立体车库的PLC控制系统的设计.docx
《立体车库的PLC控制系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立体车库的PLC控制系统的设计.docx（53页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
立体车库的PLC控制系统的设计
东华理工大学长江学院
本科生毕业设计（论文）
论文题目
：
立体车库的PLC控制系统的设计
姓名
：
学号
：
班级
：
年级
：
2011级
专业
：
自动化
系
：
指导教师
：
完成时间
：
2015年5月26日
作者声明
本人以信誉郑重声明：
所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。
文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。
本毕业设计（论文）成果归东华理工大学长江学院所有。
特此声明。
毕业设计（论文）作者（签字）：
签字日期：
年月日
本人声明：
该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。
学位论文指导教师签名：
年月日
立体车库的PLC控制系统设计
摘要
本次毕业论文课题为立体车库的PLC控制系统设计。
立体车库的种类繁多，常见的有以下几种：
升降横移式、垂直升降式、水平横移循环式、简单升降式、通道堆垛式等。
经过对以上几种主要形式特点的比较与分析，选择了升降横移车库结构为论文的研究模型和设计内容。
本设计论述了立体车库的发展前景和现实状况，论述分析了七位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，以及运行原理的PLC程序设计。
关键词：
立体车库，升降横移式，控制系统，PLC
ABSTRACT
Thegraduationprojectisthree-dimensionalgaragebasedonPLCcontrolsystemdesign.Mechanicalgaragemorecategories,mainlyinthefollowingform:
liftingandtransferringcategory,verticalcirculationcategory,thelevelofcirculatingtype,flatmovingtype,lanewaytype,verticalliftingtype,simplemovementslike.Bycomparingthecharacteristicsofthesetypesofgarageandanalysis,selectthethreethree-columnliftingandtransferringgarageasaresearchmodelanddesigncontent.Thisdesigndiscussesthedevelopmentandcurrentsituationoftoday'sparkinggarage,discussestheanalysisofthethreethree-columnliftingandtransferringoperationprincipleandstructurecharacteristicsofthree-dimensionalgarage,designedthree-dimensionalgaragecontrolsystem,anddesignedaccordingtotheprinciplesofitsoperationPLCprogram.
Keywords:
Parkinggarage;liftingandtransferring;controlsystems;PLC
第一章绪论
1.1课题的研究背景和意义
伴随着我国经济的飞速发展和城市化脚步的加快，以及人们生活水平的不断提高，汽车也走进了千家万户的日常生活当中，成为了人们的主要代步工具之一，越来越多的工薪家庭拥有了自己的私家车。
然而大多数城市中车位的紧缺和拥挤，使车辆停放问题成为大多数驾驶者的烦恼，也成为城市化发展过程中的一个问题。
停车问题造成的交通拥挤和堵塞，也影响了车辆在道路上的正常行驶。
车辆停放作为静态交通，而车辆行驶作为动态交通，二者相互关连，相互影响。
停车设施成为了人们日常生活的重要公共设施，据不完全统计，数据显示，近年来我国城市机动车辆的增长速度平均在16%-21%，与此同时城市停车基础设施的增长速度平均只有5%-6%，因此看出人们的需求已经大大的超过了现有的停车基础设施，所以我们必须正确对待城市停车难这一重要问题，并积极探索解决的方案。
在这个人类社会不断进步以及科学技术飞速发展的时代，人们的生活方式和生产方式也高度集中，城市不断向的外扩展，然而人们在城市的生存空间却捉襟见肘，于是有了提高空间利用率这一理念，许多现代化城市中开始建设立交桥、立体建筑、地铁、直达通道、立体停车基础设施，编织成一个完整的立体交通网，立体停车基础设施作为其中的一环，也由原来简单车库向更加自动化的立体车库进行发展，成为具备一定观赏性、科技感和实用性的城市建筑。
随着汽车的普及，以及城市交通管理制度的不断完善，停车产业将迎来前所未有的发展机遇和广阔的市场前景。
在当今的现代化城市中，立体建筑和立交交通都得到了大力发展，然而道路拥挤、汽车持有量不断增加，已经成为人们快节奏生活方式中的困扰，发展高自动化的立体车库已经成为人们的共识。
传统的地下车库不仅占用了大量的土地资源，而且大部分民用小区的地下室车库造价昂贵，在地下车库内为空出出行通道平均每一辆车要占据30平方米的车库面积空间利用率极低，而且对土地的土质及周边环境也有较高的要求，然而机械式的自动化立体车库却可以充分的利用土地资源，对车库进行地上、地下、半地上半地下等多种组合形式，独立建筑体的立体车库每50平方米的占地面积甚至可以停放30-40辆汽车将土地使用率提高到70%到90%，节省了有限的土地资源，也降低了建造成本。
机械式的自动化车库和传统的地下室车库相比也更加可靠的保障了使用者和车辆的安全，在自动控制系统控制下的立体车库内使用者停留在车库或没有将车辆停放到指定的区域中，系统经过检测将停止相关设备的运行。
实现了彻底的人车分流。
近几年来，随着城市化水平的不断提高，都市规模的不断扩大，人们的生活节奏加快和生活水平不断的提高，使汽车数量持续攀升，停车位和停车数量的比例出现严重的失调，伴随着这一系列问题的产生。
自动化控制系统的立体车库也得到了国家的重视，成为了国家重点支持的产业之一，同时还出台了相关的政策，1998年1月1号开始执行的《国家计委6号令》将立体车库加入了“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署也出台了针对机械自动化立体车库的国内项目和进口设备的免税政策。
从而看出自动系统控制的立体车库具有巨大的经济价值和广阔的市场前景。
自动化控制系统的立体车库，在提高土地资源的利用率、人员安全的保障，采取人车分流模式、智能的人机界面、多形式选择等功能都具有很强的综合性能，从而具有了提高人们的生活品质，节约土地资源，缩短停车流程,以及使人们得到可靠的安全保障的重大意义。
第二章升降横移式立体车库的硬件设计
2.1立体车库的比较课题选择
立体车库类型繁多，其中主要有以下形式：
升降横移式、垂直连续循环式、水平移动循环式、平面移动式、垂直升降式、简易升降式等一些具有特殊要求的结构类型。
以下面简要介绍几种类型及其特点。
（1）升降横移式
停车位一般为双层或多层，在多层中的同层置车板可以左右横向移位，通过升降机改变停车板的高度。
可以是地上式和带地凹式。
特点：
①有效利用空间，极大地提高空间使用率。
②存取车简单快捷提高人们的生活品质，巧妙的跨梁结构使车辆出入更加畅通。
③使用PLC控制系统，更加智能自动化程度也相对较高。
④节能，实用。
⑤人机界面操作简单明了，操作方式可以结合现实情况选择。
（2）垂直循环式
使用机械转动模式，让水平垂直的停车板进行连续的环形运动，车辆的出入口建于车库的最下方，一般有闭式高塔和开放式低塔。
特点：
①采用PLC实现自动存取车辆，单次操作就可以完成车辆存取。
②可以设置在地下、地上、半地上半地下。
③占地面积较小可以节约土地经费但不能实现大型车库需求。
（3）垂直升降式
垂直升降式停车库式采用高模块化、集成化的设备系统将停放的车辆通过升降机将停车板升至停车位入口在通过系统水平送入车位，一般多为立体造型节约空间有圆筒式和方形立体式。
特点：
①占地面积小，容车辆数量大，极大地提高了空间利用率。
②多辆车出入可以同时进行极大地节约了客户的时间。
③更加现代化，智能化，还可以提前预约存取车辆以及剩余车位向导。
④将车库与居住环境隔开，打破了传统的停车库都位于底层的理念还可以将车库
其余空间进行绿化或其他利用使车库跟加具有特色。
（4）平面移动式
单个层面使用传送带将停车板进行平面横移、多层平面往返可用起重机进行水平垂直移动。
特点：
①单层的车辆和升降机进行分开独立的操作，提高出入库的效率，规模较大。
②局部地区发生机械故障不影响其他区域的正常工作系统相对较为独立。
③使用计算机和触屏系统实现管理，在计算机中可以实现对所有设备及车辆的状
况。
（5）简单升降式
停车位一般都为底层，使用升降机改变置车板的高度和角度，来实现车辆的出入，分地上和地下两种。
特点：
①结构简单，对地质无特殊要求，简单实用一般用于一些个体用户和别墅。
②迁移安装相对较为简单设备相对较少较为独立。
③私人可以备有钥匙以及遥控开关隐私保护性较高车辆安全较高与外界隔开，提
高出入安全。
2.2课题研究内容
立体车库是一种多平面的立体空间的停车库，以水平单平面为核心，通过PLC来实现车辆平面到空间的过程。
对以上各种立体车库进行比较和分析结合设计的现实操作及要求表明升降横移式立体车更加贴近目前人们对立体车库节能、方便、快捷、更高自动化的需求、和立体车库的发展趋势，因此将升降横移式立体车库作为研究对象进行分析。
2.3升降横移式立体车库的工作原理
该立体车库中所有车位都有置车板，车辆停放在置车板上，一层置车板只可以水平左右移动，二层车位能够水平左右移动也可以垂直上下移动，上层车位只可以垂直上下移动，一次车辆需要出人可以直接操作，如果二层车位需要出入只需要下一层的车位空出即可，三层车辆出入则需要下面两层车位都为空车位，空车位可以通过系统调节，所有车辆通过系统控制都在一层出入车库，使用者在车停放在置车板就可以离开，取车时只需要在车位对应的最底层取车离开即可，置车板在使用者离开以后将自动复位到相应车位。
工作原理：
三层的停车车位都能升降，二层的两个停车位能够升降和平移，最下层的两个车位只能横向横移，其余空置车位由系统控制二三两层车辆出入时进行调节控制。
其中位于底层的1、2两个停车位可以直接存取；二层的3、4两个停车位则需要将1、2两个车位左右移动再将3、4两个车位降到底层即可；5号停车位要将一二两层的四个车位同时向右移动，再将其降至底层；6号停车位将2、4两个停车位向右移动再将其降至底层即可出入。
图2-1立体车库原理图
2.4升降横移式立体车库的结构
2.4.1升降横移式立体车库的重要构成
用三列三层式PLC立体车库为蓝图确定课题研究内容和对象。
此立体车库以钢架结构、机械传动系统、置车板、电气控制系统、安全防护设施构成。
（1）钢架结构
图2-2钢架结构图
特点：
1、综合性能高
钢材的制作过程到成品都经过国家的严格检测，材质较为稳定，强度、硬度都很高，综合性能可靠，也符合立体车库的在工程力学和物理力学上的设计要求在实际构造上一般的钢筋混泥土结构要可靠，说以以钢材为主体框架的立体车库综合性能较高。
2、钢材强度高
和其他材质进行比较发现钢材密度大、重力密度高、质量密度高、自重小，在日常的损耗、运输、建造与混凝土和其他材料比较都要好，同时也降低了建造成本和建造工期。
3、钢材的可塑性与韧性好
一般钢材具备的可塑性和韧性较好，不会再日常的一些过载或碰撞发生断裂弯曲，就算遇到一些变形也可以直观发现可以及时采取相应措施，面对一些自然灾害也可以以其良好的韧性、吸收能力和抗震性能将损害降低。
4、钢架结构简便
钢架结构材料充足，生产效率、产品质量、制造专业，性能和质量都能够得到保障，在建造过程中运输和建造都较为方便快捷还可以根据地面情况灵活拼装组合，也易于后期的迁移、拆卸、维护。
5、钢架构封闭性好
一般钢架结构都采用焊接技术在水、气的密闭性都很好。
6、涂层钢材损耗性小
一般在没有化学介质干扰的情况下在钢材的表面加上一些涂层使其在日常的使用过程降低钢材的损耗即使有腐蚀情况也不会太严重及时维护就可以了，在后期的运行维护也有很好的性价比降低立体车库的维护费用。
立体车库的框架使用H型钢、槽钢、角钢以及钢板等不同型材制制造，拥有良好的硬度和强度，外观简单、轻巧、美观，还可以多次使用拆建。
（2）传动系统
所有置车板都拥有一套独立的电动机和链式在传动系统。
工作原理如图2-3，电动机正向转动的时候，置车板上升，电动机逆向转动时则下降。
通过置车板加上车重来调节所需的动力。
通过置车板和车辆移动的速度调节电动机的概率。
根据车库的长宽高确定链条的长度和齿轮的大小及规格。
图2-3电动机机传动示意图
（3）置车板
置车板用钢板制成考虑到资源节省利用取车时的置车板要比存车式的要相对短一点，另外下载置车板无需链条加装了电动机减速装置，置车板下方都装有滑轮用两个主动轮和两个从动轮构成都可以在相应的导轨和钢轨上运动，根据导轨的摩擦系数、阻力置车板重量、车重来确定传动系统的功率。
图2-4水平置车板示意图
（4）安全系统
立体车库的上层和底层的停车位横梁和纵梁都装有水平横移和垂直升移的限制开关，每块置车板上都装有防止运行时坠落的安全设备，安装设备安装在纵梁和置车板停放的位子之间，如图所示纵梁两边都装有两个挂钩，四个挂钩都由上方的电磁铁同一控制，在置车板运行的过程中电磁铁一直在工作及时发生断电或突发性情况电磁铁会自动挂住置车板并不会坠落造成人员及设备的二次伤害在限制开关的作用下置车板都会在正常运行情况在相应车位并停止动作。
图2-5安全设备的简单示图
（5）PLC控制系统
根据课题研究方向和设计在升降横移式立体车库的控制系统选择上使用PLC控制系统，包括自动、紧急制动、手动三种档位控制设置，在立体车库的通常使用状况下都使用自动挡，在一些突发状况时采用紧急制动，在一些日常维护或故障排除后一般采用手动挡对停车位进行复位。
2.4.2升降横移式立体车库的结构示意
本设计采用三列三层七位式升降横移式自动化立体车库，装置结构示意图如下2-6：
图2-6立体车库装置结构简图
（1）升降横移式立体车库模型
本次设计的立体车库的建造模型，立体车库的水平平面设计如示意图2-7所示，立体车库的立体模型如图2-8所示。
（2）升降横移式立体车库设计标准
立体车库用中大型汽车车长（4.8m）×宽（1.8m）×高（1.8m）的标准设计，根据车辆尺寸所有的车位尺寸则需长（5.0-6.5m）×宽（2.5-3.5m）×高（2.0-2.5m），通过分析需要给车位留有一定的安全空间，立体车库的立体空间尺寸标准为：
长=
，宽=
，高=
；
车库前行车道>6m车道宽；
一层层高：
；
二层层高：
；
⑤三层层高：
；
⑥极限长度：
；
⑦极限宽度：
；
⑧极限高度：
。
图2-7立体车库的平面简图
图2-8立体车库的模型简图
2.4.3升降横移式立体车库的安全设备
针对汽车和出行人员的安全保障措施采用了以下三点及其所需的设备。
（1）紧急停止：
在系统控制界面上安装紧急停止按钮，出现突发情况时可以及时停止系统运作。
（2）防滑装置：
在车辆出入库时防止车辆在置车板上进行滑动在置车板的前后加装0.3m的防护栏。
（3）限位措施：
在立体车库的置车板上进行工作时置车板移动都是靠相应的定位控制系统进行定位，为了防止突发故障引起事故所以在每个置车板上都加有限位开关，当开关一与置车板接触式则立刻停止动作。
（4）光电检测设备：
日常的立体车库运作中，不允许除车辆以外的人、物进入立体车库的工作区间，因此要在外围加装一个红外线感应系统，一旦有人、物进入，车库则立即停止运行。
（5）置车板的固定：
为了防止事故和车辆安全在置车板移动和到达相应位置时，都装有地锁和电磁防坠设备。
在置车板到达相应位置时，电磁铁由通电转换为失电，挂钩挂住铁环。
在出库时电磁铁从失电转换为通电式时指示灯闪烁，使用停止开关立体车库立刻停止运行。
第三章立体车库PLC控制系统软件设计
3.1PLC控制系统设计
对于控制系统的选择上有三种常见的自动化控制系统分别是在工业自动化控制中，最常用的三种控制方式有继电器控制、单片机控制和可编程控制器控制，以下是三种控制方式的优缺点。
（1）继电器控制
主要功能都使用继电器完成。
继电器通过主电路的各项参数的改变而做出相应动作，从而使电力机械装置完成自动控制。
优点：
价格低、残留输出电压低、AC和AD兼容、结构紧凑。
缺点：
接线复杂、扩展性受制约、受外部湿度温度干扰较大、精度低。
（2）单片机控制
单片机是一个集成电路芯片，将中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、I/O口、中断系统、计时器等集成的一个微型的计算机，在日常的工业制造和日常生活中得到广泛的应用。
优点：
成本低、灵活性高、程序可以存储多次使用、工作量小。
缺点：
硬件复杂、需自己设计电源、维护难、系统抗干扰能力相对较小。
（3）PLC编程控制
PLC是一种专门为在工业制造下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
通过可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
优点：
（1）故障率低，强抗干扰能力
故障率低的可靠性是其一项重要的性能。
PLC运用电子集成技术以及现代化的生产工艺并在内部采用最前沿的抗干扰能力，可靠性很高。
其中三菱、西门子等公司生产的产品在调查中显示正常工作时间超长与其他控制系统比较具有绝对优势，在工作的发现和修复上系统都可以迅速检查程序并及时保护程序，因此具有可靠性很高。
（2）功能强，程序可调，适用面广
如今的PLC技术研发到现在，已经有多家公司、多种规格、多个系列的产品。
拥有较为完善的数控能力，运用在各个数控领域随着人们对PLC的不断开发，今天的PLC功能已近多元化的渗透到定位、温控、光控、热感等众多工业控制领域当中，并且其符合计算机发展的技术趋势以其更强的通讯能力和人机界面控制使PLC系统更具有优势。
（3）便捷简单实用
PLC广泛的运用于工业控制系统中，在一些加工制造和矿业开采等工业中普遍使用，简单的编程和操作获得多数技术人员的认可。
操作系统中的图形符号也十分直观易懂，大大减少了操作过程的错误操作，相比传统的继电器PLC只需要几个逻辑开关指令既可以实现继电器控制的功能，让更加广泛的普通人能够使用计算机实现工业控制。
（4）维护简单、工作量小
PLC式用逻辑程序代替传统的的接线，缩减了控制系统中设备的接线，也缩短了控制系统的工期节约了许多时间，也易于后期的维护，在更改功能是也更加便捷。
（5）体积小、能耗低
PLC以其集成的方式，在体积上变小，重量减轻，及其只有几瓦的功耗脱颖而出。
也符合在未来的工业成品的更小功能更强实现真正的机电一体化控制。
在对以上几种控制系统的比较分析，选择PLC控制系统来作为本次设计的控制系统更加合适也更加符合车库对控制系统功能的各项要求。
立体车库用一台PLC进行统一的运作和管理，通过PLC控制置车板的水平左右和垂直移动的机械设备，并对车库的其他情况进行监测管理。
在立体车库控制系统中都拥有强电和弱点两种系统，弱电系统用于信号的接受采集和输出设备的控制，强电系统用于置车板的传动控制，以电动机的运行、报警器、指示灯、蜂鸣器等一些装置的控制。
PCL控制系统的输出主要控制电动机、电磁铁的运行动作如电动机的正反转电磁铁的得失电等。
升降横移立体车库的控制原理：
使用人员通过人机界面或计算机将指令信息输送给PLC控制系统，通过系统运行下达指令后由驱动装置执行指令动作，实现立体车库的正常工作。
控制原理框图如下图3-1所示。
图3-1系统原理框图
3.2PLC系统设计
3.2.1PLC接线设计
在本次设计的升降横移式立体车库中，首先在系统中的主控单元是立体车库中的水平横移和垂直升降的电动机，然后是车库中的防坠装置、防滑装置、蜂鸣器、预警灯等一些辅助设备，辅助设备也是立体车库中不可缺少的一部分这些设备更加有利于PLC系统对立体车库的控制。
为确保置车板在水平横移，垂直升降到达系统指定位置，使用了限定行程的行程开关。
为了识别置车板上是否停放车辆，使用光电开关判别。
考虑到立体车库的安全方面还使用烟雾传感器、紧急预警灯等一些安全预警设备。
如接线图3-2采用西门子公司CPU226型号的立体车库主要组成部分的控制简图直观明了表达了本次立体车库的运行功能。
图3-2西门子CPU226接线图
电动机的接线设计：
用户在日常的存取车辆时置车板不能共同进行上升和下降，置车板的水平横移和垂直升降车位的升降和横移也共同实现，在系统中这两个工作指令式互锁的，也可以这样理解上层停车位进行上升时，下层的车位不可以执行上升或下降的工作指令，上层车位只能单个进行上升和下降的指令。
上面的指令都是通过系统程序中的互锁、联锁来实现的。
如下图3-3。
图3-3电气原理图
3.2.2其余资源分配
（1）检测点
①车辆在置车板上是否到达指定位置
利用光电开关对置车板表面实施检测。
光电开关的接收器安装在置车板下层的左侧，发射器安装在置车板的右侧，当置车板上的车辆未到达指定区域，车辆将光线挡住此时系统不会下达指令，当车辆按相关要求停至指定区域系统正常运作。
②在所有的置车板上都有一条对角线上安装了一个光电装置，检测置车板上是否停放车辆。
③置车板的水平横移和垂直升降移动都由每个停车位上的限位开关检测置车板是否到达指定区域。
4置车板的挂钩动作通过电磁铁上的反馈信号来检测置车板有没有完成防坠动作。
（2）点位分配
①一层置车板的水平横移移动
位于一层的两个置车板只需要水平横向移动，使用三相交流电动机控制。
②二层置车板的水平横向和垂直升降移动
位于二层的两个置车板，有左右水平移动和垂直升降四个动作指令，同样使用三相交流电动机控制。
③三层置车板的垂直升降移动
三层的三个置车板都只有垂直上升和下降的动作，使用三相交流电动机控制。
④吊钩的工作控制
除底层之外的置车板上都装有四个吊钩的动作都通过电磁铁控制。
（3）三相电机的选择
Y系列的三相异步电机拥有波动小、噪音低、质量轻、温度上升慢等优良特性。
因此使用用Y801-4三相异步电机作为本次设计的电机。
参数：
额定功率：
P=550W额定转矩：
Y=2.2N.m
额定转速：
n=1390r/min质量18Kg
本次设计需要5个垂直升降电机和4
升级会员 