垂直升降式立体停车库教材Word文档格式.docx
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3.4汽车自动识别系统的选取13
第四章立体车库系统的软件设计14
4.1立体车库控制系统的组成14
4.2立体车库控制系统的工作原理14
4.3立体车库主要线路的PLC程序设计16
4.3.1立体车库主要控制线路的PLC程序设计16
4.3.2立体车库主要控制线路的I/O外部接线图18
4.4立体车库主要线路的模块分析20
4.4.1车位指定线路20
4.4.2升降台选向电路21
4.4.3库层感应控制电路22
4.4.4横向移动取车控制电路23
第五章仿真调试24
5.1硬件调试24
5.2软件调试24
5.3系统联调24
结论25
参考文献26
第一章绪论
1.1选题的背景与意义
近几年来，随着我国国民经济和汽车制造业的迅速发展，汽车保有量快速增长。
北京、上海等大城市以每年15万辆的速度增加，而停车位的发展速度却远远滞后于汽车发展速度，停车难已成为大中城市发展的社会问题。
而立体停车库以其突出的特点赢得了人们越来越多的青睐，如：
以狭小的空间，争取最多的停车空间，运转平稳、无噪音，运行速度快，存取时间短，符合城市环保要求；
光电检测库内的存车状态，智能化的按键操作，使操作者全过程掌握车辆存取的每一个动作；
多路安全保护，设有防坠落、防碰撞、防过载等一系列安全保护装置。
诸多因素表明，我国立体车库停车产业与其配套产业目前正在成为潜力巨大的前途性产业。
停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高科技、高安全性、高可靠性、高效率的垂直提升式立体停车库将具有巨大的发展前景。
1.2立体车库在国内外的发展现状
国外立体车库发展状况：
早在20世纪50年代中期，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，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，韩国立体停车设备技术是日本技术的派生。
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年代开始为推广使用阶段。
国内立体车库发展状况：
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。
产品经引进技术和自我研制开发，生产技术水平有了很大的提高。
目前我国已经形成了新兴的停车行业，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。
现在从事立体停车设备制造企业已有30余家。
立体停车场国产化率达到50%以上,一些科研机构和大专院校也开始研究和开发符合国情的立体停车场。
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。
1.3立体车库的特点
立体停车库属于仓储设施，专门为各类车辆自动停放，是一种技术密集型机电一体化产品，发展潜力较大，具有很多优点：
占地面积小。
可向地下和高空发展，以最小的占地面积达到最优的存储。
建筑成本低。
经济效益高，使用地皮面积的缩减极大的减少了资金投入，比相同规模的平面停车场要节省的多。
配置灵活，适应性强。
机械式立体停车库具有多种类型，设计上具有较大的灵活性，可适应各种形式的地形或建筑物。
自动化操控，使用方便。
机械式立体停车库自动化程度高，用户通过简单操作，就能实现车辆的自动存取；
配备自动检测系统以及安全保护措施，安全性能好。
1.4立体车库的主要类型
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、巷道堆垛类、垂直升降类、水平循环类、平面移动类、简易升降类等。
下面介绍其中几种类型及其特点如表1-1。
表1-1立体车库的几种主要类型及其特点
序号
类型
特点及使用
1
升降横移式
结构简单、操作简便、能耗造价低、设置灵活、自动化程度较低、因受力链绳及存取时间的限制，可建停车规模有限，一般层高不超过5层，占地面积大。
2
垂直循环式
占地面积小，存取自动化，存取车速度慢，产生噪音，震动大，能耗高，工作机动性较差，结构易变形，存取室狭小，存取车不方便，目前较少使用。
3
巷道堆垛式
低噪声，低能耗，自动化技术高，等待时间长，进出口少。
4
垂直升降式
占地面积最小的一类，耗能低，存取高速智能化，环境影响小，对地基消防要求高，平均车位成本较高。
比较各种车库的优缺点，垂直升降类车库具有占地面积小、空间利用率高、技术性能好、节能、噪声低，速度高，出入车快，进出入车方式自由、安全装置齐全可靠、操作简单易维护等独特优点。
垂直升降式立体车库时一种综合性能比较优良的车库，自动化程度价高，具有广阔的发展前景。
本文选定立体车库类型为垂直升降式立体车库。
第二章升降式立体车库的系统总体设计
2.1设计方案的分析及比较
出入口独立的垂直升降式立体车库
出入口独立垂直升降式立体车库，就是车库的出入口独立设置，存车时车辆由入口驶入车库，取车时车辆由出口驶出车库，车库的每个车架里面只能容纳一辆车。
（1）系统构成：
整体框架、升降机构、自动控制系统。
（2）功能分析
可对车辆起到支撑、保护、传输、自动存取的作用。
此种车库不设换向机构，不具有换向功能。
（3）优点
该种设计方案，将车库的出入口独立设置，可以保证车辆的驶入方向和驶出方向一致，避免了车辆的调头工作，减少了存取车的等待时间。
（4）缺点
该种设计方案，由于每个车位内只能容纳一辆车，整个车库的容量不会很大。
如果想增加容量，则必须将车库加高，但是势必会对周围的建筑物产生影响。
车库出入口独立，不配备换向设备，则必须在车库出口前面留有足够的空间给车辆行驶，这样就增加了车库的附属建筑面积。
车库具有两个口，增加了车库控制系统的设计与编制难度，增加了控制设备。
对于内部建筑面积紧张的小区来说，这种设计方案并不是一个最优秀的方案。
出入口混合无换向的垂直升降式立体车库
出入口混合无换向垂直升降式立体车库，就是车库只有一个口，既作为入口，也作为出口。
车库没有换向机构，车辆自己进行调头，车库的每个载车板面只能容纳一辆车。
该种设计方案，不配备换向机构，减少了车库的设计难度，建造费用和复杂程度。
由于只有一个车库口，该车库适合于建设在小的边缘处，不会对小区内的住宅楼产生过多的遮挡或者噪声等影响，只具有一个车库口，同时也减少了车库控制系统的设计与编制难度，减少了控制设备。
该种设计方案，由于只有一个车库口，在存取车辆高峰时会增加车辆的等待时间和存取时间。
由于不配备换向设备，则必须在车库口前面留有足够的空间给车辆进行调头，这样就增加了车库的附属建筑面积。
该种方案比较适合内部建筑面积宽松的小区。
出入口混合带换向的垂直升降式立体车库
出入口混合带换向垂直升降式立体车库，就是车库只有一个口，既作为入口，也作为出口。
车库具有换向机构，车辆驶出车库时在换向机构上换向驶离车库。
车库的每个车架里面只能容纳一辆车。
整体框架、升降机构、换向机构、自动控制系统
此种车库设有换向机构，具有换向功能。
车库具有换向机构，则车库口不用预留出车辆调头的空间，可以相应的减少车库的附属建筑面积。
由于只有一个车库口，该车库适合于建设在小区的边缘处，不会对小区内的住宅楼产生过多的噪声等影响，同时也减少了车库控制系统的设计与编制难度，减少了控制设备。
故该种方案非常适合建筑在内部建筑面积比较紧张的小区内。
该种设计方案，虽然功能较多，但由于只有一个出入口，在存取车辆高峰时车辆的等待时间和存取时间会有所增加，并且会造成秩序混乱。
由于设计了换向机构，在一定程度上增加了车库的设计难度与建筑成本。
2.2立体车库总体方案系统分析
通过综合分析上述三种方案，从占地面积以及建筑成本考虑，出入口混合无换向垂直升降式的立体车库最适合大部分城市住宅小区，因此确定为本设计的总体方案。
本文所设计的垂直升降式立体车库适用的车型为中小型轿车。
占用空间小，操作方便，安全性能好，可广泛用于住宅小区及停车场。
其设计参数如下:
所停放车辆总长5.2m，总宽2.0m，总高1.9m。
对总体功能进行分析，可知升降功能、支承功能可由机械系统来实现，如升降机构实现升降功能，而控制功能要由自动控制系统来实现。
采用交流双速电动机作为主拖动系统和可编程控制器PLC实现控制系统。
系统功能结构图如图2-1所示。
图2-1功能结构框图
第三章立体车库系统硬件设计
3.1检测传感器的选择
3.1.1中间继电器
它是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。
线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；
线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位接点装置电气参数及控制形式：
触头功率30VA（阻性负载）
最高工作电压220VA.C
最大工作电流10A
控制形式：
上下限、双上限、双下限
其内部结构图如图3-1所示。
图3-1中间继电器接线意图
3.1.2接触器
交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。
主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。
交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个「山」字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。
为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。
交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。
另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。
20A以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。
接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时1200次。
接触器的使用寿命很高﹐机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。
根据本设计的需要以及接触器的特点，我选择400V63A线圈220V三相接触器BLB87额定工作电压：
250VAC，额定工作电流：
10A。
3.1.3按钮开关
按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。
在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。
选择型号为LA19—11A/D的额定工作电压：
380VAC，额定工作电流：
5A，的按钮开关。
3.1.4行程开关
滚轮式行程开关。
其结构原理,当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时,撞杆转向右边,带动凸轮转动,顶下推杆,使微动开关中的触点迅速动作。
当运动机械返回时,在复位弹簧的作用下,各部分动作部件复位。
选择型号为JLXK1—311制动防护式的行程开关。
额定工作电压：
500VAC，额定工作电流：
5A，一个常开一个常闭触头。
3.2电动机的选择
本设计的立体停车库是四层16车位，每层4库位。
其控制结构主要由一台交流双速电动作为主拖动升降电动机，4台的交流电动机作为四角平层的补偿电动机，1台开门电动机，1台纵向移动电动机，2台横向移动电动机组成。
3.2.1升降电动机的类型选取
在车库运行过程中，升降电动机需频繁的启动、制动、正转、反转，而且负荷变化大，经常工作在重点短时状态、电动状态、制动状态下，对电机要求较高。
根据工作性质，也因电动机应该有以下特点：
（1）能频繁的制动启动。
（2）启动电流较小。
（3）要有发电制动的特性，能由电动机本身的性质来控制曳引系统在满载下行和空载上行时的速度。
（4）要有较硬的机械特性，不会因升降架载重的变化而引起提升速度的过大变化。
（5）电动机运转平稳，工作可靠，运行噪声低。
普通交流感应电动机的转子电阻低，机械特性好，转差率S小，运行效率高。
可是这类交流感应电动机的启动电流大，一般为额定电流的4—7倍，同时启动转矩也较大，一般为额定转矩的3—5倍。
如果选用为曳引系统的电动机，会因为也因系统的频繁启动，它的启动电流会造成电网电压的大幅度波动，还会增加电动机的发热量，使得温度超过允许的限度，所以普通交流电机不适合用做车库升降电动机。
在此，车库的升降电动机选用交流双速电动机，其性能满足上述拖动系统的各项要求。
3.2.1升降电动机的型号选取
功率：
由式
i
式中：
K为车库的平衡系数，一般为0.4-0.5
Q为额定载重量（kg）
V为车库的运行速度
为车库的效率
i为钢丝绳索绳倍率
根据前面设计，取Q=1600kg，v=2m/s，考虑导向轮、导轨与导靴的摩擦阻力以及钢丝绳的僵性阻力，取η=0.85，计算得，P=20.2kW。
选取电机功率P=22kW。
选用YTD225M1—4/16的主交流双速电动机。
其参数如下：
22KW，电压：
380V，电流：
23A。
具有噪声低，振动小，运行平稳的特点。
同理选择YDF-2111的7.5kw的交流电动机作为四角平层的补偿电动机。
7.5KW，电流：
5A
升降主电机的主电路图如图3-2所示。
3-2主交流双变速电动机
3.3PLC的选型
本设计采用西门子S7-200系列的的CPU226控制，有24输入点和16个输出点。
另外选用五个扩展模块，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24VDC输出。
PLCCPU226参数：
◆晶体管输出
◆输入电压：
20.4-28.8VDC；
◆输出电流：
0.5A；
◆功耗：
11W；
◆数据存储器：
24KB；
◆I/O特性：
24输入/16输出；
◆模块扩展：
最多扩展7个；
◆定时器总数：
256个；
◆接口：
两个RS-485接口；
PLC系统的结构框图如图3-2所示。
PLC与计算机的通信图如3-3所示
3-3PLC系统框图
3-4PLC与计算机的通信图
3.4汽车自动识别系统的选取
自动存取车系统是立体车库控制的核心，由BCD控制，而其中汽车的自动识别更是重中之重。
汽车的自动识别主要是通过非接触式IC卡来实现的。
非接触卡内含有唯一的独立的卡号，使用时，技术人员需在读卡器有效读区内（一般5-10CM）将卡片轻轻一晃，便将卡内信息输入读读卡器内，实现考勤、收费管理。
本设计选用的非接触式芯片是FM11RF08芯片，采用0.6μmCMOSEEPROM工艺，容量为1K8Bit/s,EEPROM是具有逻辑处理功能的多用途非接触射频卡芯片，内含加密控制和通讯逻辑电路，具有极高的保密性能。
系统结构框图如图3-2所示.
图3-5非接触式IC卡系统结构框图
因此，汽车的自动识别原理如下：
在车库入口（也是出口）处设一个非接触式IC卡读卡器，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BCD，BCD系统自动判断该卡是否有效，若有效，则库门打开，系统把轿厢移到人车交接位置，至此，完成汽车的自动识别。
第四章立体车库系统的软件设计
4.1立体车库控制系统的组成
立体车库控制系统组成有自动收费管理系统、自动存取车系统、安监保护系统。
自动收费管理系统是在车库管理设立收费机，无需操作员即可完成其收费管理工作，用户直接在收费读卡机上刷缴费卡即可。
监控安保系统是指在中央控制室进行监视控制车库现场的运行状况。
它具有运动检测、视频监控、出入口控制、防盗识别报警等功能，可以实现无人看守。
自动存取车系统由出入口管理站、计算机监控中心等部分构成。
它具有车位管理功能、运行监控功能、自动门及远程诊断功能等。
出入口管理站设有光电开关、限位开关、库门、存车卡阅读器、显示器、指示灯等。
计算机监控中心设有车位管理系统，可以查询当前车库的存取车情况和车位状态等，并可查询车库存取车的详细记录档案。
若车库内没有存车位，出入口管理站的显示器上会显示车库已满，并且指示灯同时会亮起，此时拒绝任何车辆入内。
若车库并未存满，则依据当前的车位状况，系统还可以提供最佳的存取车路线，节省时间，提高存取车效率。
本设计着重分析自动存车系统。
4.2立体车库控制系统的工作原理
当有车辆要进入车库存车时，自动存取车系统的车位管理子系统确认是否有车位，若无则需等待；
若有，则读缴费卡，记录时间，同时监控安保系统自动捕捉车辆图像，确定信息并与缴费卡信息相对应，以备车辆出库时核对，保证车辆安全，同时检测器检测信号告知PLC要增加一辆汽车的数量，并在车库门前指示板上的数码管显示，最后控制门关闭。
车辆出库时，如果车辆自然信息与缴费卡信息不符，则控制系统不允许车辆出库：
如相符，则自动收费系统按停车时间在卡中扣除费用，门开启，车辆出库，同时要使车辆数量减少，用DEC功能指令使记录车辆数的数据寄存器D0减1，在显示器上显示出来，最后库门关闭。
。
车库自动存取控制系统采用取车优先的原则，并且存取车的时间不超过140s，车库系统运行状态用红、绿、黄三种指示灯表示，红灯表示有人正在进行存取车操作，请稍候；
绿灯表示目前无人操作，可进行操作；
黄灯表示系统有故障不能工作。
存、取车流程图如图4-1所示。
存车取车
图4-2存、取车流程示意图
4.3立体车库主要线路的PLC程序设计
4.3.1立体车库主要控制线路的PLC程序设计
（1）定义元器件名和分配I/O号PLC控制的立体车库I/O对应关系如下表。
（2）平层控制线路，采用四角平层方式，由四台平层补偿电动机各自控制，占四个输入点。
（3）减速感应器，位于每层主行程开关（除顶层、底层外，上下各一个）400mm处。
（4）横向、纵向控制线路，升降台在上升的过程中，同时向后移动。
PLC控制的立体车库I/O分配表如表4-1所示。
表4-1I/O资源分配表
（输入）元件器名
符号
对应PLC的I/O号
启动按钮
SB0
I0.0
存车按钮
SB1
I0.1
取车按钮
SB2
I0.2
紧急制动按钮
SB3
I0.3
一至四层A区呼叫按钮
SBA1、SBA2、SBA3、SBA4
I0.4-I0.7
一至四层B区呼叫按钮
SBB1、SBB2、SBB3、SBB4
I1.0-I1.3
一至四层C区呼叫按钮
SBC1、SBC2、SBC3、SBC4
I1.4-I1.7
一至四层D区呼叫按钮
SBD1、SBD2、SBD3、SBD4
I2.0-I2.3
1--4层4个1角平层行程开关
ST11、ST21、ST31、ST41
I2.4-I2.7
1--4层4个2角平层行程开关
ST12、ST22、ST32、ST42
I3.0-I3.3
1--4层4个3角平层行程开关
ST13、ST23、ST33、ST43
I3.4-I3.7
1--4层4个4角平层行程开关
ST14、ST24、ST34、ST44
I4.0-I4.3
1--4层4个减速行程开关
ST10、ST20、ST30、ST40
I4.4-I4.7
下限位开关
SQ1
I5.0
（输出）元件器名
上行接触器
KM1
Q0.0
下行接触器
KM2
Q0.1
低速接触器
KM3
Q0.2
高速接触器
KM4
Q0.3
短路切除低速电抗接触器
KM31
Q0.4
短路切除高速电抗接触器
KM41
Q0.5
横向左移电动机正转、反转
KMF1、KMF2
Q0.6Q0.7
横向右移电动机正转、反转
KMF3、KMF4
Q1.0Q1.1
纵向电动机正转、反转
KZ1、KZ2
Q1.2Q1.3
每层1-4角正向平层接触器
KM11-KM14
Q1.4-Q1.7
每层1-4角反向平层接触器
KM21-KM24
Q2.0-Q2.3
一至四层A区车位状态指示
HL1-HL4
Q2.4-Q2.7
一至四层B区车位状态指示
HL5-HL8
Q3.0-Q3.3
一至四层C区车位状态指示
HL9-HL12
Q3.4-Q3.7
一至四层D区车位
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