、价格也不尽相同，适合的场合也个有侧重。

这既给PLC机型的选择提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的合理选用难度。

PLC型号选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，追求好的性价比。

因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。

PLC的选择及其性能见文献[1]。

考虑到本次设计的三层停车库控制系统，一般要求PLC的反应速度要满足此控制的要求。

根据PLCI/O节点使用原则，需要预留出20%-30%的I/O点来作为扩展使用，三层停车库有38个输入信号，23个输出信号。

在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，所以本系统选用PLC型号为西门子S7—200（CPU222），这种机型的I/O点数分别为85，其编辑指令超过1000条，有2000步的程序内存，并配有相应的编程软件MEDOC，不但可通过手持编辑器对其编辑，而且还可以通过计算机对其进行编辑。

5系统设计

5.1控制系统方案的确定

升降横移立体停车库以停放小型车为主,其代价较昂贵,而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的安全,所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。

PLC是车库控制系统的核心,联系现场状况的数据I/O操作，当有存取操作时,PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮输入的指令,做出合理的工控安排：

判断检测元件的状态,读取车库机械驱动部分的信息;然后,将信息反馈到执行元件,拖动车位板,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）。

整个动作区域配有行程挡块检测及安全系统,以防异常情况发生。

该系统中PLC主要完成对托盘、托板位置及运行状态中存取车的操作。

用各种按钮开关、行程开关检测位置状态,用接触器、继电器执行对拖动电机的起停控制。

对车位的操作就是控制横移小电机和升降大电机,使它们在不同时间实现正反转。

而且上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的,即当上层泊位在升降时,下面各层泊位不能移动,反之亦然。

并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动。

为了保证存取车可靠安全,系统要精确定位。

行程开关的设置保证了托板能平移到预定位置以及托盘能上升或下降到准确位置,但同时,行程开关逻辑要严格互锁。

例如1、2水平限位开关在静态情况下只能有一个是断开的,如果2个以上开关闭合即表示托板不到位。

在车库静止时,2、3层所有挂钩信号均应断开（负逻辑）,2层上限位开关断开,3层上限位开关闭合。

行程开关、信号压力块布置在不同的位置有不同的功能：

安装在托盘底层左右两边的行程开关,可以检测托盘上汽车停放是否到位;安装在二层、三层框架底端和一层底端的行程开关，可以检测托盘在上升、下降是否到位。

托盘对角线上安放的信号压力块可以检测托盘上有无车。

如车辆动作未完成，行程开关不能输出信号，则托盘无动作，停止运行。

同时在车库中还运用了断链报警的位移开关,以及警示装置、紧急停车开关、手动按钮、复位开关等。

该停车库的运行是通过相应限位开关的动作来自动循环的，各限位开关之间的安全联锁已通过程序的编制做到充分考虑。

按程序编制取车操作过程如下：

　　首先规定从左至右第一层依次为101、103车位，101、103车盘；第二层依次为201、203车位，201、203车盘第一、二层中间为预留空位，第二层右边为203车盘。

车位与车盘要区别开来,车库示意图如图5-1。

图5-1停车库示意图

5.2系统硬件设计

5.2.1I/O地址分配表，如表5-2、5-3所示：

表5-2输入信号的地址分配表

输入信号名称

符号

输入点

201车盘停、取车启动按钮

SB1

I0.1

203车盘停、取车启动按钮

SB2

I0.2

301车盘停、取车启动按钮

SB3

I0.3

302车盘停、取车启动按钮

SB4

I0.4

303车盘停、取车启动按钮

SB5

I0.5

201车盘手动上升启动按钮

SB6

I0.6

203车盘手动上升启动按钮

SB7

I0.7

301车盘手动上升启动按钮

SB8

I1.0

302车盘手动上升启动按钮

SB9

I1.1

303车盘手动上升启动按钮

SB10

I1.2

101车盘右移行程开关

SQ1

I1.3

101车盘左移行程开关

SQ2

I1.4

103车盘左移行程开关

SQ3

I1.5

103车盘右移行程开关

SQ4

I1.6

201车盘右移行程开关

SQ5

I1.7

201车盘左移行程开关

SQ6

I2.0

203车盘左移行程开关

SQ7

I2.1

203车盘右移行程开关

SQ8

I2.2

201车盘上升行程开关

SQ9

I2.3

203车盘上升行程开关

SQ10

I2.4

301车盘上升行程开关

SQ11

I2.5

302车盘上升行程开关

SQ12

I2.6

303车盘上升行程开关

SQ13

I2.7

201、301下降行程开关

SQ14

I3.0

302下降行程开关

SQ15

I3.1

203、303下降行程开关

SQ16

I3.2

201车盘安全挂钩开关

SQ17

I3.3

203车盘安全挂钩开关

SQ18

I3.4

301车盘安全挂钩开关

SQ19

I3.5

302车盘安全挂钩开关

SQ20

I3.6

303车盘安全挂钩开关

SQ21

I3.7

101车盘压力指示灯开关

SQ22

I4.0

103车盘压力指示灯开关

SQ23

I4.1

201车盘压力指示灯开关

SQ24

I4.2

203车盘压力指示灯开关

SQ25

I4.3

301车盘压力指示灯开关

SQ26

I4.4

302车盘压力指示灯开关

SQ27

I4.5

303车盘压力指示灯开关

SQ28

I4.6

表5-3输出信号的地址分配表

输出信号名称

符号

输出点

201车盘下降继电器

KM8

Q0.1

203车盘下降继电器

KM12

Q0.2

301车盘下降继电器

KM14

Q0.3

302车盘下降继电器

KM16

Q0.4

303车盘下降继电器

KM18

Q0.5

201车盘上升继电器

KM7

Q0.6

203车盘上升继电器

KM11

Q0.7

301车盘上升继电器

KM13

Q1.0

302车盘上升继电器

KM15

Q1.1

303车盘上升继电器

KM17

Q1.2

101车盘右移继电器

KM1

Q1.3

101车盘左移继电器

KM2

Q1.4

103车盘左移继电器

KM3

Q1.5

103车盘右移继电器

KM4

Q1.6

201车盘右移继电器

KM5

Q1.7

201车盘左移继电器

KM6

Q2.0

203车盘左移继电器

KM9

Q2.1

203车盘右移继电器

KM10

Q2.2

201车盘上升到位指示灯

HL1

Q2.3

203车盘上升到位指示灯

HL2

Q2.4

301车盘上升到位指示灯

HL3

Q2.5

302车盘上升到位指示灯

HL4

Q2.6

303车盘上升到位指示灯

HL5

Q2.7

201、301车盘下降到位指示灯

HL6

Q3.0

302车盘下降到位指示灯

HL7

Q3.1

203、303车盘下降到位指示灯

HL8

Q3.2

201车盘安全挂钩

YB1

Q3.3

203车盘安全挂钩

YB2

Q3.4

301车盘安全挂钩

YB3

Q3.5

302车盘安全挂钩

YB4

Q3.6

303车盘安全挂钩

YB5

Q3.7

101车盘压力指示灯

HL9

Q4.0

101车盘压力指示灯

HL10

Q4.1

101车盘压力指示灯

HL11

Q4.2

101车盘压力指示灯

HL12

Q4.3

101车盘压力指示灯

HL13

Q4.4

101车盘压力指示灯

HL14

Q4.5

101车盘压力指示灯

HL15

Q4.6

5.2.2PLC外部接线图

图5-4PLC外部接线图

5.3系统软件设计及调试过程

5.3.1车盘运行梯形图及语句表

1）201车盘停、取车梯形图

NETWORK1//201车盘停、取车语句表

LDM0.7

AI1.4

OSM0.1

OM0.0

ANM0.1

=M0.0

NETWORK2

LDM0.0

AI0.1

OM0.1

ANM0.2

=M0.1

NETWORK3

LDM0.1

AI1.3

OM0.2

ANM0.3

=M0.2

NETWORK4

LDM0.2

AI3.3

OM0.3

ANM0.4

=M0.3

NETWORK5

LDM0.3

AI3.0

OM0.4

ANM0.5

=M0.4

NETWORK6

LDM0.4

AI0.6

OM0.5

ANM0.6

=M0.5

NETWORK7

LDM0.5

AI2.3

OM0.6

ANM0.7

=M0.6

NETWORK8

LDM0.6

AI3.3

OM0.7

ANM0.0

=M0.7

NETWORK9//101车盘右移且与201车盘下降互锁

LDM0.1

ANQ0.1

=Q1.3

NETWORK10//挂钩动作

LDM0.2

OM0.6

=Q3.3

NETWORK11//201车盘下降

LDNQ1.3

AM0.3

=Q0.1

NETWORK12//201车盘上升

LDM0.5

ANQ1.3

=Q0.6

NETWORK13//101车盘左移且与201车盘下降互锁

LDM0.7

ANQ0.1

=Q1.4

2）203车盘停、取车梯形图

NETWORK1//203车盘停、取车语句表

LDM0.7

AI1.6

OSM0.1

OM0.0

ANM0.1

=M0.0

NETWORK2

LDM0.0

AI0.2

OM0.1

ANM0.2

=M0.1

NETWORK3

LDM0.1

AI1.5

OM0.2

ANM0.3

=M0.2

NETWORK4

LDM0.2

AI3.4

OM0.3

ANM0.4

=M0.3

NETWORK5

LDM0.3

AI3.2

OM0.4

ANM0.5

=M0.4

NETWORK6

LDM0.4

AI0.7

OM0.5

ANM0.6

=M0.5

NETWORK7

LDM0.5

AI2.4

OM0.6

ANM0.7

=M0.6

NETWORK8

LDM0.6

AI3.4

OM0.7

ANM0.0

=M0.7

NETWORK9//挂钩动作

LDM0.2

OM0.6

=Q3.4

NETWORK10//103车盘左移且与203车盘下降互锁

LDM0.1

ANQ0.2

=Q1.5

NETWORK11//203车盘下降且与其上升互锁

LDM0.3

ANQ1.6

=Q0.2

NETWORK12//203车盘上升且与其下降互锁

LDM0.5

ANQ1.6

=Q0.7

NETWORK13//103车盘右移且与203车盘下降互锁

LDM0.7

ANQ0.2

=Q1.6

3）301车盘停、取车梯形图

NETWORK1//301车盘停、取车语句表

LDM0.7

AI1.4

AI2.0

OSM0.1

OM0.0

ANM0.1

=M0.0

NETWORK2

LDM0.0

AI0.3

OM0.1

ANM0.2

=M0.1

NETWORK3

LDM0.1

AI0.7

AI1.3

OM0.2

ANM0.3

=M0.2

NETWORK4

LDM0.2

AI3.5

OM0.3

ANM0.4

=M0.3

NETWORK5

LDM0.3

AI3.0

OM0.4

ANM0.5

=M0.4

NETWORK6

LDM0.4

AI1.0

OM0.5

ANM0.6

=M0.5

NETWORK7

LDM0.5

AI2.5

OM0.6

ANM0.7

=M0.6

NETWORK8

LDM0.6

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