升降横移式立体车库设计说明.docx

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升降横移式立体车库设计说明

摘要

随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是随着改革开放以来，我国进入了汽车拥有率迅速上升时候。

以往那种单层平面停车场也越来越不能满足市场的需求。

对多停车位、少占空间、使用操作简单、安全可靠的“立体停车库”的建设，是解决目前寸土寸金的大都市停车难的有效办法。

立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库，通过可编程控制器（ProgrammingLogicController，简称PLC）控制车位空间位置的变动,使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。

升降横移式立体车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来存取车辆。

本文主要通过对升降横移式立体车库原理的研究，介绍了3×3立体车库模型实现情况。

控制系统的监控采用基于WINDOWS平台的工控组态软件MCGS，通过对组态软件数据库的构建、动画的连接及控制流程编制、调试，实现了立体车库的监控系统，最后探讨了利用MCGS实现远程控制的网络功能。

本文的研究对PLC在计算机自动化控制系统中的应用，以及利用MCGS实现工业工程实时监控，提高工业的自动化水平，都具有很重要的实践意义。

关键词：

立体车库；可编程控制器PLC；MCGS工控软件组态；模拟仿真

Abstract

Alongwiththeourcountryeconomyrapiddevelopment,theurbanpopulationincreasesdaybyday,speciallysincealongwiththeReformandopenpolicy,theautomobiletotalquantityismoreandmore.FormerlythatkindofSingle-Layerplaneparkinglotcouldnotsatisfythedemandofthemarket.Tothemulti-parkingspots,littleoccupiesofthespace,theuseoperationissimple."Three-DimensionalGarage",whichistheeffectivesolutionofstopsdifficultinthepresentbigcity.

TheThree-DimensionalGarage,whichtakesthesingle-layerplaneparkinglotasthecore,isthemulti-dimensionalspaceparkinggarage.Itusestheprogrammablecontroller（ProgrammingLogicController,alsocalledPLC）torealizemultiplemonolayerplanestopsbycontrollingtheberthspacepositionthechange.Vertical-horizontalmovingundergroundcarparks,whichrealizemultilayerberthfluctuationdepositsandwithdrawsthevehiclesbyshiftingthetraytoproducetheverticalchannel.

ThearticleresearchesthetheoryoftheThree-DimensionalGarage,introducetherealizationsituationof3×3three-dimensionalgarage.ThesystemsimulationusescontrolsconfigurationsoftwareMCGS,whichisbasedontheWINDOWSplatform.Throughestablishingthedatabaseofconfigurationsoftwareconstructs,connectingtheanimation,preparingthecontrolflowanddebuggingtheprocedures,ithasrealizedthethree-dimensionalgaragemonitoringsystem.

ThearticleresearchhasthecertainpracticesignificanceinthecomputercontrolsystemaswellasusingMCGStoachievereal-timemonitoringofindustrialprojects,whichraisesthelevelofindustrialautomation.

Keyword:

Three-DimensionalGarage,ProgrammableController,MonitorandControlGeneratedSystem（MCGS）,Simulation

第一章绪论

1.1立体车库的概述

多层式立体车库采用高架式存放，它的特点是节省土地面积，即在一个单位的面积上各异容纳多个车位，同时，可以根据场地的大小，变化排列，具有灵活多变的特性。

停车位有一个横移矩形框架及一个悬挂盘组成，悬挂盘为保安全采用链条传动或钢丝绳传动。

传动件密封于横移框架中，可免受风吹雨淋，对延长寿命及降低维护费用有明显效果。

立体车库除以上独特性以外，更具备详尽完善的安全保护功能以及引进国外技术与器件的电脑全自动操作，管理系统。

立体车库边缘构成的垂直面上，按任意路线（任意曲线）自由运动。

自由运动装置装有一送机构，能自动的从停车位上将车取出，运送到车库相应的存车位时，自动将车存入，或者自动的从车库存车位上将车取出，移送到出车位时，自动将车移出放到出车位上，从而完成存车与取车过程。

目前，立体车库分地上和地下两种。

地上的主要有以下几种形式：

升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式。

1、升降横移式

升降横移类停车主要包括两个类型：

吊挂式、悬臂式

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、五层、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*。

（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。

升降横移类停车设备的形式多样，规模可大可小，对场地的适应性能强、造价低、操作简单。

该设备可创造出二－五层停车位，由链条或钢丝绳传动；多种保护，安全可靠；运行平稳，噪声小，能耗低。

其空间利用率最高，适用于平面空地使用。

2、巷道堆垛式

巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。

3、垂直提升式立体车库

垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。

垂直提升式立体车库一般高度较高（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，但占地却最小。

1.2国立体车库的发展状况

市场的需求，推动了行业的发展，同时也促进了产品技术的更新。

我国机械停车设备从最初简单的两层升降横移式，发展到现在技术含量最大的平面移动类，已拥有了九大类多种规格的停车设备。

机械停车设备是一种机电一体化的产品，根据其使用的场合和数量，分为多种形式，每一种设备其结构不同，动作过程不同，它的控制复杂程度也不同，技术含量也不同。

我国机械停车设备技术发展经过了三个阶段，第一个阶段为自主开发阶段，此阶段为行业发展初期，市场较小，主要靠生产企业根据客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；第二阶段是技术引进阶段，当停车设备市场的需求加大时，国外许多企业都开始看好这个行业，为了弥补各自的不足，开始寻求合作，于是国出现了许多合资企业，或一些有实力的企业引进国外的技术，利用国外的成熟技术、国的廉价的生产成本，加入到行业的竞争中；第三阶段就是消化与创新阶段，从2003年开始，市场竞争加剧，各企业为加强自身的竞争力，开始在降低产品成本，提高产品技术水平方面下功夫，对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。

我国机械停车设备经过了十多年的研制、开发与使用，现有产品可以说已基本上能够满足国的需求，而且产品的质量也有很大的提高尤其是变频调速、激光测距、PLC、IC卡触摸屏等新兴智能控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用，大大提高了产品的高技术含量和现代化水平。

1.3主城中心区停车现状

数据表明，停车市场供不应求，在停车高峰期，市区至少有10万辆车只能见缝插针地停放，为此，市交管部门不得不另外“审批”1000余处2万多个“占道停车位”。

“这也是无奈之举，很多停车场都以占用人行道、非机动车道和城市广场为代价。

”交管部门对此也表示无奈。

即使如此，在停车高峰期仍有大量车辆无处可停，“它们在城市中心部由于寻找停车场而产生的迂回交通会加剧道路拥堵。

”

对于计时收费政策的出台，大部分市民对此表示了理解，同时也希望政府加强管理，从规划、政策等多方面采取综合措施，加快大型、专业化停车场的建设，从根本上解决停车难、缓解城市交通压力的问题。

交警支队登记在册的市主城中心区（本规划围）路边停车泊位有限，而实际路边停车泊位多得多，违章停车十分普遍。

1.4发展立体车库的目的与意义

随着我国经济持续快速的发展，大中型城市建设的不断加强，城市交通拥堵和停车成了影响城市发展的重要因素，路边停车和传统的自走式停车库已经不能适应城市发展的要求，再加上我国汽车保有量的不断增加，机械式立体车库成为解决这一问题的必然途径。

未来市场是巨大的，但对产品的需求，将会向两个极端发展：

一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，这一部分的市场份额预计将达到70%-80%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。

机械式立体停车库在我国出现和使用虽然只有短短十几年，但发展迅速，方兴未艾，成效显著。

不仅能够生产造价低廉，原理简单，使用方便的立体车库，而且也向高技术集成的高端立体车库产品发展，本文是研究的立体车库是类似于巷道堆垛式的较高端的立体车库，希望能在立体车库技术的某些方面做一些探索。

第二章升降横移式立体车库控制系统总方案的设计

2.1升降横移式立体停车库概述

升降横移式立体停车库由于适应性强而备受青睐，该类车库每个车位均有载车板（即托盘），所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。

停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库将汽车开进或开出车库，升降由一台电机驱动，通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机便可实现车位的移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。

车库可设在地上，也可设在地下，或一半设在地下一半设在地上。

其钢结构框架按一定规格的分格单元进行组合，可纵向延伸、分段集中控制，也可横向并列，分排单独控制。

车库组合布置的不同形式可适应不同场地条件的需要，配置非常灵活。

2.2升降横移式立体停车库控制系统设计

升降横移式立体停车库的控制系统必须确保车库的各运动机构能够在规定的时间准确无误完成所要求的动作，确保对车库现场的工作状况进行实时监控，并把监控信息反馈至系统的控制核心，由它对系统机构的运作进行修正，保证车库整个系统在稳定正常的状态下进行工作。

所以，在确定车库控制系统时，首先应该明确系统的控制任务。

2.2.1升降横移式立体停车库的主要组成

升降横移式立体停车库主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护措施五大部分组成。

升降横移立体车库车位结构为N×M二维矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为:

P=N×M一（N一1）

其中:

N为二维矩阵的行，即车库的层数

M为二维矩阵的列，即车库的列数

由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层（国家规定最高为4层），以2,3层者居多，可根据泊车的多少决定停车库的规模。

假如要设计一座能提供7车位的三层升降横移式立体车库。

由公式可知，N=3,P=7则M＝3，即设计3×3立体车库完全可满足要求。

本论文就以3×3地面上布置的升降横移立体车库为例，介绍其运行原理。

2.2.2升降横移式立体停车库运动规律

图2.1是全地上布置型式的3×3升降横移式立体停车库，共9个车位，7个托盘，最多停7辆车，n号托盘上为n号车。

车在库运行的情况是这样的：

图中1、3号车直接存取车；8号车下降到地面层后存取车；7、9号车需通过1、3、4、6号车横移出空位后下降到地面层存取车。

4、6号车位通过5号车位再下降到地面层存取车。

如需在7号车位存取车，则将1、4号车位向右移动，7号车位下降即可，如需在6号车位存取车则6号车位向左横移，6号车位再下降即可。

同样n层m排的存取车原理都是相同。

图2.1升降横移式立体停车库

我们发现地面上布置的升降横移立体车库结构特点为:

底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。

除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。

当底层车位要存取车时，无需移动其它托盘就可直接进出车;中间层、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和进出车动作，进出车后托盘再上升回到原位置。

其运动总原则是:

升降复位，平移复位。

地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。

并且在横移的过程中所采用的是模块化控制，即1、4号车托盘在左右移动的过程中是同时进行，这样的话就减少了运行的时间，从而提高了工作效率。

2.2.3升降横移式立体停车库控制系统的原理

升降横移式立体停车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。

其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。

升降横移式立体停车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。

执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。

它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。

图2.2车库系统控制原理框图

升降横移式立体停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2.2所示。

接口在车库的控制系统中是必不可少。

接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。

接口电路大致有三种：

开关量接口电路、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。

升降横移式立体停车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电路。

界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。

操作人员可以通过界面向车库系统发送动作意图，车库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。

简单的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机界面。

升降横移式立体停车库控制系统的具体组成，要根据具体的控制形式而定，其组成形式也很灵活多样。

2.2.4升降横移式立体停车库控制系统的基本要求

车库现场一般环境比较恶劣（一般为室外），如高温、粉尘、高湿度、振动、强电设备启动的磁场干扰等，所涉及的控制系统除了要满足控制任务，还需要满足如下的基本要求：

1、可靠性高

车库控制系统在车库现场应能长期、可靠、稳定地工作。

一方面，必须具有很强的抗车库现场干扰能力；系统设计时，就应根据使用环境，考虑合适的抗干扰措施。

另一方面，控制系统必须能长期稳定的运行。

如用下面公式来衡量，有效度A愈接近1，控制系统长期运行的可靠性就越高，这取决于合理的系统设计、控制电路的设计、元器件质量、组装调试时严格的工艺规程等。

式中:

MTBF—平均无故障工作时间

MTTR—平均维修时间

2、操作性能好

车库控制系统的操作性能好，表现在它的使用性能和可维护性能两个方面，这是在系统硬件和软件设计时就要考虑和注意的坏节。

使用性能方面，硬件设计时要尽量降低操作人员的专业知识要求，如控制界面不要太复杂，操作顺序简单、操作出错不会引起人身设备故障等，使操作人员感到容易学习，使用方便。

软件开发时，按照软件工程的要求，尽量使用高级语言开发用户程序，使程序具有较好的开放性并易于再开发。

在可维护性能方面，硬件设计时，控制柜应有较大的维修操作空间，硬件采用模块式组合结构，出现故障时，容易采用更换方式进行维修，从而缩短维修时间。

软件设计时，应配有查错、故障诊断程序，使故障出现时，易于查找故障部位。

3、通用性好

工业控制技术发展迅速，更新换代快，而且被控对象的控制要求也会根据生产的发展不断提出新的要求。

因此系统设计时，要考虑所设计的控制系统具第三章升降横移式立体停车库的控制系统益。

要达到这一目的，系统设计时，主要采用标准化总线设计，输入输出通道设计。

电源设计时，预留一定的余量和空间，这样功能扩充时，可以很方便的增加一些输入通道而不需重新更换控制柜，同时，只要更换CPU模块或模块扩展，就可以达到系统升级的目的。

4、较高的经济指标

设计车库的控制系统时，经济指标是始终要考虑的指标，即要有较高的价格性能比。

这要根据实际的控制要求，在车库控制系统核心单元选型、检测传感器与驱动元件的选择、软件开发与运行、一系统组装与调试等费用方面综合进行考虑。

2.2.5升降横移式立体停车库控制系统硬件的选择

控制系统硬件确定主要包括系统控制形式及控制核心单元的选择、输入参量的检测和传感器的选择、输出驱动方式和驱动元件的选择、人机联系方式的选择，最后生成硬件接线图。

1、控制系统控制核心单元

升降横移式立体停车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:

继电器逻辑电路控制、可编程控制器控制、单片机控制。

（1）继电器控制

在升降横移式立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。

它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。

随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。

但对于小型低成本的升降横移式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。

继电器控制也有许多不足之处。

第一，难以实现智能模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。

所以对于大中型升降横移式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。

（2）可编程控制器（ProgrammableLogicController）控制

国外现有的升降横移式立体停车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、大容量的现代化升降横移式立体停车库中。

可编程控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：

A、灵活、通用

可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。

而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。

另外PLC产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系列又有低档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。

PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。

B、可靠性高、抗干扰能力强

对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件（如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等）下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。

PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。

首先，PLC采用微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。

另外，PLC还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。

①硬件措施

对于电源变压器、CPU和编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的互相影响；对CPU这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；在CPU与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效的隔离了部电路与I/O间电的联系，减少故障和误动作;采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。

因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正常工作。

②软件措施

监控程序定期的监测外界环境，如掉电、钳电压、后备电池电压过低及强干扰信号等:

当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

这样，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作;同时对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，确保信息不丢失。

由于采取了以上措施，使PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高，这是PLC控制优于单片计算机控制的一大特点。

（3）编程简单、使用方便

用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。

而PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。

例如目前大多数PLC采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电器技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电器技术人员所接受。

PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。

它与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的停车库控制设备来说，PLC的控制速度是足够的。

用单片计算机控制，只有在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调试也比较麻烦。

而PLC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。

输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使用很方便。

（4）接线简单

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