毕业论文立体车库1.docx
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毕业论文立体车库1
目录
摘要1
Abstract2
第一章绪论3
1.1引言3
1.2国内外研究的现状和发展趋势：
5
1.2.1国外研究的现状和发展趋势5
1.2.2国内研究的现状和发展趋势6
1.3本文的主要工作内容及设计思想：
7
1.3.1工作目标7
1.3.2工作内容8
1.3.3设计思想8
本章小结9
第二章升降横移式立体车库简介及机械结构设计10
2.1升降横移式立体车库简介10
2.1.1立体车库的工作原理10
2.1.2立体车库机械部分部件结构和功能11
2.2升降横移式立体车库机械机构设计13
2.2.1横移机构设计14
2.2.2提升机构的设计15
2.2.3载车板设计16
2.2.4安全防护机构16
本章小结18
第三章立体车库电气控制系统设计18
3.1电气控制系统整体设计18
3.2拖动系统设计20
3.2.1拖动系统主电路20
3.2.2拖动系统电气保护设计21
3.3检测系统设计22
3.3.1车位认址信号22
3.3.2车位停车信号23
3.3.3车位正确停车信号24
3.3.4人员误入报警24
3.3.5火灾报警信号25
3.4控制系统PLC的设计25
3.4.1输入点/输出点25
3.4.2PLC选型设计28
3.4.3PLC接线设计31
3.5控制面板的设计32
本章小结33
第四章PLC程序设计33
4.1PLC控制程序设计思想33
4.2主程序设计37
4.3自动子程序38
4.4手动子程序41
4.5程序测试42
本章小结43
第五章结论与展望43
5.1结论43
5.2展望43
致谢44
参考文献45
附表1立体车库程序46
ORGANIZATION_BLOCK主程序:
OB146
SUBROUTINE_BLOCKSBR_5车自动:
SBR047
SUBROUTINE_BLOCKSBR_6车自动:
SBR148
SUBROUTINE_BLOCKSBR_7车自动:
SBR249
SUBROUTINE_BLOCKSBR_9车自动:
SBR350
SUBROUTINE_BLOCKSBR_10车自动:
SBR451
SUBROUTINE_BLOCKSBR_11车自动:
SBR553
SUBROUTINE_BLOCKSBR_12车自动:
SBR654
SUBROUTINE_BLOCKSBR_点横:
SBR855
SUBROUTINE_BLOCKSBR_点升:
SBR756
附图1三层十车位升降横移式立体车库59
附图2PLC原理图60
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上地资源，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。
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。
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，运用西门子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
第一章绪论
1.1引言
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。
以北京市为例，截止2006年底，市区仅有公共停车场827处，共计车位5.6万个，仅占市区机动车拥有量的8.5％，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。
上海的情况也让人无法乐观，仅有的227个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64％，而且还有继续上升之势。
据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为4.84：
1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。
停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。
上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万－80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。
面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。
据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为20－30％。
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。
专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。
所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。
而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。
而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。
随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。
作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅--停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。
伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。
作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的
共识。
目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。
机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。
当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。
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。
首先，机械车库具有突出的节地优势。
以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。
机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。
应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。
在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。
机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。
这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。
这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。
近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。
截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。
其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。
当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。
机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。
国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的《国家计委6号令》把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。
可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。
1.2国内外研究的现状和发展趋势：
1.2.1国外研究的现状和发展趋势
早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。
自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。
以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。
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。
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。
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。
1.2.2国内研究的现状和发展趋势
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。
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，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。
机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。
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。
1.3本文的主要工作内容及设计思想：
目前，立体车库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、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。
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，本论文最终确定研究对象为升降横移式立体车库。
1.3.1工作目标
（1）升降横移式立体停车设备总体结构的设计与研究；
（2）升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究；
（3）升降横移式立体停车设备的自动控制系统设计与研究；
1.3.2工作内容
（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，了解车库运行基本原理，了解轿车停车流程，了解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。
了解建设立体车库的自动控制方式，控制元件，电机选择，建设方法等。
（3）根据据立体车库原型，再根据文献资料。
初步选择建造立体车库所需、电机、检测元件、控制元件等组成。
（4）依据以上的车库组成部件选型，利用AUTOCAD建立立体车库二维图形。
在绘制CAD图形过程中，再对部件选型中不合适的进行替换，以达到最佳效果。
（5）参阅西门子S7-200系列PLC相关资料,学习相关编程软件，运用西门子STEP7MICROWIN编程软件编写控制程序，并运用西门子S7-200仿真进行程序模拟。
（6）归纳、总结并完善报告。
结合以上6项计划任务，最后完善论文的总结部分。
第二章升降横移式立体车库简介及机械结构设计
2.1升降横移式立体车库简介
2.1.1立体车库的工作原理
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。
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，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。
图2.0为一个地上10车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：
三层四个车位可以升降，二层三个车位可以升降和平移，一层的三个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。
1、2、3号车位可以直接存放车辆;12号车位需下降后再存放车辆;5号车位，则需先将1、2、3号载车板右移，再将5号载车板下降;6号车位，则需先将2、3号载车板右移，再将6号存车板下降；7号车位需要先将3号载车板右移，再将7号载车板下降；9号车位则需要先将1、2、3、5、6、7号载车板右移，再将9号载车板降下；10号车位需要将2、3、6、7号载车板右移，再将10号车位下移；11号车位需要将3、7载车板右移动再将11号载车板下移；12号车位只需下移。
由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。
图2.0三层十车位车库模型
2.1.2立体车库机械部分部件结构和功能
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。
下面我们重点对车库的主要组成（图2.1所示）进行分析。
图2.1升降横移式立体车库主要组成
1、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。
其工作原理如图2.0，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。
2、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。
3、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，在纵梁两测各装两只挂钩，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，切断横移电机电源，横移停止。
4、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。
对于本文中所列的7车位升降横移式立体停车设备，PLC主要要控制二、三层七个升降电机的正反转和一、二层六个横移电机的正反转。
此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。
2.2升降横移式立体车库机械机构设计
立体车库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。
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。
升降装置由传动系统、升降架等组成。
1、升降横移方案选择
其中提升方式分为下列六种，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
在立体车库设计中，各种提升方式特点如下：
（1）采用链传动：
优点是传动简单可靠，维修简单，造价低廉;缺点是冲击比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否有咬链的情况出现。
（2）采用钢丝绳传动：
优点是对车库底盘可以提升的高度可以不加限制，造价比较低;缺点是因为需要外加钢丝绳桶和刹车盘增加了安装调试的时间和造价。
（3）采用液压传动：
优点是可以真正实现无级调速，结构紧凑，功率与重量比高、响应速度快、抗干扰能力强、误差小精度高、低速平稳性好、调速范围宽、介质自身可起冷却润滑作用、安全防爆等优点;同时也具有元件昂贵、成本高、密封技术要求高、油液易污染、能源传输不便等缺点。
综上所述，本车库为三层，从提升高度上选链传动或钢丝绳传动都可以，但从方案经济及可行性角度考虑，选择链传动更为有利;在横移运动中，采用异步电机驱动，通过链驱动，也能达到精确、稳定地传动。
2.2.1横移机构设计
图2.2载车板横移原理图
运动原理如图2.7载车板横移原理图所示，减速电机通过联轴节直接驱动载车板行走轮转动，实现载车板横移运动。
（1）主要参数的确定
横移运动行程s=2400mm
横移运动时间t=205
横移速度F，主要由设备运行周期，周围环境的安全性，载车运行时的平稳性等因素确定。
行走轮直径：
由结构尺寸及轮压等因素决定，行走轮直径确定为80mm。
横移载车板自重
载车板额定载荷
（2）功率计算
电机输出轴转速n计算：
其中：
横移速度V=120mm/s
行走轮直径D=80mm
由于结构紧凑，容纳电机的空间狭小，选择台湾明椿电气的减速电机，其参数如下：
输出扭矩：
输出转速：
功率：
载车板的额定载荷是承载的最高上限，实际使用概率很小，通常可以泊车的车辆的重量都在1000kgf-1600kgf之间这是由车型所决定的，所以功率不需留余量，选择0.2KW的电机比较经济电机允许短时超载，静摩擦引起的大起动阻力矩不会造成电机损坏。
2.2.2提升机构的设计
本文中立体车库的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。
链传动的特点：
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。
广泛应用于矿山、农业和石油机械中。
图2.3载车板提升原理图
轴在升降传动系统和横移传动系统中都是特别重要的，它不但影响着传动的好坏还影响着车辆的安全，在轴的设计中，按照常规设计方法，先进行初算轴，然后进行轴的结构设计，确定轴径后，再对轴的强度进行校核。
升降电机型号为CLPK22040303，输出的最大扭矩为6.594kgf.M
6.594kgf.M=65.94NM
链传动最大传动效率为0.98
为安全和稳定起见选用
升降电机型号台湾明椿MLPK55370603，功率3.7KW，输出的最大扭矩为151.582kgf.m
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。
框架是载车板用型钢和钢板焊接承载框架，并多数采用中间突起结构，在两侧停车通道和中间凸起的顶面铺设不同厚度的钢板。
这种载车板的优点是可按需要设
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