立体停车库设计Word文档格式.docx
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由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:
1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。
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80％—90％，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。
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。
应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。
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立体停车库的选题背景和意义
当前随着汽车工业的发展和人们购买力的增强，汽车已经逐渐走入普通家庭，特别是私家车的数量迅速增长，一些大型城市面临“车多位少”的困境，迫使很多车主直接把车停在道路上，一方面影响了交通畅通，带来了交通安全隐患，另一方面也不利于车辆的管理，车辆容易被破坏或者被盗，给车主带来财产损失，而与此相对应的城市交通停车建设的缓慢，与现有的车辆数量产生很大的矛盾，形成目前城市停车现状的尴尬局面。
尽管交管部门进行了一些灵活变通的有益尝试，主要是在不影响动态交通（行车）、非机动车和行人的前提下，设立路边停车位，以及在临时空地上设立停车场。
我国的土地资源紧张，在现有的土地资源上建设那么多的停车场，显然是不可行的，如何才能充分利用有限的土地资源让其尽可能的停放更多的车辆呢？
通常有以下集中解决的办法：
广场式停车场、路边停车区、机械式立体停车库、地下停车场等，在城市的中心寸土寸金的土地资源不可能用来做广场型停车场和路边停车，地下车库由于其造价高和施工周期长的问题，而立体停车库能充分的利用有限的土地资源，发挥其空间优势，在有限的土地上最大限度的停发车辆，同时也更好的对停放车辆进行统一的管理，成为了解决停车问题的很有效的途径，国家经茂委已经将“城市立体停车库”列为近期行业技术发展重点，因此立体停车库是具有广阔的发展前景的。
当前立体车库系统存在的问题：
（1）机械停车设备应用不广泛,缺乏一定的了解与认识；
（2）机械停车泊位现状供应规模小,停车设备类型单一；
（3）现有的械式停车库基本属于配建,实际投入运营率不高；
（4）缺乏政策扶持,推广建设速度缓慢；
（5）现有规范标准陈旧落后,报建项目实施难度大。
但随着人们对社区生活的要求不断变化提高，对汽车的需求成为大多数人的愿望的时候，建造立体车库一定会形成人们的共识。
出现这种现象除了和停车设备行业的发展本身涉及到停车立法、收费政策、城市规划、交通管理等诸多方面困难和阻碍之外，停车设备设计本身存在缺限，设计制造成本过高而导致的车辆收费过高，关键自动化技术水平低下也是主要问题之一。
第二章立体停车库的电气控制系统
2.1整体方案
升降横移立体停车库车位结构为N*M二维矩阵形式，可设计为多层，多列。
由于受接连装置及进出车时间的限制，通常设计为2到4层（国家规定最高为4层），其中以2、3层者居多，实际上可以根据泊车的多少决定立体停车库的规模。
车库提供的总车位容量为：
P=N*M-（N-1）,其中N为二维矩阵的行，及车库的层数，M为二维矩阵的列，即车库的列数。
本次设计一个双层5车位的升降横移式立体停车库：
上平面U和下层面M。
上平面U只能进行升降动作，下层平面M只能进行平移动作。
立体车库中总共有6个车位，其中一个为空车位向载车板提供上升和下降的通道，另外5个车位用于存放车辆。
当下层平面M车位进出车时，不需要移动其他托盘就可以直接进行进出车的处理。
当上平面U车位进出车时，首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，直到下方为空才可以进行下降动作到达下层平面M，进行进出车处理，进出车完毕后上升回到原来的位置，根据运动的规律存取车的过程包括三个步骤：
1.为了燃气那个触控为，载车板需要横移；
2.为了存取车，需要载车板的升降；
3.载车板左右横移一个准确的停车位行程开关和升降到准确的位置。
升降横移式立体车库的系统控制原理：
操作者（人）要通过控制系统信息交流的平台（界面）把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。
其系统控制原理框图,如图2-1所示
图2-1PLC的硬件系统结构框图
在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，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。
为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。
为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。
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来进行对其控制。
同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施。
升降横移立体停车库以停放轿车为主,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。
整个车库设计由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，PLC采用了以计算机为核心的通用自动控制装置,集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体,可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便,适用于频繁启动和恶劣的环境,因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为电控系统的核心。
2.1.1控制系统的输入,输出分析
输入分析:
（1）触摸屏.触摸屏是控制系统的操作界面,应该设有车位的选择,启动\停止,急停,自动\手动切换等控制按钮.
（2）读卡器.读卡器用于识别车主信息,便于管理.
（3）控制柜.在入口处设有电器控制柜,所有电气控制元件均装于柜内,控制柜上还有手动控制按钮,用于实现手动控制.
（4）传感器.包括光电传感器,行程开关,限位开关等.
输出分析:
（1）平移和升降电机.载车板的左右平移和上下移动由电机的正反转控制.
（2）防滑装置.当顶层载车板停放完毕后,为防止载车板坠落,在相应的位置装有防坠装置,由点此驱动打开和关闭.
（3）车库的指示装置.运行灯,报警器和警铃.车库中的车位动作时,运行灯亮,提醒人员注意;
当出现紧急状态时，报警灯闪烁，同时警铃响起。
2.2.元件的选型
2.2.1PLC的选型
PLC由原始可编程控制器发展至今,其产品种类繁多,功能也不尽相同,按其结构形式的不同,主要可把PLC分为整体式（单元式）和组合式（模块式）.
整体式PLC是将中央处理器,存储器,输入单元,输出单元,电源,通信端口,I\O口扩展端口等组装在一个箱体内构成的一个整体,它具有结构简单紧凑,体积小,性价比高的特点.微型,小型PLC一般采用这种整体式结构,整体式的结构如图2-2所示
图2-2整体式结构
组合式PLC是把PLC的各个组合部分划分为若干个单独的模块,并将这些模块独立地进行物理封装,如CPU模块,电源模块,I\O模块和其他功能模块,各个模块可以插在带有总线的底板上,组合结构PLC的特点是配置灵活,输入接点,输出接点的数目可以灵活选择,各种功能模块可以根据需要自由选择,组合式PLC的组合如图2-3所示
图2-3组合式PLC的组成示意图
PLC的工作原理
可编程控制器作为一种基于计算机的运算控制装置,作为电气控制装置,PLC必须接入电路,与主令器件,传感器及执行器件共同构成系统才能承担控制任务,PLC将工业控制中的各种信号和运算结果存入自己的输入储存单元中,并将运算结果通过设备去控制执行器已完成各种工业任务控制.
作为输入存储单元及输出存储单元联系的应用程序则是控制的核心,即可编程控制器PLC的应用程序是表达存储单元之间相互联系的,存储单元的状态代表控制系统中的各种事件,而可编程控制器执行应用程序以完成既定的控制任务.如图2-4所示
图2-4PLC的工作过程
PLC的运行工作过程大体可以分为三部分.
（1）.第一部分是上电处理过程,PLC开始工作是要对系统进行初始化,包括硬件初始化,I\O模块配置检查,停电范围设置等,这些都需要通过上电处理.
（2）.第二部分是扫描过程,当PLC运行时,需要执行纵多的操作,但CPU不能同时去执行这么多的操作,只能按分时操作,这种工作方式就是串行工作方式,也成为PLC的扫描工作方式.PLC用扫描的工作方式执行用户程序时,从第一条程序开始,在没有中断或者跳转控制的情况下,按照用户程序存储的先后顺序,逐条执行程序,直到执行完成,然后再次从头开始,这样往往复复的执行下去.
（3）.第三部分是出错处理,PLC在没扫描一次,就会执行自诊断检查一次,确定PLC是否正常动作,如CPU,电池电压,I\O,程序存储器等,如果出现异常,CPU自身的动作面板上的LED及异常继电器就会接通,在特殊寄存器中会存入出错代码,当出现致命错误时,CPU就会被强制停止为STOP方式,所有的扫描停止.
PLC是目前世界上在工业控制方面应用最为广泛的控制器，发展到今天已经具有较多的种类，每类PLC都有较多的型号。
以三菱PLC为例，拥有FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC等型号。
各型号的输入点数和输出点数不同，输出形式也不尽相同。
本文中由于控制对象较多，各对象的工作过程也不尽相同，所以需要较多的输入点和输出点。
通过前文的叙述，共有41个输入点和20个输出点，且控制对象就是电动机。
所以选用型号FX2N-128MP-001的PLC作为控制单元。
2.2.2CPU的选型
S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如：
冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
CPU单元设计
集成的24V负载电源：
可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU224XP，CPU226分别输出280，400mA。
可用作负载电源。
不同的设备类型CPU221-226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压、数字量输入/输出点。
CPU221具有6个输入点和4个输出点，CPU222具有8个输入点和6个输出点，CPU224具有14个输入点和10个输出点，CPU224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU226具有24个输入点和16个输出点。
可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。
可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。
2.2.3光电开关的选择
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称,它是利用被检测物体对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测是否存在物体.物体不限于金属,所有能够反射光线的物体均被检测到.立体停车库中,光电开关主要用来检测车库有无车的检测装置是否停靠到位.光电开关由投光器和电源组成,投光器常用发光二极管,受光器再根据接收道德光线的强弱或有无对目标物体进行探测.如图2-5所示
图2-5光电开关的发射端和接收端
光电开关是传感器大家族中的成员,它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的.由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘）,所以它可以在许多场合得到应用.
2.2.4控制按钮的选择
在本设计中，需要用按钮对电源以及输入点进行控制，根据不同的功能选用一下几种按钮：
（1）开启式按钮：
用于控制台，控制柜的面板。
（2）紧急急停按钮：
有红色大蘑菇头突出于按钮螺旋帽之外，供需要紧急切断电源时使用。
（3）旋转式按钮:
用于总电源的开关转换按钮。
（4）带灯按钮：
带有指示灯的按钮，尚可兼做指示灯。
2.2.5行程开关的选择
升降式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。
行程开关是将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制，应用于车库系统限位保护盒行程控制。
行程开关靠外加机械力使触点动作，可分为三种:
快速动作，非快速动作和微动。
非快速行程开关在机械系统的移位控制中被广泛的使用，其缺点就是触头的通，断速度与机械运动部件推动推杆的速度有关。
当运动部件移位较慢时，触头打开与闭合的速度缓慢，触头断开时产生的电弧维持时间长，容易损坏触头。
当运动部件移动速度小于0.4m/min时应当选用快速动作的行程开关。
停车库中的部件的运动速度均大于这个速度，使用的均为非快速行程开关。
2.2.6电传感器的选择
升降横移式立体停车库中，光电开关主要用来检测车库有无车的检测装置以及检测车库是否停靠到位和是否超容。
光电开关由投光器，受光器和电源组成，投光器常用发光二极管，受光器常用光敏元件。
它的工作原理：
使投光器和受光器相对，当被检测物体挡住从投光器射出的光线时，受光器得到信号。
并根据光学系统检测方式分为：
透光方式和反射方式。
在停车库中所应用的光电开关均有这两种形式。
光电开关的布置
光电开关布置在不同的位置有不同的功能：
分别安装在托盘底层左右两边的光电开关,可以检测托盘上汽车停放是否到位;
在托盘对角线上安放的光电开关可以检测托盘上有无车;
装设于停车库车辆入口处左右两侧的光电开关还可以用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况等,如车辆未停妥、动作区域有人或物、运行过程中有车想开进等意外情况,光电开关光线被遮,会给PLC一个电平变化信号,从而改变PLC的输入,蜂鸣器发音报警,设备不作运行或停止运行。
如图2-6，2-7所示
图2-6光电开关接线图
图2-7光电开光电路图
2.2.7驱动电机的选择
在此驱动元件是完成车库托盘的横移和升降的专用减速电机，查阅相关资料得知升降速度4-6m/min；
横溢速度8-10m/min;
最大提升重量2200kg;
升降机构电机功率2.2kw；
横溢机构电机功率0.7kw。
则本设计选用的Y80M1-2三相异步电动机，升降选用Y90L-2三相异步电动机，两种型号电动机性能技术数据如表2-8所示电动机的技术数据
表2-8驱动电机选择数据
由于升降横移式立体停车库的控制核心单元选用可编程控制器，可编程控制器内部驱动都是弱电直流器件，内部最大的电压不超过+24v，所以电机应外接电源380v工业交流电。
对于每一部电机，可编程控制器的输出单元都有两个输出点，分别驱动。
现已驱动三号车位为例，实现正反转的两个交流接触器如图2-9所示
图2-9实现正反转的交流接触器
2.3电气系统关键部分设计
PLC接线设计：
在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，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。
同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置，其简化接线图,如图5-3所示
2.3.1外围接线图
型号为FX2N-128MR-001的PLC外围接线图如图2-10所示，清楚的表明了其I/O口的分配和使用情况。
图2-10FX2N-128MR-001的PLC外围接线图
2.3.2LC程序编写
程序编写过程的分析：
（1）当在第一层7停车位和8号停车位存取车辆时，载车板不需要移动，可直接存取。
（2）当在第二层4号停车位和5号停车位存取车辆时，首先将第一层的载车板在水平方向上移空，然后第二层的载车板下降到第一层进行车辆的存取。
（3）当在第三层的1号停车位2号停车位和3号停机位存取车辆时，首先将第一层和第二层上的停车位对应的载车板向右移动，然后第三层载车板下降到第一层进行车辆的存取。
以在2号停车位存取车辆为例进行编写的分析：
首先在操作面板处依次按下2号停车位和存车或取车按钮，PLC控制5号停车位和8号停车位的载车板向右运动。
如果5号停车位和8号停车位的载车板检测结果由常开变为常闭，表明该停车位的载车板已经开始移动。
6号停车位的载车板（号9车位）的限位开关检测为常闭，即5停车位的载车板（和8号停车位的载车板）已经向右运动到6号停车位（9号停车位），2号停车位的载车板准备向下运动；
当8号停车位限位开关的状态变为常闭时（即2号位载车板已经移动到8号停车位）。
载车板的检测同样为常闭时，车辆即可停放到8号停车位的2号载车板上，直到光电开关检测车辆为常闭，为保证安全延时3秒钟后载车板再向上移动，当2号停车位上的限位开关检测为常闭时，车辆的存取过程结束。
2.4模拟电路
模拟电路如下图2-11，2-12，2-13所示
图2-11模拟电路图1
图2-12模拟电路图2
图2-13模拟电路图3
电路中原点限位开关I0.2和一层限位开关I0.4一直处于开的状态，当选择停车所在的行列数，以二层二列为例，二列限位开关I2.1输入，二列选择开关I2.4输入，二层限位开关I0.5输入，二层选择开关I2.4输入。
这样就给托盘一个水平向左的信号，表现在模拟电路中就是Q0.1对应的灯亮，到达二列后输出一个垂直向上的信号，表现在模拟电路中就是Q0.2对应的灯亮，这是到达二层二列，输出一个托盘水平向前运转的信号Q0.4，表现在模拟电路中就是Q0.4对应的灯亮，这样车就停好了，在这一系列的动作之后托盘回到水平原点，等待下一次的存车。
取车的时候跟上述过程一样，最后一步的托盘水平向前运转信号Q0.4变成托盘向后运转信号Q0.5，表现在模拟电路中就是对应的Q0.5的灯亮。
这样就做到了立体停车库的存取车工作。
第三章立体停车库的硬件电路设计
3.1硬件电路组成部分
触摸屏作为控制系统的操作界面,包含密码设置及保护程序,存取车管理等功能,除显示时钟与日期,空车位提示外,还设有位选择,启动\停止,急停,自动\手动切换等功能软键.
运行方式分自动和手动两种,可通过开关切换,在车库正常运行时使用自动方式,在设备维修和调试是可使用手动方式.自动方式和手动方式均采用PLC可编程控制器控制,因此可保证设备在任何方式下的安全运行.系统硬件组成如图3-1所示。
图3-1系统硬件组成
3.2电路图
图3-3PLC外部接线图
手动控制部分：
为了保证立体停车库能更加安全的运行和控制，在停车控制系统中增加了不少手动控制部分，这些手动部分一方面为了安全方面的考虑，另一方面也有易于停车库的维修，在停车库软件控制系统中所有的状态元件、存储器，定时器都采用具有掉电保护功能的元器件，以保证上电后系统能够按照原来的数据程序继续运行，系统中设计的紧急开关，以防止发生意外情况后能够立即中断系统，当系统在运行过程中出现电机过热或其他的机械故障，系统会发出报警指示，能够迅速终止系统运行并转为手动操作。
考虑到一些意想不到的突发情况，系统设计了紧急开关，便于在任何情况下系统都能够终止系统的运行。
因此在停车控制系统中的手动部分的设计使得停车库的停车更加安全便捷。
3.3流程图
取车的流程图跟存车的流程图类似。
如图3-4示
图3-4存取车的流程图
3.4接口设计
电力接线通信技术，英文简称PLC，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。
该技术是把载有信息的高频加载于电流，然后用电线传输，接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来，并传送到计算机或电话上，以实现信息传递。
该技术在不需要重新布线的基础上，在现有电线上实现数据，语音和视频等多业务的承载，也就是实现四网合一。
终端用户只要插上电源插头，就可以实现因特网的接入。
随着计算机硬件、软件的快速发展，特别是网络技术的快速发展，著名工控厂家及系统集成商大力开发以太网产品，关注PLC的直接上网问题。
（1）直接接入PLC
每种PLCCPU的串口或一般通讯模块所支持的普遍方式是从（Slave）方式，即使它支持主（Master）方式，相应通讯协议也是专有协议，不是开放的协议。
对于一些PLC如GE90系列PLC，它有一种模块，该模块通讯方式为主方式，可以使用不同通讯协议编程，与智能设备通讯，这是解决方法之一。
结构图如图3-5所示
图3-5PLC接入图
这种方法智能设备与PLC的数据交换的速率是串口的速率，智能设备采集的数据可以在PLC控制流程中使用。
设备通讯协议一致且数量不多时，比较适合这种方式，总的通讯速度就会较慢，通讯的协议不一致，就会占用该模块较多内存。
3.5I/O口连接
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接不见。
PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，一这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；
同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象以实现控制目的。
在本次立体停车库的设计中是选用S7-200系列PLC中的226DC/DC/DC，它的可用输入点数为24，可用输出点数为16，系统CPU采用的是24输入/16输出的西门子S7-200系列PLC中的DC/DC/DC，可用到其中的16个输入和14个输出，I/O点的分配是输入从I0.0至I1.7，输出从Q0.0到Q0.7。
根据设计要求，其输入点共30个，：
车位选择开关6个，车位限位开关6个，光电检测2个，下层载车板平移行程开关3个，链条检测输入3个，紧急停止按钮和复位按钮各1个，防坠落
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