住宅小区升降横移立体停车库的方案毕业方案说明书.docx

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住宅小区升降横移立体停车库的方案毕业方案说明书

河北联合大学轻工学院

QINGGONGCOLLEGE,HEBEIUNITEDUNIVERSITY

毕业设计说明书

设计（论文）题目：

住宅小区升降横移立体停车库的设计

学生姓名：

学号：

专业班级：

学部：

信息科学与技术部

指导教师：

2013年5月30日

摘要

随着我国经济的快速发展，城市车辆快速增加，停车难问题日益加剧.立体车库占地少，布局灵活，高效节能，最大限度地停放车辆，成为有效的解决停车难现状的重要途径.考虑到多方面因素，本课题决定设计当前最为广泛应用的升降横移立体车库.

结合了当前社会的实际需求，在本次设计主要适用于住宅小区小型类的升降横移式立体车库设计.本次设计主要包括以下几个部分：

首先，以本次设计的四层三列式车库结构为研究模型，具体介绍升降横移立体式车库类型特点及工作原理；其次，在对立体车库控制系统中选用S7-200系列PLC，PLC具有编程简单、使用方便、可靠性高、通用性强、体积小、易于维护等多方面优点，能够更好的实现设计出来的立体车库稳定，安全，可靠.最后，需要介绍一些具体的安全设施，同时对本次设计中存在的一些不足分析一下，为将来更好的改进积累更多的经验.

关键字：

立体车库升降横移式可编程控制器

Abstract

WithChina'srapideconomicdevelopment,urbanvehiclerapidincreaseinthegrowingproblemofparking.Dimensionalgaragesmallfootprint,flexiblelayout,energyefficient,tomaximizeparking,animportantwaytobecomeeffectivetosolvethedifficultparkingsituation.Takingintoaccountvariousfactors,thesubjectdecidedtodesignthemostwidelyusedliftingandtransferringthree-dimensionalgarage.

Combinedwiththeactualneedsofsociety,thedesignismainlyappliedtosmallclassresidentialarealiftingandtransferringparkingdesign.Thedesignincludesthefollowingsections:

First,threestyletothedesignofthefour-storygaragestructureresearchmodel,Introliftingandtransferringthree-dimensionalgaragetypecharacteristicsandworkingprinciple;Secondly,inthethree-dimensionalgaragecontrolsystemselectedS7-200seriesPLC,PLCprogrammingissimple,easytouse,highreliability,versatility,smallsize,easytomaintain,andmanyotheradvantages,arebetterabletoachievethedesignedthree-dimensionalgaragestable,safeandreliable.Finally,weneedtointroducesomespecificsecurityfacilities,andthenumberofdeficienciesinthedesign,analysis,moreexperienceisbetterforthefutureimprovement.

Keywords：

StereogarageLiftingandtransferringProgrammablecontroller

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬.剧有关部门统计，截至到2008年，我国生产汽车934.5万辆，同比增长6.7%.最近几年城市机动车增长速度更为迅速，轿车、客车、面包车以至于摩托车增幅年平均在15%以上，车辆的增长远远高于停车位的增长.而造成停车难的根本原因是城市规模逐步扩大，城市建设规划上的准备不足，停车设施的不完善.因此，解决停车难的问题成为当代热门话题.

一般解决城市停车难的措施有以下几种方式，一种是减少私人车辆数量，鼓励改乘公共交通工具，来减少机动车对停车场的需求.而这种方式效果不很明显，另一种方法是增加停车场数量，建设广场型停车场、路边停车场、地下停车场、机械式立体车库.充分利用空闲的空间来满足停车需求.无论采取那种方式，都需要投入很多的精力与资金，在寸土寸金的城市不可能浪费大面积土地来建设停泊车辆的广场型停车场或者路边停车场；地下停车场由于施工周期长及造价较高也很难广泛应用.因此，我们需重视城市停车难的问题，寻求更好的解决措施.

机械式立体车库在这些方面显示出很大的优点，具有空间利用率高，节省城市土地资源；造价低、施工周期短；出库时间短、管理使用简便快捷、安全可靠；节能和保护环境等.同时机械式立体车库还可以充分发挥占地少，化整为零，模块组合等优势，在住宅小区的每个组.每个单元或者每栋楼下都可以随机建立立体车库，实现停车数量大幅增多的目的，这对当下车库短缺的小区提供了非常好的解决停车难的办法.可见，立体车库具有广阔的应用前景.

1.2机械式立体车库简介

1.2.1什么是立体车库

使用车辆之外的搬运装置来完成车辆停放、存储的机械设施称为机械停车库，以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体车库.到目前为止，立体车库发展到有九种主要类型：

升降横移类、巷道堆垛类、垂直升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、简易升降类、平面移动类、汽车升降机.在以上九种类型尤以升降横移类立体车库应用最为广泛.采用以载车板升降或横移存取车辆的立体停车设备的停车库叫做升降横移类停车库.升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成半地下、两层三层、四层、五层等多种形式，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.其工作原理为：

一般一层车位只能横移，中间车位既可横移又可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取.由于升降横移式立体停车库对场地的适应性较强，可根据不同的地形和空间任意组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低.因此，升降横移式立体停车库应用十分广泛普遍.

1.2.2立体车库国外发展与现状

机械式立体车库在国外经济发达国家和地区如日本、德国、韩国都有数十年的发展历史.尤其日本，由于土地资源匮乏，人口密度高，其机械式立体车库发展起步早，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.当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备.从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术.韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生.其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段.由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右.目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段.种类齐全、、技术水平及开发经验丰富，现已达到比较高端的水准.

图1.2.2国外高容量的立体车库

在欧洲，德国和意大利等国家对停车设备的开发和生产也比较早，但由于欧洲国家土地资源比较富余，停车难问题不很严重，因此停车设备应用量不是很大，应用大多为巷道堆垛式和多层升降横移式立体车库.

韩国停车设备属于日本技术的派生，从20世界70年代开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化和本土化，90年代开始为供应使用阶段，韩国各种机械停车设备近几年增长速度都在30%左右.

1.2.3立体车库国内发展与现状

我国机械停车设备技术发研发始于20世纪80年代，此阶段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；90年代开始引进技术，国内外许多企业都看好中国的停车行业，出现了许多合资企业或者引进国外的技术，参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，各企业为增强自身竞争里，根据国内的实际使用情况进行改造与创新，生产各种类型的停车设备.在经过长期的发展，我国已经形成了新兴的停车设备行业.

图1.2.3升降横移立体停车库图

在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等.解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力.政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图.市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象.鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展.

1.2.4本课题研究内容

本课题研究内容来源于实际工程项目，在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍.因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库.具体内容如下：

（1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解立体车库运行基本原理，了解轿车停车流程，记录立体车库使用注意事项等.

（2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库技术发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通过网上检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等.

（3）根据立体车库的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构；根据所设计的场所，选择电动机的类型；根据I/O的点数选择合适的PLC的类型，完成对立体车库控制系统梯形图设计.

第二章升降横移式立体车库设计要求及工作原理

2.1立体车库系统控制要求

智能立体车库在设计中要显示出智能化、人性化和便利化的特点.因此，系统要求如下:

1、取车人按键选取车位后，该系统在选定的路径下自动到达地面，当取车人进入车库取车时，所有升降和平移系统都处于停止和抱闸状态.

2、当控制系统发生故障或车辆超重时，能发出报警提示.

2.2PLC控制系统的设计方法

PLC控制系统设计的一般步骤和内容主要包括控制系统的总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试以及编制技术文件等环节.

1、明确控制要求

在进行控制系统总体设计之前，设计人员必须深人现场，会同现场技术与操作人员，认真研究对象的操作原理，充分了解设备、工艺过程需要实现的动作与应具备的功能，掌握设备中,各种执行元件的性能与参数，以便有效地开展设计工作.在熟悉控制对象的结构、原理及工艺过程的基础上，根据工艺过程的特点和要求分析控制要求，拟定控制系统设计的技术条件.技术条件通常以设计任务书的形式给出，它是系统设计的依据.

2、选择控制方案

继电器控制系统、PLC控制系统和计算机控制系统是现代机电设备及生产过程常用的控制方式究竟选择哪一种控制方式更合适，需要通过对系统的可靠性、技术的适用性、经济的合理性等方面时进行比较论证，最后确定系统控制方案.

3、控制系统总体设计

控制系统总体设计应先根据控制的要求与功能确定系统实现的具体措施再由此确定系统的总体结构与组成，选定关键性组成部件，如选择PLC机型、人机界面、伺服驱动器、变频器和调速装置等.总体方案确定后，设计者应同相关技术人员、用户和供应商等，对总方案进行评审，以取得项目管理部门、技术人员和操作者的认可.在充分听去各方面的意见的基础上，设计者决定是否对总体设计方案进行修改.当方案有重大更改时，在修改方案完成后，还应再次进行总体方案的评审.

4、PLC选型

PLC机型的选择包括PLC的结构、I/O点数、存储容量、响应时间、输入/输出模块及特殊功能模块的选择等.对于开关量为主的控制系统，无需考虑PLC的响应时间，根据控制的实时性要求，可选择高速的PLC，也可选择快速响应模块或中断输入/输出来提高响应速度.

5、选择输入输出设备及分配I/O信号

根据被控制对象确定用户所需的输入、输出设备，如控制按钮、行程开关、传感器、接触器、电磁阀、信号灯等的型号、规格及数量；根据所选PLC的型号列出输入、输出设备与PLC的I/O地址分配表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序.

6、硬件设计

硬件设计是在系统总体设计完成后的技术设计，包括对PLC的I/O电路、负载回路、显示电路、故障保护电路、电源的引人及控制等的设计.在这一阶段，设计人员应根据总体设计方案完成电气控制原理图、电器安装布置图和安装接线图等的设计工作.在完成上述工作的基础上，汇编完整的电器元件目录，并将其提供给生产、供应部门组织生产与采购.同时，根据PLC安装要求与现场环境条件，结合所设计的电气拧制原理图、电器安装布置图及安装接线图完成控制盘、柜的制作.

7、软件设计

软件设计就是编制用户应用程序、确定PLC及功能模块的设定参数等.为了方便系统调试与维修，在软件设计阶段，还应同时编写程序说明书、注释表等辅助文件软件设计应在硬件设计基础上，充分利用PLC强大的功能指令系统，编制符合设备控制要求的用户应用程序，并使软件与硬件有机结合，以获得较高的可靠性和性价比程序完成后，应通过PLC编程软件所具备的自诊断功能对程序进行调试与修改，以确保满足控制要求.有条件时，可通过必要的模拟与仿真对程序进行测试.对于初次使用的伺服驱动器、变频器等器件，可以通过检查与运行的行离线调整与测试，以缩短现场调试的周期.

8、联机调试

待控制台、柜及现场安装接线完成后，就可以进行联机调试.如果不满足生产工艺控制要求，可修改程序或调整硬件，直到满足控制要求为止.PLC的联机调试是检查优化系统软硬件设计提高系统可控性的重要步骤.为了保证调试工作顺利进行，应按照调试前检查、硬件调试、软件调试、空载运行实验、可靠性实验等规定的步骤进行.在调试阶段，一般应以满足控制要求和确保系统安全、可靠运行为准则准则.它是检验系统硬件，软件设计的唯一标准.任何影响系统安全性、可靠性的设计，都必需予以修改，绝不可遗留事故隐患，以免导致严重后果.

9、编制技术文件及交付使用

在系统安全.可靠性得到确定后，设计人员就可着手进行系统技术文件的编制工作，如修改电气控制原理图、安装接线图，编写设备操作、使用说明书，备份PLC用户程序，记录、调整、设定参数等.技术文献编写全面、正确，必须保证与实物一致，电气控制原理图、用户应用程序、设定参数必须是调试完成后的最终版本.技术文件编写要规范、系统，尽可能为设备使用者以及日后的维修工作提供方便.

2.3立体车库的控制系统方案选择

由于PLC（可编程控制器）具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等优点.只要规划好输入输出信号，再用PLC指令根据控制要求编排出PLC控制程序即可.同时，PLC指令比较汇编语言或C语言要容易掌握得多.因此，本课题选择用PLC控制系统.

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,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.

PLC不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立各类生产机械的数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制.

1、顺序控制：

所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作.由于还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统.它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制.

2、闭环过程控制：

以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成PID模拟调节器来实现开、闭环控制.而现在完全可采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数.

3、运动位置控制：

PLC可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动位置控制.它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控.目前已用于控制无心磨削、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中.

4、生产过程的监控和管理：

PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连.显示器作为人机界面（HMI）是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排.所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行.PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方式进行显示.在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等.PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利.

5、网络特性：

PLC可以实现多台PLC之间或多台PLC与一台计算机之间的通讯.联网要求从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络.通过通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控.通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对控制系统进行远距离监控.

2.4升降横移式立体车库的存取车原理及操作流程

2.4.1升降横移式立体停车库的运行原理

升降横移式立体车库每个车位均有载车板，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.停泊在车库内地面的车只作横移，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内将汽车开进或开出车库，升降由电机驱动，通过钢丝绳拖动载车板，利用一台电机便可实现车位的移动.车库底层只能平移，顶层只能升降，中间两层可以进行上下左右移动.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.

立体车库车位结构一般为2维矩阵形式，可设计为多层和多列.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4×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理.首先规定从左至右第一层依次为101、103车位和101、103车盘；第二层依次为201、203车位和201、203车盘；第三层依次为301、303车位和301、303车盘；第一、二、三层中间为预留空位，第四层依次为401、402、403.车位与车盘要区别开来.如图2.41：

101、103车位可直接存取车辆；201车位，需将101右移再存放车辆；301车位，需先将201、101右移再存放车辆；401车位，需先将301、201、101、都右移再存放车辆；402车辆直接下降即可完成存放；对于103、203、303、403同理可完成存取.

图2.4.14层3列升降横移立体停车库运行原理图

2.4.2存取车操作流程

1、存车操作

司机驾驶车辆从车库入口处进入，通过入口的车辆检测仪器，栏杆自动升起，司机开车进入车库.车辆进入后，栅栏自动关闭.通过面板按钮点击“存车”，控制器读取车位号，司机停车到位后，PLC控制车库托盘进行升降横移操作自动完成存车过程.

2、取车操作

司机在入口处的面板按钮上点击“取车”，点击所要取的车位，控制器自动读取车位号，PLC进行相关操作，待车辆降至地面一层，司机便可将车开出，完成取车操作.

2.5升降横移式立体车库控制系统硬件设计

2.5.1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7台车盘可以进行升降，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.

2.5.2硬件电源

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直流形式的，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，本课题选用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