關于升降橫移式立體車庫的PLC控制設計
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立體車庫
一、立體車庫概述
車輛無處停放的問題是城市的社會、經(jīng)濟、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30~40年的歷史，無論在技術上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已有十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。 機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。
(一）升降橫移式升降橫移式
升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。
1. 產(chǎn)品特點：
1) 節(jié)省占地，配置靈活，建設周期短。
2) 價格低，消防、外裝修、土建地基等投資少。
3) 可采用自動控制，構造簡單，安全可靠。
4) 存取車迅速，等候時間短。
5) 運行平穩(wěn)，工作噪聲低。
6) 適用于商業(yè)、機關、住宅小區(qū)配套停車場的使用。
2. 安全裝置：防墜裝置，光電傳感器、限位保護器、急停開關等
（二） 巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。
（三）垂直提升式立體車庫
垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調(diào)頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。
（四） 垂直循環(huán)式
垂直循環(huán)式垂直循環(huán)式產(chǎn)品特點：
1) 占地少，兩個泊位面積可停6~10輛車。
2) 外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。
3) 價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短。
4) 可采用自動控制，運行安全可靠。
二、立體車庫自動控制系統(tǒng)
現(xiàn)代大型建筑的主流是智能化大廈和小區(qū)，因此自動化立體停車設備或車庫的自動控制系統(tǒng)將成為智能化大廈和小區(qū)的一個重要組成部分。操作簡單、迅速，使用方便，安全可靠，維護量小，為用戶提供一個安全、簡易的使用環(huán)境，這是自動化立體停車設備的基本特點。停車設備的一切運行狀況，車輛停放的時間，車輛存放交費情況，車庫庫容量，車輛存放高、低峰情況，等信息均可通過網(wǎng)絡傳送到智能化控制中心，通過智能化控制中心運算處理，與廣播系統(tǒng)和各分部管理辦公室相連，達到提前發(fā)布相關控制、管理信息，從而全部實現(xiàn)智能化管理。通過大廈和小區(qū)的智能化控制中心還可與社會相關職能部門聯(lián)網(wǎng)，將有關信息發(fā)布出去或收集進來，擴大車庫的社會利用率和經(jīng)濟效益。這將是自動化車庫的發(fā)展方向。立體車庫自動化控制系統(tǒng)主要包含以下五個子系統(tǒng)：自動收費管理系統(tǒng)，自動存取車系統(tǒng)，遠程診斷系統(tǒng)，自動道閘，監(jiān)控安保系統(tǒng)。以上子系統(tǒng)均由中央控制室統(tǒng)一控制，可為客戶規(guī)劃停車庫管理形式，發(fā)布車庫庫存容量，控制車流方案。
（一）自動收費管理系統(tǒng)
自動收費采用非接觸式IC卡。IC卡分長期卡與儲值卡兩種。對固定用戶，發(fā)行長期卡，費用可在固定用戶交納管理費用時一并交納；對臨時用戶，發(fā)行儲值卡，即：用戶交納的費用存在卡內(nèi)，每次停車讀卡自動從卡中扣除費用。
（二） 自動存取車系統(tǒng)
自動存取車系統(tǒng)一般由小型可編程控制器PLC控制，包括卡號識別與移動載車盤兩個過程。用戶進入車庫時，在門口刷卡進入，讀卡機自動把數(shù)據(jù)傳送到PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過判斷卡號，自動把對應的載車盤移動到人車交接的位置，開啟車庫門，縮短存取車的時間。存車時，司機按照指示燈信號指引入庫，只有當車輛停放在安全位置后，停車正常指示燈才會亮啟。存取車完成后，車庫門自動關閉。移動載車盤時，系統(tǒng)嚴格按照各種檢測信號的狀態(tài)進行移動，檢測信號包括超長檢測、到位檢測、極限位置檢測、人員誤入檢測、急停信號檢測等。若有載車盤運行不到位或車輛長度超出車庫允許的長度，所有載車盤將不進行動作，若檢測到急停信號，將停止一切動作，直至急停信號消失。以上信號均為硬件信號，除此之外，還可從控制軟件中設置保護信號，比如時間保護，以保證因硬件損壞而導致信號失靈時保證主體設備及車輛的安全。
（三）遠程診斷系統(tǒng)
現(xiàn)場控制器可以通過網(wǎng)卡、Hub等網(wǎng)絡設備與控制中心的局域網(wǎng)相連接，可以通過MODEN實現(xiàn)遠程管理，監(jiān)測現(xiàn)場運行情況，當現(xiàn)場出現(xiàn)故障時，在控制中心即可進行解決，方便管理人員、安保人員異地辦公。
（四）自動道閘
在車庫出入口處各設非接觸式讀卡器、感應線圈及道閘，用戶在車庫出入口處刷卡后，系統(tǒng)自動判別該卡是否有效，若有效，則道閘自動開啟，通過感應線圈后，自動柵欄自動關閉；若無效，則道閘不開啟，同時聲光報警。
（五）監(jiān)控安保系統(tǒng)
監(jiān)控安保系統(tǒng)是指在中央控制室進行監(jiān)視控制車庫現(xiàn)場的運行狀況。它具有運動檢測、車牌識別、網(wǎng)絡連接、各種類型的報警系統(tǒng)實現(xiàn)連動等功能，可以實現(xiàn)無人看守。
系統(tǒng)簡介：視頻監(jiān)控功能：在車庫各出入口，值班室和車庫內(nèi)主要區(qū)段安裝定焦攝像機，在大范圍車位區(qū)安裝球形云臺，以便實現(xiàn)對車庫全方位的實時監(jiān)控。如果在車庫光照條件不好的情況下，可選用黑白攝像機。
運動檢測功能：可以在夜間設置車庫的運動檢測區(qū)域，當檢測區(qū)有移動目標時，運動檢測功能發(fā)出報警信號，提醒值班人員。
車牌識別功能：它能夠設置車庫參照車輛的車牌、車型。當參照車輛進入車庫監(jiān)視區(qū)域，系統(tǒng)自動對比參照車輛圖像，有異常情況，發(fā)出報警信號，并自動切換和記錄相關圖像。
報警連動功能：可以連動各類報警主機，如啟動繼電器發(fā)出聲光報警通知安保人員自動放下道閘攔截車輛出入。
數(shù)字錄像功能：可以連續(xù)記錄一個同在車庫所發(fā)生事件，可以同步回放多個圖像，可選擇任意圖像進行整體放大和局部放大，記錄、回放、備份可同步進行各種信息。
據(jù)介紹，已經(jīng)開始有越來越多的居住小區(qū)開始采用機械停車庫了?？紤]到成本及維修，目前多數(shù)小區(qū)采用的是多層升降橫移式立體停車設備，大規(guī)模的倉儲式機械停車庫還很少。升降橫移式立體停車設備的泊車流程如下：
（一）紅綠黃指示燈指示車庫運行狀態(tài)。紅色指示燈指示有人正在進行操作，請稍候；綠色指示燈指示目前無人操作，可進行操作；黃色指示燈指示有故障發(fā)生，車庫不能工作。
（二）存車操作
司機駕駛車輛從車庫入口進入。在入口處的非接觸式讀卡機前感應區(qū)域晃以下自己的IC卡，感應過程完畢，柵欄自動升起，司機開車進入車庫。車輛進入后，柵欄自動關閉。劃卡的同時，控制器讀取車位號，車庫內(nèi)對應的載車盤自動移動到人車交接的位置，車庫單元門自動打開。司機開車進入，停車到位，拉手剎，下車走出車庫，用IC卡在車庫出口處晃一下IC卡，車庫單元門自動關閉，完成存車操作。
（三）取車操作
司機進入車庫時，在入口處的非接觸式讀卡機前感應區(qū)域晃以下自己的IC卡，控制器自動讀取車位號，車庫內(nèi)對應的載車盤自動移動到人車交接的位置，車庫單元門自動打開，司機進入車庫，開車出來，在車庫出口處的自動讀卡機前感應區(qū)域晃一下自己的IC卡，感應完畢，讀卡機接受信息，上位控制機自動記錄、扣費，柵欄自動升起，司機開車出場，出場后，柵欄自動關閉；同時，控制器自動讀取車位號，對應的車庫單元門自動關閉。取車操作完畢。 車庫在運行過程中，有完備的自我保護裝置。一系列光電開關、接近開關、行程開關等對載車盤準確運行到位起著決定性的作用；獨特的防墜落裝置、斷繩報警裝置、超速保護裝置對車輛的安全起到保護作用。 車輛超長檢測、車輛停車不到位檢測、以及人員誤入檢測等信號對車輛及人員的安全起著決定性的作用。
三、實例
現(xiàn)以三層24車位為實例對升降橫移式立體停車設備的自動控制系統(tǒng)進行介紹。 此車庫為升降橫移式立體停車設備，共有24個單元，每個單元分為前后兩排，共三層，即上層、中層、下層，前后排各有8個車位，共16個車位。中層為車道層，用戶在中層完成出入庫人、機、車交接作業(yè)操作。每個車位編號如下： 其中A~R為載車盤所在位置編號，1~16為載車盤（停放車輛）編號。1~3為前排上層載車盤，4~5為前排中層載車盤，6~8為前排下層載車盤，9~11為后 排上層載車盤，12~13為后排中層載車盤，14~16為后排下層載車盤，“中”為過橋車代號（為后排車出入庫搭橋）。1~3，6~8，9~11，14~16只能上下移動，4~5，12~13，中只能左右移動。 該立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩套系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的采集，報警與控制輸出。強電系統(tǒng)包括載車盤電機控制線路。
（一）弱電系統(tǒng)：
1. 檢測信號：車庫檢測信號是控制程序執(zhí)行的重要依據(jù)?？刂瞥绦蚋鶕?jù)檢測到的信號順序執(zhí)行，控制輸出。 對每個上、下層載車盤，其運行狀態(tài)只有上升、下降動作，載車盤停放位置只有上位或下位，所以都有以下檢測信號：載車盤上認趾，載車盤上極限，載車盤下認趾，載車盤下極限。在載車盤上位，均設有安全掛鉤，掛鉤也為兩種狀態(tài)，即掛鉤通電打開和斷電閉合，并通過一個特定的行程開關來獲取掛鉤狀態(tài)信息。載車盤向上運行過程中，檢測到上認趾信號，則自動停止運行，如果上認趾開關被損壞，系統(tǒng)未檢測到信號，載車盤會繼續(xù)向上運行，當運行到上極限開關處時，上極限信號就會切斷電機電源，使電機停電，無法繼續(xù)運行，起著雙重保險的作用。載車盤向下運行過程中，首先打開對應的掛鉤，系統(tǒng)檢測到掛鉤打開的信號后，系統(tǒng)開始下降，如果掛鉤未打開，載車盤不會下降。下降過程中，當檢測到下認趾信號時，自動停止運行，如果下認趾開關被損壞，系統(tǒng)未檢測到信號，載車盤會繼續(xù)向下運行，當運行到下極限開關處時，下極限信號就會切斷電機電源，使電機停電，無法繼續(xù)運行，起著雙重保險的作用。PLC還設有延時保護，在載車盤開始運行的同時，PLC開始計時，當計時時間到，而載車盤未運行到位時，載車盤停止運行，同時系統(tǒng)報警。另外，若兩道認址開關均被損壞，載車盤運行到位而無信號返回時，載車盤會繼續(xù)向上或下運行，從而發(fā)生不可預料的事故，但通過PLC的時間保護，則可對載車盤的運行起到第三層保護的作用。
對中層載車盤，其運行狀態(tài)只有左、右移動動作，載車盤停放位置只有左位或右位，所以有以下檢測信號：4在D位，4在E位，5在E位，5在F位，12在M位，12在N位，13在N位，13在O位。4號載車盤右移時，檢測到E位信號，則停止運行；左移時，檢測到D位信號，則停止運行。5號載車盤右移時，檢測到F位信號，則停止運行； 5號載車盤左移時，檢測到E位信號，則停止運行。12號載車盤左移時，檢測到M位信號，則停止運行；右移時，檢測到N位信號，則停止運行。13號載車盤左移時，檢測到N位信號，則停止運行；右移時，檢測到O位信號，則停止運行。
由于此車庫為前后雙列停放車輛，后排車的出入就得依賴前排的過橋車，過橋車的控制將是后排車出入的關鍵。過橋車有三個運行位置，即左、中、右，所以有三個檢測信號：過橋車在D，過橋車在E，過橋車在F。 另外，每個車位設有車輛超長檢測，當系統(tǒng)檢測到超長信號時，所有載車盤均不能動作，以保護車輛的安全。車庫入口處設有人員誤入檢測，防止人員在載車盤運行過程中誤入，發(fā)生意外；也有在車庫入口處設有升降門或欄桿，起著防止人員誤入的作用，但升降門或欄桿的開啟關閉受系統(tǒng)運行狀態(tài)聯(lián)鎖控制。 2.急停信號：系統(tǒng)必須在明顯處設有急停開關，當發(fā)生意外時，按下急停開關，斷所有電機的電源，使載車盤無法繼續(xù)運行，以保護人員及設備的安全。 3.輸出控制信號：系統(tǒng)輸出控制信號包括控制電機運行方向信號，控制電機運行信號，控制電磁鐵得、失電信號，控制燈光報警信號，控制車庫照明信號。
（二）強電系統(tǒng)：
強電部分包括控制電機正反轉接觸器，控制電機運行接觸器。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關斷。
（三）系統(tǒng)設計：
系統(tǒng)采用PLC控制，分設自動，手動，檢修三種狀態(tài)。檢修狀態(tài)下，所有檢測信號不參與控制。在手動與自動方式時，所有信號進入PLC，PLC按照外部檢測信號，輸出控制信號，控制電機正反轉接觸器線圈和電機接觸器線圈，以控制各載車盤運行。
系統(tǒng)聯(lián)動聯(lián)鎖控制：1、上層載車盤不在上位或運行不到上位，中層載車盤及過橋車不能運行。2、下層載車盤不在下位或運行不到下位中層載車盤及過橋車不能運行。3、中層載車盤及過橋車運行不到位，上下層載車盤不能運行。4、前后超長開關只要被遮擋，所有載車盤都不能動作。5、入口處人員誤入被遮擋，所有載車盤都不能動。只有通過“復位”按鈕，才可解除此聯(lián)鎖。6、安全掛鉤不在開啟位置，無下降動作。7、 任何載車盤觸發(fā)上、下極限限位開關，立即斷所有電機電源。8、急停按鈕按下，立即斷所有電機電源。 此項目已驗收并投入使用，就使用情況來看，不僅占地面積相對擴大了4倍，而且，經(jīng)實地測試，最長的出車時間為85秒，真正做到了空間利用率高；運行速度快，存/取車時間端。智能化控制，操作簡便；耐用性高，維護方便。
四、結束語
“車庫”是大中城市的熱門話題，國家經(jīng)貿(mào)委將“城市立體車庫”列為“近期行業(yè)技術發(fā)展重點”，隨著家用汽車的不斷增加，公共場所及社區(qū)內(nèi)存車矛盾、車擠綠地的問題將會越來越突出，在人們對生活質(zhì)量和環(huán)境意識不斷增強之時“車庫”日漸成為熱門話題，機械自動化立體車庫將會在新開發(fā)的樓盤及商業(yè)里大顯身手。
17
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
目 錄
摘要 2
Abstract 4
前 言 6
1.立體車庫的發(fā)展狀況 8
1.1本題設計的背景 8
1.2本題設計的內(nèi)容 9
1.3本題設計的目的及意義 9
2. 系統(tǒng)控制方案的設定 11
2.1自動化立體車庫的描述 11
2.2 系統(tǒng)設計的基本步驟 12
3. 立體車庫系統(tǒng)硬件方面的設計 14
3.1升降橫移式立體車庫的基本結構 14
3.2 PLC程序設計要求 19
4.升降橫移式立體車庫系統(tǒng)軟件方面的設計 22
4.1 PLC的概述 22
4.2 可編程控制器的特點 22
4.2 可編程控制器的選擇 24
4.2.1 I/O 點數(shù)的分配 25
4.3電氣控制系統(tǒng) 28
4.4工作原理 29
致 謝 31
參考文獻 32
附 錄 33
摘要
隨著汽車的日益增多，解決停車難的問題顯得越來越重要，尤其是在人口密集的大都市。而作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施——向空間、向高層發(fā)展的自動化立體停車設備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。全自動立體車庫作為以其高效、快速、安全等特點，成為解決都市停車難問題最有效的途徑。
立體車庫控制系統(tǒng)采用了以PLC作為控制核心的可編程控制元件。它具有可靠性高，功能完善，使用方便等特點。本次設計以實現(xiàn)立體車庫的載車板的邏輯移動為為主要目標，并以其安全性能和邏輯判斷為依據(jù)，設計了車庫控制梯形圖，并就其可靠性和控制策略、方法進行了研究，主要內(nèi)容如下： 1．在分析立體車庫運行特點的基礎上，得出了立體車庫的分級分布式控制的控制思路，設計了立體車庫分布式控制系統(tǒng)。 2．結合車庫系統(tǒng)的功能及運行特點，設計了各層的子控制器和輔助信息反饋元件控制。 3．對車庫控制系統(tǒng)進行了安全可靠性分析，提出了解決車庫運行過程中的安全性能并對整個系統(tǒng)進行了可靠性分析，確保了系統(tǒng)運行的可靠性。本文設計了一種垂直提升平移式立體車庫的自動控制系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)結構、工作原理、安全防護措施，分析了系統(tǒng)的控制流程和PLC控制的梯形圖。
本系統(tǒng)采用PLC、計算機結合組態(tài)畫面監(jiān)控，按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成汽車存取過程，操作簡單，存取方便?？刂齐娐凡糠植捎媒涣鹘佑|器傳統(tǒng)方式，使運行安全可靠。設計采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護使用方便，造價低等特點。
關鍵詞：立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)
Abstract
As the car is increasing, solving the problem of the parking is becoming more and more important, especially in the densely populated metropolis. But as the solution of static traffic in city -- the effective measures to space, develop to the high level of automated parking equipment, with its small area, parking rate is high, flexibility, high efficiency and low consumption, cost-effective, safe and reliable, more and more people of all ages. Full automatic stereo garage as with its efficient, fast, security features, solving urban parking problem become the most effective way to.
Stereo garage control system adopts PLC as the control core of the programmable control element. It has the advantages of high reliability, perfect function, easy to use and so on characteristics of. This design to realize the stereo garage logic mobile car carrying board as the main target, and its safety performance and judgment logic as the basis, design of garage control ladder diagram, and the reliability and control strategy, method undertook study, the main contents are as follows:1 in the analysis of stereoscopic garage operation on the basis of the characteristics of, the stereo garage distributed control ideas, design of the stereo garage is a distributed control system. 2 combination garage system function and the operation characteristics, design of the sub controller and auxiliary information feedback element control. 3 pairs of garage control system for safety and reliability analysis, put forward to solve the garage during the operation of the safety performance of the whole system and the reliability analysis, ensure the reliability of the system operation. This paper introduces a design of vertical lifting and translation stereo garage control system, describes the system structure, working principle, safety protection measures, analyzes the system control flow and control of PLC ladder diagram.
The system uses PLC, computer with configuration screen monitoring, presses the button or the control configuration picture then completes the automobile access process, simple operation, convenient access. The control circuit uses AC contactor traditional way, so that the operation is safe and reliable. The design uses can be divided mix, modular installation, convenient and flexible, with convenient maintenance and use, and low cost characteristics.
Key words: stereo garage PLC control system
前 言
車輛無處停放的問題是城市的社會、經(jīng)濟、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30~40年的歷史，無論在技術上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已將近二十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。
目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。
(一） 升降橫移式
升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。
（二） 巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。 垂直提升式立體車庫 垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調(diào)頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。
（三） 垂直循環(huán)式 產(chǎn)品特點：
占地少，兩個泊位面積可停6-10輛車。外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短。可采用自動控制，運行安全可靠。
在對國內(nèi)外各種問類產(chǎn)品進行分析的基礎上，再結合造價、技術難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚。覍龅氐倪m應性較強，同時釆用這類設備的車庫十分普遍。因此，最終確定硏究對象為升降橫移式立體車庫。
本課題以升降橫移式立體車庫為研究方向,以雙層五車位為具體研究對象，采用三菱FX2N-48MR為控制元件,進行控制系統(tǒng)的設計與開發(fā),結合所學專業(yè)知識,成功的設計出二層五車位PLC 控制系統(tǒng).
由于本人水平有限，本設計中難免有不當和錯誤之處，懇請各位老師批評指正。
1.立體車庫的發(fā)展狀況
1.1本題設計的背景
隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應的是城市停車狀況的尷尬。以北京市為例，截止2007年底，市區(qū)僅有公共停車場 828處，共計車位5.7萬個,僅占市區(qū)機動車擁有覺的8.6%，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的229個地下車庫使面枳不足60 萬平方米，只能滿足1.3萬輛機動車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達64%，而且還有繼續(xù)上升之勢。據(jù)建設部城市交通工程技術中心對全網(wǎng)15個大城市停車現(xiàn)狀的調(diào)查，城市機動車保有輛、停車位之比平均為4.84:1，這比值對于渴望“有車者有其位”的車主來說，形式不容樂觀。停車難產(chǎn)生最主要的原因是城市建設規(guī)劃上的準備不足。上世紀80年代初期，北京市權威部門對2000年北京汽車發(fā)展數(shù)的預測僅僅是70萬一80萬輛，而事實上到新世紀鐘聲敲響之前，北京市汽車總量則足足比預期多了100萬輛，其中私人小客車的數(shù)量就高達45萬輛。面對迅速發(fā)展的城市車流，停車設施建設的落后也就不足為奇。據(jù)建設部停車技術開犮推廣中心介紹，北京市停車設施的“欠賬”最保守估計為20—30%。
停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通而存在的一種交通形態(tài)，二齊相互聯(lián)系，互相影響，停車設施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容, 隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設施的需求也在不斷增加，如來兩著之間失去平衡，城市里就會出現(xiàn)停車難的一系列問題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%,而同時期城市停車基礎設施的平均增長速度只有 2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎設施的增長速度， 因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。
專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停牟場利叫效率，使部分車主更愿改乘公共交通工具，以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車場的需求。而無論釆取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局， 由于局限內(nèi)彌補不足，政府和管理部門所耑投入得精力和資金都將大大增加。
1.2本題設計的內(nèi)容
本課題的主要內(nèi)容是基于三菱FX2N系列PLC的立體車庫控制系統(tǒng)的設計，升降橫移類機械停車庫利用托板移位產(chǎn)生垂直通道，實現(xiàn)高層車位升降存取車輛。其車位結構維矩陣形式,可設計為多層和多列。由于受收鏈裝置及進出車時間的限制，-般為2?4層(國家規(guī)定最高為4層，2層、3層者居多,現(xiàn)以典型的地上2x3升降橫移式為例,說明停車庫的運行原理。
立體車庫的運動特點是：底層只能平移，頂層只能升降。除頂層外,底層都必須預留一個空車位,供進出車升降之用。底層車位進出車時，無需移動其他托板就可直接進出車輛；頂層進出車時,先要判斷其對應的下力位置是否為空,不為空時要進行相應的平移處理。
直到下方為空才可進行下降動作,出車完畢時，載車板停留在該位置，以便下次車輛的直接進入。其運動的總原則是：進車優(yōu)先。
1.3本題設計的目的及意義
作為現(xiàn)代大都市的標志，城市中心商業(yè)區(qū)髙樓大廈林立，社區(qū)道路、萵架交通干道、立交橋和地下鐵路，編織出城市立體交通網(wǎng)，汽車的住宅一停車場也有了長足的發(fā)展，由平面停車向立體停車，由簡單的機械車庫向計算機管理高度自動化的現(xiàn)代立體停車演變，成為具有較強的實用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患成為當今快節(jié)奏社會中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識。目前我國經(jīng)濟正處在高速發(fā)展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐正在加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體車庫既可以大面枳使用，也可以見縫插針的設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多力面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果釆用雙層立體式機械車庫，可使地而的使用率提高80%-90%，如果采用地上21層立體車庫的話，50平方米的土地而枳上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)餌有限的土地資源，并節(jié)約土建開發(fā)成本。
機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中釆用機械存車，還可以免除釆暖通風設施，因此，運行中的耗電從比工人管理的地下車庫低得多。這種升降橫移式機械立體車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅兇的毎個組團中或毎棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。當以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決不了上述問題時，釆用機械式立體停車設備是-個非常有效的措施。機械式立體停車設備又名立體車庫，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，是解決城市用地緊張，緩解停車難的一個有效手段?？梢灶A見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。
2. 系統(tǒng)控制方案的設定
2.1自動化立體車庫的描述
自動存取車系統(tǒng)一般由小型可編裎控制器PLC控制，包括卡號識別與移動載車板兩個過程。用戶進入車庫時，在門口刷卡進入，讀卡機自動把數(shù)據(jù)傳送到PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過判斷卡號，自動把對應的載車板移動到人車交接的位置，開啟車庫門，縮短存取車的時間。存車時，司機按照指示燈信號指引入庫，只有當車輛停放在安全位置后，停車正常指示燈才會亮。存取車完成后，車庫門自動關閉。移動載車板時，系統(tǒng)嚴格按照各種檢測信號的狀態(tài)進行移動，檢測信號包括超長檢測、到位檢測、極限位置檢測、人員誤入檢測、急停信號檢測等。若有載車板運行不到位或車輛長度超出車庫允許的長度，所有載車板將不進行動作，若檢測到急停信號，將停止一切動作，直至急停信號消失。以上信號均為硬件信號，除此之外，還可從控制軟件中設置保護信號，比如時間保護，以保證因硬件損壞而導致信號失靈時保證主體設備及車輛的安全。
（1）存車操作
司機駕駛車輛從車庫入口進入。在入口處的非接觸式讀卡機前感應區(qū)域晃以下自己的IC卡，感應過程完畢，柵欄自動升起，司機開車進入車庫。車輛進入后，柵欄自動關閉。劃卡的同時，控制器讀取車位號，車庫內(nèi)對應的載車板自動移動到人車交接的位置，車庫單元門自動打開。司機開車進入，停車到位，拉手剎，下車走出車庫，用比IC卡在車庫出口處晃一下比IC卡，車庫單元門自動關閉，完成存車操作。
（2）取車操作
司機進入車庫時，在入口處的接接觸式讀卡機前感應區(qū)域晃以下己的比IC卡，控制器自動讀取車位號，車庫內(nèi)對應的載車板自動移動到人車交接的位置，車庫單元門自動打幵，司機進入車庫，開車出來，在車庫出口處的自動讀卡機前感應區(qū)域晃一下自己的IC卡，感應完畢，讀卡機接受信息，上位控制機自動記錄、扣費，柵欄自動升起， 司機開車出場，出場后，柵欄自動關閉；同時，控制器自動讀取車位號，對應的車庫單元門自動關閉，取車操作完畢。車庫在運行過程中，有完備的自我保護裝置。一系列光電開關、接近開關、行程開關等對載車板準確運行到位起著決定性的作用。獨特的防墜落裝置、斷繩報警裝置、超速保護裝置對車輛的安全起到保護作用。車輛超長檢測、車輛停車不到位檢測、以及人員誤入檢測等信矸對車輛及人員的安全起若決定性的作用。
2.2 系統(tǒng)設計的基本步驟
立體車序系統(tǒng)設計。調(diào)試的主要步驟，如圖2.1所示
(見下頁)
在本次課題設計過程中主要考慮以下幾點：
1.深入的了解和分祈立體車庫的工藝條件和控制要求；
2.根據(jù)立體車庫的控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)的設計系統(tǒng)結構；
3.根據(jù)所設計的場所，選擇電動機的類型；
4.根據(jù)1/0的點數(shù)選擇合適的PLC的類型；
5.分配1/0點，分配PLC的輸入、輸出點；
6.設計立體車庫系統(tǒng)的梯形圖；
7.將程序輸入程序進行調(diào)試，查出錯誤，讓程序更加完善形圖設計。
確定課題
研究內(nèi)容
按要求編寫程序
設計系統(tǒng)結構
按要求確定硬件配置
設計電氣原理圖
查詢資料
制定方案
總結
記錄運行結果并分析
調(diào)試程序
圖 2.1 設計流程圖
3. 立體車庫系統(tǒng)硬件方面的設計
3.1升降橫移式立體車庫的基本結構
升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設鉻。升降橫移式立體車庫毎個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降、 橫移運動到達地而層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫地面的車只作橫移，不必升降，上層車位要將載車板升或降到地面層，駕駛員才可進入：車庫內(nèi)將汽車開進或開出車庫。圖3.1為一個地上5車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：第二層三個車位可以升降，一層的兩個車位只能橫向移動，空車位供二層的車位下降吋借用。5、6號車位可以直接存放車輛；1、2、3號車位需下降后再存放車輛;叫3號車位，則需先將5號和6號載車板右移，再將3號載車板下降;24號車位，則需先將5號載車板石移，再將2號存車板下降。由于升降橫移式停車設備對場地的適應性強，介紹系統(tǒng)各機械部分部件結構和功能，可根據(jù)不同的地形和空間進行任意的組合、排列，規(guī)?？纱罂尚?，對土建的要求比較低，因此，應用非常廣泛。
圖3.1整體圖示意圖
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本設計以兩層三列式立體車庫為模型建立硏究對象。升降橫移式立體車庫主要由結 構框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組 成。下面我們重點對車庫的主要組成(圖3.2所示)進行分析。
圖 3.2 車庫主要組成部分示意圖
1.結構框架
立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中我們選用鋼架結構(如圖3.3所示)。鋼架結構與其它建筑結構相比，具有如下特點：
圖 3.3 立體車庫的結構框架
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
鋼材在生產(chǎn)時，整個過程可嚴格控制，質(zhì)量比較穩(wěn)定，性能可靠。鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體；鋼材的物理力學特性與程力學對材料性能所作的基木假定符合較好；鋼結構的實際工作性能比較符合目前釆用的理論計算結果，計算結果可靠，所以說鋼結構的可靠性髙。鋼材具有較好塑性很韌性，鋼結構在一般條件不會因超載等而突然斷裂。在韌性方面， 鋼結構對動力荷載的適應性強，具有良好的吸能能力，抗篇性能優(yōu)越。 同時，鋼結構制造簡便，施工工期短。結構主體采用熱制H型鋼、槽鋼、角鋼和鋼扳等型材制造，具有較好的強度和剛度, 輕巧、美觀，并可二次拆卸安裝，運輸方便。
2.上載車板及其提升系統(tǒng)
每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。其丁作原理 如圖3.1所示,電機順時針旋轉時，載車板上升；電機逆時針旋轉時，載車板下降。根據(jù)載車板及車重確定鏈條所需要的傳動力。報據(jù)傳動力及載車板的移動速度確定電機功率。 根據(jù)車身高度度確定上下載車板板間的距離，根椐這個距離確定鏈條的長度，最后根椐傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。
3.下載車板及其橫移系統(tǒng)
由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。毎塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統(tǒng)，藏于載車板內(nèi)。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在計軌上行走，其中兩只為主動輪，裝在長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅動長傳動軸運轉，長傳動軸上的主動鋼輪在導軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據(jù)載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩察系數(shù)確定橫移電機的驅動功率。
4.安全裝置
上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與下載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側相應位置處各裝兩只掛環(huán)，上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四個圓環(huán)內(nèi)，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車扳在汽車和載車扳本分的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安傘裝置主要是行裎極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是：下載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如糶碰摘到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止。
安全保護裝置應符合GB17907-1999《機械式停車設備通用安全要求》。一般設有：（1）緊急停止開關；（2）防止超限運行裝置（越程限位幵關）；（3）汽車長、寬、高、重限制裝置；（4）阻車裝置（防止車輛在搬運器上滑行〉；（5）載車板上汽車位置檢測裝置；（6）出入口門、圍欄聯(lián)鎖安全檢查裝置；(7)防重疊存車自動檢測裝置；（8）車輛出入停車庫時警示裝置；（9）升降裝置失速沖頂和礅底保護裝置（如搬運器、緩沖器和對重緩沖器）;(10) 車輛出入停車庫自動門防夾裝置；（11）車輛門彈開自動停止運行 保護裝置；（12)停電時的制動及恢復時正常運行保護等。
5.立體車庫的部分
整個車庫設計由一臺PLC對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內(nèi)車輛的調(diào)入調(diào)出由PLC根椐當前各車位的 車輛存放情況，按照相應的調(diào)度策略調(diào)度車輛進。
立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩輊系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的釆集、報警與控制輸出。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關斷。強電系統(tǒng)包括載車板電機控制線路、控制電機正反轉接觸器、到位限位及載車板的上下行程限位。車庫采用車位檢測裝置代替人工找位，用升降裝置輸送汽車到位。系統(tǒng)在面板處設有急停開關，當發(fā)生意外吋，按下急停開關，斷掉所有電機的電源，使載車板無法繼續(xù)運行，以保護人員及設備的安全。
系統(tǒng)輸出控制信號包括控制電機運行方向信號，控制電機運行信號，控制電磁鐵得、失電信號，控制燈光報警信號，控制車庫照明信號。
升降橫移式立體車庫是一種比較典型的跨學科機電一體化產(chǎn)品，集機械、電子、信息總技術于一體。其中，電子技術、信息技術和傳感技術的合理運用與組合構成了車庫的控制系統(tǒng)。升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)是整個車庫系統(tǒng)的重要組成部分，也是車庫系統(tǒng)的核心。執(zhí)行機構是“四肢”，框架是“軀體”，那么控制系統(tǒng)就是“大腦”。它指揮著車庫的每個運作過程，并對整個系統(tǒng)的狀態(tài)過程進行監(jiān)控。
升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作員(人)要通過控制系統(tǒng)信總交流的平臺 (界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅動執(zhí)行結構，來完成車庫現(xiàn)場的運作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖3.4所示。
控制系統(tǒng)
車庫現(xiàn)場
操作員
檢測系統(tǒng)
圖 3.4車庫系統(tǒng)控制原理框圖
由干PLC的可靠性、抗干擾能力強。國內(nèi)外現(xiàn)有的升降橫移式立體車庫，它們的系統(tǒng)控制形式大都采用可編程控制器控制，特別是應用在智能化要求程度髙、多車位、大容量的現(xiàn)代化升降橫移式立體車庫中。
升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)釆用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、 自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常丁作狀態(tài)，手動控制應用于調(diào)試、維修狀態(tài)，復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現(xiàn)異常的緊急場合。對于本文中所列的5車位升降橫移式立體停車設備，PLC主要要控制二層三個升降電機的正反轉和一層橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全掛鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等.
3.2 PLC程序設計要求
本設計主要的是對車庫的控制系統(tǒng)設計及設輅總體結構設計，確?？蛻敉Ｈ≤嚪奖?、快捷和安全。詳細論述了控制系統(tǒng)設計的基礎上，選擇兩層三列式車庫結構為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫結構部分、傳動機構部分和控制系統(tǒng)部分。依據(jù)升降橫移式立體車庫的運行原理，在對升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計中，采用了可編程的PLC控制，運用三菱公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，并經(jīng)調(diào)試、運行，證明釆用可編程序控制器PLC)作為控制系統(tǒng)簡單易行。
升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)釆用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態(tài)，手動控制應用于調(diào)試、維修狀態(tài)，復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現(xiàn)異常的緊急場合。對于本文中所列的5車位升降橫移式立體停車設備，主要要控制上層三個升降電機的正反轉和下層橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全掛鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等。
這里具體詳述了自動控制部分和手動控制部分：
1.自動控制部分
主程序按進車優(yōu)先原則,將最多的車位保持在進車位置，便于下次車輛的停放；每個載車板運動之前，需要先判斷目標位置是否有空位，有空位是可以移動，否則，先移動目標車位。載車板的上下移動動作時互鎖的。判斷的信后依據(jù)來自各車位的限位開關。其具體移動原則如下：
a.1號車位、2號車位、3號車位只能上下移動，不能左右移動；
b.4號車位、5號車位只能左右移動，不能上下移動；
c. 下層車位上的汽車可以直接開出；
d. 上層車位的汽車，要想開出需要先按下相應車位標號按鍵，再按下叫車按鍵，然后下排車位先左右移動，讓出空位，上排車位降至下層，再開出車輛。
2.手動控制部分
程序所用狀態(tài)元件、定時器及數(shù)據(jù)存儲器均選用具有掉電保護功能的元件，當系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現(xiàn)場信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作；當發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現(xiàn)場斷點信息；當出現(xiàn)如電機過載、過熱電氣或機械故障時，自動中止系統(tǒng)的運行，并發(fā)出聲光報警，同時系統(tǒng)轉入手動方式進行故障處理?？紤]到組態(tài)控制可能出現(xiàn)上述問題，系統(tǒng)也設計了最基本的手動控制，設計了車庫上層三個車位的選擇按鈕、呼叫車位按鈕和復位按鈕，并且考慮到如果車位動作出現(xiàn)錯誤，設計了急停按鈕，這樣就能使車庫系統(tǒng)無論處于何種運行狀態(tài)都能立即停止運行，避免事故的發(fā)生。
依據(jù)以上原則，設計出控制系統(tǒng)的流程圖如下：
系統(tǒng)安全檢測
存車
取車
系統(tǒng)初始化
發(fā)出聲光報警（對應的信號燈亮）
顯示故障類型
停車
手動操作
判斷1或2或3號車位是否空位
大電動機運轉，帶動載車板上升
到達限位開關，彈出安全掛鉤
電動機不動
電動機停止工作
綠色信號燈熄滅
是否有故障
電動機是否接通
開始
是否有空車位
載車板不移動
下層車位不移動
安全掛鉤收回
大電機轉動，相應的載車板下移
到達下層限位開關，電動機停止運轉
判斷其下方是否為空
判斷所取車輛位置
下層載車板移動
Y
N
N
Y
N
Y 下
上
N
Y
圖 3.5 立體車庫動作流程圖
4.升降橫移式立體車庫系統(tǒng)軟件方面的設計
4.1 PLC的概述
PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器,是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它釆用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制,定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器是六十年代末在美國首先出現(xiàn)的，目的是用來取代繼電器的，以執(zhí)行邏輯 判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能，由此日本也稱它為順序控制器〔Sequence Controller〕提出PLC概念的是美國通用汽車公司。當時，根據(jù)汽車制造業(yè)生產(chǎn)線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制板的成本和時間，以減少汽車改型時，重新設計制造繼電器控制板的成本和時間。隨著半導體技術尤其是微處理器和微型計算機技術的犮展，到七十年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電路也都釆用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路,這時的“PLC”已不再是僅有邏輯 (Logic）判斷功能了，同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通訊功能。
美國電氣制造商協(xié)會 NEMA(National Electrrical Manu-factory Association) 從 1976 年開始，經(jīng)過四年的調(diào)査，于1980年把它正式命名為可編程序控制器，簡稱“PLC”。
4.2 可編程控制器的特點
（1）功能齊全
PLC的基本功能包括開關量輸入／輸出、模擬量輸入／輸出、跳轉和強制I/O、鼓形控制器、延時ON/OFF繼電器、內(nèi)部中間繼電器、主控繼電器、鎖存繼電器、計時器、計數(shù)器、移位寄存器、四則運算、比較、二一十進制轉換等。 PLC的擴展功能有通信聯(lián)網(wǎng)、成組數(shù)據(jù)傳送、矩形運算、PID閉環(huán)回路控制、排序查表功能、中斷控制及特殊功能函數(shù)運算等功能，PLC還具有自診斷、報警、監(jiān)控等功能。
（2） 應用靈活
其標準的積木式硬件結構，以及模塊化的軟件設計，使得它不僅可以適應大小不同、功能繁復的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合。PLC的安裝和現(xiàn)場的接線簡單，可以按積木方式擴充和刪除其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設計人員在沒有購買硬件設備前就進行“軟接線”的工作，從而縮短了整個設計、生產(chǎn)、調(diào)試周期，研制經(jīng)費相對來說也少了。
（3）操作方便，維修容易
PLC采用電氣操作人員習慣的梯形圖形式編程與功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序，對于使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說明書，操作人員經(jīng)短期的培習，就可以使用PLC; PLC帶有完善的監(jiān)視和診斷功能。PLC對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點狀態(tài)和異常狀態(tài)等均有醒目的顯示。因此，操作人員、維修人員可以及時準確地了解機器故障點，利用替代模塊獲插件的辦法迅速處理故障。
（4）穩(wěn)定可靠
現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其可靠性程度是使用機械觸點的繼電器所無法比擬的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠的工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾的措施，而且各生產(chǎn)廠家都嚴格按有關技術標準進行出廠檢驗。所以盡管PLC有各種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲器(ROM,EPROM)、輸入輸出部件(I/O)、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外設備組成。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。
輸入接口
輸出接口
中央處理器（CPU）
存儲器
EPROM
系統(tǒng)程序
ROM
用戶程序
編程器
外圍設備
電源
圖4.1 PLC內(nèi)部結構圖
4.2 可編程控制器的選擇
系統(tǒng)核心部分釆用三菱FX2N-48MR為控制元件，它是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時間髙達0.08，遠遠超過了很多大型可編程控制器。它功能強大實用,價格便宜，工作穩(wěn)定可靠,24點輸入，16點輸出，釆用繼電器輸出形式，可驅動交直流負鉞，負載電流在2A左右。220V AC供電。并且輸入端內(nèi)部自帶24V直流電源，還可為負載提供直流電源。
4.2.1 I/O 點數(shù)的分配
1、檢測點分布：
（1）載車板上汽車停放到位否檢測
釆用光電開關在底層進行掃描檢測。光電開關的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊，在載車板前后位置均進行檢測，當有車輛停放不到位時，車就把光電關光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后，系統(tǒng)才能正常工作。
(2）載車板上有無車檢測
在毎個錢車板上的一條對角線上安放一套光電幵關，用于檢測載車板上有無車。
（3）板平移運動是否到位檢測
只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝一只限位開關，用于檢測載車 板平移運動是否到位。
（4）載車板升降是否到位檢測
只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關，用于檢測載車板下降和上升是否到位。在上層載車板吊鉤是否掛好。
控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號，可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。
2、控制點分布
(1)一層載車板左右平移控制
一層載車板只有兩個，每個載車板只有左右移動兩個動作，釆用帶自動抱閘的三相交流電機控制。
(2)二層載車板升降橫移運動控制
二層載車板有三個，毎個載車板有橫移、升降四個動作，釆自動抱閘的三相交流電機控制。
(3)吊鉤動作控制
只有二的載車板使用吊鉤，每個載車板用兩套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。 根據(jù)耑要控制的電機、電磁鐵和檢測點等條件，建立電氣線路。
3、輸入點的分配
針對本課題要求，規(guī)定了PLC輸入/輸出點的分配。其中，X0到X2為呼叫開關；X3到X6為功能開關；X10到X20為限位開關。
表 4.1 輸入點的分配
1號車位上限開關
X10
3號車位下限位開關
X20
2號車位上限開關
X11
1號車位呼叫開關
X0
3號車位上限開關
X12
2號車位呼叫開關
X1
4號車位上限開關
X13
3號車位呼叫開關
X2
5號車位上限開關
X14
復位開關
X3
6號車位上限開關
X15
叫車開關
X4
1號車位下限開關
X16
停止開關
X6
2號車位下限開關
X17
4、關于輸出點的分配，定義如下：
表 4.2 輸出點的分配
1號車平臺上升
Y0
1號車平臺下降
Y1
2號車平臺上升
Y2
2號車平臺下降
Y3
3號車平臺上升
Y4
3號車平臺下降
Y5
4號車平臺左移
Y6
4號車平臺右降
Y7
5號車平臺左移
Y10
5號車平臺右降
Y11
6號車平臺左移
Y12
6號車平臺右移
Y13
PLC外部接線端口圖：
圖 I/O設備與PLC接線圖
圖 4.2 PLC外部接線端口圖
PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被釆用。本設計所釆用的編程語言是梯形圖語言。[見附錄]
4.3電氣控制系統(tǒng)
電氣控制系統(tǒng)是垂直升降類停車庫的核心技術之一，它根據(jù)操作輸入指令通過電腦程序完成存車、取車的全部動作，直接關系到存取車的速度。電氣控制系統(tǒng)主要包括：
(1) 供電部分，提供各種動作 所需的電源及相應的短路、過載、缺相、錯相等電源自動保護；
(2) 程序控制部分，根據(jù)輸入指令進行存取車程序分析，輸出各種控制動 作指令；
(3) 召喚操作盤和信號指示部分，用于輸入存取車指令， 顯示工作狀態(tài)或故障信息，操作運行可采用全自動運行或手動分解運行方式；
(4) 調(diào)速部分，比較先進的是釆用變頻器控制電機實現(xiàn)升降速度、橫移速度的調(diào)節(jié)；〔5〕故障自動跟蹤檢測及處理部分。
表4.3 電氣符號及名稱
符號
名稱及用途
符號
名稱及用途
M1
升降電動機1
QS
電源隔離開關
M2
升降電動機2
SB0
控制端總啟動停止按鈕
M3
升降電動機3
SB1 SB2
升降電動機1啟動停止按鈕
KM1
升降動機1正轉接觸器
SB3 SB4
升降電動機2啟動停止按鈕
KM2
升降電動機1反轉接觸器
SB5 SB6
升降電動機啟動停止按鈕
KM3
升降電動機2正轉接觸器
FR1
主電動機1繼電器
KM4
升降電動機2反轉接觸器
FR2
主電動機2繼電器
KM5
升降電動機3正轉接觸器
FR3
液11電動機繼電器
KM6
升降電動機3反轉接觸器
FU1—FU2
熔斷絲
SQ1
一號車位下降停止行程幵關
KM7
橫移電動1機正轉接觸器
SQ2
一號車位上升停止行程開關
KM8
橫移電動1機反轉接觸器
SQ3
二號車位下降停止行程幵關
KM9
橫移電動2機正轉接觸器
SQ4
二號車位上升停止行程幵關
KM10
橫移電動2機反轉接觸器
SQ5
三號車位下降停止行程幵關
SQ6
三號車位上升停止行程幵關
4.4工作原理
雙層停車庫主要由三個電動機，熔斷絲，繼電器及按鈕幵關等組成。電動機運轉全是通過對按鈕的操作實現(xiàn)。如圖所示，三個電動機并接在電源上，在單獨控制M1電動機正反轉時合上 電源幵關QS按下啟動按鈕SB1，線圈通電，其主觸點閉合，M1電動機接通電 源啟動正轉，KM的輔助觸點同時閉合。當松幵SB1時KM的線圈通電，其本身的常開輔助觸點繼續(xù)保持通電，保證M1電動機連續(xù)運轉。（KM輔助觸點的作用是：當手松開啟動按鈕時，SB1自動復位，但是繼電器的線圈不斷電，接觸器SQ1利用自己的常開觸點保持線圈通電的電路，構成了自鎖電路）,當觸動行程幵關 事情時電動機停止轉動。當按下SQ2按鈕，KM2線圈通電，其主觸點閉合， 電動機接通啟動，反轉幵始，當觸動行程幵關SQ2時電動機停止。
由于電動機M2和M3是用順序控制操作，在控制電動機M3時的接觸器KM5工作后，控制主電動機M2才能幵始工作。按下啟動按鈕SB5，KM5線圈通電，其主觸頭閉合，M3電動機接通電源，啟動電動機正轉，KM5的輔助線圈同吋閉合，觸動行程開關SQ5時自動停止。按下SB3按鈕，線圈通電，其主觸頭閉合，M2電動機接通電源啟動，幵始正轉，當觸動行程開關SQ3 S自動停止，再按下SB4按鈕時，線圈通電，其主觸頭閉合，M2電動機接通電源啟動開始反轉，觸動行程開關SQ4時自動停止。同時按下SB6按鈕， KM6線圈通電，M3電動機接通電源開始反轉，觸動行程開關SQ6時自動停止，完成順序控制。
致 謝
本次設計由張老師的指導，張老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、深厚的知識積累和謙遜熱情的做人風格使我深受熏陶,受益匪淺! 在設計過程中曾多次得到張老師的耐心輔導,另外在設計過程中班上的同學們得到了很多幫助，特別是在計算機的使用方面給于了很多幫助，并提出了許多寶貴建議. 本次畢業(yè)設計是對我們每個學生在校學習期間所學知識與生產(chǎn)實踐技術所進行的一次綜合性的全面考察；培養(yǎng)了我們運用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力；它還為我們了解一般機械工程設計的基本思想打下良好的基礎；在設計方案的擬定,設計資料的收集,手冊，國標選用，設計方法的運用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面，有一次較全面的鍛煉。對我們進入社會具備一定獨立工作能力起了良好的作用,能較好的適應工作。
在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!
參考文獻
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附 錄
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