立体车库.docx

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立体车库

摘要

随着社会经济的迅速发展，汽车在百姓生活中变得普及。

机动车数量的增加，使得机动车停车难的问题开始显现。

很多城市中餐饮娱乐场所、行政单位、商务场所、电影院、医院等大型公共场所要么没有停车要么就是车位不够用，因而在这些大型工作场所经常出现乱停车的现象。

而传统的停车场不但浪费了大量的土地资源并且逐渐不能满足日益增加的私家车停车需求。

自动化机械立体车库以其智能、高效、快速、安全等特点成为解决大中型城市中停车难问题的首选。

本论文设计了基于PLC的自动化机械立体车库控制系统，主要设计内容有如下几点：

1．经过对车库控制系统逻辑分析，确定3层7车位式的升降横移式车库系统并对系统进行了可靠性分析，确保了系统运行的可靠性。

2．对车库控制系统的输入输出进行了详细分析，完成了对控制系统的输入输出分配、PLC选型。

3.详细介绍了系统结构、工作原理、软件实现和控制方案，绘制了系统的控制流程和PLC控制的梯形图。

关键词：

立体车库；可编程控制器；PLC；控制系统

ABSTRACT

Withthedevelopmentofeconomy,itisbecomingmoreandmorepopularinnormalpeople’slifethatoneownsacar.Parkingproblemisdeterioratingsteadilyastheincreasingnumberofcars.Inmanylargepublicplaceswecanfindthatthereisnoenoughparkingplacesorevennoparkingplaceatall,suchasdiningplaces,workplaces,businessplaces,cinemas,hospitalsandsoon.Soitiscommontoseeparkingchaosintheselargepublicplaces.Ontheotherhand,traditionalparkinglotcancausethewasteoflandanditisbecomingmoreandmoreweekatmeetingtheincreaseofparkingdemandofprivatecars.Intelligentsolidcarportbecomesthebestchoicetosolveparkingproblemsinbigcitiesbecauseofitsfeatureofintelligent,efficiency,highspeedandsafety.ThisarticleisaboutthecontrolsystemofautomaticmechanizationsolidcarportwhichisbasedonPLC.Thecontentisabout:

1.Throughtheanalysisofthelogicofsolidcarportcontrolsystem,theprogramof3layersand7parkingspaceslift-slidingsolidcarportisdetermined.2.Analysistheinputsandoutputsofthecarportcontrolsystem.ChoosetherightPLCandassigntheinputsandoutputstothepinsofPLC.3.Introducethestructure,workingprinciplesandcontrolschemeofthiscontrolsystem.DrawthecontrolflowandtheladderofPLCprogrammingofthecontrolsystem.

Keywords:

solidcarport；PLC；controlsystem

目录

摘要I

ABSTRACTII

目录III

第一章绪论1

1.1立体车库的研究的目的与意义1

1.2立体车库的国内外发展概况3

1.3自动化立体车库的主要结构组成和类型5

第二章PLC的简介9

2.1PLC的概述9

2.2PLC的结构和基本配置以及控制要点10

2.3可编程控制器实现控制的要点13

第三章系统硬件设计与工作原理15

3.1系统的工作原理15

3.2系统的组成18

3.2.1系统的硬件需求20

3.3电机的选择20

3.4变频器的选择22

3.4.1变频器的工作原理22

3.4.2变频器的选择要点23

3.4.3变频器控制电机接线25

3.5PLC的选择26

3.5.1系统的输入、输出控制分析26

3.5.2PLC的选择要点27

3.6人机界面的设计31

3.6.1人机界面的简介31

3.6.3K-TP178micro触摸屏32

3.7系统的安全措施32

第四章系统软件设计34

4.1升降横移式立体车库控制方案设计34

4.2存取车控制算法设计35

4.3控制程序优化35

4.3.1下行通道的建立35

4.3.2模块化程序设计37

4.3.3软件设计中关键问题的处理42

4.4HMI画面组态42

结论44

经济与社会效益分析45

致谢46

参考文献47

附录一系统主接线图49

附录二PLC程序梯形图49

CONTENTS

ABSTRACTI

ABSTRACTII

CONTENTSIII

Chapter1Instructions1

1.1Thepurposeandsignificantofstudingsolidcarport1

1.2Overviewofdomesticandinternationaldevelopmentofsolidcarport3

1.3Themainstructureandtypeofsolidcarport5

Chapter2InroductionofPLC9

2.1BriefintrodunctionofPLC9

2.2ThestructureandthecontrolkeypointofPLC10

2.3RealizethecotrolofPLC13

Chapter3Designofhardwareandworkingprinciples15

3.1Theworkingprinciplesofsystem15

3.2Thecompositionofsystem18

3.2.1Hardwaredemandsofsystem20

3.3Motorselection20

3.4Inverterselection22

3.4.1Workingprinciplesofinverter22

3.4.2Howtoselectinverter23

3.4.3Wiringdiagramofinverter25

3.5PLCselection26

3.5.1Analysisofinputsandoutputsofsystem26

3.5.2HowtoselectePLC27

3.6DesignofHuman-machineinterface31

3.6.1BriefintrodunctionofHuman-machineinterface31

3.6.3K-TP178microtouchpad32

3.7Safetymeasuresofsystem32

Chapter4Designofsoftware34

4.1Controlschemeofsystem34

4.2Designofcontrolalgorithmforaccessingtothevehicle35

4.3Theoptimizationofcontrolprogram35

4.3.1Thecreationofdownchannel35

4.3.2Thedesignofmodularprogram37

4.3.3Processingofthekeyissuesinsoftwaredesign42

4.4HMIinterfaceconfiguration42

Conclusion44

Analysisofeconomicandsocialbenifit45

Acknowledgements46

References47

AppendixOneMainwiringdiagram49

AppendixTwoPLCLadderproceduresofPLC49

第一章绪论

1.1立体车库的研究的目的与意义

随着现今社会的飞速发展城市人口的和车辆的也飞速增加，市区的传统的停车场不但浪费了大量的土地资源而且逐渐不能满足日益增加的私家车停车需求。

普通家庭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。

以北京市为例，截止2006年底，市区仅有公共停车场827处，共计车位5.6万个，仅占市区机动车拥有量的8.5％，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。

在大中型城市中停车难已经成为了一个普遍的难题。

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、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。

机械式立体车库利用PLC控制来进行车位的空间位置变动，使停车位从平面转换到立体空间具有传统停车场无可比拟的优势。

第一，节约空间。

立体车库的占地面积约为平面停车场的50%-25%,并且立体车库在地面和地下都可以安装，可以充分利用小面积向纵向空间发展，尽可能多的提供停车位，是土地资源紧缺的企业、居民区、医院、商场等场所的最佳停车方案。

第二，自动化程度高，使用方便。

立体车库采用基于PLC编程的全自动制系统来控制车位的升降横移或者旋转。

用户只需通过控制面板进行操作就可以方便的进行车辆的存取。

第三，立体车库的建设成本大大低于传统停车场。

传统停车场的占地面积大建设成本高。

普通地上停车位的占地面积每个为15平方米，而立体车库在30平方米的空地上可以停放一组8车位立体车库，平均每个车位占地面积补刀1平方米。

在建设成本上，小区建设一个地下车位需要投资6-8万元，某些高档的写字楼的地下停车设施建设成本更是高达十几万元。

对于立体车库而言在空间面积不变的情况下可以增加更多的停车位，将每个停车位的建设成本降低到5-6万元。

第四，安全可靠。

立体车库配备有自动检测系统，各种安全机构，自动报警消防系统等设施。

因而汽车不会损坏，丢失。

而且可以因地制宜以美观的车库造型来美化城市环境。

1.2立体车库的国内外发展概况

立体车库发源于二十世纪20年代的美国，是一种解决拥挤都市里停车难问题的方案。

50年代以后，私人汽车的大量涌现使得立体车库在西欧、东南亚、韩国和日本都得到了广泛的应用，并且行车了一套包括制造、安装、使用和维修的行业体系。

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。

发展较好的有日本、韩国、德国、香港以及台湾等国家和地区。

这些国家和地区在上个世纪六十年代初就开始开发并使用可极大限度的利用空间的机械式立体停车库，经过几十年的发展，立体车库的结构、控制、驱动、造型等方面均得到不断的更新换代，日臻完美。

我国的立体车库发展始于上个世纪八十年代，河北承德的华一机械车库集团有限责任公司与1989年建造了国内第一台垂直循环类机械停车库，填补了我国机械式停车库的空白。

90年代初开始研究开发立体停车设备，距今已经二十年的历程。

随着中国经济的腾飞，城市化进程的加快，汽车工业和汽车需求市场也得到了快速发展。

在上个世纪九十年代立体车库产业开始迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的新纪元。

尽管立体停车制造产业得到了长足发展，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。

目前我国各主要城市的停车设施建设仍不能够满足停车需求，由此会引起城市交通不便，影响城市形象等诸多问题。

除了传统车库的土地利用率不高的问题外，立体停车设备的设计缺陷导致的制造成本过高，自动化技术水平低也是很重要的原因。

因此，设计高度自动化的立体车库控制系统具有重大的实际应用意义。

1.3自动化立体车库的主要结构组成和类型

1.主要结构组成

机械式立体车库一般有电机驱动和液压驱动实现动作。

其主要结构一般由机械部分，电机驱动部分和控制管理系统三个部分组成。

以升降横移式为例：

1）机械部分

多层升降横移式立体车库机械部分采用单元钢架结构，由电机驱动，链条或者钢丝绳传动。

升降横移类立体车库主要利用托盘移位来产生垂直通道，实现高层车位的升降存取。

每个车位配置停车托盘，托盘由电机独立驱动。

2）电机驱动部分

升降横移立体车库的结构特点是，底层只能够平移，只需配备横移电机；顶层只能升降，只需配备升降电机；中间层既能平移又能升降，则需要配备两台电机，分别用于横移和升降驱动。

底层和中间层均留有一个空车位，为托盘的左右上下移动提供通道。

3）控制管理系统

控制管理系统采用PLC实现控制过程。

通过PLC来控制接触器、光电开关、行程开关、防坠磁铁、电机等设备能实现用户只需操作按钮就可以存取车辆。

1.4立体车库的种类及各自特点

目前，立体车库主要有以下几种形式：

升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等。

1.升降横移式　　

整机特点：

有效利用空间，提高空间利用率达数倍。

存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。

采用PLC控制，自动化程度高。

环保节能，低噪音。

人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便。

2.垂直循环式

整机特点：

省地，在58m2的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车或24两面包车。

方便：

使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。

迅速：

调车时间短，取车快速。

灵活：

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。

经济：

可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。

省电：

一般不需要强制通风，无大面积照明，耗电量仅为普通地下车库的35%。

3.简易升降式

整机特点：

一个车位泊两台车，最适宜多车型家庭用，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。

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。

备有专用锁匙开关，防止外人开动设备。

车板防下滑保险装置。

4.垂直升降式

整机特点：

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。

可同时提供多车位进出口，等待时间短。

智能化程度高，可预约存取车及空车位导向。

绿色环保车库，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。

智能化控制，操作简单方便。

5.平面移动式

整机特点：

每层的车台和升降机分别动作，提高了车辆的出入库速度，可自由利用地下空间，停车规模可达到数千台。

部分区域发生故障时，不影响其他区域的正常运行，因此使用更加方便；采用以车辆驾驶员为中心的设计方法，提高了舒适性。

采取多重保险措施，安全性能卓越；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.巷道堆垛式

整机特点：

可设置于地上或地下，充分利用有效空间。

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。

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，整个过程全自动完成。

固定式升降机加各层行走台车的配置形式，可实现多个人同时存取车。

本设计主要研究基于PLC的3层3列7车位升降横移式立体车库控制系统。

第二章PLC的简介

2.1PLC的概述

在工业生产过程中，需要控制大量的开关量的开关顺序，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

在传统工业中，这些功能都是用气动或者电气控制系统实现的。

1969年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController简称PC[2]。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。

国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

可以预料：

在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流

PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。

用户程序由用户按控制要求设计。

2.2PLC的结构和基本配置以及控制要点

1．PLC的结构

一般来说，PLC分为箱体式和模块式两种。

箱体式PLC有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等。

模块式PLC有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。

他们都属于总线开放型结构，其I/O能力可以按照用户需求进行扩展与组合。

PLC的基本结构框图2.1所示：

图2.1PLC基本机构图

1）CPU的构成

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。

它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。

CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。

一般