垂直提升式立体停车库控制系统的PLC设计.docx
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垂直提升式立体停车库控制系统的PLC设计
摘要……………………………………………………………………………………1
关键词……………………………………………………………………………1
1.前言……………………………………………………………………………2
1.1课题的背景及意义………………………………………………………………2
1.1.1机械式立体车库的国内外发展现状…………………………………………3
1.1.2机械式立体停车库的特点…………………………………………………4
1.1.3机械式立体停车库的主要类型………………………………………………4
1.2研究思路和主要研究工作………………………………………………………6
1.3论文的主要研究内容……………………………………………………………6
2.立体车库的总体结构………………………………………………………………6
2.1车库选型…………………………………………………………………………6
2.2垂直升降式立体车库概述………………………………………………………6
2.3立体车库的总体结构……………………………………………………………8
2.3.1钢结构框架……………………………………………………………………9
2.3.2活动板…………………………………………………………………………9
2.3.3升降装置………………………………………………………………………9
2.3.4横移装置………………………………………………………………………10
2.3.5纵向移动装置…………………………………………………………………11
3.立体车库控制系统的工作原理及存取车流程…………………………………11
3.1工作原理…………………………………………………………………………11
3.2垂直提升式立体停车库存取车流程示意图……………………………………11
4.立体车库主要控制线路的PLC程序设计…………………………………………11
4.1定义元器件名和分配I/O号……………………………………………………12
4.2难点分析…………………………………………………………………………14
4.2.1库层感应电路……………………………………………………………14
4.2.2轿内或门厅呼叫电路…………………………………………………14
4.2.3横向移动电路…………………………………………………………17
4.2.4载重箱选向电路………………………………………………………17
4.2.5载重箱的起动换速、平层电路…………………………………………18
5.电气安全装置………………………………………………………………20
6.结论与展望…………………………………………………………………22
6.1结论………………………………………………………………………22
6.2展望………………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………………23
致谢……………………………………………………………………………23
附录……………………………………………………………………………24
垂直提升式立体停车库控制系统的PLC设计
学生：
向慧芳
指导老师：
周光永
（湖南农业大学工学院，长沙410128）
摘要：
本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择五层20库位立体停车库结构作为研究模型。
简述其工作原理及功能，然后对其五个难点：
库层感应电路、轿内或门厅呼叫电路、载重箱的选向电路、载重箱启动转换电路、平层电路进行了重点分析。
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，在垂直提升式立体停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地运行。
关键字：
立体停车库;PLC;控制系统;欧姆龙;
DesignofPLCTypeStereoGarageControlSystemforVerticalLift
Student:
XiangHuifang
Tutor:
ZhouGuangyong
（Collegeofengineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）
Abstract:
Onthebasisofinvestigationoncurrentsituationanddevelopingtrendofgarageindomesticandabroad,wechoosefivelayerstore20stereogaragestructureastheresearchmodel.Afterdescribingtheworkingprincipleandfunction,andthenfocusonthefivedifficulties:
baselayerinduction,inthecarorthehallcallcircuitry,loadcaseselectioncircuit,loadboxtostartconversioncircuit,levelingcircuit.Inordertosatisfydemandindesignstereogarage,accordingtocriterionofmechanicalparkingsystems-generalsafetyrequirementandthefactsofverticalliftstereogaragethepaperintroducedsomesafetytechniquewhichwasusedinthestereogarage.Thiscanensuresafetyforcarandmakethewholestereogaragesafetyandrunningsmooth..
Keywords:
stereogarage;PLC;controlsystem;OMRON;
1.前言
1.1课题的背景及意义
据国家统计局资料显示，随着我国顺利加入WTO，汽车行业飞速发展，轿车越来越家庭化。
从2002年以来，我国的的轿车呈不低于40%的高速增长态势，需要大量的停车位。
目前，有11个城市汽车保有量过百万。
2012年上半年，全国新增机动车1005万辆。
其中，汽车保有量增加760万辆，高于去年上半年688万辆的增量。
数据显示，北京、深圳、上海、成都、天津等11个城市汽车保有量超过100万辆，其中，北京达到464万辆。
图1停车难图片
Fig.1Thepictureofdifficultforparking
而停车位的发展速度却远远滞后于汽车发展速度，停车难已成为大中城市发展的社会问题。
而立体停车库以其突出的特点赢得了人们越来越多的青睐，如：
以狭小的空间，争取最多的停车空间，可将1-3层设在底下，有效利用地下空间；运转平稳、无噪音，运行速度快，存取时间短，符合城市环保要求；光电检测库内的存车状态，智能化的按键操作，使操作者全过程掌握车辆存取的每一个动作；多路安全保护，设有防坠落、防碰撞、防过载等一系列安全保护装置。
自动检测、自动释放灭火气体，确保车库内车辆的防火安全等。
诸多因素表明，我国立体车库停车产业与其配套产业目前正在成为潜力巨大的前途性产业。
停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高科技、高安全性、高可靠性、高效率的垂直提升式立体停车库将具有巨大的发展前景。
图2立体停车库
Fig.2Stereogarage
1．1．1机械式立体车库的国内外发展现状
国外立体停车场发展现状是：
日本从20世纪50年代中期开始停车场问题研究，1960年建成了一座四个车位的二段式立体停车场，60年代末，仅东京市就引进西欧技术建成了各种形式的立体停车场40座，1971年开始发展装配自行式立体停车场。
据日本建设厅调查统计，在日本从事立体停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家。
目前日本已经投入使用立体停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。
对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。
韩国立体停车设备技术是日本技术的派生。
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年代开始为推广使用阶段。
由于得到政府的高度重视，各种立体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。
德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产比较早。
由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。
多数为巷道堆垛式产品。
国内立体停车场发展现状：
我国在20世纪80年代初开始研制和使用立体停车场。
90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，立体停车场的应用逐步推广。
到2003年底，我国已有31个省份的56个城市，兴建了879个立体停车库，车位8万多个，其中有一半是用于住宅小区配套设施。
目前我国已经形成了新兴的停车行业，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。
现在从事立体停车设备制造企业已有30余家。
产品经引进技术和自我研制开发，生产技术水平有了很大的提高。
如杭州西子石川岛停车设备有限公司的PCS曳引式车库属于垂直升降立体停车场，变压变频（VVVF）驱动和微机控制方式使整座车库实现低振动、低噪音、低成本和高效率的运行；采用标准设计，内置自动升降旋转装置，配以先进的导航指示，无需司机倒车，存取方便、简易，即使是新手驾驶也可放心使用。
目前立体停车场国产化率达到50%以上,一些科研机构和大专院校也开始研究和开发符合国情的立体停车场。
1．1．2机械式立体停车库的特点
以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体停车库，是一种技术密集型的机电一体化产品，发展潜力很大，具有很多优点：
节省占地面积。
一般约为平面停车场的1／2—1／25，立体车库最大的优势就是能够向高空、地下发展，利用小的占地面积实现大的车辆存储。
建设成本低。
由于机械式立体停车库主要向垂直空间扩展，虽然工程费用较高，但可省去大量的土地使用费等开支，因此就单个泊位的建设成本而言，一般低于同等规模的平面停车场。
自动化操控，使用方便。
机械式立体停车库自动化程度高，用户通过简单操作，就能实现车辆的自动存取；配备自动检测系统以及安全保护措施，安全性能好。
配置灵活，适应性强。
机械式立体停车库具有多种类型，设计上具有较大的灵活性，可适应各种形式的地形或建筑物。
机械式立体停车库在具有上述优点的同时，也存在一些缺点，并且在一定程度上制约了其推广和应用：
首先，造价偏高，除了建筑和设备的投资费用，还需要维护的投入，以保障设备的安全、持久地运行；第二，进出车时间长，虽然各种类别的机械停车设备对单车最大进（出）时间一般控制在2分钟以内”，但由于单套设备往往只有一套执行机构，不允许多辆车同时出入库，如果面临高峰期，势必会出现等候现象。
1．1．3机械式立体停车库的主要类型
所谓机械式停车设备，是指将汽车搬运或存放到泊车位使用的机械设备的总称，主要由钢结构、传动系统、控制系统等几个部分组成。
根据我国发布的JB-T8713-1998《机械式停车设备类别、型式与基本参数》标准，机械式停车设备的类别名称及代号见表1．现介绍几种具有一定代表性的类型：
表1机械式停车设备的类别名称及代号
类别
名称
升降
横移
垂直
循环
水平
循环
多层
循环
平面
移动
巷道
堆垛
垂直
升降
简易
升降
代号
SH
CX
SX
DX
PY
XD
CS
JS
升降横移式停车设备利用载车板的升降或横移来实现车辆的存取，此类停车库将载运和存放汽车的载车板与升降装置组合在一起使用，构成立体化存车的形式，多为中、小型车库，泊位数目从几辆至几十辆不等，一般设计为2或3层，极少超过5层。
结构上，除顶层外，每层均有一个空车位，作为交换车位；车辆进出层的载车板仅作横移运动，最顶层或地下最底层的载车板只作升降运动，中间层既能升降也能横移。
这种类型的立体车库造价不高，车位的布置紧凑，易于实现自动控制，在楼字地下室或住宅小区的空地上布置较为方便，特别适用于平面自走式停车库的改造工程。
缺点是每块载车板都需要配套的驱动机构，结构比较复杂，可靠性不易保障；层数不宜设计太高，车位数不宜太多，否则存取流程过于冗杂，能源浪费很大。
垂直循环式立体停车库是循环式中最有代表性的，主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置的数个托盘上，由链条带动做垂直循环运动，在平动机构控制下保持车位水平．这种车库由单一大型电机驱动，最大的优点是电气控制系统简单，但缺点也很明显，例如泊位数受电机功率及结构等因素限制、传动噪音大、存取速度慢、能耗高等，因此呈逐步淘汰之势。
垂直升降类立体停车设备利用升降机构将车辆提升到目标层，再启动横移机构把车存入泊位中，工作方式类似于电梯。
这种车库有几十米高，每层可设2个或多个泊位，可单独建设或安装于建筑物内，一般采用可编程序逻辑控制器构成其自动控制系统，实现车辆的全自动存取、自动计费等功能。
垂直升降式立体车库的机械结构和控制系统更为复杂，对地基、消防、运行可靠性和安全性的要求也更高，因此造价较高。
但是相比于其他形式的立体车库，其在空间利用率、技术性能、结构刚度、存取效率以及能耗等很多方面都更有优势，具有很广阔的发展前景。
巷道堆垛类立体停车设备是利用巷道堆垛机或桥式起重机作为搬运装置，进入到搬运装置中的车辆可同时进行两维的运动，快速到达指定车位，再用存取机构将车存入泊位。
这种车库类似于立体仓库，最早出现在美国，适合于上百个、甚至是上千个停车位的大型自动化立体停车库，当然造价也是很高的。
1．2研究思路和主要研究工作
查阅文献资料，了解机械式立体停车库的国内外发展现状、各类机械立体停车设备的工作原理和特点；比较几种主流形式在空间利用率、造价、存取时间、技术性能、能耗等方面的特点；注意文献中有关控制系统研究的部分；立体停车设备的存取机构设计,在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、载车板和存取机构；根据自动控制系统的软件实现方案，编制具体的程序；编程时应首先实现车库的基本功能，再逐步完善安全保护、性能优化、监控报警、自动计费等功能。
1．3论文的主要研究内容
本论文在查阅大量文献资料的基础上，以新型智能立体停车库的控制系统为研究对象，着重于控制系统软件方案的制定和具体实现，主要内容包括：
立体车库的总体结构和运行原理分析；立体车库控制系统的硬件方案；立体车库控制系统的软件主体方案制定及实现；控制系统的软件设计。
2.立体车库的总体结构
2．1车库选型
通过分析比较各种类型的优缺点，结合技术可行性和投资经济性，本课题的立体车库类型设计为垂直升降式，这是因为在几种应用较多的类型中，垂直升降式是综合性能十分优良的一类，具有空间利用率高、技术性能好，能耗低、噪声小、速度快、操作简单、维护方便等优点，具有广阔的发展前景。
循环式立体车库虽结构简单，但存取速度过慢、能耗高、噪音和震动大，只是早期的立体车库形式，目前较少使用；升降横移类的应用较为广泛，但自动化程度及存取效率较低，受传动链绳和存取时间限制，可建停车规模有限；巷道堆垛式的投资成本很高，适用于库容量需求极大的场合，本课题暂不涉及这类立体车库的研发。
2．2垂直升降式立体车库概述
垂直升降式立体停车库习惯上称为电梯式或塔式立体车库，是利用升降机构和存取机构实现车辆存取的机械停车设备，一般由钢结构框架、升降装置、存取装置、载车台回转装置、安全保护装置、控制系统和检测装置等组成。
此类车库的停车位分布在井道周围，每层可设2个或多个泊位，一般在10层以上，可停放几十辆车，而占地面积不到50平方米，所以具有很高的平面和空间利用率，很适合建在城市中心或者住宅小区内。
电梯式立体停车库最早出现在20世纪20年代，当时是以汽车专用电梯作为提升工具，驾驶员需随车升降。
到60年代后期，许多发达国家的大都市都出现了停车难问题，使得立体车库开始发展普及，此时已现机械存取机构，无需驾驶员跟车．至80年代朱90年代初，随着微机技术，可编程控制器以及交流变频调速技术的不断发展和成熟，垂直升降式立体车库开始在日本、美国、欧洲、韩国、台湾等地大量兴起，成为机械式立体停车库的一大主流。
升降驱动机构是垂直升降式立体停车库的重要组成部分，其结构布置与技术含量将直接影响车库的安全性和可靠性。
目前垂直升降式立体停车库的升降驱动形式主要有曳引驱动和强制驱动两种，强制驱动又可分为钢丝绳式（卷扬式）和链轮链条式两种形式．钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛运用，是使用上较为成熟的技术，它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向配置，但是结构尺寸较大，对提升高度有一定的限制，而且钢丝绳易拉伸变形，平层时会引起升降搬运装置上浮或者下沉现象。
由于自身结构的限制，卷扬式在垂直升降式立体车库中没有得到更广泛的应用。
链条提升式具有结构简单、价格低等优点，在低速电梯和低层的立体车库（垂直升降或平面移动式）上都有应用，在提升速度要求不高时可以选用。
曳引式是一种被广泛应用于电梯上的驱动方式，与钢丝绳卷筒驱动相比，结构尺寸大大减小，同时提升高度高很多，可用于高层的立体车库，因而被广泛地选用。
存取机构是将车存入或者取出泊车位的重要驱动机构，也是垂直升降式机械立体停车设备区别于普通汽车电梯的根本所在。
这类车库的存取方式主要有以下几种：
滑叉载车式：
在升降搬运装置上安装一套多级滑叉机构（多为三级滑叉），
存车时，滑叉逐级滑出，将载车板送至泊车位上方，轻轻放下，然后收回滑叉；取车时，先滑出滑又，将载车板略微抬起之后，再将载车板和滑叉收回至搬运装置。
滑叉式结构的主要缺点是存在一半的空行程，影响运行效率；动作中有较大偏载时会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构运行的平稳性。
链传动载车式：
利用链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取。
存车时，第一级微横移的作用是推动横移机构连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙；第二级横移的作用是使载车板平稳地转移至停车位的托架上。
链传动横移装置克服了滑叉横移装置的缺点，但它对提升机构的平层精确度要求较高，目前一般采用变频变压调速方式以及高精度传感器来满足平层精确度的要求。
叉梳载车式：
通过提升机构和停车位上的两个叉梳的相对交错运动实现车辆的存取。
这种存取方式必须保证在叉梳的结构设计上，横移叉梳和固定叉梳能够实现交错而不发生运动干涉，并且横移叉梳在存取车时的上下运动空间要充足。
履带输送式：
升降搬运装置在车辆的前后轮处有两个主动履带，横移时这两个主动履带能够带动停车位上的被动履带，将车辆送至停车位。
2．3立体车库的总体结构
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
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该论文已经通过答辩
2．3．1钢结构框架
钢结构框架主要由立柱、横梁、斜撑、车位架等组成，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量、内置停车位并且安装机械传动和电气控制部件。
2．3．2活动板
每个停车位都有一块对应的活动板，用于搬运和支托车辆，实质就是通过对活动板的存取实现车辆的存取。
活动板应采用非燃烧材料制造，质量要轻但需有足够的强度和刚度，且能防止液体滴漏。
车库正常运行时，存在某个停车位活动板在升降台上的情况，如果此时用户需要存车，系统默认将车辆存入这块活动板所在的停车位，如果用户需要取车，则将活动板存入其所在的停车位后再取车。
在连续存车或取车时，会有一个取或者存活动板的空行程，需要占用一定的存取车时间。
2．3．3升降装置
为了提高运行效率，垂直升降式立体车库要求升降系统具有较高的提升速度和良好的可靠性。
在参照和比较几种现有升降驱动方式的基础上，决定选用曳引驱动技术，采用成熟的升降机提升装置。
因升降系统并不需要连续变速，使用变速电动机即可满足要求，从而可省去一些变速机构，所以升降装置采用双速电动机提供动力。
实际电路如图4所示，当按下启动按钮SB2后，电动机按D形连结4极启动，经一定时间延时后改接成YY连结，进入2极起动运行。
升降装置包括：
1）曳引驱动机和制动器；2）传动部件，包括钢丝绳和滑轮等；3）对重和平衡链；4）载车台，用于升降时支托车辆；5）升降导轨和对重导轨．曳引机通过钢丝绳驱动载车台升降，同时对重也相应运动。
对重可称为重量平衡系统，其功能是在工作中使升降台和对重间的重量差保持在某一限额内，保证电动机正常运转，此外，还可以减少驱动功率，减小钢丝绳与绳轮之间的曳引力，延长钢丝绳的使用寿命。
对重由对重架、对重块、导轨、缓冲器碰块、压块以及钢丝绳组成。
升降装置的传动机构（包括电机，滑轮等）设在停车库的顶部。
2．3．4横移装置
与滑叉、链轮、履带等需要中间传动机构的存取方式不同，本车库的横移装置采用直线电机直接驱动，由于去除了中间的机械传动环节，横移电机将直接作用于载车板，能够实现运动的快速动态响应，节省时间和能耗，从而有效提高车库的运行效率。
图4交流双速电动机主控制电路
Fig.4ThemaincircuitofACdoublespeedmotor
直线电机直接驱动是一种新型的现代驱动技术，目前已实现了其在物流系统、工业设备、信息与自动化系统、交通与民用、军事等领域的应用，例如磁悬浮列车、电磁炮、数控机床、物流分拣输送系统、生产流水线和装配线等。
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。
本车库的横移装置包括横移电机、电磁铁、滚轮和导轨等。
横移装置安装于升降台上，横移电机选用感应直线电动机，并且采用短初级长次级的结构；升降台表面镀铜，形成横移电机的次级，而横移电机的初级与表面之间存在气隙，当电机通电后，初级便能够实现在升降台表面的横移动作，再辅以电磁铁和光电传感器，就可以实现横移电机复位、存取载车板等功能。
2．3．5纵向移动装置
因本立体车库存在B、D区，故需要纵向移动装置。
纵向移动装置由一台电动机驱动履带来完成纵向移动的动作。
3.立体车库控制系统的工作原理及存取车流程
3.1工作原理
立体停车库控制系统包括车辆自动存取车系统、车辆自动管理系统（车辆身份认证、停车收费等）以及监控保安系统等。
自动存取车系统是立体停车库控制系统的关键。
自动存取车系统由小型PLC控制，包括卡号识别与载重箱移动两个过程。
在车库入口处设一个非接触式读卡器，用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到PLC，PLC系统自动判断该卡是否有效，若有效，则库门自动打开，系统把对应的载重箱移动到人车交接的位置，以缩短存取车的时间。
存车时，司机将车开到载重箱上，当车辆安全停放后，停车正常指示灯才会亮，此时按存车按钮，载重箱将车送入IC卡内数据指定的库位，库位活动板锁扣自动锁住活动板，避免活动板滑动，载重箱自动回到原位，停车正常指示灯灭，延时5s关闭库门，完成存车操作。
取车时，司机刷卡完毕，自动打开库门，按取车按钮，载重箱自动到达IC卡内数据指定的库位，打开库位活动板锁扣，取车指示灯亮，载重箱将车送到原始停车位，该指示灯灭
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