基于PLC的立体车库控制系统设计0.docx
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基于PLC的立体车库控制系统设计0
基于PLC的立体车库控制系统设计_0
基于PLC的立体车库控制系统设计
摘要
本次毕业设计课题为基于PLC的立体车库控制系统设计。
机械式车库种类较
多，主要有以下形式:
升降横移类、垂直循环类、水平循环类、平面移动类、巷
道堆垛类、垂直升降类、简易升降类等。
通过对这些车库类型特点的比较与分析，
选择了三层三列升降横移车库结构为研究模型和设计内容。
本设计论述了立体车
库的发展与当今现状，论述分析了三层三列升降横移式立体车库的运行原理和结
构特点，设计了立体车库的控制系统，并依据其运行原理设计了PLC程序。
关键词:
立体车库，升降横移式，控制系统，PLC
1绪论............................................................................................................................
1
1.1课题的背景和意义.............................................................................................1
1.2课题的关键技术及其国内外研究发展现状.....................................................
3
1.2.1国外研究现状...............................................................................................3
1.2.2国内研究现状...............................................................................................4
2升降横移式立体车库的机械设计部分....................................................................6
2.1立体车库的分类及其特点.................................................................................6
2.2升降横移式立体车库的工作原理.....................................................................8
2.3升降横移式立体车库的结构.............................................................................9
2.3.1升降横移式立体车库的主要构成...............................................................9
2.3.2升降横移式立体车库的结构示意.............................................................12
2.4升降横移式立体车库中的安全防护装置.......................................................
13
3立体车库电气控制系统设计..................................................................................15
3.1电气控制系统整体设计...................................................................................15
3.2电气系统关键部分设计...................................................................................18
3.2.1PLC接线设计.............................................................................................18
3.2.2其他资源配置.............................................................................................19
3.3PLC控制程序设计............................................................................................20
3.3.1PLC的选型.................................................................................................22
3.3.2PLC的I?
O资源配置...............................................................................23
3.4电气安全装置...................................................................................................24
4升降横移式立体车库监控系统的设计..................................................................
25
4.1立体车库自动化控制系统...............................................................................25
4.2基于WINCC的监控系统设计与实现..............................................................
28
4.1.1Wincc的概述..............................................................................................28
4.1.2监控系统的功能.........................................................................................28
4.1.3Wincc的组态..............................................................................................29
5结论..........................................................................................................................32
I
参考文献......................................................................................................................33
致谢..............................................................................................................................
34
附录..............................................................................................................................
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II
西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）
1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，拥有私家车的家庭越来越多，而与
此相对应的是城市停车状况的尴尬。
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。
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，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资
金都不小。
随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。
作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。
伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。
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、
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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，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。
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，人在车库内或车不停准位置，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。
近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。
但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。
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，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。
国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的《国家计委6号令》把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征
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进口税”。
上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。
可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。
1.2课题的关键技术及其国内外研究发展现状
1.2.1国外研究现状
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
-4层升降横移停车设备;适合城市中心商住区层停车设备;利用住宅空地建起2
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。
图1-1国外高容量的立体车库
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，
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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范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。
日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。
当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。
从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。
韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。
其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。
由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。
目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。
1.2.2国内研究现状
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
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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。
图1-2在我国广泛使用的升降横移式立体车库
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2升降横移式立体车库的机械设计部分
2.1立体车库的分类及其特点
机械式车库种类较多，主要有以下形式:
升降横移类、垂直循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类等。
下面介绍其中几种类型及其特点。
（1）升降横移式
停车位为两层或多层，有若干层的同层置车板可左右横向移位，通过升降机构改变置车板的高度。
可为地上式或带地坑式。
特点:
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有效利用空间，提高空间利用率达数倍。
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存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。
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采用PLC控制，自动化程度高。
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环保节能，低噪音。
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人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便。
（2）垂直循环式
驱使以垂直方式排列的各置车板作连续环形运动。
车辆出入口通过传动机械，
位于设备最下面的称为下出入口式，位于中间部分的称为中出入口式，位于最上面的称为上出入口式。
可为封闭式高塔或敞开式低塔。
特点:
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使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。
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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。
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可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。
（3）巷道堆垛式
采用巷道堆垛机和搬运器，将进到搬运器上的车辆一起作平面移动且垂直升降到停车位旁，再用存取机构将车辆送入停车位。
特点:
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全封闭管理，安全、防盗、为车辆提供最佳防护。
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可设置于地上或地下，充分利用有效空间。
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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。
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通过升降机、行走台车及横移装置输送载车板实现存取车操作，整个过程
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全自动完成。
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固定式升降机，各层行走台车的配置形式，可实现多个人同时存取车。
（4）垂直升降（塔库）式
停放车辆的停车位和车辆升降机以立体方式组成的高层停车设备。
通过搬运机械将车辆或载有车辆的置车板横向或纵向地从车辆升降机搬运至停车位。
停车位分横置式、纵置式和圆周式三种。
特点:
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占地少，容车量大，高层设计最高能够达到平均一辆车仅占一平方米的空间。
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可同时提供多车位进出口，等待时间短。
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智能化程度高，可预约存取车及空车位导向。
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利用车库外形的空隙空间可以进行绿化，使车库变成一个立体的绿化体，有利于美化城市和环境。
（5）平面移动式
在同一层面上，用搬运台车平面移动车辆，或使置车板平面横移。
可为单层平面横移、单层（多层）平面往返以及门式起重机多层平移。
特点:
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每层车台和升降机分别动作，提高出入库速度，可利用地下空间，停车规模可达到数千台。
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部分区域发生故障时，不影响其他区域的正常运行。
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通过计算机和触屏界面进行综合管理，可全面监视设备的运行状况，并且操作简单。
（6）简易升降式
停车位为两层或三层，通过升降机构或俯仰机构改变置车板的高度或倾斜角度，供车辆出入。
可为地上式或带地坑式。
特点:
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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。
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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。
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备有专用锁匙开关，防止外人开动设备。
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车板防下滑保险装置。
（7）其他
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水平循环类:
各置车板以两列或多列方式水平排列，并循环移动。
置车板以圆弧运动方式循环者称为圆形循环式;以直线运动方式循环者称为箱形循环式。
多层循环式:
各置车板以两层或多层方式排列，在相邻两层间的两端设有车辆升降机，同层置车板可在该层内作水平循环移动。
置车板在设备两端以圆弧运动方式升降者称为圆形循环式;以垂直运动方式升降者称为箱形循环式。
车辆入库方式与水平循环相同。
通过对各类立体车库的分析并结合本次设计的车库容量，可以得出选用升降横移式立体车库为最佳选择方案。
2.2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，车辆就停在载车板上，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自动升至所在层位，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，载车板自动回至所在层位。
图2-1为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是:
三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两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号车位可以直接存放车辆;7号车位需下降后再存放车辆;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;4号车位则需先将2号载车板右移，再将4号存车板下降;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;6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。
图2-1七车位升降横移式立体车库工作原理图
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2.3升降横移式立体车库的结构
2.3.1升降横移式立体车库的主要构成
以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。
升降横移式立体车库主要由钢结构、传动机构、载车板、电气控制系统、安全装置五大部分组成。
（1）钢结构
图2-2钢结构简单示意图
具有如下特点:
?
可靠性高
钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。
钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体。
钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好。
钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，
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