基于三菱PLC立体车库毕业设计已通过.docx

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基于三菱PLC立体车库毕业设计已通过

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存储设施。

近年来随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是随着改革开放以来，我国进入了汽车拥有率进入急速上升时期。

机械式立体车库可充分利用地上资源，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，综合介绍了升降横移式立体车库的运行模式和操作模式。

本课题以典型常见的地上3×3升降横移式为例,说明了停车库的运行原理。

并用组态王对立体车做了实时监控和动态演示。

本文在对国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。

本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了详细的说明。

依据升降横移式立体车库的运行原理，运用理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的机械强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。

在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了常用的的PLC控制，运用三菱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更加稳定可行。

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运行，在升降横移式立体车库中采取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

ABSTRACT

Stereogarageisspecificallyimplementcheckofvehiclesautomaticparkingandscientificstorageacilities.Withtheincreasingofurbancarownership,parkingproblemhasbecomeacommonphenomenonoflargeandmedium-sizedcities.Mechanicalstereogaragecanmakefulluseoflandresources,makingfulluseoftheadvantagesofspaceandmaximizetheparkedvehicles,becometheimportantwaytosolvetheproblemofurbanstatictraffic.Thistopicwastypicaltoliftmovetransverselytypeparkingequipmentastheresearchobject,consideringthethree-dimensionalgaragedualfactorsofmanufacturingcostandoperationefficiency.

Basedonthegarageathomeandabroadpresentsituationandthedevelopmenttrendonthebasisofinvestigationandchoosethreelayerthreecolumntypegaragestructureastheresearchmodel.Liftingandmovingtypestereogarageintermsoftheircomponentparts,canbedividedintothreeparts:

thegaragestructuralparts,transmissionpartsandcontrolsystem.Thisarticlesimplyintroducesthemainstructureandcharacteristicsofgarage,thegaragecontrolsystemalsomadeasimpledescription,basedonthree-dimensionalgarageliftingandmovingtype,theoperationprincipleofusingthetheoryofthree-dimensionalgarageforliftingandmovingstructurehascarriedonthecomprehensiveanalysis,includingtheliftingoftheframetransversetransmissionsystemandelevatordrivesystemofaxialstrengthandsoon.Inthree-dimensionalgarageforliftingandmovingthedesignofcontrolsystem,adoptadvancedPLCcontrol,byuseofmitsubishi'sprogrammingsoftwaredevelopedliftingandmovingtypethree-dimensionalgaragecontrolsystemapplication,andthedebuggingandrunning,provethatusingprogrammablecontroller（PLC）ascontrolsystemissimple.Itsstable,reliable,rapid,cost-effectivefeaturesmakecontrolaccordingtothestateofmechanicalparkingequipmentgeneralsafetystandards,liftthelateralmovementtypeparkingequipmentandactualuseintheliftmovetransverselytypeparkingequipmentnecessarysecuritytechnology,sothatensuresthecompletesafetyofthevehicle,makethewholegaragecanbesafeandsmoothoperation.

Keywords:

Stereogarage;Controlsystem;ThePLC

1绪论1

1.1本课题设计的背景1

1.2本题设计的目的及意义1

1.3立体车库在国外研究发展现状2

1.4本题设计的容3

2系统方案的设定4

2.1方案论证4

2.2自动化立体车库常见形式5

2.3升降横移式立体库控制系统整体方案5

3立体车库机械部分设计6

3.1立体车库的基本结构6

3.1.1升降横移式立体车库的工作原理6

3.1.2立体车库主要机械构件及其功能7

3.2立体车库中的安全防护装置8

4立体车库控制系统硬件设计9

4.1电气控制系统整体设计9

4.2硬件系统配置9

4.2.1PLC概述9

4.2.2PLC的工作方式10

4.3其他硬件资源配置11

5立体车库控制系统软件设计12

5.1PLC的特点及选型12

5.2PLC的I/O口资源配置13

5.3电气控制系统PLC接线图14

5.4PLC控制程序设计17

5.5控制系统程序梯形图18

6基于组态王的监控界面设计19

6.1组态王软件介绍19

6.2利用组态王实现上位机监控19

6.2.1建立组态王新工程19

6.2.2创建组态画面19

6.2.3定义I/O设备21

6.2.4构造数据库22

6.2.5建立动画连接22

6.2.6运行和调试23

7立体车库控制系统程序仿真25

结束语29

参考文献30

致31

附录32

1绪论

1.1本课题设计的背景

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，截至2012年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。

其中，汽车保有量首次突破1亿辆。

而早在2001年，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。

通过以上数据可以看出，短短10年里，中国的机动车辆增加了17倍，汽车增加了16倍。

而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。

以市为例，截止2007年底，市区仅有公共停车场828处，共计车位5.7万个，仅占市区机动车拥有量的8.6％，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。

的情况也让人无法乐观，仅有的229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。

停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通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，于局限弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。

1.2本题设计的目的及意义

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，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。

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，立体车库的设计目的：

是解决城市用地紧，缓解停车难的一个有效手段。

可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。

1.3立体车库在国外研究发展现状

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，拥有量不断增加，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，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。

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。

1.4本题设计的容

本课题的主要容是基于三菱FX2N系列PLC的立体车库控制系统的设计，升降横移类停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。

由于受收链装置及存取车时间的限制,一般为2~4层（国家规定最高为4层）,2层、3层者居多,现以典型常见的地上3×3升降横移式为例,说明停车库的运行原理。

立体车库结构特点是:

最底层只能平移,最顶层只能升降，中间层既可升降也可平移。

除顶层外,底层都必须预留一个空车位,供进出车升降之用。

当底层车位进出车时,无需移动其他托盘就可直接进出车；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,直到下方为空才可执行下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。

2系统方案的设定

2.1方案论证

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。

所以顺应时下的现状立体车库迅速发展起来，其设计也在不断的趋向于完善化，本车库模型系统的设计也有很多不同的方法。

我们对车库模型控制作了两种设计方案，并对其进行了研究和讨论

 方案一：

基于单片机的立体车库模型控制系统设计。

采用单片机作为主控制器来控制步进电机的控制系统，系统所要设计的控制电路较多，较为复杂。

（1）单片机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻。

（2）单片机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多。

（3）单片机自身就是弱电驱动，但是对于停车库运行系统来说，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，系统的可靠性就会下降。

（4）单片机控制系统，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，只是停车库系统研究开发的一个方向。

方案二：

基于PLC立体车库模型控制系统设计。

它具有很多其他设计方法不可比拟的优点：

（1）可靠性高、环境适应性强：

可编程控制器输入/输出端口均采用继电器和光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，所以具有很强的抗干扰能力。

（2）通用性好：

 由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU 模块、电源模块、PID 模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性 。

（3）使用方便、灵活：

对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入/输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。

（4）具有顺序、周期性的工作特征。

（5）体积小：

由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。

综上所述：

我们选择方案二，即PLC作为设计中的主控制系统，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。

2.2自动化立体车库常见形式

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、技术难度以及市场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，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。

2.3升降横移式立体库控制系统整体方案

升降横移式立体停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、信息和电气技术于一体。

升降横移式立体停车库的控制系统是整个车库系统的核心组成部分。

如果说执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。

它指导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1立体车库系统控制整体框图

升降横移式立体停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，经经系统处理后，然后系统把可识别的控制信息通过控制设备（PLC）来驱动执行结构，进而完成车库现场的运作。

同时该动作的信息通过检测装置传送到检测系统，经处理后反馈到控制系统的监控界面，这样操作者就可以直观的看到车库现场的运行实况了，由此可以使车库更安全的运行。

整个系统控制原理框图，如图1所示。

3立体车库机械部分设计

3.1立体车库的基本结构

3.1.1升降横移式立体车库的工作原理

升降横移式立体车库每个车位都有载车板，车辆停在载车板上，最下层的载车板只做左右横移，不能升降，中间层车位可以左右横移和升降，上层车位只能升降，不能横移，若中间层车位需要存取车，则需下层车位移出空位，才能降至底层，上层车位需要存取车，则需要中间层车位和下层车位移出空位方能下降至底层。

存车时，当载车板到位后，驾驶员将车开上载车板后下车离开，中间层和上层载车板升至所在层位；取车时，下层车位直接开出，上层和中间层则是载车板降至底层后，等驾驶员进入车库开走汽车后，载车板回至所在层位。

下图为一个地上3×3型七车位的升降横移式立体车库，其工作原理是:

上层载车板可以做升降运动，中间层载车板可以做升降运动和横移运动，下层载车板只能做横移运动。

通过中间层和下层的空位，利用载车板横移变换空位，将汽车停到上层或降至下层，第一层的汽车可直接开进和开出，无需变换位置。

图2七车位升降横移式立体车库工作原理图

如图2所示：

1、2号车位可以直接存取车辆；7号车位需下降后再存取车辆；3号车位，则需先将1号和2号载车板右移，再将3号载车板下降后才能存取车辆；4号车位，则需先将2号载车板右移，再将4号载车板下降后才能存取车辆；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降后才能存取车辆；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板下降后才能存取车辆。

升降横移式立体车库对场地的适应性很强，所以可根据不同的地形和空间进行相应的构建，规模可大可小，对场地的要求比较低，因此应用非常广泛。

3.1.2立体车库主要机械构件及其功能

3×3型升降横移式立体车库，其主要有六大部分组成，分别是：

结构框架部分，载车板部分，横移系统，升降系统，控制系统，安全防护系统。

1．框架

立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在本文中，选择用钢结构。

钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。

构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。

拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。

施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。

由于钢结构具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。

2．一层载车板横移传动系统

第一层车位设置在地面上，汽车的存取可以直接在对应的位置进行，车辆驶上载车板后，只能实现水平移动的方式。

传动方式为电动机带动主动链轮，使链条带动从动链轮从而带动主轴，进而驱动行走轮带动载车板在导轨上做横移运动，采用这种链传动方式与齿轮齿条传动方式相比，结构简单，成本低。

同样可以达到传动准确，效率高的目的。

3．二层载车板升降横移传动系统

第二层车位是由一个横移矩形框架及一个悬挂载车板组成，汽车驶上载车板后不光要进行横移运动，还要进行垂直升降运动。

横移传动方式为：

横移电动机带动横移主动链轮，使链条带动横移从动链轮从而带动横移主轴，进而驱动行走轮带动横移框架，实现二层载车板的横移运动做横移运动。

升降传动方式为：

升降电动机带动升降主动链轮，使链条带动升降从动链轮从而带动升降主轴，进而驱动升降链轮带动升降链条，从而带动载车板，实现二层载车板的垂直升降运动。

4．三层载车板垂直升降运动的传动系统

第三层车位是由一个焊接在立体车库骨架上的框架和一个悬挂载车板组成的。

当汽车驶上载车板后，只能进行垂直升降运动。

升降传动方式为：

电动机带动主动链轮，使链条带动从动链轮从而带动主轴，进而驱动升降链轮带动升降链条，从而带动载车板，实现二层载车板的垂直升降运动。

5．安全装置

在立体车库上层停车位和下层停车位的纵梁处装有上下行程限位开关，在中间层和底层车库横梁两端装有左右行程限位开关。

上载车板上装有防坠落安全装置，防坠落安全装置安装在纵梁和上载车板停泊位置之间，在纵梁两边各安装两只电磁铁控制的挂钩，载车板两侧相应位置装两只勾环，当上载车板上升到位后，纵梁上安装的四只挂钩便会自动勾住四只勾环，以防止当升降电机制动器失灵后，上载车板汽车和上载车板坠落，从而压毁下层的汽车。

行程限位开关的作用是当载车板到达位置是自动停止。

6．控制系统

升降横移式立体车库的控制系统采用PLC控制，主要有自动，手动和急停三种控制方式，立体车库一般采用自动控制方式工作，当出现紧急异常的情