基于PLC立体车库控制系统设计.docx
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基于PLC立体车库控制系统设计
优秀设计
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）名称
基于PLC立体车库控制系统设计
设计（论文）类型
指导教师
学生
姓名
学号
系、专业、班级
一、选题依据：
（简述研究现状或生产需求情况，说明该设计（论文）目的意义。
）
由于经济的发展，城市人口、城市车辆逐年增多,市区停车问题亟待解决。
传统的单层平面停车场占用大量宝贵的土地资源，越来越不能满足需求。
建造在地下的堆垛式立体车库具有高密度的特点，是停车库中最为先进的形式，这种形式的车库容量大，大型的容量可达1000～3000个车位，其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠、调车速度快、自动化程度高，是各大城市解决停车难的最佳选择。
自动化立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术为一体的智能化、立体化的物流储运系统，能够自动而可靠的完成车辆的存储以及相关信息的管理。
对该系统的开发与研究，可以解决我国停车难的问题，具有非常大的理论意义和使用价值。
二、设计（论文研究）思路及工作方法
自动化立体车库通过可编程序控制器控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。
PLC作为自动化工业控制器，目前国内的众多升降横移式立体停车库中，其控制核心单元多为PLC，并通过控制按钮，由工作人员现场操作来实现对车库的管理和控制。
可编程序控制器（PLC）是以微电子技术为核心的一种新型工业控制器，立体车库动作复杂，要求控制系统实现顺序动作控制、速度控制、定位控制及安全互锁控制。
所以PLC是立体车库的首选的控制系统。
三、设计（论文研究）任务完成的阶段内容及时间安排。
1.学习PLC、搜集资料、了解机械式车库的发展3.5-3.25
2.对比立体车库的类型、确定选用车库的类型3.26-4.2
3.确定PLC的型号、输入信号与输出器件4.3-5.3
4.编写车库门、车库内部控制梯形图5.4-5.22
5.编写说明书、绘图并总结5.23-6.5
6.检查答辩6.6-6.24
指导教师意见
指导教师签字：
年月日
教研室毕业设计（论文）工作组审核意见
难度
分量
综合训练程度
教研室主任：
年月日
设计（论文）类型：
A—理论研究；B—应用研究；C—软件设计；D-其它等。
任务书
1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求
1.确定车库类型的选择
2.绘制立体车库的平面结构简图
3.列出进出车库、停车库两个系统的输入/输出信号
4.根据I/O点数确定PLC的型号，并选址
5.编写进出车库、停车库系统的逻辑梯形图
2．指定查阅的主要参考文献及说明
1.宫淑贞、王东青.可编程序控制器原理与应用.北京：
人民邮电出版社，2002.7
2.徐世许.可编程序控制器原理应用网络.安徽：
中国科学技术大学，2000.9
3.杨公源.可编程序控制器原理与应用.北京：
电子工业出版社，2004.5
4.刘涳.常用低压电器与可编程序控制器.西安：
西安电子科技大学出版社，2005
3．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
学习PLC、搜集资料、了解机械式车库的发展
2
对比立体车库的类型、确定选用车库的类型
3
确定PLC的型号、输入信号与输出器件
4
编写车库门、车库内部控制梯形图
5
编写说明书、绘图并总结
6
评阅及答辩
摘要
自动化立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术为一体的智能化、立体化的物流储运系统，能够自动而可靠的完成车辆的存储以及相关信息的管理。
对该系统的开发与研究，可以解决我国停车难的问题，具有非常大的理论意义和使用价值。
在程序设计之前，首先确定车库的类型和平面结构。
不同立体车库机构的布置和同一立体车库机构的选择等都不相同，所以对应的控制系统部分也就相应地有差别。
由于堆垛式立体车库的运行效率高、可靠性好等，且能实现全自动化管理，具有广泛的应用前景，因此利用PLC（可编程序控制器）设计一个地下堆垛式立体车库的控制系统。
而在设计的过程中，为了便于系统的检查，理清系统思路，尝试把进出车库的控制系统和智能搬运系统、堆垛控制系统分开来设计。
整个系统的设计充分体现了PLC在自动控制中的优势。
该设计的方法是：
以平面停车场为核心，依靠油泵、电机等移动车位，利用PLC指令来控制车位位置变动进程。
设计一种新型双层机械式停车库控制系统，文中提出了软件设计的方法，并改进了速度。
这种方法具有普遍意义，可用于任意车位的设计。
本文概述了我国停车场的现状，提出了在市区建设立体车库的必要性；并简单概括了自动化立体车库的类型、特点和选型标准等等；还介绍了PLC的系统结构、工作原理、工作方式和编程的规则等；最后详细介绍了地下堆垛式立体车库和控制系统结构、工作原理、软件的实现，分析了系统的控制流程和PLC控制的梯形图。
该系统实现了立体车库的有效控制与管理，充分发挥该车库的特点。
关键词：
控制系统，PLC，传感器，堆垛式立体车库
Abstract
Automatedmulti-layergarageisaintellectualizedandstereoscopicsystemofphysicaldistribution、storageandtransportation,whichbasesonautomatedtechnique、robottechnologyandcomputertechnology.Itcancompletethestorageofvehicleandthemanagementofrelatedinformationautomaticallyandreliably.Thedevelopmentandresearchofthissystemcouldsolvetheparkingprobleminourcountry,soitispossessedofsignificanttheoreticalmeaningandusevalue.
TheBeforeprogramming,thetypeofgarageanditsplanerconstructionaremadecertain.Themechanisms’placementofdifferentMulti-layerGaragesisdissimilar,soisthemechanisms’selectionofthesamemulti-layergarages.Asaresult,thecorrespondingpartofcontrolsystemmakesadifference.Becausemulti-layergarage’soperatingefficiencyishigh、itsreliabilityisgood.Itcanimplementfullautomationmanagement,soitpossessestheextensiveapplicationforeground.Programmablelogiccontrollerisusetodesignanautomaticcontrolsystemforstow-typedmulti-layergarageundergroundinthispaper.Inthecourseofdesign,Inordertocheckthesystemandknowthethoughtofiteasily,sothecontrolsystemsweretriedtodesignrespectively,containingthegaragecontrolsystem、theintelligenttransitsystemandstowcontrolsystem.ThewholesystemshowsPLC’sadvantagefullyintheautomaticcontrol.
Thestatusquoofgarageinourcountryissummarizedinthispaper,thenecessityofbuildingastereo-garageinadowntownisadvancedaswell.Weintroducethetypes、featuresandthestandardofelectrotypeoftheautomatedmulti-layergarage,etc.Andthenthesystemorganization、principleofoperation、operatemodeandprogrammaticruleofPLCareintroduced;atlast,itssystemconfiguration,operatingprinciples,softrealizationaredetailedintroduced.FlowcontrolandladderdiagramofPLCareanalyzed.Thissystemmakesautomatedmulti-layergaragecontrolledandmanagedineffect,andgivesfullplaytothegarage’scharacteristic.
keywords：
Controlsystem;PLC;Sensor;Tow-typedmulti-layergarage
第1章绪论
1.1本文的目的和意义
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和加入世界贸易组织步伐的加快，汽车普遍进入家庭已为期不远，停车市场前景广阔。
机械式立体停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、地下停车库和停车楼组合实施。
是解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必经之路。
1.2国内外立体车库的研究现状
介绍国内与国外在立体车库发展上存在的差距，并着重指出我国现在静态交通相对于动态交通的滞后，并且影响了动态交通的正常运行。
1.2.1国外立体车库的发展现状
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双层停车设备，在一块停车面积上停放两辆汽车；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备，停车面积利用率提高2-4倍；建起适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔，使单位停车面积进一步减小；利用广场、建筑物下面的空间建设地下停车库，使地下停车几乎不占地面空间。
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。
1.2.2我国立体停车库的发展现状
我国城市停车还处在初级阶段，专用和公共停车位数量和合理的车位与车辆比率相差甚远，停车难到处可见。
目前我国的停车场仍以平面停车场、路上停车场、路外停车场、自行式停车场为主，立体停车库和机械式停车场数量还很少。
以我国停车产业发展较快的上海为例，路上、路外停车仍占有相当比例，已建设的车场大部分是地下自行式停车场和在自行式停车场的基础上安装简易停车设备或增加存车数量。
自行式停车场存在较多缺陷，近年来在发达国家已很少新建。
大家感兴趣的是具有现代水平的机械式立体停车库。
我国对机械停车库的开发与研究工作始于1984年。
1988年由北京有色冶金设计研究总院率先研制完成了LS型（两层升降横移式）机械停车库,从此结束了我国没有机械停车库的历史。
1989年该院又研制成功了S型（竖直循环式）机械停车库，1991年在中国石化总公司北京设计院正式投入使用,该项目获得了国家专利。
它的建成标志着我国打破了传统的停车方式,为城市规划和城市建设提供了新的思路,为解决我国城市“停车难”问题闯出了一条新路。
据不完全统计,自1991年以来在北京、天津、上海、深圳等大城市，陆续有30多台机械停车库投入使用,该院的技术占有率约为80%以上。
继LS型和S型机械停车库投入使用后,该院又开发出LX系列（两层循环式）、T系列（汽车升降机）和DS系列（三层升降横移式）机械停车库,分别安装在天津及北京等地。
进入20世纪90年代后，随着电脑智能化管理和自动化仓库存储技术的发展，出现了自动化仓库存储式机械停车装置，极大的提高了土地利用率。
1.3研究的主要内容、目标和方法
本文主要研究的是：
通过PLC所提供的指令来设计立体车库的控制系统，以实现机械式立体车库的自动存取车。
我们所设计的立体车库不但能够满足用户的停车要求，而且要使立体车库的控制系统能实现预定的功能，例如自动进出立体车库；并且能够对车库进行安全监控；并能节约时间，提高效率，使存取车安全、可靠。
自动化立体车库通过可编程序控制器（ProgrammingLogicController，简称PLC）控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。
PLC作为自动化工业控制器，目前国内的众多升降横移式立体停车库中，其控制核心单元多为PLC，并通过控制按钮，由工作人员现场操作来实现对车库的管理和控制。
可编程序控制器（PLC）是以微电子技术为核心的一种新型工业控制器，立体车库动作复杂，要求控制系统实现顺序动作控制、速度控制、定位控制及安全互锁控制。
所以PLC是立体车库的首选的控制系统。
自动化立体车库对控制系统主要有如下几个方面的要求：
（1）自动操作
存取车时，单按钮操作，只要按动所选车位按钮，控制系统根据当前车库存车状况，自动选择调度方案，以最短的时间完成车辆的出入库。
（2）安全互锁控制
立体车库不允许因错误动作而造成车辆损坏，所以安全装置是必不可少的，如光电检测装置。
控制系统应能及时检测出隐患，避免故障的发生。
（3）高速、平稳
一些大型立体车库的平均车辆存取时间能够达到小于70s，这就要求传动装置以高速度运行，同时，为了保证安全、低噪声与平稳起、制动，又要求传动装置具有自动加、减速功能。
因此立体车库驱动装置一般都采用交流变频调速技术。
第2章自动化立体车库的简介
2.1自动化立体车库的类型
国外立体车库控制系统的研究和应用已有很长历史，随着PLC技术的日趋成熟和自动化程度的不断提高，立体车库控制技术得到广泛推广。
发达国家的诸多城市，均采用自动化立体车控制系统，有效地解决了土地资源紧缺和泊车难的问题。
目前常用的立体车库结构形式有：
水平循环式立体停车库、垂直循环塔式立体车库、垂直升降式立体车库、升降横移式立体车库、输送带式立体停车库。
2.1.1水平循环式立体停车库
图2-1为水平循环式立体车库简图。
这种车库主体结构为一水平放置的链式输送机，车辆停放在链式传送带的托盘上，随着车辆的入出库，所有车辆同时按固定次序作循环运动，由平动机构确保车辆始终处于水平状态，整套系统由一大型电机单独驱动。
水平循环式立体车库外形狭长，通过采用两层停车结构，可以有效地提高狭长地段的土地利用率。
整个车库只有一个水平循环动作，因此电气控制系统简单，便于维护。
但是由于其平动机构导轨易于磨损，因而增加了维护工作量。
水平循环式立体车库停车数量受到单一驱动电动机功率和结构限制，一般在十几辆左右，可以通过组合，来达到所需的停车数量。
图2-1水平循环式立体停车库
2.1.2垂直循环式立体车库
图2-2为垂直循环式立体车库，这种车库减小了占地面积，有效地提高了土地利用率。
图2-2垂直循环塔式立体车库
垂直循环塔式立体车库主体是一个垂直回转链式输送机，车辆停放在托盘上，由做垂直循环运动的链条带动，在平动机构的控制下保持车位水平，这种车库由单一大型电机驱动，电气控制系统简单，但其平动机构也存在导轨易磨损的问题，从而引发运行卡死现象。
垂直循环式立体停车库停车数量受驱动电机功率及结构等因素限制，一般可停车10～40辆。
2.1.3垂直升降式立体车库
图2-3为垂直升降（塔式）式立体车库，它主要由高层停车架、升降电梯、车辆存取机构及回转台等组成。
这种车库的主体结构由工字钢或槽钢焊接而成，结构简单，制造难度不大，由于提升运送车辆的升降电梯应具有较高的升降速度，以降低车辆的存取时间，所以一般采用直流调速装置或交流变频调速装置，实现自动加减速控制，达到高速运行与平稳启停的双重目的。
升降电梯要求具有平层停车定位装置，需要一套行程检测系统，升降电梯提升能力一般不超过5t，运行速度应在90m/min以上。
车辆存取机构是升降电梯的附属装置，一般采用多节伸缩式货叉。
回转台的作用是调整车辆入、出时的方位。
垂直升降式立体车库动作较复杂，一般采用工业计算机或高档可编程序控制器构成其自动控制系统，实现存取车控制、自动计费等功能，也可实现无人化管理。
图2-3垂直升降式立体车库
2.1.4升降横移式立体车库
图2-4为升降横移式立体车库。
这种车库多为中、小型车库，停放车辆数目从几辆至几十辆不等，一般采用2～4层结构。
整套车库由支架及若干台机构相同的台车组成，典型台车由卷扬提升机构、横移机构及托盘组成。
各台车之间相互独立运作，一般情况下不致因某台车的故障而影响整个车库的正常运行。
升降横移式立体车库可根据地形及高度条件随意组合，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、机关内部停车和社会小区内停车。
升降横移式立体车库可以采用人工控制或可编程序控制器控制。
升降横移式立体车库的土地利用率取决于层数，一般情况下，单位停车面积上可停放2～3辆车。
图2-4升降横移式立体车库
2.1.5输送带式立体停车库
图2-5为输送带式立体车库，采用升降电梯提升车辆，再用输送带将车辆送至停车位。
整个车库系统较复杂，必须采用计算机控制，适合建在大型娱乐场所或繁华商业区中。
图2-5输送带式立体车库
除上述各种立体车库外，还有无平移双层提升式简易停车库，如图2-6所示。
它是由液压传动装置构成的微型立体车库，也是一种常用的家庭车库。
图2-6无平移双层提升式简易停车库
2.2自动化立体车库的特点
这些特点是相对于自行式立体车库而言的，自行式立体车库的停车率（单位面积停车数）低，因为每层均有车道占去一定面积；存、取车不方便，每次存、取车司机要走较长的路；车库层次不能过多、不安全、易被窃等。
1.节省占地面积,空间利用率高
除了必要的停车空间外,几乎没有浪费。
如垂直循环式机械停车库,占地面积只有50平方米,可同时存放30多辆轿车,而普通的停车场存放30辆轿车需要占地1000平方米以上,两者相差20余倍。
2.出入库管理方便简捷
由电脑控制操作简单,库内的存车数量、存车位置、存车时间等全可以显示在操作盘上,一目了然。
3.设备安全可靠
完善的闭锁装置可保证汽车安然无恙,外部人员不能随意进出,汽车不会遭受人为的损伤和丢失,车主可大为放心。
4.配置灵活
可单独设置也可并排设置,或附设在其它建筑物内,可设在地上、地下或半地下,型式多样,适应性广。
5.节能
由于汽车在库内行程短,排放废气少,因此不需要强制通风,也无需大面积照明,耗电量低。
6.节省时间
车主不需寻找车位,调车时间短。
2.3立体车库的主要技术指标
此处主要介绍立体车库产品的车位利用和它存取车的运行速度等方面的指标，在车库建设中，为结构的选择和空间的布置提供了技术指标。
2.3.1适用车型
大多数汽车都是按标准外形尺寸设计生产的。
根据汽车尺寸的不同，可以分为S、D、M、G、L型，还有高顶的H型汽车。
各种汽车的外形尺寸与重量参数详见表2-1。
显然不同类型的汽车所需要的停车车位大小不一样的。
根据某一车型设计的立体车库可以停放比该车型更小的其他车型的汽车。
例如根据G型汽车设计的立体车库可以停放S、D、M和G型汽车。
我们称车库可以停放的车型为车库的适用车型，而其中外形尺寸最大的车型为最大适用车型。
表2-1汽车车型参数
项目
小型轿车S
中型轿车D
中大型轿车M
大型轿车G
超大型轿车L
微型面包车H
总长L/mm
4700
5000
5100
5300
5700
5100
总宽W/mm
1700
1800
1900
2050
2050
1900
总高H/mm
1550
1550
1550
1550
1550
2050
总重G/kg
1600
1700
1900
2100
2300
2500
2.3.2停车车位空间
车库最大适用车型的外形尺寸决定了停车车位的有效空间，应根据存取设备的运动精度在各方向上加大一定的安全裕量，一般取200～300mm。
停车车位实际空间是由停车有效空间和其他结构（如托盘、提升设备等）所占的空间组成，由此可以计算出停车车位空间。
若停车车位空间尺寸分别为总长L、总宽W和总高H，则停车车位空间容积
V=L×W×H。
2.3.3库容与库容利用率
立体车库可同时容纳的汽车总数称为立体车库的容量（简称库容N）。
利用有限的占地面积停放更多的车辆即库容最大是立体车库最根本的设计目标。
通常用车库的面积利用率（Rs）及空间容量利用率（Rv）来表示：
其中S总——主体车库总面积，m2;V总——主体车库总容积，m3；N——车容；因为车库内总是要留有一些辅助空间，所以Rv总小于1，而Rs总是应该大于1，Rs越大说明立体车库土地利用率高。
2.3.4车辆存取时间
车辆存取时间反映了车库的工作效率，对于具有单一提升装置的立体车库，如垂直升降式立体车库来说，车辆存取时间t包括驶入时间t1、提升时间t2、存入车位时间t3、提升装置回位时间t4、提升装置到位时间t5、取车时间t6、提升装置下降时间t7及车辆驶出时间t8。
以某车库为例，车辆存取各阶段动作速度——时间曲线如图2-7所示，则其存取时间为110s。
图2-7车辆存取动作曲线
显然，对于不同的车位来说，车辆的存取时间是不一样的。
因此，整个车库应该用平均车辆存取时间来反映车库的工作效率。
对于具有多提升并行动作装置的立体车库来说，车辆存取时间取决于顺序完成的各个动作的最长时间。
对于存取车辆时间相对集中的场所，如体育场馆、电影院旁的停车场，平均车辆存取时间可以大一些，如120s。
2.4立体车库设计选型的要点
此节的主要目标是在立体车库的配建方面提供准确的数据，选择合适的地点和合适的立体车库，以达到车库的最高利用率。
2.4.1立体车库库址选择
使用停车场
升级会员 