升降横移式立体车库控制系统设计.docx

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升降横移式立体车库控制系统设计

摘要

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。

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。

机械式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，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。

在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型.升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：

车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

本文简单介绍了车库的主体结构和特点，着重对车库的控制系统进行了说明.在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用欧姆龙（OMRON）公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器（PLC）作为控制系统简单易行.其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。

为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际,在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

关键词：

立体车库,控制系统，可编程序控制器

第1章前言………………………………………………………………………………1

第2章升降横移式立体车库机械部分设计……………………………………………2

2。

1升降横移式立体车库的基本结构…………………………………………………2

2.2升降横移机构设计…………………………………………………………………3

第3章立体车库电气控制系统设计……………………………………………………5

3.1电气控制系统整体设计……………………………………………………………5

3.2系统控制原理………………………………………………………………………5

3。

3电气系统关键部分设计……………………………………………………………7

3。

4控制系统工作方式…………………………………………………………………12

3。

5程序块运行方式……………………………………………………………………13

3.6电气安全装置………………………………………………………………………14

第4章结论………………………………………………………………………………15

参考文献…………………………………………………………………………………16

致谢………………………………………………………………………………………17

第1章前言

停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系,互相影响。

停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展,各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡,城市里就会出现停车难的一系列问题。

数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15％-20％,而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度,因此，我们必须重视城市停车难的问题,并积极探求解决的措施。

国家计委和国家经贸委将《机械式立体车库》列入在2000年9月1日起执行的第七号令《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录（2000年修订）》目录二十、机械、第50条；是我国解决城市停车问题的机会，亦为我国立体车库产业的发展提供了政策性指引，由此可以预见立体车库是具有非常广阔的市场前景的.

目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。

机械方面，应用了许多新材料、新工艺。

设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。

控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。

控制形式有按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。

安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。

第2章升降横移式立体车库机械部分设计

2。

1升降横移式立体车库的基本结构

2.1.1升降横移式立体车库简介

2。

1.1。

1工作原理

升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。

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。

2。

1。

1.2机械部件结构和功能

以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。

升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成.

下面对车库的主要组成进行分析:

①结构框架：

选用钢架结构。

②上载车板及其提升系统:

每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。

电机顺时针旋转时，载车板上升；电机逆时针旋转时，载车板下降；根据载车板及车重确定链条所需的传动力;根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率；根据车身高度确定上下载车板间的距离；根据这个距离确定链条的长度；最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小.

③下载车板及其横移系统：

由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短.每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。

在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走;其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。

电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。

根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。

④安全装置：

上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。

防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间;在纵梁两侧各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环；当上载车板上升到位后,纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内；以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑,压坏下层汽车；另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落,砸坏下层汽车。

下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。

行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。

防碰撞板的作用是下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，及时切断横移电机电源，横移停止。

⑤控制系统：

升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC可编程序控制器控制，主要有手动、自动、复位、急停四种控制方法。

自动控制应用于平时的正常工作状态,手动控制应用于调试、维修状态；复位应用于排除故障场合;急停应用于发现异常的紧急场合。

2。

1.2钢结构设计

在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构,由两部分组成：

主体框架部分和载车板部分。

①主体框架部分的钢结构：

主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢等数种型钢形式.

②载车板部分的钢结构：

载车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它辅助结构则以角焊代之。

③连接方式：

主要运用对焊、角焊和螺栓连接。

2.2升降横移机构设计

升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。

升降横移式立体车库底层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。

2。

2。

1升降机构设计

升降装置由传动系统、升降架等组成。

提升方式分为以下六种，可根据不同要求任意选用。

①钢丝绳式提升型式

②链条式提升型式

③液压式提升型式

④螺杆式提升型式

⑤液压缸、钢丝绳组合提升型式

⑥链条、钢丝绳组合提升型式

2.2。

2横移机构设计

横移传动机构由减速电机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。

2.2.3载车板设计

载车板用来承载库存车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种.

2.2。

4安全防护机构

对于升降横移式立体车库的安全防护措施非常重要，要做到以下几点，并配备有相应的防护装置。

①防火措施：

在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把监控信号传给中央控制系统。

②急停措施：

在发生异常情况时，能使停车设备立即停止运转；在操作盒上安装有紧急停止开关，并设为红色,以示醒目。

③阻车装置:

在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上，一般在载车板的后端一侧安装上一高25mm以上的阻车挡铁。

④防止超限运行装置：

停车设备在升降过程中,在定位开关上方装有限位开关；当定位开关出现故障时,由限位开关使设备停止工作,起到超程保护作用。

⑤人车误入检出装置:

设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全，一般采用红外装置.一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使这个车库停止运作.

⑥防止载车板坠落装置：

当载车板升至定位点后，需设置防坠装置，以防止载车板因故突然落下，伤害人车,一般防坠装置采用挂钩形式。

2.2。

5挂钩防坠方式

挂钩防坠方式为电磁铁驱动,载车板的防坠落装置是立体车库中的一个关键部件，在泊车安全方面起着决定性的作用。

防坠落装置中解锁动作由电磁铁完成。

解锁动作要求当电磁铁通电时，以推杆触动安全钩解锁;当电磁铁断电时，推杆自动缩回.

2.2.6提升机构及轴的设计

升降部分和横移部分均采用链传动输入动力.链传动由主动轮、从动轮和绕在链轮上的链条组成。

能保证准确的平均传动比；传动效率高,可达到0.95~0.98；作用在轴上的压力较小;能在高温、油污等恶劣环境工作。

第3章立体车库电气控制系统设计

3.1电气控制系统整体设计

3。

1.1PLC进行统一管理和监控

通过PLC控制载车板纵横传动装置,以完成对车辆的存取操作。

各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。

3。

1。

2自动存取车控制系统

①弱电系统：

主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。

PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。

②强电系统：

包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。

车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。

③急停开关：

系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源,使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。

④系统输出控制信号：

包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。

3。

2系统控制原理

升降横移式立体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“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。

它指挥着车库的每一个运作过程,并对整个系统的状态过程进行监控（图3。

1）。

操作者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。

由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。

国内外现有的升降横移式立体车库，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、多车位、大容量的现代化升降横移式立体车库中.

图3.1PLC的硬件系统结构框图

3.2。

1主控单元

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.

3.2。

2检测点

①载车板上汽车停放到位否检测：

采用光电开关在底层进行扫描检测。

光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边,在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电关光源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。

②载车板上有无车检测：

在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关，用于检测载车板上有无车。

③载车板平移运动是否到位检测：

只有下层载车板有平移运动，在每个车位上分别安装一只限位开关，用于检测载车板平移运动是否到位.

④载车板升降是否到位检测：

只有上层载车板有升降运动,在每个载车板垂直运动的轨道上，在低层和上层分别安装一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位。

⑤上层载车板吊钩是否挂好检测：

控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。

3。

2。

3控制点

①一层载车板左右平移控制：

一层载车板只有两个，每个载车板只有左右移动两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。

②二层载车板升降横移运动控制：

二层载车板有两个，每个载车板有横移、升降四个动作，采自动抱闸的三相交流电机控制。

③三层载车板升降运动控制：

三层载车板有三个，每个载车板只有升降两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。

④吊钩动作控制：

只有二、三层的载车板使用吊钩，每个载车板用2套吊钩，吊钩用电磁铁控制.

3。

2。

4建立电气线路

根据依据需要控制的电机、电磁铁和检测点等条件，建立电气线路（图3.2）。

图3。

2电气线路图

3。

3电气系统关键部分设计

3.3.1PLC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。

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，其简化接线图见（图3.3）.

图3.3简化PLC接线图

3。

3.2电机控制及接线设计

在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的;即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动；反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。

这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决（图3.4）。

图3.4电机控制原理图

3.3。

3PLC控制程序设计

3。

3.3.1软件语言

控制软件采用梯形图语言编写，本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位，而对于1层车位,存取车直接开进开出即可。

控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出,而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间，提高工作效率.

根据车库的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构，由主循环程序和若干子程序构成.用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写。

3.3。

3.2程序设计方案

①初始化程序：

提出系统的控制信息，扫描各到位开关信号；

②主控制程序：

按照进车优先的原则,将最多的车位保持在进车位置。

每个载车板运动之前,需要先判断目的地是否有空位,有空位才可以动作，前后动作互锁。

判断是否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定的。

液压升降系统启、停动作也是根据相应的到位行程开关来确定；

③故障报警程序：

能够实时地采集设备异常信息,及时发出声光报警信号，提醒司机和管理人员进行处理。

若在程序执行过程中，有人、物侵入车库空间或车辆超长，PLC将按照闭锁关系停止设备运行，同时发出故障报警.

该程序完整而高效的完成了二层升降平移式车库全部动作,具有安全可靠性。

完全达到了作为民用机电一体化设备所应具备的条件,充分发挥了它的作用.

3.3。

4控制程序模块化设计

车位运行过程中只需调用子程序模块,这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且为车位的拓展提供了便利条件。

3.3.4.1程序模块

①主程序模块

②手动按键子程序模块

③紧急停车按键子程序模块

④初始化程序模块

⑤存取车位号赋值程序模块

⑥空车位号与移动车位号赋值程序模块

⑦载车板平移运动程序模块

⑧光电开关子程序模块

⑨载车板升降运动程序模块

⑩故障报警子程序模块

3。

3。

4.2状态元件、定时器及数据存储器

程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件，当系统掉电时元件保持掉电前的状态,以保存现场信息，待上电后继续完成被中断的动作。

当发生意外情况时，按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息。

当出现电气或机械故障时，如电机过载、过热时自动中止系统运行，并发出声光报警,同时系统转入手动方式进行故障处理。

3.3。

4.3输入输出点定义

所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。

因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。

3.3.4。

4输入端和输出端

本系统输入端有自动/手动选择开关,自动工作时有总开、总停按钮，有上、下、左、右移动按钮，车位号信号输入若干。

输出端需要控制9台电机（4台横移小电机和5台升降大电机），加上一些用于人机交流及安全检测的数字量输入输出,如数字键盘输入、LED数码显示、安全检测、及各种操作按钮等。

再考虑到系统的可扩展性，选用欧姆龙（OMRON）公司的CZOOH系列的160点可编程序控制器（96个信号输入点，64个继电器输出点）完全满足容量的要求。

我们在分配输入输出点时按照控制功能分段，相同功能的输入板和输出板组成一组。

一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一一对应。

分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。

在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点,各报警因素逻辑关系并联后接到报警输出点。

根据实际控制所需要的输入输出点数，选用欧姆龙（OMRON）公司CZOOH系列160点可编程序控制器的存储容量完全能满足升降横移式立体停车库控制系统的要求。

3。

4控制系统工作方式

本升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式：

手动方式和全自动方式，可用开关来进行选择。

3。

4。

1手动方式

手动方式主要用于调试维修或应急情况，也就是通过PLC实现“点动”,即当选择了车位号后，再按下《上、下、左、右》键，就可以把载车板调整到预定的位置.

3.4。

2全自动方式

全自动方式是立体停车库的正常工作方式，当键入某载车板进出命令后,系统可自动判断路径并移动载车板，自动完成进出载车板动作,记忆各载车板新的车位状态，并刷新载车板有无车信息.在立体停车库的控制系统中，最主要的是要解决载车板的问题，如当车辆要从某一载车板取下时，我们要移开它下面的所有载车板；这样就涉及到怎样移开的问题,怎样移动才能使得所花的时间最少，移动的方式最简单；同时车位的移动引起的车位变化也需要我们用计算机进行记忆，等下一次存取车的时候，我们才能重新进行车位的移动，不至于引起混乱。

3。

5程序块运行方式

3.5.1程序块编程

在全自动方式下由于载车板的位置是随机的，即使对于二、三层的同一载车板进出车时,它下层载车板的位置也可能不同，我们不可能把每一种情况都编制一个程序，经过分析，我们发现同一层载车板的进出动作是相似的，可以把载车板进行分层处理,同一层的使用同一类处理程序，就样就使得程序大大减化了。

为了减少进出车的时间，软件在设计不同层处理程序时采用“并行分支与汇合”的技巧，即如果选择三层载车板的进出，可以使一层和二层同时平移，这样可以节约大量的时间,提高效率。

该程序的运行原理如（图3。

5）所示：

图3.5程序运行原理图

3.5。

2程序块分类

①主程序块：

主程序控制整个车库的运行情况,调用子程序处理各种请求。

当开机后,车库控制系统处于待命状态，当进行车辆存取时,先存下层车位，然后再存上层车位，一层车位的存取直接进行，一层以上车位的存取要进行车位的横移和升降才能完成.在主程序中有自动程序和手动程序的转换开关;有出现紧急情况时的总停开关；有正常运行时的运行指示灯，当有人进入车库时，由于人挡住了光电开关,运行灯停止，车库自动停止运行；还有每个车位和立柱两侧的光电开关用它们来检测车辆，当检测到不符合规定的项目时,车库不能运行。

②子程序块:

由于篇幅有限,其他子程序不另外介绍.

3.5.3程序块重新编程

程序设计中,采用了模块化的编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改,而且对于车位的拓展提供了便利的条件.当车位从层数或排数上增加时，只需就其中的一个子程序和主程序进行相应的改动，而其它的子程序基本不必改动,大大减轻了以后重新编程的任务。

3.6电气安全装置

3。

6.1保护装置

①设有断电、缺相、断相和相序保护：

在主电源发生缺相，设备发生断相、反相时，保护器动作切断设备主电源.

②延时保护：

当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作。

试进入（设定）三次自动停止,处于保护状态，停止任何操作.

③防人、异物误闯入红外线检测装置：

设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会自动急停。

待人员或异物离开设备后，按动“复位"按钮，设备将恢复运行。

保证设备安全运转，以防误伤人员。

用光电开关检测.

④车辆定位装置：

载车板的末端装有前、后、左、右限位装置。

⑤防止载车板坠落装置：

设置防坠落装置，载载车板运行到停车位后，为防止载车板因故突然落下，设防止坠落装置，保证入库车辆安全。

⑥汽车长度限制装置：

设置超长光电检测装置:

当进入设备的车辆超过适停车辆尺寸时，设备自动锁闭并报警提示。

⑦紧急停止装置：

设置紧急制动开关，当出现异常情况时,能使停车设备立即停止运转。

⑧防止超限运行装置:

设置限位开关，包括,上限位开关，下限位开关，左限位开关，右限位开关，极限开关等。

当到位开关出现故障时，超限位开关能使设备停止工作。

⑨警示灯及警示蜂鸣器：

设置设备运转信号显示.提示设备处于运转状态及对异常情况报警.

⑩电机自带刹车装置：

防止载车板自动滑动。

第4章结论

随着中国经济的腾飞，城市化进程加快,汽车越来越快的走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺的情况下，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。

我国立体车库发展虽经历了十来年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。

为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益