基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)設計

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. . 西安交通大學網絡教育學院 畢 業(yè) 論 文 (設計) 論文題目 基于 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)設計 班 級 電力系統(tǒng)及其自動化 學 號 313091283143066 姓 名 薛志松 聯(lián)系方式 13474222447 指導教師 趙艷妮 提交日期 2015.8.15 . . 網 絡 教 育 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文) 任 務 書 專 業(yè) 班 級 電 力 系 統(tǒng) 及 其 自 動 化 1309 層 次 專 升 本 姓 名 薛 志 松 學號 313091283143066 一、畢業(yè)設計（論文）題目 基于 PLC 立體車庫控制系統(tǒng)設計 二、畢業(yè)設計（論文）工作自 2015 年 06 月 26 日起至 2015 年 09 月 24 日止 三、畢業(yè)設計（論文）基本要求：論文的總體結構應分為以下幾 部分：題目、摘要、目錄、前言、正文、結論、參考文獻和附錄 等幾部分組成。論文應力求有作者自己的創(chuàng)見和觀點，中心突出， 層次分明，論述清楚，結構嚴謹，文字流暢，論證有理有據，具 有說服能力。 指導教師： 趙艷妮 . . 網 絡 教 育 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 )考 核 評 議 書 指 導 教 師 評 語 ： 該生畢業(yè)設計過程中態(tài)度較認真，論文闡述清楚，論文對材料進行了一定程度的加工整理，論文 內容尚能聯(lián)系實際，有一定的分析問題、解決問題的能力。 建 議 成 績 ： 及 格 指 導 教 師 簽 名 ： 趙 艷 妮 2015 年 9 月 13 日 答 辯 小 組 意 見 ： 負 責 人 簽 名 年 月 日 答 辯 小 組 成 員 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 答 辯 委 員 會 意 見 ： 負 責 人 簽 名 ： 年 月 日 . . 基于 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)設計 摘要 本次畢業(yè)設計課題為基于 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)設計。機械式車庫種類 較多，主要有以下形式：升降橫移類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、 巷道堆垛類、垂直升降類、簡易升降類等。通過對這些車庫類型特點的比較與 分析，選擇了三層三列升降橫移車庫結構為研究模型和設計內容。本設計論述 了立體車庫的發(fā)展與當今現狀，論述分析了三層三列升降橫移式立體車庫的運 行原理和結構特點，設計了立體車庫的控制系統(tǒng)，并依據其運行原理設計了 PLC 程序。 關鍵詞：立體車庫，升降橫移式，控制系統(tǒng)，PLC . . . . 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................1 1.1 課題的意義 ..........................................................................................................1 1.2 國內外有關課題的研究動態(tài) ..............................................................................1 2 升降橫移式立體車庫的機械設計部分 ....................................................................3 2.1 立體車庫的分類及其特點 ..................................................................................3 2.2 升降橫移式立體車庫的工作原理 ......................................................................5 2.3 升降橫移式立體車庫的結構 ..............................................................................6 2.3.1 升降橫移式立體車庫的主要構成 ...............................................................6 2.3.2 升降橫移式立體車庫的結構示意 ...............................................................9 2.4 升降橫移式立體車庫中的安全防護裝置 ........................................................10 3 立體車庫電氣控制系統(tǒng)設計 ..................................................................................12 3.1 電氣控制系統(tǒng)整體設計 ....................................................................................12 3.2 電氣系統(tǒng)關鍵部分設計 ....................................................................................15 3.2.1 PLC 接線設計 .............................................................................................15 3.2.2 其他資源配置 .............................................................................................16 3.3 PLC 控制程序設計 ............................................................................................17 3.3.1 PLC 的選型 .................................................................................................19 3.3.2 PLC 的 I∕O 資源配置 ...............................................................................20 3.4 電氣安全裝置 ....................................................................................................21 4 升降橫移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計 ..................................................................22 4.1 立體車庫自動化控制系統(tǒng) ................................................................................22 4.2 基于 WINCC 的監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現 ...............................................................25 4.1.1 Wincc 的概述 ..............................................................................................25 4.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的功能 .........................................................................................25 4.1.3 Wincc 的組態(tài) ..............................................................................................26 5 結論 ..........................................................................................................................29 參考文獻 ......................................................................................................................30 致謝 ..............................................................................................................................31 . . 附錄 ..............................................................................................................................32 . . 1 緒論 1.1 課題的意義 隨著車輛的增加，停車難成了頭等問題，而停車難問題的出現，也給立體機 械停車設備行業(yè)帶來了巨大的商機和廣闊的市場。在這商機與競爭并存的時候， 我國的機械停車設備行業(yè)也將從快速發(fā)展階段進入穩(wěn)定發(fā)展階段。 立體車庫高倍率的技術經濟指標，立體停車設備停車容量大。城市的空間 是有限的，立體車庫相比較地下車庫，占地面積小，也可停放各種類型的車輛， 特別是轎車。和同等容量的地下車庫投資相比，投資少，施工短，耗電省。自 動立體車庫具有完整的安全系統(tǒng)，如障礙物確認裝置、緊急制動裝置、防止突 然落下裝置、過載保護裝置、漏電保護裝置、車輛超長及超高檢測裝置等等。 存取過程可由人工完成，也可以配備計算機設備全自動完成，這也給今后的開 發(fā)設計留有大的空間。.外觀同建筑協(xié)調，管理方便立體停車設備最適合用于商 場、賓館、辦公樓前、旅游區(qū)。許多裝置基本無須專門的操作人員，一個司機 就可單獨完成。 城市的空間是有限的，但人類的社會的發(fā)展是無限的，而人類智慧也是無窮的， 立體停車設備將會利用有限的空間去完成更困難的問題，立體車庫會讓人們發(fā) 現停車原來如此輕松，簡單。 停車設備有效地解決停車難的問題，這個應該是值得肯定的，而對于立體車 庫今后的發(fā)展來說，它也會有著更多的優(yōu)勢，會逐步代替那些平面自然停車場。 立體車庫，未來市場是巨大的，但對產品的需求，將會向兩個極端發(fā)展：一個 極端就是價格的極端，以價格優(yōu)勢占領市場；另一個極端就是技術與性能的極 端，要求停車設備具有優(yōu)越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。 隨著我國經濟持續(xù)快速的發(fā)展，城市規(guī)劃的完善，立體機械停車設備行業(yè)將成 為一個充滿生機的朝陽行業(yè)，立體機械停車設備的技術也將得到長足的發(fā)展 1.2 國內外有關課題的研究動態(tài) 自動立體停車裝備系統(tǒng)在世界各地的發(fā)展是極不均衡的，德國開發(fā)最早， 技術居于領先地位，在二層及多層平面式立體停車庫系列中，它已發(fā)展了Ｈ型、 . . Ｕ型和Ｖ型。日本由于國土面積小而應用最廣，自從 1959 年引進了建造機械式 立體停車庫技術之后，到 1983 年，就已經在本土上共建造了 25454 座多種形式 的機械式車庫，平均每座容車量達到十輛左右，最多的能達到百輛以上。從上 世紀七十年代末期起，車庫容量年遞增率為 5%-7%，已經趕上了同期汽車擁有 量的年遞增率 4%-6%，從技術特征上看，日本更重視豎式自動立體車庫的發(fā)展， 即密集型自動立體停車庫的發(fā)展。1993 年，在日本東京舉行的世界立體自動停 車設備展覽會盛況空前。 進入 20 世紀以來，在國內舉辦了多個與停車設備相關的展覽會，2006 年 十月在上海舉辦的“2006 上海國際停車設備和智能系統(tǒng)展覽會”同樣熱鬧非凡， 它吸引了來自德、日、美等世界上知名的停車設備制造商，全自動立體停車設 備的容車能力及其技術完備，先進程度已被世界廣泛承認和接受。國內正處于 經濟與建設發(fā)展階段，目前已有國外多種停車設備出現在國內市場上。 停車裝置種類繁多，必須通過詳盡的技術分析及經濟分析才可以有明智的 決斷，有效的利用一切有利因素，建造出經濟技術都合理的停車裝置?？傊?， 在我們面臨著建設現代化大都市的重任和土地資源寸土萬金的情況下，設計、 生產和使用這一現代化設備是可行的、明智的選擇。它的前景將是無限美好的。 停車裝置這一潛在市場也漸漸的明朗起來了，這給國內的企業(yè)經營者們增 加了壓力和動力，應聯(lián)合科研、生產與使用者，共同推進這一高新技術產業(yè)的 發(fā)展。去搶占這一新興的市場?？梢詳嘌裕瑢磉@一市場的競爭一定是激烈的。 我國機械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從 80 年代中期開始，90 年代開始 引進和生產停車設備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等 國標準制定的我國行業(yè)標準也于近幾年出臺，目前停車設備生產廠已發(fā)展到幾 百家，生產各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口 [10]。機械式立體車 庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機械停車設備，其規(guī)劃建設涉及到 區(qū)域整體景觀、交通疏導、建筑結構、供電照明、通訊監(jiān)視、通風排水、環(huán)境 保護、安全消防、收費管理等各學科領域，就停車設備本身而言，其機械結構 的發(fā)展已形成了停車設備獨有的技術特征，需要多學科、多專業(yè)的復合型人才 積極參與，把國外停車技術和各領域的成熟技術移植到我國停車產業(yè)，開發(fā)出 . . 安全、經濟、高效、節(jié)能、省地的產品，滿足國內外市場的需求。 2 升降橫移式立體車庫的機械設計部分 2.1 立體車庫的分類及其特點 機械式車庫種類較多，主要有以下形式：升降橫移類、垂直循環(huán)類、水平 循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類、簡易升降類等。下面介紹其 中幾種類型及其特點。 （1）升降橫移式 停車位為兩層或多層，有若干層的同層置車板可左右橫向移位，通過升降 機構改變置車板的高度?？蔀榈厣鲜交驇У乜邮?。特點： ①有效利用空間，提高空間利用率達數倍。 ②存取車快捷便利，獨特跨梁設計，車輛出入無障礙。 ③采用 PLC 控制，自動化程度高。 ④環(huán)保節(jié)能，低噪音。 ⑤人機界面好，多種操作方式可選配，操作簡便。 （2）垂直循環(huán)式 通過傳動機械，驅使以垂直方式排列的各置車板作連續(xù)環(huán)形運動。車輛出 入口位于設備最下面的稱為下出入口式，位于中間部分的稱為中出入口式，位 于最上面的稱為上出入口式?？蔀榉忾]式高塔或敞開式低塔。特點： ①使用 PLC 自動調車，一次按鍵即可完成存取車。 ②可設置在地面上或半地上半地下，可獨立或附設在建筑物內，還可多臺 組合。 ③可省去購置土地的大量費用，有利于合理規(guī)劃和優(yōu)化設計。 （3）巷道堆垛式 采用巷道堆垛機和搬運器，將進到搬運器上的車輛一起作平面移動且垂直 升降到停車位旁，再用存取機構將車輛送入停車位。特點： . . ①全封閉管理，安全、防盜、為車輛提供最佳防護。 ②可設置于地上或地下，充分利用有效空間。 ③載車板的升降和行走同時運行，存取車方便快捷。全封閉式管理，安全 可靠，保障人、車安全。 ④通過升降機、行走臺車及橫移裝置輸送載車板實現存取車操作，整個過 程全自動完成。 ⑤固定式升降機＋各層行走臺車的配置形式，可實現多個人同時存取車。 （4）垂直升降（塔庫）式 停放車輛的停車位和車輛升降機以立體方式組成的高層停車設備。通過搬 運機械將車輛或載有車輛的置車板橫向或縱向地從車輛升降機搬運至停車位。 停車位分橫置式、縱置式和圓周式三種。特點： ①占地少，容車量大，高層設計最高能夠達到平均一輛車僅占一平方米的 空間。 ②可同時提供多車位進出口，等待時間短。 ③智能化程度高，可預約存取車及空車位導向。 ④利用車庫外形的空隙空間可以進行綠化，使車庫變成一個立體的綠化體， 有利于美化城市和環(huán)境。 （5）平面移動式 在同一層面上，用搬運臺車平面移動車輛，或使置車板平面橫移?？蔀閱?層平面橫移、單層（多層）平面往返以及門式起重機多層平移。特點： ①每層車臺和升降機分別動作，提高出入庫速度，可利用地下空間，停車 規(guī)?？蛇_到數千臺。 ②部分區(qū)域發(fā)生故障時，不影響其他區(qū)域的正常運行。 ③通過計算機和觸屏界面進行綜合管理，可全面監(jiān)視設備的運行狀況，并 且操作簡單。 （6）簡易升降式 停車位為兩層或三層，通過升降機構或俯仰機構改變置車板的高度或傾斜 角度，供車輛出入?？蔀榈厣鲜交驇У乜邮健Ｌ攸c： ①構造簡單實用，無需特殊地面基礎要求。適合裝置于工廠、別墅、住宅 . . 停車場。 ②可任意遷移，搬遷安裝容易或根據地面情況，獨立及多臺設備。 ③備有專用鎖匙開關，防止外人開動設備。 ④車板防下滑保險裝置。 （7）其他 水平循環(huán)類：各置車板以兩列或多列方式水平排列，并循環(huán)移動。置車板 以圓弧運動方式循環(huán)者稱為圓形循環(huán)式；以直線運動方式循環(huán)者稱為箱形循環(huán) 式。 多層循環(huán)式：各置車板以兩層或多層方式排列，在相鄰兩層間的兩端設有 車輛升降機，同層置車板可在該層內作水平循環(huán)移動。置車板在設備兩端以圓 弧運動方式升降者稱為圓形循環(huán)式；以垂直運動方式升降者稱為箱形循環(huán)式。 車輛入庫方式與水平循環(huán)相同。 通過對各類立體車庫的分析并結合本次設計的車庫容量，可以得出選用升 降橫移式立體車庫為最佳選擇方案。 2.2 升降橫移式立體車庫的工作原理 升降橫移式立體車庫每個車位都有載車板，車輛就停在載車板上，最下層 的載車板只做左右橫移，不能升降，中間層車位可以左右橫移和升降，上層車 位只能升降，不能橫移，若中間層車位需要存取車，則需下層車位移出空位， 才能降至底層，上層車位需要存取車，則需要中間層車位和下層車位移出空位 方能下降至底層，存車時，當載車板到位后，駕駛員將車開上載車板后下車離 開，中間層和上層載車板自動升至所在層位，取車時，下層車位直接開出，上 層和中間層則是載車板降至底層后，等駕駛員進入車庫開走汽車后，載車板自 動回至所在層位。 圖 2-1 為一個地上 7 車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：三層三 個車位可以升降，二層兩個車位可以升降和平移，一層的兩個車位只能橫向橫 移，空車位供三層和二層的車位下降時借用。1、2 號車位可以直接存放車輛； 7 號車位需下降后再存放車輛；3 號車位則需先將 1 號和 2 號載車板右移，再將 3 號載車板下降；4 號車位則需先將 2 號載車板右移，再將 4 號存車板下降；5 號車位需要先將 1、2、3、4 號四個載車板右移，再將 5 號載車板下降；6 號車 . . 位則需要先將 2、4 號載車板右移，再將 6 號載車板降下。 圖 2-1 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖 2.3 升降橫移式立體車庫的結構 2.3.1 升降橫移式立體車庫的主要構成 以三層三列式立體車庫為模型建立研究對象。升降橫移式立體車庫主要由 鋼結構、傳動機構、載車板、電氣控制系統(tǒng)、安全裝置五大部分組成。 （1）鋼結構 圖2-2 鋼結構簡單示意圖 具有如下特點： ①可靠性高 鋼材在生產時，整個過程可嚴格控制，質量比較穩(wěn)定，性能可靠。鋼材組 織均勻，接近于各向同性勻質體。鋼材的物理力學特性與工程力學對材料性能 所作的基本假定符合較好。鋼結構的實際工作性能比較符合目前采用的理論計 算結果，計算結果可靠，所以說鋼結構的可靠性高 ②材料的強度高，鋼結構自重小 . . 與混凝土等材料相比，雖然鋼材的重力密度大，但它的強度和彈性模量較 高，而且強度與重力密度之比也高得多。鋼結構自重小，從而便于運輸與安裝， 可減輕基礎的負荷，降低地基和基礎部分的造價。 ③材料的塑性和韌性好 鋼材的塑性好，鋼結構在一般條件不會因超載等而突然斷裂。破壞前一般 都會產生顯著的變形，易于被發(fā)現，可及時采取補救措施，避免重大事故發(fā)生。 鋼材的韌性好，鋼結構對動力荷載的適應性強，具有良好的吸能能力，抗震性 能優(yōu)越。 ④鋼結構制造簡便，施工工期短 鋼結構一般在專業(yè)工廠制造，易實現機械化，生產效率和產品精度高，質 量易于保證，是工程結構中工業(yè)化程度最高的一種結構。構件制造完成后，運 至施工現場拼裝成結構。拼裝可采用安裝方便的螺栓連接，有時還可在地面拼 裝成較大的單元，再進行吊裝。施工工期短，可盡快發(fā)揮投資的經濟效益。由 于鋼結構具有連接的特性，故易于加固、改建和拆遷。 ⑤鋼結構密閉性好 鋼結構采用焊接連接可制成水密性和氣密性較好的常壓和高壓結構、管道 等。 ⑥鋼材的耐銹蝕性差 在沒有腐蝕介質的一般環(huán)境中，普通鋼材制成的鋼結構經除銹后再涂上合 格的防銹涂料，銹蝕問題并不嚴重。立體車庫多在沒有腐蝕介質的環(huán)境中，所 以對鋼結構本身的維護費用低。 結構主體采用熱制H型鋼、槽鋼、角鋼和鋼板等型材制造，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）傳動機構 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 工作原理如圖2-3，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。根據載車板及車重確定鏈條所需的傳動力。根據傳動力及載車板的移 動速度確定電機功率。根據車身高度確定上下載車板間的距離，根據這個距離 確定鏈條的長度，最后根據傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。 . . 圖2-3 鏈傳動簡單示意圖 （3）載車板 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。每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。 在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于 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 據載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩擦系數確定橫移電機的 驅動功率。 圖 2-4 平板式載車板及拼合示意圖 （4）安全裝置 在立體車庫上層停車位和下層停車位的縱梁處裝有上下行程極限開關，在 中間層和底層車庫橫梁兩端裝有左右行程極限開關。上載車板上裝有防墜落安 全裝置,防墜落安全裝置安裝在縱梁和上載車板停泊位置之間，在縱梁兩邊各安 裝兩只電磁鐵控制的掛鉤，上載車板兩側相應位置出個裝兩只勾環(huán)，當上載車 板上升到位后，縱梁上安裝的四只掛鉤便會自動勾住四只勾環(huán)，以防止當升降 電機制動器失靈后，上載車板汽車和上載車板墜落，從而壓毀下層的汽車。行 程極限開關的作用是當載車板到達位置是自動停止。 . . 圖2-5 安全裝置簡單示意圖 （5）控制系統(tǒng) 升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)采用PLC控制，主要有自動，急停，手動 三種控制方式，立體車庫一般采用自動控制方式工作，當出現緊急異常的情況 時候使用急停控制，當故障排除或急停取消后，可以用手動按鈕使車庫復位。 2.3.2 升降橫移式立體車庫的結構示意 本論文具體選用三層七位升降橫移式自動化立體車庫進行研究和設計，其 設備結構示意如圖 2-6： 圖 2-6 升降橫移式立體車庫設備結構示意圖 （1）立體車庫模型 . . 本立體車庫的建筑模型為一個三層七車位立體車庫，車庫平面設計示意圖 如圖 2-7 所示，車庫立體模型示意圖如圖 2-8 所示。 （2）立體車庫設計指標 本車庫以中型轎車尺寸長（4800mm）寬（1800mm）高（1800mm）為標 準進行設計，據此每個停車位的尺寸應為長（5000-6000mm）寬(2500-3000mm) 高（2000-2500mm） ，經考慮停車安全預留空間，本車庫的幾何空間尺寸設計為： ①長度=25000mm，寬度=18000mm，高度=6600mm； ②車庫前留有>6000mm 寬車道； ③一層凈高：2200mm； ④二層凈高：2200mm； ⑤三層凈高：2200mm； ⑥最大存車長度：5500mm； ⑦最大存車寬度：2000mm； ⑧最大存車高度：1800mm。 圖 2-7 立體車庫平面示意圖 . . 圖 2-8 立體車庫立體模型示意圖 2.4 升降橫移式立體車庫中的安全防護裝置 車庫是用來存放汽車的，汽車的價格是很昂貴的，所以車庫一旦發(fā)生事故， 所造成的損失會很大，為此，我們要將事故防范于未然。為此車庫的安全防護 措施應該做到以下幾點，并安裝相應的防護設備。 （1）急停措施：在控制盒上安裝紅色的緊急停止開關，當發(fā)生異常情況時， 按下急停開關能使立體車庫立即停止運轉。 （2）阻車裝置：為了防止汽車在載車板上發(fā)生滑動，應該在載車板后端和 前端安裝一高 25mm 以上的阻車擋塊，司機在停車時應將汽車停在載車板合適 的位置上，并拉好手剎。 （3）限位保護：立體車庫的載車板在升降和橫移過程中是靠定位開關來定 位的，為了防止定位開關出現故障而導致事故，所以在上升定位上方，下降定 位下方，左移定位左邊，右移定位右邊分別裝有限位開關。當定位開關出現故 障時，一旦限位開關觸碰到載車板時，限位開關立即使車庫停止工作。 （4）門前光電檢測裝置：在車庫運行過程中，不能有人或物進入車庫的工 作區(qū)，所以要在車庫入口處安裝一個紅外裝置，一旦在車庫工作時有人或物進 入車庫，系統(tǒng)將立即停止工作。 （5）載車板固定裝置：當載車板到達指定位置后，為防止載車板下滑或因 故墜落，損害其下方的車或人，所以安裝電磁鐵控制的掛鉤形式的防墜裝置。 當載車板?？康轿粫r，電磁鐵由通電狀態(tài)轉為失電狀態(tài)，驅動掛鉤勾住鐵 環(huán)。當載車板要下脫離鐵環(huán)。電磁鐵由失電狀態(tài)轉為通電狀態(tài)，報警燈閃爍， 按下急停按鈕使車庫立即停止。 . . 3 立體車庫電氣控制系統(tǒng)設計 3.1 電氣控制系統(tǒng)整體設計 在工業(yè)自動化控制中，最常用的三種控制方式有繼電器控制、單片機控制 和可編程控制器控制，這三種控制方式各有優(yōu)缺點。 （1）繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實現的。繼電器串接在控制電路中根據主電路中 的電壓、電流、轉速、時間及溫度等參量變化而動作，以實現電力拖動裝置的 自動控制及保護。系統(tǒng)復雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響 整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不 太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性 差，響應速度慢。繼電器控制系統(tǒng)的延時控制是靠時間繼電器的滯后動實現， 精度不高且易受環(huán)境溫度和濕度的影響，調整時間困難。由于繼電器的觸點有 限，其靈活性和擴展性也受到制約。 （2）單片機控制 單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，機構上包括 CPU、存儲器、定時器 和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領 . . 域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。單片機應用范圍主要是大批 量重復生產的民用消費品以及小批量產品，特別是儀器儀表，家電以及小型控 制系統(tǒng)。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部 I/O 信號相連。 要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和 I/O 接口電路，硬件設計、 制作和程序設計的工作量相當大。 （3）可編程序控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設計和制作 硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬繭配制和設計外部接線圖，同時采用 梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序 適應工藝條件的變化。 此外，PLC 還有以下優(yōu)點： （1）可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC 由于采用現代大規(guī)模集成電路 技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很 高的可靠性。例如三菱公司生產的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路 來說，使用 PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線 及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶 有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中， 應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及 設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂?于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC 大多具有完善 的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現， 使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通 信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容 易。 . . （3）易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易， 編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電 器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼 電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計 算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制 系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同 一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產 場合。 （5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理 想控制設備。 根據對幾種常見控制方式進行對比，再結合本設計可以得出使用 PLC 來控 制立體車庫時最合適的。 整個車庫由一臺 PLC 對其進行管理和監(jiān)控，由 PLC 來控制載車板升降橫 移傳動裝置，完成車輛的存取操作，各車位車輛的存取由 PLC 根據當前各車位 的停放情況，按照相應的策略來調動載車板，以存取車輛。 立體車庫的自動控制系統(tǒng)包括弱電和強電兩套系統(tǒng)，弱電系統(tǒng)主要是各種 信號的采集和控制輸出，例如：通過 PLC 輸出信號給接觸器線圈，以此來控制 接觸器的通斷，從而來控制強電系統(tǒng)。強電系統(tǒng)主要包括載車板電機控制線路， 控制電機正反轉的接觸器等。車庫采用面板按鈕呼叫車位存取車，用升降橫移 裝置將汽車輸送到位?？刂葡到y(tǒng)在面板上設有急停按鈕，當發(fā)生意外時，按下 急停按 鈕將使車庫立即停止運行。 系統(tǒng)輸出控制信號包括控制電機運行和方向的信號，控制電磁鐵得、失電 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品，集機械、 . . 電子、信息技術于一體。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：操作者通過控制面板把操作信息傳 送給控制系統(tǒng)，經過系統(tǒng)處理后通過輔助設備驅動執(zhí)行結構，來完成車庫的運 作。立體車庫系統(tǒng)控制原理框圖如圖 3-1 所示。 圖 3-1 立體車庫系統(tǒng)控制原理框圖 3.2 電氣系統(tǒng)關鍵部分設計 3.2.1 PLC 接線設計 在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是 車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內實現正反 轉，其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等，這些輔助 裝置幫助我們更好的控制立體車庫。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載 車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛， 采用了光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預 警裝置。在此圖中只是簡單的畫出了三層七位升降橫移式立體車庫的一些其簡 單的功能。根據這些功能我們可以很直觀的觀察出三層七位升降橫移式立體車 庫的工作。接線圖見圖 3-2。 . . 圖 3-2 簡化 PLC 接線圖 電機控制及接線設計：在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降 和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時， 地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下 升降運動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。如圖 3-3 所示。 . . 圖 3-3 電機控制原理圖 3.2.2 其他資源配置 （1）檢測點分布 ①載車板上汽車停放到位否檢測 采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每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關， 用于檢測載車板上有無車。 ③載車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。 ⑤上層載車板吊鉤是否掛好檢測 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，采用帶自動抱 閘的三相交流電機控制。 ②二層載車板升降橫移運動控制 二層載車板有兩個，每個載車板有橫移、升降四個動作，采自動抱閘的三 相交流電機控制。 ③三層載車板升降運動控制 三層載車板有三個，每個載車板只有升降兩個動作，采用帶自動抱閘的三 相交流電機控制。 . . ④吊鉤動作控制 只有二、三層的載車板使用吊鉤，每個載車板用 2 套吊鉤，吊鉤用電磁鐵 控制。 （3）電機的選擇 Y系列的三相異步電機具有效率高，噪聲低，振動小，且體積小重量輕， 運行可靠安裝維護方便，升溫低等特點。 所以選用Y801-4三相異步電機。額定功率：P=0.55KW；額定轉矩： Y=2.2N.m；額定轉速n=1390r/min；質量17Kg。 根據所設計車庫容量選擇五個升降電機，四個橫移電機。 3.3 PLC 控制程序設計 本文所設計的 PLC 存取車控制系統(tǒng)只針對上 2 層和 3 層的車位，而對于 1 層車位，存取車直接開進開出即可?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫。程序流程 見圖 3-4。需要說明的是，載車板用鏈條依靠載車板上的吊點懸吊在托架上，在 靜止狀態(tài)時，防墜（安全）掛鉤掛住載車板。在設計不同層進出車程序時運用 了“并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時執(zhí)行待 各流程動作全部結束后，根據相應執(zhí)行條件，匯合狀態(tài)動作。即如果選擇第 3 層載車板進出車，可以使一層二層同時平移左移或右移，這樣，控制系統(tǒng)能自 動處理設備動作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出，而且控制系統(tǒng)的試運行及故障檢 查非常方便，可節(jié)約大量時間，提高工作效率。 . . 初 始 化 下 降 通 道 建 立 否 ? 彈 開 防 墜 掛 鉤 掛 鉤 移 開 否 ? 托 盤 下 降 托 盤 到 底 層 否 ? 發(fā) 出 存 取 車 信 號 存 取 車 完 畢 否 ? 系 統(tǒng) 安 全 檢 測 發(fā) 生 故 障 否 ? 托 盤 上 升 托 盤 到 達 最 高 點 ? 托 盤 復 位 托 盤 復 位 ? 上 層 存 取 車 完 成 結 束 上層立體車庫存取車流程圖 選 取 車 位 號 下 層 車 位 有 托 盤 否 ？ 托 盤 左 右 移 動 Y N Y N N Y N Y N Y N Y N Y Y N 報 警 故 障 處 理 開 始 圖 3-4 存取車程序流程圖 . . 程序設計方案如下： （1）初始化程序提出系統(tǒng)的控制信息，掃描各到位開關信號。 （2）主控制程序按照進車優(yōu)先的原則，將最多的車位保持在進車位置。每 個載車板運動之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動作，前后 動作互鎖。判斷是否有空位是根據橫移電機所對應的到位行程開關動作信息來 確定的。液壓升降系統(tǒng)啟、停動作也是根據相應的到位行程開關來確定。 （3）故障報警程序故障報警程序能夠實時地采集設備異常信息，及時發(fā)出 聲光報警信號，提醒司機和管理人員進行處理。若在程序執(zhí)行過程中，有人、 物侵入車庫空間或車輛超長，PLC將按照閉鎖關系停止設備運行，同時發(fā)出故 障報警。該程序完整而高效的完成了二層升降平移式車庫全部動作，具有安全 可靠性。完全達到了作為民用機電一體化設備所應具備的條件，充分發(fā)揮了它 的作用，讓我們更好的操作。 3.3.1 PLC 的選型 目前市面上主要的 PLC 有西門子、三菱、歐姆龍、施耐德等。其中西門子 的功能強大，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能質量好，市場占有率最高?；谖鏖T子結構化的 編程方式，開放性好，支持多種通信協(xié)議。另外西門子適用多種人機界面和監(jiān) 控組態(tài)軟件利于多廠家設備的通訊與集成，西門子做了很多功能塊，減少了設 計人員的負擔。因此，本設計選用了西門子公司的 PLC。西門子 S7-200 系列的 強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此 S7-200 系列具有極高的性能價格比。S7-200 有 5 種 CPU 模塊，分別是 CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226；CPU 221 集成了 6 輸入，4 輸出共 10 個數字量 I∕O 點，無 I∕O 擴展能力。CPU 222 集成了 8 輸入，6 輸 出共 14 個數字量 I∕O 點，可連接兩個擴展模塊； CPU 224 集成了 14 輸入，10 輸出共 24 個數字量 I∕O 點，可連接 7 個擴展模塊，最人擴展至 168 路數字量 I∕O 點或 35 路模擬量 I∕ O 點； CPU 224XP 集成了 14 輸入，10 輸出共 24 個 數字量 I∕O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I∕O 點或 38 路模擬量 I∕ O 點；CPU 226 集成了 24 輸入，16 輸出共 40 個數字量 I∕O 點， 可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 I∕O 點或 35 路模擬量 I∕O 點。 根據本設計車庫的輸入和輸出，采用 CPU226 模塊為 PLC 控制系統(tǒng)的核心控制 . . 器是最合適的。 3.3.2 PLC 的 I∕O 資源配置 根據立體車庫控制系統(tǒng)的要求功能與選定的 PLC，對 PLC 進行 I∕O 分配， 具體分配如下。 表 3-1 I/O 分配輸入表 輸入地址 功能 輸入地址 功能 I0.0 啟動 I2.2 門前光電開關 I0.1 3 號載車板呼叫 I2.3 1 號載車板橫移到位 I0.2 4 號載車板呼叫 I2.4 2 號載車板橫移到位 I0.3 5 號載車板呼叫 I2.5 3 號載車板橫移到位 I0.4 6 號載車板呼叫 I2.6 4 號載車板橫移到位 I0.5 7 號載車板呼叫 I2.7 手動/自動 I0.6 3 號載車板平層 I3.0 上升按鈕 I0.7 4 號載車板平層 I3.1 下降按鈕 I1.0 5 號載車板平層 I3.2 左移按鈕 I1.1 6 號載車板平層 I3.3 右移按鈕 I1.2 7 號載車板平層 I3.4 1 號載車板呼叫 I1.3 車庫平層減速 I3.5 2 號載車板呼叫 I1.4 3 號載車板光電開關 I3.6 載車板掛鉤到位 I1.5 4 號載車板光電開關 I3.7 3 號車位載車板檢測 I1.6 5 號載車板光電開關 I4.0 4 號車位載車板檢測 I1.7 6 號載車板光電開關 I4.1 5 號車位載車板檢測 I1.7 7 號載車板光電開關 I4.2 6 號車位載車板檢測 I2.0 載車板橫移限位開關 I4.3 7 號車位載車板檢測 I2.1 載車板升降限位開關 表 3-2 I/O 分配輸出表 輸出地址 功能 輸出地址 功能 Q0.0 3 號載車板升降 Q1.6 3 號載車板防墜電磁鐵 Q0.1 4 號載車板升降 Q1.7 4 號載車板防墜電磁鐵 Q0.2 5 號載車板升降 Q2.0 5 號載車板防墜電磁鐵 Q0.3 6 號載車板升降 Q2.1 6 號載車板防墜電磁鐵 Q0.4 7 號載車板升降 Q2.2 7 號載車板防墜電磁鐵 Q0.5 1 號載車板左移 Q2.3 3 號載車板有車 Q0.6 1 號載車板右移 Q2.4 4 號載車板有車 Q0.7 2 號載車板左移 Q2.5 5 號載車板有車 Q1.0 2 號載車板右移 Q2.6 6 號載車板有車 Q1.1 3 號載車板左移 Q2.7 7 號載車板有車 Q1.2 3 號載車板右移 Q3.0 正轉 Q1.3 4 號載車板左移 Q3.1 反轉 . . Q1.4 4 號載車板右移 Q1.5 報警燈 梯形圖附于附錄。 3.4 電氣安全裝置 在立體車庫中安全是非常重要的，因此做好安全防護十分有必要。以下是 電氣安全中的的一些重要裝置。 （1）設有斷電、缺相、斷相和相序保護：在主電源發(fā)生缺相，設備發(fā)生斷 相、反相時，保護器動作切斷設備主電源。 （2）延時保護：當車停不進設備時，設備將自動停止任何操作。試進入 （設定）三次自動停止，處于保護狀態(tài)，停止任何操作。 （3）防人、異物誤闖入紅外線檢測裝置：設置自動鎖閉系統(tǒng)，當設備運轉 時，如有人或異物進入設備中，設備將會自動急停。待人員或異物離開設備后， 按動“復位”按鈕，設備將恢復運行。保證設備安全運轉，以防誤傷人員。用 光電開關檢測。 （4）車輛定位：載車板的末端裝有前、后、左、右限位裝置。 （5）防止載車板墜落裝置：設置防墜落裝置，載載車板運行到停車位后， 為防止載車板因故突然落下，設防止墜落裝置，保證入庫車輛安全。 （6）汽車長度限制裝置：設置超長光電檢測裝置。當進入設備的車輛超過 適停車輛尺寸時，設備自動鎖閉并報警提示。 （7）緊急停止裝置：設置緊急制動開關，當出現異常情況時，能使停車設 備立即停止運轉。 （8）防止超限運行裝置：設置限位開關，包括，上限位開關，下限位開關， 左限位開關，右限位開關，極限開關等。當到位開關出現故障時，超限位開關 能使設備停止工作。 （9）警示燈及警示蜂鳴器：設置設備運轉信號顯示。提示設備處于運轉狀 態(tài)及對異常情況報警。 （10）電機自帶剎車裝置：防止載車板自動滑。 . . 4 升降橫移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計 4.1 立體車庫自動化控制系統(tǒng) 現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，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濟效益。 這將是自動化車庫的發(fā)展方向。圖4-1為立體車庫監(jiān)控的一個簡易示意圖。 . . 圖4-1 立體車庫監(jiān)控示意圖 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。 （1）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，每次停車讀卡自動從卡中扣除費用。 （2）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，讀卡機自動把數據傳送 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。 （3）遠程診斷系統(tǒng) 現場控制器可以通過網卡、Hub等網絡設備與控制中心的局域網相連接， 可以通過MODEN實現遠程管理，監(jiān)測現場運行情況，當現場出現故障時，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。 （4）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。 （5）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)視控制車庫現場的運行狀況。它具 有運動檢測、車牌識別、網絡連接、各種類型的報警系統(tǒng)實現連動等功能，可 以實現無人看守系統(tǒng)簡介如下： 視頻監(jiān)控功能：在車庫各出入口，值班室和車庫內主要區(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。 圖4-2為立體車庫的一些監(jiān)控設備。應用這些監(jiān)控設備我們能更好的對立體 車庫停放車進行安排。 . .