基于PLC的立体停车库设计1.docx
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基于PLC的立体停车库设计1
分类号
毕业设计（论文）
题 目基于PLC控制的立体停车库设计
并列英文题目 DesignofLiftingandTransferring
StyleAutomaticGarageControlSystemBasedOnPLC
系 部机电工程系 专业机电一体化
姓 名 班级机电
指导教师 职称助教
论文报告提交日期 2011年6月6日
摘要
当今，随着城市的发展，停车难问题的解决已到了刻不容缓的地步。
在寸土寸金的市中心，特别是宾馆、商场、购物中心地段等车辆集中的地区，因此建造相当数量的立体车库已到了必不可少的地步。
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。
机械车库具有突出的节地优势。
这次设计主要是设计五车位升降横移立体停车库.在设计中,介绍了立体停车库的发展,及优势.介绍了立体停车库控制系统的设计及简要介绍了车库结构和安全机构。
同时综合考虑了多种停车情况,对可编程控制器PLC实现停车系统自动控制进行了进一步的学习.这次立体停车库的设计对今后学习及研究自动控制系统在实际中的应用有一定的积极作用.
关键词：
立体停车库可编程控制器PLC控制系统机械机构
Abstract
Nowaday,asurbandevelopment,parkingproblemshavebeendifficulttocriticalstate.Highcostoflanddowntown,inparticular,hotels,shoppingmalls,shoppingcenterlotsandothervehiclesconcentrated,soaconsiderablenumberofparkingconstructionhasreachedthepointwherenecessary.Mechanicalgarageandcomparedtotraditionalnaturalundergroundgarage,inmanywayshaveshownsuperiority.Mechanicalsectionofthegaragetohaveoutstandingadvantages.Thisdesignistodesignliftingandtransferringfiveparkingspaces.Inthedesign,introducedthedevelopmentofparking,andadvantages.introducedtheparkingcontrolsystemandabriefdescriptionofthegaragestructureandsecurityagencies.Atthesametimeconsideringavarietyofparkingsituation,theparkingsystemPLCPLCautomaticcontroltoachievefurtherstudy.ThedesignofparkingforfuturestudyandresearchonautomaticcontrolsysteminthepracticalapplicationofacertainpositiveEffect.
Keywords:
thethree-dimensionalcontrolsystemPLCcontrolsystemmachinerysector
第一章绪论
随着社会的进步和科学的发展，社会的各项措施都日益完善。
与以往停车库不同，立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。
城市用地面积紧张和城市汽车数量的不断增加，使停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。
然而立体车库可充分利用地上资源发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市停车难问题的重要途径。
立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性，可以较容易得解决一些商业中心、车站、码头、饭店、住宅区等地方的停车难问题。
同时科学技术的不断发展及生产工艺的要求不断提高，电气控制技术也在进行不断的变革。
电气控制技术的发展过程包括从最早的手动控制发展到自动控制，从最简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触电的接线及电气控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。
另外，随着新的电器元件的不断出现和计算机技术的发展电气控制技术也随之不断发展。
现代电气控制技术正是综合应该用了计算机、制动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果而迅速发展起来的。
1.1立体车库的发展
立体车库是典型的机电一体化系统，它发祥于20年代的美国。
50年代以后，美国、西欧相继发明了多种形式的立体车库。
之后又有了更近一步的发展：
立体车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断更新换代，日趋完美。
日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用，可最大限度的利用空间的机械式停车设备。
在我国，机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。
1.2前景
在我国，机械式立体停车库的研究仍处于起步阶段，随着城市用地面积紧张和汽车已进入大多数百姓家，停车难问题日益显现。
因此仅靠地面停车是远远不够的，要朝空中和地下发展。
可以说停车设备的研制在我国具有广阔的前景。
1.3立体车库的主要优点有
1）立体停车库的最大特点就是：
可有效得节省占地面积，节省大量投资。
据调查立体车库的占地面积相当于同等地面停车场的1/3-1/20。
对紧张的城市用地来说，其经济效果很好;
2）立体车库停车取车靠电脑控制操作方便，简单,很大程度上方便了顾客和管理人员;
3）安全措施防止车辆丢失及损坏：
用完善的安全装置可保证汽车安然无恙，外部人员不能随意进入，汽车不会受到人为损伤和丢失；
此外立体车库还可根据实际停车情况及需要来改变结构，实现其多样化。
同时立体车库也可有自己的特点，成为城市生活的一个风景。
第二章立体车库设计总方案
设计要求:
立体车库有上下两层，一层有两个停车位，二层有三个停车位。
1．存车、取车要求一层车直接开入/出停车位即可；如果需要停车到二层车位或需要将二层车位的车辆开出车库，只需按下停车位对应的按钮即可。
要求二层停车位具有防坠装置。
2.要求有运行指示灯、停车位满指示灯。
要求整个系统具有紧急制动装置。
由设计要求，本设计选择适应对象:
商城，地下室等公共场所。
2.1立体停车库机械结构方案选择分析
机械式立体停车库发展到今天有了几种常见的形式：
垂直循环式，平面移动式，升降横移式等几种常见的形式。
升降横移式:
升降横移式立体车库用模块化设计，形式多为中、小型车库，停放车辆数目从几辆到几十辆不等，每个单元可以设计三层，四层，五层，半地下等形式，车位数从几个到上百个。
节省占地，配置灵活，建设周期短；价格低，消防，外装修，土建工程等投资少；可采用自动控制，结构简单，安全可靠；存取车迅速，等待时间段；运行平稳，工作噪声低等特点。
根据本设计的要求可知为中、小型车库，及各种机械结构的分析
可知在本设计时应采用升降横移式立体停车库结构。
2.2升降横移结构动力的选择方案分析
提升机构有液压提升机构和机械提升机构。
液压传动传动技术正在向高压、高速，大功率，高度集成化，数字化方向发展。
但是液压传动系统对各个部件及配合要求较高。
而机械式提升主要是通过电机旋转带动链传动或齿轮传动，一个升降板则要通过两头的电机旋转带动链传动，再动过齿轮传动带动升降板提升，这种构造对电机功率及稳定性要求比较高，同时对链子及齿轮的强度要求也较为严格，由于在设计时就要求有防坠装置，这要从整体来看，机械式提升机构经济成本比较低，也容易建造，检修也比较容易。
所以本立体车库升降机构的设计采用链传动或齿轮传动。
2.3停车位的安排方案分析
由要求分析可知该车库将占据三个地面车位，其上层停放3辆汽
车，下层停放2辆，由于下层车辆可直接开出，所以底层3个车位均为出入口。
1）对于下层应有几个周转位的讨论：
方案一：
底层3个车位均为出入口，其中中间5号车位用于周转;
方案二：
底层3个车位均为出入口，其中任意一个均可用作周转；
两种方案存取车最多/最少移动的车辆数都为3/0；横移机构数
123123
456456
只作出口只作
出口兼周出口
转位出口兼周转位
图2.1方案一图2.2方案二
目都为1；升降机构数目都为3。
相同点：
此时存取车最多/最少移动的车辆数3/0；在存取某一辆车时,对其他车位上车辆的影响最小。
车库工作时最安全，速度最快，顾客满意度最高。
从横移机构数目分析：
方案一的横移机构只有底层的一套。
省去了在二层安装横移机构，不用考虑上层横移机构与升降机构的合理过渡问题，同时也减少对车库的整个框架建筑的承载和结构要求，节省了投资。
从升降结构来分析,方案二的升降通过三个电动机就可以实现。
不同点：
在于两种方案中周转位的数量及位置确定。
对于方案二，若上层停满车由于三个车位都可为周转位，因此6号5号车位可能有车，若1号车要下来，则要先移动5号载车板到4号位，再移动6号载车板到5号位，需移动两次，消耗电能等。
方案一却不会出现此种现象。
2）哪个车位作为空车位的讨论：
方案1将空车位留在中间（5号车位）；
方案2下层靠边的任何一个车位（4号或6号车位）空下来;
方案1：
将中间车位作为空车位，如想放下上层车辆，要么不用移动下层车辆，要么只需移动下层的一辆车即可实现取车。
方案2：
以4或6号车位作为空车位，如果将下层靠边的任何一个车位空下来，处于上层的对角的车辆被放下时，需要下层的两辆车位来空出车位实现该对角车位的取车。
通过以上分析比较，最适合的是方案一。
在设计方案中，按下层空车位在中间来设计。
一般情况下，停车时先将下层的空车位停满，然后再停放在下上层的空车位。
2.4上层载车板位置确定的方案分析
自动复位是对所有载车板操作后，按下复位键后，自动回到原位置（即1、2、3、4、6载车板分别在1、2、3、4、6停车位）。
方案一:
对载车板，每操作一次不自动复位到相应的车位，即采用与升降电梯相似的操作。
即在整个系统启动后，处于初始状态，上层停车板在底层，且位于其相应的下层停车板的上方，当有车进入车库，需要停车时，车库管理人员操作相应的按钮开关实现停车，载车板之后在再次来车之前不动作。
方案二：
对载车板进行此操作后，其都自动复位。
情况一：
当1号4号载车板都无车时。
若采用方案一，1号载车板在4号的上方，若有车进入车库则可直接对1号载车板停放只需管理人员确认车内所有人员全都离开，若要1号载车板上升，只需按下上升按钮就可实现。
若无车辆进入，则1号载车板为于4号停车位，不需上升，直到再有车进入时再上升，节省电能等，同时减轻了机械结构的承载量。
若用方案二则车停好后，此时4号车位无车，消耗少量电能等，同时1号载车板上有车若位于号车位，增加机械结构的承载量。
情况二：
1号3号4号6号都停的有车时，1号车取车，若采用方案一则应先使其下方在车板右移需编辑程序，同样若3号车取车，还应编辑程序，编程工作量大。
若采用方案二，则只需6号载车板左移就可实现。
取车时，由于取车时随机的，若采用方案一就有很多种取车程序的编程，工作量很大。
若采用方案二，对载车板进行此操作后，其都自动复位，不用考虑取车顺序随机的情况，编程工作量减少。
对于电能消耗问题的解决可以规定停车时先停放下层载车板，下层载车板停满后在停放上层载车板。
这样电能消耗少，并且载车板采用优质钢材重量轻，轻载上升消耗电能少。
经比较，方案二更好，固本设计采用方案二。
2.5立体停车库停取车过程及原则
1）停取车过程：
车库门口处也安装有信号灯，显示有无空车位，红灯表示车位已满，绿灯表示还有空车位，从而顾客节省停车时间。
立体停车库由管理员管理。
停车时经过入车口时，入口处的光电开关闭合，输入信号。
系统自动为司机安排停车位。
停车时，汽车需倒退入库。
司机将车停放到位后，便可离开车库。
不设计转向机构：
本车库结构紧凑，没有多余空间供转向，车库停放车辆少，专门设计转向机构增加资金的投入。
但为了停车方便，在停车场应合理安排其空间及方向。
光电开光对停车尺寸进行检测。
确保停放车位置符合要求。
载车板复位完成停车过程。
取车时，底层车位上的车可直接由司机开出。
二层车的控制过程见后面。
2）停取车总原则
一般情况下，先对下层车位进行停车，再对上层车位停放车。
停车库上层停车板只可以上下移动，不可以左右移动。
下停车板只可以左右移动。
存取车一次只对一辆汽车起作用。
取车时有自动取车和手动取车，自动取车过程及原则见后面。
但是为了车辆进出车库的方便，在实地建设时，须对建筑方位和进出口前的场地进行合理的规划和布置。
第三章五车位立体停车库控制系统设计
随着科学技术的不断发展及生产工艺的要求不断提高，电气控制技术也在进行不断的变革。
电气控制技术的过程包括从最早的手动控制发展到自动控制，从最简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触电的接线及电气控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。
另外，随着新的电器元件的不断出现和计算机技术的发展电气控制技术也随之不断发展。
因此利用可编程控制器原理设计了升降横移式五车位停车库系统。
升降横移式五位立体车库以PLC为控制核心，采用自动空气开关、交流接触器，按钮等可完成汽车存取过程，操作简单方便。
3.1立体停车库控制部分硬件系统设计
立体车库控制系统包括硬件和软件两方面的设计内容。
硬件集中安放在控制箱内，控制箱采用的金属外壳起到屏蔽作用，以保护系统运行的可靠性。
PLC是计算机技术及微电子技术结合形成的微机系统，有很强的逻辑控制功能，且PLC的梯形图编程语言易于编写和理解。
PLC对工业环境有较好的适应性，其抗干扰行强，稳定性高。
硬件主要有：
电气传动部分、PLC等组成。
3.1.1电源部分控制电路设计
电器控制线路是由各种有触电的接触器、按钮、行程开关等按不同的连接方式组合而成的。
以实现对电力拖动系统的启动。
在设计时应有必要的保护措施以实现过载保护，短路保护等，对系统有保护作用，使其正常工作。
从220V电源应出现，接熔断器FU0（主电路），以防止过高的电流流入电路而烧坏电气元件，实现短路保护的作用。
再接一个空气开关，取220V的交流电供给PLC，而这个220V的交流电又并接到一个PSW上，从而得到24V的直流电供给操作面板和行程开关等低压元件。
这个220V交流电的取得是再接第一个交流接触器KMO（主接触器CJ20-10）即主接触器上完成的，使PLC得电工作而升降电机和横移电机不得电工作，更安全的控制升降电机和横移电机。
在主接触器之前接有相序保护器，在交流电发生相序不正常是使电路发生断路，从而保护电气元件不被破坏。
3.1.2PLC部分
PLC由220V交流供电，与操作面板和行程开关等低压元件直接连接。
1）底层横移电机部分控制电路
横移电机控制线路的设计应有必要的保护措施以实现过载保护，短路保护等，从而实现电动机的正反转，制动，调速和保护使其满足生产工艺的要求从而实现生产过程自动化。
经过主接触器KM0后引出两路电路控制线路分别接到横移电机部分控制线路和升降电机部分控制线路。
应分别接入相应的两个交流接触器KM1（横移电机部分控制线路主接触器CJ10-5）和KM2（升降电机部分控制线路主接触器CJ10-5）用于控制各个电路的通断及控制三个三相交流电动机的相序，从而控制电动机的正反转，以控制停车板的左右横移。
在接触器后都接有1个热继电器FR1，用于保护电机。
2）二层升降电机部分控制电路
同底层横移电机部分控制电路设计类似，经过主接触器KM0后引出一路电路控制线路接到二层升降电机部分控制线路，再分别接入相应的并接三个交流接触器KM3（1车位升降电机控制交流接触器），KM4（2车位升降电机控制交流接触器），KM5（3车位升降电机控制交流接触器）用于控制各个电路的通断及控制三个三相交流电动机的相序，从而控制电动机的正反转，以实现二层停车板的升降。
在接触器后也应接入热继电器FR2，以保护电机。
3.2立体停车库控制系统软件设计
本立体车库控制方式分为自动和手动控制。
自动控制是PLC根据各个输入信号的情况进行自诊断，处理，执行，输出等以实现机构的自动控制。
手动控制是在自动控制出现故障等情况下由现场工作人员操作相应的机械结构，以实现停取车等任务。
在系统中由检测装置检测各载车板位置、运行状态及现场情况再由PLC实现对系统的整体控制。
其中接近开关，光电开关等分别检测载车板位置状态和车辆是否停放到位，并向PLC输入信号。
操作人员通过对控制面板上按钮进行操作，实现向PLC输入信号。
PLC经过判断并输出相应信号给接触器，继电器等器件控制电动机的启动和停止等动作。
PLC控制程序采用梯行图编写。
整个程序包括各个车位的停车位安排程序，存取车程序，手动存取车程序等几个模块。
存车时，入车口处安装有信号灯，显示车位有无情况，红灯表示车位已满，绿灯表示还有空车位，从而节省时间。
当有车进入停车场先经过入车口处只对汽车起作用的红外感应装置，其向PLC输入停车信号，系统开始为司机安排停车位。
离此处前2米出设计一个道闸，停车位没安排好前，道闸不打开。
安排好车位后车辆才可以进入。
停车时为了避免二层车因停放位置不当而造成在升降的过程不必要的事故发生，在底层左边立柱上各安放一对红绿警示灯（用于底层及二层车辆，绿灯表示停放到位，红灯表示停放不到位）。
工作过程：
车辆开上停车板，指示灯开始工作引导司机正确停车。
当指示灯为绿色时司机可从车上下来离开停车位。
其中灯的点亮由安装在停车板前后两端的红外感应装置来给PLC发出输入信号。
第四章输入/输出分配及元器件选用
4.1PLC输入、输出点分配
名称
地址
名称
地址
1号车上限位开关
I0.0
1号车下限位开关
I0.1
2号车上限位开关
I0.2
2号车下限位开关
I0.3
3号车上限位开关
I0.4
3号车下限位开关
I0.5
4号车左限位开关
I0.6
4号车右限位开关
I0.7
6号车左限位开关
I1.0
6号车右限位开关
I1.1
1车底部光电开关（判断车位是否车）
I1.2
2车底部光电开关（判断车位是否车）
I1.3
3车底部光电开关（判断车位是否车）
I1.4
4车底部光电开关（判断车位是否车）
I1.5
6车底部光电开关（判断车位是否车）
I1.6
检测车位置是否到位光电开
I1.7
1号车呼叫按钮
I2.0
2号车呼叫按钮
I2.1
3号车呼叫按钮
I2.2
复位按钮
I2.3
取车按钮
I2.4
停车按钮
I2.5
系统启动信号
I2.6
门口进车输入信号
I2.7
表1输入点分配情况
输入输出点的确定根据实际的情况而定。
输入点分配情况：
I1.7-I2.1为呼叫开关；I2.2-I2.4为功能开关；I0.0-I1.1为限位开关；I1.2-I1.6为光电开关；I2.5为停止开关；I2.7门口进车输入信号;共24个输入信号。
名称
地址
名称
地址
1号载车板上升输出信号
Q0.0
1号载车板下降输出信号
Q0.1
2号载车板上升输出信号
Q0.2
2号载车板下降输出信号
Q0.3
3号载车板上升输出信号
Q0.4
3号载车板下降输出信号
Q0.5
4号载车板左移输出信号
Q0.6
4号载车板右移输出信号
Q0.7
6号载车板左移输出信号
Q1.0
6号载车板右移输出信号
Q1.1
道闸输出信号
Q1.2
表2输出点分配情况表
共11个输出信号。
4.2PLC的选用
常见的PLC有日本三菱PLC和德国西门子PLC。
三菱PLC便宜适用面广，结构灵活，传输质量高、速度快、带宽稳定，范围广，低成本,但是目前用的很少,很多硬件软件接口是专用的，兼容性比较差。
而西门子PLC贵但用的比较多，软件操作也比较方便，资料易找，可靠性相当好。
西门子是真正的PLC，存储区每位都是周期扫描。
因此选西门子PLC，因为用的比较多，和其他设备如触摸屏、软件组态监控等也比较好搞，为以后改造提供了可能。
SIMATICS7-200PLCS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。
S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。
PLC的CPU反应其主要性能，由设计需要及各类PLC性能及特点,本设计选用SIMATICS7-200系列CPU226（24V传感器电源最大电流；240VAC电源输入电流；24点输入/16输出）并与操作面板直接连接。
4.3电器元件的选择
4.3.1接触器的选用
接触器是用来频繁地接通和分断带有负载的主电路或大容量控制电路的控制电器。
主要用于控制电动机的起动、停止、反转、制动等运转状态。
接触器利用电磁吸力原理工作，吸引线圈通电使铁心吸合，带动常开触点闭合，常闭触点断开。
反之，线圈断电，常开触点断开，常闭触点闭合。
国内常用的接触器主要有CJ10、CJ12、CJ20、3TB（CJX1）、S-K、CZ0系列，其中CJ20是国内联合设计的符合IEC国际标准的新型交流接触器，体积小，重量轻，寿命长，能耗低。
额定电流，一般根据电动机容量计算触点电流。
Y801-4电动机的额定功率为0.55kW，经计算的I约为1.45A
查表《CJ10、10Z系列交流接触器主要技术数据》选择接触器型号为CJ10-5，其额定电流为5A。
4.3.2熔断器的选用
熔断器是用来在低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护。
当电路中出现短路时，串接在电路中的熔断器因电流产生的热量聚增是熔体熔化，从而自动分断电路。
按使用对象分类，熔断器可分为一般工业用（专职人员使用）、民用及家庭用（非熟练人员使用）、以及保护半导体器件用的快速熔断器。
熔断器的选择，主要是选择熔断器的种类、额定电压、熔断器的额定电流等级和熔体的额定电流。
额定电压是根据所保护电路的电压来选择的。
熔体电流的选择是熔断器选择的核心。
对于一台异步电动机，熔体可按下式选择：
查表《Y系列异步电动机技术数据》，得电机Y801-4的额定电流为1.6A,起动电流倍数为6.5，所以
根据电流，查表《常用熔断器型号规格》选择型号为RC1A-5的半封闭插入式熔断器,其额定电流5A，分断能力0.25kA。
4.3.3光电开关的选用
光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的电器。
光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路。
图4.1光电开关原理图
由光电开关工作方式，可知在升降横移式立体停车库中选用对射型光电开关。
它由发送器和接收器两部分组成，结构上两者相互分离。
红外光电开关是一种对射式光电传感器，其物体不限于金属。
该传感器具有探测距离远、可调节测量范围的优点。
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