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立体停车库控制系统工程设计毕业设计论文
广西工业职业技术学院
毕业设计（论文）
课题名称：
立体停车库控制系统工程设计
专业：
电气自动化
班级：
电气0832
摘要4
2.1升降横移式立体车库简介………………………………………………7
2.5触摸屏设计..............................................23
结论.........................................................................................28
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，选择三层四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，可分为两大部分：
车库结构部分和控制系统部分。
本文主要介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统，依据升降横移式立体车库的运行原理，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控制和触摸屏，运用西门子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，PLC，触摸屏，可编程序控制器。
第一章绪论
1.1课题的背景和意义
随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，预计2010年我国汽车产量有望超过800万辆，好一点可能达到1000万辆；到2020年产量接近1500万辆左右。
预计未来5年汽车产量将以10％左右的速度增长，再之后的10年将以7％左右的速度增长
图1被汽车占领的城市
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。
见图1我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。
.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。
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。
1.2本文的主要工作目标和工作内容
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，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。
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；
确定垂直升降式立体停车设备的总体布局、运行方式，然后进行存取车方式、提升系统等各个组成部分的总体设计。
（2）升降横移式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。
（3）升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究；
首先通过比较，选定曳引驱动方式作为整个车库的升降方式。
然后设计升降平台、安全机构等。
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，了解立体车库；
（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电机选择，建设方法等。
（3）据广西医科大学一附院立体车库原型，再根据文献资料。
初步选择建造立体车库由钢构、电机、链轮等组成。
（4）归纳、总结并完善报告。
第二章升降横移式立体车库的基本结构和电气控制系统设计
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4个车位可以升降，二层3个车位可以升降和平移，一层的3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;4号车位，则需先将1、2、3号载车板右移，再将4号载车板下降;5号车位，则需先将2、3号载车板右移，再将5号存车板下降；6号车位，则需要先将3号载车板右移，再将6号载车板下降；7号车位，则需要先将1、2、3、4、5、6号载车板右移，再将7号载车板降下。
8号车位，则需要先将2、3、5、6号载车板右移，再将8号载车板下降;9号车位，则需要将3、6号载车板右移，再将9号车位下降;10号车位需下降后再存放车辆.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2十车位升降横移式立体车库工作原理图图3升降横移式立体车库主要组成
2.1.2立体车库机械部分部件结构和功能
以三层四列式立体车库为模型建立研究对象。
下面我们重点对车库的主要组成（图3所示）进行分析。
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，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电气控制系统整体设计
本车库控制主要是由德国西门子S7-200系列的PLC和触摸屏来完成
设计中用于车库的自动控制触摸屏功能：
触摸屏是“人”与“机器”交流信息的窗口，“人”可以通过该窗口向“机器”发送命令，也可以通过此窗口监控“机器”的状态信息。
整个车库控制系统分手动和自动组成。
自动控制由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，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。
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。
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”。
它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。
图4车库系统控制原理框图图5PLC的硬件系统结构框图
升降横移式立体车库的系统控制原理：
操作者（人）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。
其系统控制原理框图，如图4所示。
.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、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体车库中。
PLC的可靠性、抗干扰能力强。
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，采用了到位开关。
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。
2.2.1检测点与控制点：
1.检测点分布
（1）载车板上汽车停放到位检测
在车板上安装行程开关，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。
（2）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。
（3）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。
2.控制点分布
（1）一层载车板左右平移控制
一层载车板只有三个，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
二层载车板有三个，每个载车板有横移、升降四个动作，采用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
三层载车板有四个，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。
2.3电气控制原理图
表1主要电气元件
序号
代号
名称
规格
单位
数量
备注
1
M
电动机
FJJ412-3P-46000
台
13
车位升降横移250W.4级380W
2
QS
低压断路器
DZ47LE
只
1
电源总开关短路欠压失压保护380V电流20A
3
KM
交流接触器
CDC10-10
只
26
控制电机正.反转线圈电压220V10A
4
SQ
行程开关
JLXX1-41M
只
36
单轮滚动式密封式
5
FU
熔断器
RL1-80\10
只
1
短路过载保护熔体电流10A
6
FU
熔断器
RL1-15\6
只
1
短路过载保护熔体电流6A
7
SA
转换开关
LW5-16
只
1
控制系统手动.自动切换
8
FR
热继电器
JR20
只
13
过载保护断相保护电流20A
9
SB
按钮开关
LA19-11
只
29
PLC的启停和各个手动控制开关
10
HL
指示灯
只
14
电源和横移升降指示
11
PLC
可编程序控制器
S7—200CPU226
台
1
系统自动控制器控制24个输入口，16个输出口，输入电压220V
第一层控制电气原理电路
第二层控制电路
7
.
第三层控制电路
2.4PLC控制程序设计
表2I/O表
PLC输入
PLC输出
确认开关
I0.0
1号车位左移KM1
Q0.1
停止
I3.3
1号车位右移KM2
Q0.2
启动
I3.4
2号车位左移KM3
Q0.3
复位开关
I3.5
2号车位右移KM4
Q0.4
1号车位左限位SQ1
I0.1
3号车位左移KM5
Q0.5
1号车位右限位SQ2
I0.2
3号车位右移KM6
Q0.6
2号车位左限位SQ3
I0.3
4号车位左移KM7
Q0.7
2号车位右限位SQ4
I0.4
4号车位右移KM8
Q1.0
3号车位左限位SQ5
I0.5
4号车位上移KM9
Q1.1
3号车位右限位SQ6
I0.6
4号车位下移KM10
Q1.2
4号车位左限位SQ7
I0.7
5号车位左移KM11
Q1.3
4号车位右限位SQ8
I1.0
5号车位右移KM12
Q1.4
4号车位上限位SQ9
I1.1
5号车位上移KM13
Q1.5
4号车位下限位SQ10
I1.2
5号车位下移KM14
Q1.6
5号车位左限位SQ11
I1.3
6号车位左移KM15
Q1.7
5号车位右限位SQ12
I1.4
6号车位右移KM16
Q2.0
5号车位上限位SQ13
I1.5
6号车位上移KM17
Q2.1
5号车位下限位SQ14
I1.6
6号车位下移KM18
Q2.2
6号车位左限位SQ15
I1.7
7号车位上移KM19
Q2.3
6号车位右限位SQ16
I2.0
7号车位下移KM20
Q2.4
6号车位上限位SQ17
I2.1
8号车位上移KM21
Q2.5
6号车位下限位SQ18
I2.2
8号车位下移KM22
Q2.6
7号车位上限位SQ19
I2.3
9号车位上移KM23
Q2.7
7号车位下限位SQ20
I2.4
9号车位下移KM24
Q3.0
8号车位上限位SQ21
I2.5
10号车位上移KM25
Q3.1
8号车位下限位SQ22
I2.6
10号车位下移KM26
Q3.2
9号车位上限位SQ23
I2.7
9号车位下限位SQ24
I3.0
10号车位上限位SQ25
I3.1
10号车位下限位SQ26
I3.2
1号车位到位开关SQ27
I4.1
2号车位到位开关SQ28
I4.2
3号车位到位开关SQ29
I4.3
4号车位到位开关SQ30
I4.4
5号车位到位开关SQ31
I4.5
6号车位到位开关SQ32
I4.6
7号车位到位开关SQ33
I4.7
8号车位到位开关SQ34
I5.0
9号车位到位开关SQ35
I5.1
10号车位到位开关SQ36
I5.2
1号位控制开关
I7.1
2号位控制开关
I7.0
3号位控制开关
I6.7
4号位控制开关
I6.6
5号位控制开关
I6.5
6号位控制开关
I6.4
7号位控制开关
I6.3
8号位控制开关
I6.2
9号位控制开关
I6.1
10号位控制开关
I6.0
PLC梯形图
主程序
10号车位子程序
9号车位子程序
8号车位子程序
7号车位子程序
6号车位子程序
5号车位子程序
4号车位子程序
3号车位子程序
2号车位子程序
1号车位子程序
2.5触摸屏设计
1.触摸屏型号的选择：
如图3.5.0，打开触摸屏软件，选择TP170Bmono型触摸屏
图3.5.0
2.触摸屏的画面：
如图3.5.1，设置10个车位的按钮和确认、复位按钮，再画上对于PLC的启动、停止按钮。
图3.5.1
3.通信连接方法：
西门子S7-200型PLC和TP170Bmono型触摸屏的通信方法，触摸屏为主机，PLC为从机，一台触摸屏最多可连接31台PLC，通信协议为PPI协议。
图3.5.2
图3.5.3
如图3.5.2和3.5.3所示，为TP170Bmono型触摸屏与S7-200PLC的连接通信方法，地址与波特率设置成统一数值，协议用PPI协议，TP170Bmono型触摸屏与S7-200PLC就可以连在一起使用了。
4.变量设置：
如图3.5.4，把触摸屏上的使用按钮都与对应的PLC的触点连接起来，使触摸屏发挥作用控制PLC。
图3.5.4
2.6电气安全装置
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、车辆定位：
载车板的末端装有前、后、左、右限位装置。
3、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。
4、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。
5、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。
6、电机自带刹车装置：
防止载车板自动滑。
2.7操作说明
本文所设计的立体车库由手动和制动两部分组成，由转换开关SA进行手动控制和自动控制的切换：
一、手动控制说明：
把SA打到手动控制位置
位于第一层的1、2、3号车位处于地面，车辆可直接存车与取车；
4号车位的手动控制：
按下SB7，3号车位右移，按下SB5,2号车位右移，按下SB3,1号车位右移，为4号车位升降提供空位；按下SB11,4号车位降落，可存取车；按下SB10,4号车位上升复位，先后按下SB2,SB4,SB6,1号和2,3号车位左移复位；
5号车位的手动控制：
按下SB7，3号车位右移，按下SB5,2号车位右移，为5号车位升降提供空位；按下SB15,5号车位降落，可存取车；按下SB14,5号车位上升复位，先后按下SB4,SB6,2号和3号车位左移复位；
6号车位的手动控制：
按下SB7，3号车位右移，为6号车位升降提供空位；按下SB19,6号车位降落，可存取车；按下SB18,6号车位上升复位，按下SB6，3号车位左移复位；
7号车位的手动控制：
先后按下SB7,SB5,SB3,SB17,SB13,SB9；1至6号车位全部右移，为7号车位升降提供空位；按下SB21,7号车位下降，可存取车；按下SB20,7号车位上升复位；先后按下SB2,SB4,SB6,SB8,SB12,SB16；1至6号车位全部左移复位；
8号车位的手动控制：
先后按下SB7,SB5,SB17,SB13；3号，2号，6号，5号四个车位右移，为8号车位升降提供空位；按下SB23,8号车位下降，可存取车；按下SB22,8号车位上升复位；先后按下SB4,SB6,SB12,SB16；2号，3号，5号，6号四个车位左移复位；
9号车位的手动控制：
按下SB7和SB17，3号和6号车位右移，为9号车位升降提供空位；按下SB25,9号车位下降，可存取车；按下SB24,9号车位上升复位；按下SB6和SB16，3号和6号车位左移复位；
10号车位的手动控制：
按下SB27,10号车位下降，可存取车；按下SB26,10号车位上升复位。
二、自动控制说明：
把SA打到自动控制的位置上
1、2、3号车位可以直接存放车辆;
4号位的自动控制：
按下触摸屏上的4号键位，1、2、3号车位右移，到位后接着4号车位下降，可存取车；车到位后，按下复位或者确认键，4号车位上升复位，1、2、3号车位左移复位；
5号车位的自动控制：
按下触摸屏上的5号键位，2、3号车位右移，到位后接着5号车位下降，可存取车；车到位后，按下复位或者确认键，5号车位上升复位，2、3号车位左移复位；
6号车位的自动控制：
按下触摸屏上的6号键位，3号车位右移，到位后接着6号车位下降，可存取车；车到位后，按下复位或者确认键，6号车位上升复位，3号车位左移复位；
7号车位的自动控制：
按下触摸屏上的7号键位，1、2、3、4、5、6号车位全部右移，到位后接着7号车位下降，可存取车；车到位后，按下复位或者确认键，7号车位上升复位，到位后1、2、3、4、5、6号车位全部左移复位；
8号车位的自动控制：
按下触摸屏上的8号键位，2、3、5、6号车位全部右移，到位后接着8号车位下降，可存取车；车到位后，按下复位或者确认键，8号车位上升复位，到位后2、3、5、6号车位全部左移复位；
9号车位的自
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