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基于PLC的升降横移式立体车库毕业设计

发布日期:08-05阅读数量:所在栏目:立体停车设备价格

  基于PLC的升降横移式立体车库毕业设计_工学_高等教育_教育专区。陕西国防学院机电工程学院毕业论文 摘要 随着科技的不断进步,城市人口的不断增加,人与地的矛盾也日益凸显出来。近年来 我国经济飞速增长,人们的生活水平不断提高的同时汽车拥有率也迅速上升,以往那种单 平面

  陕西国防学院机电工程学院毕业论文 摘要 随着科技的不断进步,城市人口的不断增加,人与地的矛盾也日益凸显出来。近年来 我国经济飞速增长,人们的生活水平不断提高的同时汽车拥有率也迅速上升,以往那种单 平面的停车场或者停车坪已经不能够满足人们的需求。多停车位、少用空间、操作简单、 安全可靠是人们对车库改造的目标,而立体车库的出现则消除了车多地少、有车没处停的 局面。 立体车库在中国是一个新兴行业,立体车库可以缓解城市动静态交通问题、改善居 住环境有效利用土地价值。立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车 车库,通过可程序设计控制器(programmable logic controller ,简称 PLC)控制车位 空间位置的变化,使汽车的位置发生从平面到空间的变化,实现了单层平面停靠多辆汽车 的可能。升降横移式立体车库利用托盘位移产生垂直通道,实现多层车位的升降来存取车 辆。 目前,立体车库主要有一下几种升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降 式、平面移动式、巷道堆垛式等。本文主要通过对升降横移式立体车库原理的研究,探讨 了应用可程序设计控制器 PLC 在计算机自动化控制系统中的应用,介绍了 3x6 立体车库模 型实现情况。由于系统采用了 PLC 控制,按动控制按钮即可完成汽车的存取过程,操作 简单、存取方便。控制电路部分采用交流接触器的传统控制方式,运行安全可靠。机械车 库具有突出的节地优势以往的地下车库要留出足够宽的行车信道,平均一辆车就要占据 40 平米的面积,而采用立体车库可使地面的使用率提高 80%-90%,如果采用地上多层(21 层)立体车库的线 平米的面积就可以停放 40 辆车,这可以大大的节省有限的土地资 源,并节省土地开发成本。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。 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 目录 1 绪论.................................................................... 1 1.1 立体车库概述 ....................................................... 1 1.1.1 概述 ......................................................... 1 1.1.2 立体车库的分类及其特点........................................ 1 1.2 立体车的国内外发展情况 ............................................. 6 1.2.1 国内发展情况 ................................................. 6 1.2.2 国外发展情况 ................................................. 7 2 部分立体车库控制方式的比较 .............................................. 9 2.1 立体车库的控制形式 ................................................. 9 2.1.1 继电器控制 ................................................... 9 2.1.2 可编程控制器(PLC)控制....................................... 9 2.1.3 单片微机(Single Chip MicroComputer)控制...................... 10 2.2 立体车库控制方式的比较 ........................................... 11 2.2.1 升降横移立体车库的控制系统 .................................. 11 2.2.2 垂直循环式车库的控制系统..................................... 12 2.2.3 巷道堆垛式 .................................................. 12 2.2.4 水平循环式 .................................................. 13 2.3 几种立体车库的特点及比较 ......................................... 14 2.4 选择设计的立体车库 ............................................... 15 3 升降横移式立体车库 ..................................................... 16 3.1 升降横移式立体车库的主要组成部分.................................. 16 3.2 升降横移式立体车库车位结构........................................ 16 3.3 升降横移式立体车库的结构及运行规图................................ 16 4 升降横移式立体停车库的硬件系统 ......................................... 18 4.1 控制系统控制核心单元的选择 ........................................ 18 4.2 传感器的选择 ..................................................... 19 4.3 行程开关 ......................................................... 20 4.4 驱动元件 ......................................................... 21 4.5 生成控制系统 PLC 硬件接线图 ....................................... 22 5 升降横移式立体停车库的软件系统 ......................................... 24 5.1 软件所要完成的控制任务 ............................................ 24 5.2 控制程序流程图 .................................................... 24 5.3 控制程序优化 ...................................................... 24 6 升降横移式立体车库的控制系统 ........................................... 27 6.1 升降横移式立体车库的控制系统 ...................................... 27 6.2 升降横移式立体停车库 3×6 控制系统 ................................. 28 6.2.1 升降横移式立体停车库控制系统的控制任务 ....................... 28 6.2.2 升降横移式立体停车库控制系统的基本要求 ....................... 30 6.3 PLC 的 I/O 口资源配置 .............................................. 32 6.4 升降横移类立体车库的梯形图 ....................................... 33 总结..................................................................... 42 致谢..................................................................... 43 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 1 绪论 1.1 立体车库概述 1.1.1 概述 机械式立体车库就是以立体化的方式用机构来存取、停放车辆的整个停车设施,即用 机械设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位元取出的方式。机械式立体停库是近几 十年顺应市场经济发展,在市场需求的迫切影响下应用而生的一种新型停车系统,与传统 的自走式停车库不同,用地紧张、车多地少的状况下,将车辆多层存放,其最大优点是能 够大量节省有限的地表面积,将停车位向空间和地下发展,采用光机电方式存取汽车,自 动化程度较高,代表了停车场的发展方向。 1.1.2 立体车库的分类及其特点 机械式立体车库种类较多运行原理和组成结构各有特点,目前我国把机械式停车设备 共分为九大类,即:升降横移式(psh)、垂直循环式(pcs)、简易升降式(pjs)、垂直升 降式(pcs)、平面移动式(ppy)、巷道堆垛式(pxd)、多层循环式(pds)、汽车专用升降机 式(pqs)。上述各类型的停车设备,采用不同的工作原理和技术,适用于不同的场地条 件,各有特点和优势。 (1)升降横移式立体车库:采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立 体车库叫做升降横移机械式车库。升降横移式立体车库采用模块化设计,车位数从几到上 百均可采用,能够利用多种场地条件,运用多种组合方式,有效利用场地现有空间,也能 广泛适用于地下停车场及地面停车场的改造,主要应用在住宅小区的的公用停车场、机关 单位、商用写字楼、宾馆的地上地下停车场,存取车快捷便利,独特跨梁设计,车辆出入 无障碍。采用 PLC 控制,自动化程度高。环保节能,低噪音。如图 1-1 所示。 1-1 升降横移式立体车 1 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 (2)垂直循环式立体车:库采用垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆的停车设 备直循环类立体车库。这种停车库设被动力单一、控制简单、占地面积小,适合散地块、 下小规模停车场,也可用于机关单位车辆不多、停车区域小又分散车场。在 58m2 的地方 建起大型垂直循环类机械停车库,可容纳 34 辆轿车或 24 两面包车。 方便:使用 PLC 自动调车, 一次按键即可完成存取车。 迅速:调车时间短,取车快速。 灵活:可设置在地面上或半地上半地下,可独立或附设在建筑物内,还可多台组合。 经济:可省去购置土地的大量费用,有利于合理规划和优化设计。 省电:一般不需要强制通风,无大面积照明,耗电量仅为普通地下车库的 35%。如图 1-2 所示 1-2 垂直循环式立体车库 (3)水平循环式立体车库:采用一个循环运动的车位系统存取停放车辆的机械设备的 车库叫做水平循环式立体车库。 2 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 1-3 水平循环式立体车 (4)多层循环式立体车库:是通过使载车板作上下循环运动,来实现车辆多层循环 式停车的,从而减少占地面积,提高存取车自动化程度的机械式立体车库。多层循环式立 体车库最适宜建造于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所,如建筑在地下室、广 场、便道的地下及高架桥下面,如图 1-4 所示。 1-4 多层循环式立体车库 (5)平面移动式立体车库:采用在同一层上用搬运台车或者起重机平面移动车辆,或 使载车板平面横移实现存取停放车辆,也可用搬运平台和升降机配合实现多层平面移动存 取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类立体车库。整机特点:每层的车台和升降机分 别动作,提高了车辆的出入库速度,可自由利用地下空间,停车规模可达到数千台。部分 区域发生故障时,不影响其他区域的正常运行,因此使用更加方便;采用以车辆驾驶员为 中心的设计方法,提高了舒适性。采取多重保险措施,安全性能卓越;通过计算机和触屏 接口进行综合管理,可全面监视设备的运行状况,并且操作简单。如图 1-5 所示: 3 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 1-5 平面移动式立体车库 (6)巷道堆垛式立体车库:采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运机器的车辆 水平且垂直移动到存车位,并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。这种停车设备是 20 世纪 60 年代后欧洲更具自动化立体仓库原理设计的一种专门用于停放小汽车的立体车 库。该种立体车库的设备采用先进的计算机控制,是一种集机光自动控制的为一体的全自 动化立体停车库,它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题:巷道堆垛式立体 车库主要适用于需要大型密集式停车的地方,可设置于地上或地下,充分利用有效空间。 载车板的升降和行走同时运行,存取车方便快捷。全封闭式管理,安全可靠,保障人、车 安全。如图 1-6 所示: 1-6 巷道堆垛式立体车库 (7)垂直升降式立体车库:也称为塔式机械式立体停车库,它是通过升降机的升降和 装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移,实现存取车辆的机械式停车设备。它又称 4 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 为塔式机械式立体停车库或电梯式立体停车库。垂直升降式立体车库在我国发展比较快, 特别是一些电梯企业因这类设备的升降机构部件与电梯类似,而对其进行了大量的研究, 并且大量生产。垂直升降式立体车库类似于电梯的工作原理,在提升机的两侧布置车位元, 一般地面需要一个汽车旋转台,可以省去司机调头。如图 1-7 所示: 1-7 垂直升降式立体车库也称 (8)简易升降式立体停车库:分为上下两层或二层以上,借助升降机构或俯仰机构 使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降式立体停车库。简易升降类机械式 停车设备一般为准无人方式,即人离开后移动汽车的方式。一个车位泊两台车 。(最适宜 多车型家庭用)构造简单实用,无需特殊地面基础要求。适合装置于工厂、别墅、住宅停 车场。可任意迁移,搬迁安装容易或根据地面情况,独立及多台设备。备有专用锁匙开关, 防止外人开动设备。车板防下滑保险装置。如图 1-8 所 1-8 简易升降式立体停车库 (9)汽车专用升降机是专用于处于不同平面的汽车搬运的升降机,它只起搬运作用,无 自接存取功能。当前,由于土地资源稀缺,建设立体车库时往往会遇到土地狭小而无法采 用建设自走式坡道车库的情况,这个时候就可以采取汽车升降机的办法,将汽车直接升降, 5 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 替代汽车进入车库的斜坡道,大大节省了空间,提高了车库的利用率。汽车升降机适用于 小区、医院、酒店、写字楼、空港等多层车库,替代汽车自走坡道,节省了大量的土地。 如图 1-9 所示: 1-9 汽车专用升降机 1.2 立体车的国内外发展情况 1.2.1 国内发展情况 进入 20 世纪以来,在国内举办了多个与停车设备相关的展览会,2006 年十月在上海 举办的“2006 上海国际停车设备和智能系统展览会”同样热闹非凡,它吸引了来自德、 日、美等世界上知名的停车设备制造商,全自动立体停车设备的容车能力及其技术完备, 先进程度已被世界广泛承认和接受 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 6 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 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,技术水准低;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。 1.2.2 国外发展情况 早在 60 多年前,立体停车就在国外有所发展,自动立体停车装备系统在世界各地 的 发 展 是 极 不 均 衡 的 ,德 国 开 发 最 早 ,技 术 居 于 领 先 地 位 ,在 二 层 及 多 层 平 面 式 立 体停车库系列中,它已发展了 H 型、U 型和 V 型。日本由于国土面积小而应用最广, 自从 1959 年引进了建造机械式立体停车库技术之后,到 1983 年,就已经在本土上 共建造了 25454 座多种形式的机械式车库,平均每座容车量达到十辆左右,最多的 能达到百辆以上。从上世纪七十年代末期起,车库容量年递增率为 5%-7%,已经赶 上了同期汽车拥有量的年递增率 4%-6%,从技术特征上看,日本更重视竖式自动立 体车库的发展,即密集型自动立体停车库的发展。进入 20 世纪以来,在国内举办 了多个与停车设备相关的展览会,全自动立体停车设备的容车能力及其技术完备, 先 进 程 度 已 被 世 界 广 泛 承 认 和 接 受 。国 内 正 处 于 经 济 与 建 设 发 展 阶 段 ,目 前 已 有 国 外多种立体车库进入中国市场。 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。 7 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 车库往往是建筑后期才会考虑的事情。他们往往宽大而偏重实用性,只为车辆提供必 要的停放空间而不过多考虑审美需要。它也是开发商不愿花费成本,却又无法回避的一个 部分,然而,随着城市规模的扩大和运输技术的进步,车库的角色和作用必须重新定义。 8 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 2 部分立体车库控制方式的比较 2.1 立体车库的控制形式 车库控制形式是根据车库的具体情况选定,要综合考虑到其规模、应用场合等各方面 因素而定,在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:继电器逻辑电路控制、 可程序设计控制器控制、单片机控制。 2.1.1 继电器控制 在立体停车库的应用初期,继电器控制形式比较常用。它主要是利用多个主交流接触 器、中间接触器以及超载热继电器等电器组件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑 电路。随着电子技术的飞速发展,诞生了许多其它形式的控制元器件,并已经很快的取代 了这种早期的控制形式。但对于小型低成本的立体停车库,继电器控制还在继续被使用。 在小型的立体停车库中,其控制组件比较少,专用性比较强,利用继电器控制,其电 路也相应的简单,电路搭载用时少,成本也很低,适合于家庭用立体停车库。继电器控制 也有许多不足之处。第一,难以实现智慧模块化控制;第二,不适合应用于大规模、大容 量的立体停车库;第三,元器件的损坏率比较高,车库运行的可靠性不佳;最后,随着驱动 部件的不断增加,其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。所以对于大中型立体停车库,其 控制形式就不适合运用继电器的控制形式。 2.1.2 可编程控制器(PLC)控制 国内外现有的立体停车库,它们的系统控制形式大都采用可程序设计控制器控制,特 别是应用在智慧化要求程度高、多车尾、大容量的现代化立体停车库中。 可程序设计控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点: 1.灵活、通用 在继电器控制系统中,使用的控制器件是大量的继电器,整个系统是根据设计好的电 器控制图,由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的,其过程费时费力。如果因为工艺 上的稍许变化,需要改变电器控制系统的话,那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除, 而重新进行布线、焊接、固定等工作,耗费了大量的人力、物力和时间。而可程序设计控 制器是通过存储在内存中的程序实现控制功能的,如果控制功能需要改变的话,只需要修 改程序以及改动极少量的接线.可靠性高、抗干扰能力强 对于立体停车库而言,可靠性是一个非常重要的指标, 如何能在各种恶劣的工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下,平稳可 靠的工作,将故障率降至最低,是研制每一种控制器件必须考虑的问题。PLC 的研制者在 9 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 这一方面采取了许多有利的措施,使 PLC 具有很高的可靠性和抗干扰能力,因此被称为 “专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。 3.程序设计简单、使用方便 用单片计算机实现控制,使用的是汇编语言,难于掌握,要求用户具有一定水平的计 算机硬件和软件知识。而 PLC 采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言”程序设计, 容易掌握。PLC 易于程序设计,程序改变时也容易修改,灵活方便。 4.接线简单 PLC 的接线只需将输入设备(如按钮、开关等)与 PLC 输入端子连接,将输出设备(如 接触器、电磁阀等)与 PLC 输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀,接线工作极其简单、工 作量极少。 5.功能强 现代 PLC 不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能,而且还能完成 A/D, D/A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此,它既可对开关量进行 控制,又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库,又可控制一个车库群。既 可现场控制,又可远距离控制。既可控制简单系统,又可控制复杂系统。 6.体积小、重量轻和易于实现机电一体化 由于 PLC 采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于 PLC 是专为工业控制而设计的专用计算机,其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧,并由于具 备很强的可靠性和抗干扰能力,使之易于装入机械设备内部,因而成为实现机电一体化十 分理想的控制设备。 同样,可程序设计控制器控制也有其不足的地方,在性价比上要高于继电器控制和单 片微机控制;其开发潜力要差于单片微机,不如其功能灵活多样;通用性不好,不同厂家的 可程序设计控制器以及其附属单元都是固定专用等等。 可程序设计控制器在升降横移式立体停车库的控制系统中被广泛的应用,并在停车库 的发展演化中起着非常重要的作用,本文车库系统即采用可程序设计控制器控制形式。 2.1.3 单片微机(Single Chip MicroComputer)控制 单片微机就是我们通常所说的单片机,是将 CPU, RAM, ROM(EPROM)、定时器/计数器 和 1/0 界面全部集成在一个硅片上。单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形 式,由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便,可以直接装到 仪器设备上,所以在 20 世纪 80 年代以来得到飞速发展。理论上也可用于立体停车库系统, 10 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 但实际上在立体停车库的控制系统中,单片微机控制却没有得到广泛的推广应用,其原因 主要有以下几点: 1.单片微机控制系统开发周期比较长,系统调试耗时比较多; 2.单片微机抗干扰能力比较弱,所以对现场工作环境要求很苛刻; 3.单片微机自身就是弱电驱动,但是对于停车库系统来说,执行部件是电机,属强电系 统,这就需要由弱电驱动强电,随着驱动环节的增加,系统的可靠性就下降了; 4.单片微机控制系统,其控制程序基本上是汇编语言,汇编语言虽然功能比较强大,但 是程序编制工作量比较大。 因此,单片微机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还不成熟,也是以 停车库系统研究开发的一个方向。 2.2 立体车库控制方式的比较 2.2.1 升降横移立体车库的控制系统 由 PLC 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。 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。 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。 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 11 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 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。 2.2.2 垂直循环式车库的控制系统 操作简单、快捷,使用方便,安全可靠,维护量小,为用户提供一个安全、简易的使 用环境,这是对自动化立体停车设备的基本要求。 该立体车库控制系统需要完成的控制动作包括: 能够完成自动监测(托盘内有无车 辆、存车的位置、空车位等)、对电机能自动控制正反转以完成自动存取车、可以实现自 动收费.能够通过远程遥感控制来实现停取车辆, 还要有为了安全设置消防系统等,因此 设计的立体车库的控制系统主要由车库自动检测系统、自动计费管理系统、自动存取车系 统、消防自动报警系统和自动灭火系统组成,考虑通过微型计算机、可编程控制器 (Programming Logic Controller,简称 PLC)来完成控制。 车库只设一个存取车口,采用后进入库,前进出库,在口上有 IC 卡读卡机以识别车 主身份,存车时车主只需在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃一下自己的 IC 卡,车 库将自动将空车辆托运盘调出并打开车库门,车主开车进入车库,将车驶入调出的空托运 盘上,停车到位即可离开,车库门自动关闭:取车时,车主在入口处的非接触式读卡机前 感应区域晃一下自己的 IC 卡,控制器自动读取车位号,车库内对应的托车盘将自动把车 辆送出,车库门打开,车主入内开车出来,库门自动关闭。 车库自动检测系统完成以下功能: (1)存车时,首先由自动监测装置来检测各停车用的托运盘上是否有车一在每个托 盘一条对角线上安装一套光电开关,可检测其上有无车辆。如检测到车位上有车,则其结 果为 1,反之为 0,检测结果存入计算机中。 (2)将车辆停放到托盘上时,检测托盘上停放汽车长宽高重是否超限以及停放是否 到位:采用光电开关在出入口底部进行扫描检测,光电开关的接收器和发射器分别安装在 底层左右两边,在托盘前后位置均进行检测,当有车辆不符合规定的容车尺寸或停放不到 位时,车就把光电开关光源挡住,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。 (3)取车时,检测出入口处托盘上车辆是否被取走,如取走则车库关门。 2.2.3 巷道堆垛式 自动存取车系统一般由小型可编程控制器PLC控制,包括卡号识别与移动载车盘两 个过程。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控制系统, 12 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 PLC系统通过判断卡号,自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置。存车时,司机按 照指示灯信号指引入库,只有当车辆停放在安全位置后,停车正常指示灯才会亮启。存取 车完成后,车库门自动关闭。移动载车盘时,系统严格按照各种检测信号的状态进行移动, 检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若 有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度,所有载车盘将不进行运作,若检测 到急停信号,将停止一切运作,直至急停信号消失。 除此之外,还可从控制软件中设置保护信号,比如时间保护,以保证因硬件损坏而导 致信号失灵时主体设备及车辆的安全。 现场控制器可以通过网卡、Hub等网络设备与控制中心的局域网相连接,实现远程 管理,监测现场运行情况。当现场出现故障时,在控制中心即可解决,方便管理人员、安 保人员异地办公。 2.2.4 水平循环式 水平循环式立体停车库可根据地形及高度条件随意多层组合,可以建在广场上、楼房 旁、立交桥下或地下室内,极适合于厂矿企业、机关内部和居民小区内停车。 本车库 2 层 8 位,上层为 U ,下层为 D ,水平面为 M ;N 为机动位。水平面 M 为出 入口,车辆从水平面出口处进出,上下层 1~8 号车位载车板, 通过上下移位进入水平面,完成车辆的存取。上下层车位载车板在机动位 N 处能够升 降移动;上层停车位载车板 U 和下层停车位载车板 D 在电机的拖动下可以水平移动,从而 使车辆在程序的控制下达到合理的存取动作。 车库的工作原理如下:为安全起见,升降 机的初始状态在出入口平层位置,且上面有载车板;当有存车动作发生时,且有车辆经转 盘交接到升降机上后,控制程序根据就近原则快速将车辆存入库内。当有取车动作发生时, 升降机下降到 U 层或 D 层(根据取车要求)等待载车板的交接—车辆的取出。 如图 1 所示:1~8 号位置为载车板的停放位置,N 为机动停车位。1 号位载车板可以 直接上升;8 号位载车板可以上升或下降;2#、3#、4#、5#、6#、7#位载车板横移, 与 1#、8#位的升降构成内部的循环过程。用户想要存 1 # ~8 # 车辆并按下控制面板 上相应的车位按钮时,车库内部的上层载车板按照逆时针方向在上层拖动电机的带动下向 出口处移动,当载车板移动到 1# 车位时,由相应的限位开关和光电开关检测,将要运送 出车库的载车板是否为用户所要存储的车位。到达 1# 车位的载车板是用户所要求的编号 时,出口处的 1 号升降机将载车板提升到出口处,执行存车动作。若到达 1# 车位的载车 板不是用户所要求的编号时,出口处升降机将载车板降至底层机动位 N,当载车板和下层 平移履带结合完毕时,在下层拖动电机的带动下,按照逆时针方向将载车板送至下层存车 13 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 位,此时 8# 载车板到达内部升降机底部,当 8# 载车板和内部升降机链条结合完毕时, 内部升降机将 8# 载车板提升至上层机动位 N,同样载车板与履带结合完毕时,在上层拖 动电机的带动下继续执行上层车位的平移工作,直到到达原 1# 车位的载车板为用户要求 的编号时为止,系统内部的循环过程告一段落。 2.3 几种立体车库的特点及比较 更具以上几种车库的控制方式及特点,进行以下比较。 (一) 升降横移式 升降横移式立体车库采用模块化设计,每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半 地下等多种形式,车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场,配置灵 活,造价较低。 1. 产品特点: (1) 节省占地,配置灵活,建设周期短。 (2) 价格低,消防、外装修、土建地基等投资少。 (3) 可采用自动控制,构造简单,安全可靠。 (4) 存取车迅速,等候时间短。 (5) 运行平稳,工作噪声低。 (6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。 (二)巷道堆垛式 道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具,所有车辆均由堆垛机进行存取, 因此对堆垛机的技术要求较高,单台堆垛机成本较高,所以巷道堆垛式立体车库适用于车 位数需要较多的客户使用。这种车库自动化水平很高,且全封闭式建造,存车安全性高。 14 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 (三)垂直提升式 垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理,在提升机的两侧布置车位,一般地面需 一个汽车旋转台,可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高(几十米),对设 备的安全性,加工安装精度等要求都很高,因此造价较高,但占地却最小。 (四)垂直循环式 产品特点: 1) 占地少,两个泊位面积可停 6~10 辆车。 2) 外装修可只加顶棚,消防可利用消防栓。 3) 价格低,地基、外装修、消防等投资少,建设周期短。 4) 可采用自动控制,运行安全可靠。 2.4 选择设计的立体车库 由于升降横移式立体车库由于适应性强而倍受青睐,该类车库每个车位均有在载板 (即托盘),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辆只做横移,不必升降,上层车位或 下层车位需通过中间层移出车位,将载车板升或降到地面层,驾驶员才可以进入车库内将 汽车开进或者开出车库,升降由一台电机拖动,通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降,横向移 动的借助导轨,也是利用一台电机便可实现车位移动,它的主要优点在于同一层的车位移 动独立,可以自由动作并且时间短,缩短了存取车的时间。因此,本文选择升降横移式立 体车库进行设计。 15 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 3 升降横移式立体车库 3.1 升降横移式立体车库的主要组成部分 升降横移式立体车库主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防 护措施五大部分组成。本文主要研究其控制系统。 3.2 升降横移式立体车库车位结构 升降横移式立体车库结构为 N×M 二维矩阵模式,可设计为多层、多列,车库提供总 容量车位元为:P=N×M-(N-1) 其中:N 为二维矩阵的行,即车库的层数 M 为二维矩阵的列,即车库的列数 3.3 升降横移式立体车库的结构及运行规图 由于受收链装置及进出车时间的限制,一般为 2-4 层(因为国家规定最高为 4 层), 以 2、3 层居多,可根据泊车的多少决定停车库的规模。假如设计一座能提供 16 车位的三 层升降横移机械式车库。由公式可知,N=3,P=16,则 M=16,即设计 3×6 立体车库完全可 以满足要求。本论文就以 3×6 地面上布置的升降横移式立体车库为例,介绍其运行原理。 2-1 是全地上布置形式的 3×6 升降横移式立体车库,共 18 个车位,16 个托盘,最多停 16 辆车,n 号托盘上为 n 号车。车库内运行的情况是这样的:图中 1、2、3、4、5 号车直 接存取:16 号车下降到地面层后存取车:6、7、8、9、10 号车则需 1、2、3、4、5 号车 横移出空位后下降到地面层存取车。11、12、13、14、15、16 号车位通过 1、2、3、4、5 号车位和 6、7、8、9、10 号车位的横移让出空位后再下降到地面层存取车。如需在 13 号位存取车,则将 8、9、10 号车位和 3、4、5 号车位向右移动,,13 号车位下降即可, 如需在 6 号车位存取车则 1、2、3、4、5 号车位向右横移,6 号车位下降即可。同样 n 层 m 排的取车原理都是相同的。 16 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 图 3-1 升降横移式立体停车库 我们发现地面上布置的升降横移立体车库结构特点为:底层只能平移,顶层只能升降, 中间层既可平移又可升降。除顶层外,中间层和底层都必须预留一个空车位,供进出车升 降之用。当底层车位要存取时,无需移动其它托盘就可直接进出车;中间层、顶层进出车 时,先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进行相应的平移处理,直到下方为 空时才可进行下降和进出车动作,进出车后托盘再向上回升到原位。其运动总原则是:升 降复位,平移不复位。地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。 17 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 4 升降横移式立体停车库的硬件系统 控制系统硬件确定主要包括系统控制形式及控制核心单元的选择、输入参量的检测和 传感器的选择、输出驱动方式和驱动组件的选择、人机联系方式的选择,最后生成硬件接 线 控制系统控制核心单元的选择 升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元确定与控制任务有关,3×6 升降横 移式立体停车库有 11 个提升大电机,10 横移小电机,由控制单元的输出点控制,并要求 实现正反转,故需要 42 个输出点;托盘行程开关:横移定位开关 20 个,升降定位有 22 个,行程开关的位置监测信号可作为控制系统的输入,即需 42 个输入点。此外车库的控 制系统要对车库运行进行监控、安全监测等。所以控制系统的输入/输出点至少在 100 以 上,对于如此众多的输入/输出点,继电器和单片微机控制系统很难达到,而对于可程序 设计控制器就显得很简单,它在理论上,可无限制的扩展输入/输出模块。从功能、性能、 经济等各方面考虑,3×6 升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元采用 CP1H 系列 的非集成式可扩展型可程序设计控制器。只要选择与输入/输出模块相匹配的电源和 CPU 单元,可程序设计控制器便可完成 3×6 升降横移式立体停车库控制任务。可程序设计控 制器的系统框图如下图 4-1: 图 4-1 可编程控制器的系统框图 S7-200 PLC 的 CPU 模块包括一个中央处理单元、电源以及 I/O 点,这些都被集成在 一个紧凑、独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部 18 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 分则输出控制信号,驱动外部负载。 新一代的 CPU 模块按 I/O 点数多少不同和效能不同 而有五种不同结构配置的品种,即 CPU221、CPU 222、CPU224、CPU224XP、CPU226,其中 CPU 226 集成 24 输入/16 输出共 40 个数字量 I/O 点,数据存储容量 10KB,7 个扩展模块, 最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点,3K 字节程序和数据存储空间,6 个独立的 30kHz 高速计数器,2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出,具有 PID 控制器,2 个 RS485 通讯/编程口,具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容 易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统,具有更多的输入/输出点,更强的模块扩展能 力,更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控 制系统。 本文 3×6 升降横移式立体车库控制系统总共有 97 个数字量输入,63 个数字量 输出,根据 I/O 点数,以及程序容量和控制的要求,选择 CPU226 作为该控制系统的主机, 外加 5 个扩展模块即可满足使用要求。其中 2 个数字量输入模块 EM221,其类型为 16 点 24VDC 输入;3 个数字量输入/输出模块 EM223,其类型为 16 点 24VDC 输入/16 点 24DC 输 出。 4.2 传感器的选择 3×6 升降横移式立体停车库控制系统要完成对车库现场的监控、运动位置的检测等 任务,需要大量的检测传感装置。在选择检测传感装置时,其装置一般要符合以下要求: 1.输入输出信号之间要求一定的函数关系。经常要求时单值、直线性的函数关系,即 符合 Sc=ASr+K 式中:Sc—传感器的输出值; A—灵敏度系数,常数; Sr—传感器输入值; K—零点输出,常数。 2.有较高的的灵敏度和较大的信噪比。灵敏度高,意味着被测量有微小变化时传感器 就有较大的输出,但又要求传感器本身噪声小,且不易从外界引进干扰噪声。 3.响应速度快又不失真。即要求输出信号随输入信号变化的响应时间越短越好。 4.线性范围宽。任何传感器都有一定的线性范围,在线性范围内输出与输入成正比关 系。线性范围愈宽,表明传感器的工作量程愈大。 5.稳定性好,抗干扰能力强。稳定性指传感器经过长期使用后其输出特性不发生变化。 影响传感器稳定性的是时间和环境,环境又包括温度、湿度、尘埃、振动、电场、磁场干 扰等因素。 19 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 6.有较高的精确度。传感器的精确度表明传感器输出与被测量之间的对应程度以 及重复一致的程度。 7.输出信号易于微机接口。对于控制系统而言,要求传感器的输出信号尽量符合计算 机控制系统输入通道的信号要求,即为 0~5V, 1~5V, 0~10V, 0~20mA, 4 ~20mA 等标 准电压、电流。 8.结构要简单,易于安装更换,易于维护,性价比要好。 在选择传感器监测装置时, 要以上述要求为依据。下面是 3×6 升降横移式立体停车库控制系统中所涉及到的传感监 测装置: 红外探测器 停车库安装红外探测器有两种功能:车库在运行时,不允许有其它物体进入车库工作 区域,例如人和小宠物;在夜间或者无管理员时,防止偷盗和蓄意破坏等违法行为。在警 戒范围内,为什么人在移动时被动红外探测器能够发生报警信号?在自然界,任何高于绝 对温度(-273. 151C)的物体(例如人和小宠物),其释放的红外能量的波长是不一样的,因 此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件,一个是热 释电红外传感器(PTR),它能将波长为 8-12 u m 之间的红外信号变化转变为电信号,并能 对自然界的白光信号具有抑制作用,因此在被动红外探测器的警戒区内,当无人体移动时, 热释电红外感应器感应到的只是背景温度,当人体或小宠物进入车库运行警戒区,通过菲 涅尔透镜,热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号,因此,红外探 测器的红外探测基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是 菲涅尔透镜,菲涅尔透镜有两种形式,即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是 聚焦作用,即将热释的红外信号折射 (反射)在 PTR 上,第二个作用是将警戒区内分为若 干个明区和暗区,使进入警戒区的移动物体能以温度变化的性是在 PTR 上产生变化热释红 外信号,这样 PTR 就能产生变化的电信号。 4.3 行程开关 3×6 升降横移式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。行程开 关是将机械位移转变为电信号,以实现对机械运动的电气控制,应用于车库系统的限位保 护和行程控制。行程开关靠外加机械力使触点动作,可分为三种:快速动作、非快速动作 和微动。当运动部件移动速度小于 0. 4m/min 时应当选用快速动作的行程开关。停车库中 部件的运动均大于这个速度,使用的均为非快速行程开关。 20 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 4.4 驱动元件 在此驱动元件是完成车库托盘的横移和升降的专用减速电机,查阅相关资料得知升降 速度 lOm/min;横移速度 13m/min;最大提升重量 2800kg;升降机构电机功率 4 —5.5kW;横移机构电机功率 0.37—0.55kW 。则本文横移选用 Y8012-2 三相异步电动 机,升降选用 Y132S2-2 三相异步电动机。 由于 3×6 升降横移式立体停车库的控制核心单元选用可编程控制器,可编程控制器 内部驱动都是弱电直流器件,内部最大的电压不超过+24V,所以电机应外接电源 380V 工 频交流电。对于每一部电机,可编程控制器的输出单元都有两个输出点,分别驱动。 实现正反转两个接触器如图 4-2 所示: 4-2 控制系统电机示意图 21 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 4.5 生成控制系统 PLC 硬件接线图 根据上述停车库控制系统的各部分控制硬件及停车库的具体结构和运动规律,以及在 满足现有技术和实际功能的情况下,生成控制系统 PLC 硬件接线 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 4-3 控制系统 PLC 硬件接线 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 5 升降横移式立体停车库的软件系统 5.1 软件所要完成的控制任务 在 3×6 升降横移式立体停车库控制系统分析中,硬件配置部分己在前面章节详细的 进行了说明,并提出硬件配置的依据基本上是要根据停车库所要完成的控制任务来确定, 包括控制核心器件、传感检测装置等。同样,在现有控制硬件的条件下,如何来完成控制 任务,这就要通过软件系统对控制的实现。本节将要详细的明确软件所要完成的控制任务。 总体来说软件系统就是在硬件系统的支撑下,向驱动单元发出控制指令,使执行机构在预 想的过程中,准确无误的完成所要完成的控制任务。而控制硬件和软件都有自己的控制任 务。3×6 型升降横移式立体停车库中的软件系统就是要运用自身的编程语言(梯形图)以 及相关的功能块语言,进行合理的排序和逻辑运算,再通过合理的判断和扫描程序运算结 果,由硬件系统向驱动单元输出最终的判断结果,从而完成软件控制。 5.2 控制程序流程图 该系统存取车控制只针对上层(二、三层)车位,而对于下层车位,存取车只需直接 开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写,程序流程图如图 5-1 所示。需要说明的是, 托盘用钢丝绳或链条依靠托盘上的吊点悬在托架上,在静止状态时,防坠(安全)挂钩挂 住托盘,托盘要下降时,必须移开安全挂钩才能下降软件在设计不同层进出车程序时运用 了“并行分支与汇合”的技巧,所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行,待各流程动 作全部结束后,根据相应执行条件,汇合状态动作。即如果选择第三层托盘进出车,可以 使一层二层同时平移(左移或右移),这样,设备动作顺序之间联锁或双重输出时,控制系 统均能自动处理,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。 5.3 控制程序优化 由于上层的托盘升降都必须使其下层车位为空车位之后才能进行,以地上三层车位运 动为例,一层空车位位置有 N 种,二层托盘升降涉及的运动方式有 N2 种,三层托盘可能 的运动方式有 N3 种,随着车位和层数的增加,程序会出现剧烈膨胀,因此,如何寻求简 便方法,使程序得到优化将是该系统程序设计的难点。以第二层为例,在变量 Dm 中存放 第二层需要存取的车位号,该车位号为 1~N,如进行上层 X(1≤X≤N)号车位存取,则 Dm =X;在 Dn 中存放下层空车位号,设空车位为 Y 号车位,则 Dn=Y;在进行存取车时,把 Dm 和 Dn 中的数值进行比较,其结果为零,则上层车位的托盘可以直接下移;如果结果大 于零,则表示空车位在左边,这样先把空车位右边第一个托盘左移到空位上,之后重复上 24 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 述过程,直到空车位在上层需要存取的车位正下方时,上层车位的托盘才能进行升降运动。 程序优化结构图如图 5-2 所示三层存取车的处理方法和第二层类似。 开机 输入要存取的车位号 运行程序并启动相应传动机构 Y N 载车板到位与否 发出存取车的信号 Y N 车停好否? 载车板上升或下降 Y N 载车板到位与否 弹出防坠机构 Y N 防坠机构挂好否? 车停好 结束 5-1 停车库软件系统控制流程图 25 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 5-2 控制程序优化结构图 模块化程序设计 PLC 控制程序采用模块化编程形式,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,而且为车位的拓展提供了便 利的条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、 初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、托盘 平移运动程序模块、光电开关子程序模块、托盘升降运动程序模块和故障报警子程序模块。 软件设计中关键问题的处理程序所用状态元件、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; 当出现如电机过载、过热电气或机械故障时,自动中止系统的运行,并发出声光报警,同 时系统转入手动方式进行故障处理。 26 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 6 升降横移式立体车库的控制系统 6.1 升降横移式立体车库的控制系统 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”。他发挥着车库每个 运作过程,并对整个系统的状态过程进行监控。 车库 执行机构 现场 控 检 制 测 系 统 界系统面 人 界面 6-1 车库控制系统原理框图 升降横移式立体车库的系统控制原理:操作者要通过控制系统信息交流的平台(接口) 把操作信息传递给控制系统,经过系统处理后,系统把可是别的控制信息通过辅助设备驱 动执行机构,来完成车库现场的运作。其控制框图如 3-1 图所示。 广义上来说,车库控制系统主要有以下几部分组成:控制核心单元、接口、驱动单元 和接口。控制核心单元是整个控制系统的“大脑”,它可随控制系统的不同而不同,也可 以是继电器组成的逻辑电路,也可以是可程序设计控制器 PLC 或单片机系统。可程序设计 控制器是现有车库控制系统的首选。 接口在车库的控制系统中是必不可少的,接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部 件与驱动单元间的连接点。接口电路大致有三种:开关量接口电路、数字量接口电路、模 拟量输入\输出接口电路。升降横移式立体车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电 路。 27 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 驱动单元是升降横移式立体停车库控制系统的最后一个环节,其种类及范围也很广。 但在车库控制系统中,驱动单元比较单调,其驱动部件只有一个专用减速机(带刹车)。所 以,智能控制的车库系统的运动是靠受控的驱动组件来驱动的。 接口是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。操作人员可以通过接口向车库 系统发送动作意图,车库系统可以向操作人员回馈系统运作状况。简单的接口可以是一个 操作盒,而复杂的接口可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机接口。升降横 移式立体停车库控制系统的具体组成,要根据具体的控制形式而定,其组成形式也很灵活 多样。 6.2 升降横移式立体停车库 3×6 控制系统 升降横移式立体停车库的控制系统必须确保车库的各运动机构能够在规定的 时间内准确无误完成所要求的动作,确保对车库现场的工作状况进行实时监控,并 把监控信息回馈至系统的控制核心,由它对系统机构的运作进行修正,保证车库整 个系统在稳定正常的状态下进行工作。所以,在确定车库控制系统时,首先应该明 确系统的控制任务。 6.2.1 升降横移式立体停车库控制系统的控制任务 制定升降横移式立体停车库控制系统的控制任务,前提是要深入了解被控对象—车库 的结构、运动规律等,并根据客户提出的控制要求和实际的可能性、必要性来确定其任务。 本文均以 3×6 升降横移式立体停车库控制系统为例。 图 6-2 3×6 升降横移式立体停车库状态 1 28 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 现在我们在图 3-2 中的状态下对 13 号托盘取车,取车完毕后对 8 号托盘存车。根据车 库的运动原则,8 号和 2 号车位位于其垂直下方,必须要横移让出空位,所以就要求 8,9,10 号车位各向右横移一个车位,同时 1,2 号托盘各向左移一个车位,然后 13 号托盘便在提升 机构的作用下,降到底层存车,如图 3-3 所示。 图 6-3 3×6 升降横移式立体停车库状态 2 现在在 8 号托盘存车,承接 13 号托盘取车过程,根据运动原则,8 号托盘下必须要 求空位,那么 13 号载车板必须提升到车位架的位置,停放完毕后,3 号托盘就可以向左 横移一个车位,如图 3-4 所示 图 6-4 3×6 升降横移式立体停车库状态 3 29 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 这样,8 号载车板就可以下降到底层存车,停好车后 8 号托盘上升方便以后的存 取,从图示状态完成 13 号托盘存取车,8 号托盘存车后的状态如图 3-5 所示。 图 6-5 3×6 升降横移式立体停车库状态 4 根据运动的规律,不难发现,存取车过程中,涉及最多的就三个方面: 一、为了让出空位,托盘需要横移; 二、为了存取车,需要托盘的升降; 三、托盘左右横移一个准确的停车位行程和升降到准确的位置。 由此看出,控 制任务主要就是要完成对横移、升降以及定位的控制。在升降横移式立体停车库中, 每一个有效车位都有一组独立的横移和升降系统,分别由一个横移专用小型减速电 机和一个升降专用减速大电机组成。横移定位靠安装在横移导轨规定位置的行程开 关来完成,升降定位则靠安装在地面和车位架规定位置的行程开关来完成。控制横 移电机和升降电机可以看作是控制系统的输出(开关量输出),行程开关可以看作是 控制系统的信号输入(开关量输入)。 6.2.2 升降横移式立体停车库控制系统的基本要求 车库现场一般环境比较恶劣(一般为室外),如高温、粉尘、高湿度、振动、强电设备 启动的磁场干扰等,所涉及的控制系统除了要满足控制任务,还需要满足如下的基本要求: 1.可靠性高 车库控制系统在车库现场应能长期、可靠、稳定地工作。一方面,必须具有很强的抗 车库现场干扰能力;系统设计时,就应根据使用环境,考虑合适的抗千扰措施。另一方面, 控制系统必须能长期稳定的运行。如用下面公式来衡量,有效度 A 愈接近 1,控制系统长 30 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 期运行的可靠性就越高,这取决于合理的系统设计、控制电路的设一计、元器件质量、组 装调试时严格的工艺规程等。 有效度=MTBF+MTTR 式中:MTBF—平均无故障工作时间 MTTR—平均修理时问 2.操作性能好 车库控制系统的操作性能好,表现在它的使用性能和可维护性能两个方面,这是在系 统硬件和软件设计时就要考虑和注意的坏节。使用性能方面,硬件设计时要尽量降低操作 人员的专业知识要求,如控制接口不要太复杂,操作顺序简单、操作出错不会引起人身设 备故障等,使操作人员感到容易学习,使用方便。软件开发时,按照软件工程的要求,尽 量使用高级语言开发用户程序,使程序具有较好的开放性并易于再开发。在可维护性能方 面,硬件设计时,控制柜应有较大的维修操作空间,硬件采用模块式组合结构,出现故障 时,容易采用更换方式进行维修,从而缩短维修时间。软件设计时,应配有查错、故障诊 断程序,使故障出现时,易于查找故障部位。 3.通用性好 工业控制技术发展迅速,更新换代快,而且被控对象的控制要求也会根据生产的发展 不断提出新的要求。因此系统设计时,要考虑所设计的控制系统具第三章升降横移式立体 停车库的控制系统益。要达到这一目的,系统设计时,主要采用标准化总线设计,输入输 出信道设计。电源设计时,预留一定的余量和空间,这样功能扩充时,可以很方便的增加 一些输入通道而不需重新更换控制柜,同时,只要更换 CPU 模块或模块扩展,就可以达到 系统升级的目的。 4.较高的经济指标 设计车库的控制系统时,经济指标是始终要考虑的指标,即要有较高的价格性能比。 这要根据实际的控制要求,在车库控制系统核心单元选型、检测传感器与驱动组件的选择、 软件开发与运行、系统组装与调试等费用方面综合进行考虑。 31 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 6.3 PLC 的 I/O 口资源配置 3×6 升降横移类立体车库的输入点、输出点具体分布可按表 5-1 和表 5-2 进行, 该表按照输入、输出部分不可重叠来排列的。 表 6-1 输入点分配 启动 I0.0 故障输入 I1.4 停止 I0.1 安全检测 I1.5 手动 I0.2 轮廓检测 I1.6 自动 I0.3 报警复位 I1.7 上移 I0.4 1-16 按钮 I2.0- I3.7 下移 I0.5 6-16 号托盘有车 I4.0- I5.2 左移 I0.6 101-206 车位有托盘 I5.3- I6.6 右移 I0.7 1-10 号托盘左限开关 I6.7- I8.0 存车 I1.0 1-10 号托盘右限开关 I8.1- I9.2 取车 I1.1 6-16 号托盘上限开关 I9.3- I10.5 复位 I1.2 6-16 号托盘下限开关 I10.6- I12.0 车未到位 I1.3 32 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 表 6-2 输出点分配 运行指示灯 Q0.0 安全报警 手动指示灯 Q0.1 轮廓超限灯 自动指示灯 Q0.2 1-10 号托盘左移 存车指示灯 Q0.3 1-10 号托盘右移 取车指示灯 Q0.4 6-16 号托盘上移 可存取指示灯 Q0.5 6-16 号托盘下移 车未到位报警 Q0.6 6-16 号挂钩 故障报警 Q0.7 6.4 升降横移类立体车库的梯形图 Q1.0 Q1.1 Q1.2 –Q2.3 Q2.4 –Q3.5 Q3.6 –Q5.0 Q5.0 -Q6.3 Q6.4 –Q7.6 33 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 34 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 此为主程序,先初始化,有手动自动选择,上层有车辆时才能进入取车操作,上层有 空车位时才能进行存车操作,若出现故障则停止运行 35 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 36 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 37 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 此为一层托盘(1-5)右移子程序 SBR_0,程序从上扫描到下扫描一次,只有一个托 盘(空车位左边的)向右移一个车位,空车位号减 1 此为一层托盘(1-5)左移子程序 SBR_1,程序从上扫描到下扫描一次,只有一个托 盘(空车位右边的)向左移一个车位,空车位号加 1 此为二层托盘(6-10)右移子程序 SBR_2,程序从上扫描到下扫描一次,只有一个 托盘(空车位左边的)向右移一个车位,空车位号减 1 38 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 此为二层托盘(6-10)左移子程序 SBR_3,程序从上扫描到下扫描一次,只有一个 托盘(空车位右边的)向左移一个车位,空车位号加 1 39 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 40 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 41 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 总结 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。本文在参阅了国内外有关立体停车库的大量资料的前提下,对升降 横移式立体车库设计机构装置和控制系统进行细致研究,得出了以下重要的结论: 1.通过大量的调研工作,对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结,通过 对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况,分析了智能立体车库广阔的市场前 景和趋势。 2.在分析目前立体车库常用的传动系统基础上,确定了本车库的机电设备。分析各种 载车板的提升方案,最终确定了最稳定、可靠且经济的方案。 3.针对智能立体车库的功能要求,提出了控制系统的详细方案。为达到车库中的检测 要求,确定了经济而适用的传感器。在车库自动控制系统中,选用了西门子公司的 S7-200 型 PLC 可编程控制器,并对 PLC 功能和特点进行详细的分析,给出了接线 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 致谢 毕业设计已经接近了尾声,这也意味着我的大学生活就要结束了。学生活一晃而过 回首走过的岁月心中倍感充实,当我写完这篇毕业论文的时候有一种如释重负的感觉. 首先,我要特别感谢我的指导老师沈博老师。做设计的过程是艰辛的但是在我的努力 之下还是完成了。在这个过程中沈博老师给了我很大的的帮助,没有他的尽心指导和严格 的要求我也不会顺利完成这次设计。每次遇到难题我最先做的就是向沈博老师寻求帮助, 沈博老师每次不管忙或闲总会抽空一起商量解决的办法。沈博老师平日里工作繁多, 但我做毕业设计的每个阶段从选题到查阅资料、论文提纲的确定、中期论文的修改、后期 论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来沈博老师不仅在学业上 给我以精心指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀,在此谨向沈博老师致以诚挚的谢 意和崇高的敬意。 其次,还要感谢这四年来教我知识的每位老师们!毕业论文能够顺利完成,你们也都 有很大的功劳。 最后,要向这四年大学生活期间所有帮助过我的同学们以及各位朋友们说一声谢谢。 这次的毕业设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用 PLC 控制和有关 课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机自动 控制方面的知识等方面有重要的作用。 写作毕业论文是一次再系统学习的过程,毕业论文的完成同样也意味着新、生活的开 43 陕西国防学院机电工程学院毕业论文 6 参考文献 [1] 国家机械工业局,机械行业标准《升降横移类机械式停车设备》.2007. 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