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目 錄 摘要 2 Abstract 4 前 言 6 1.立體車庫的發(fā)展狀況 8 1.1本題設計的背景 8 1.2本題設計的內容 9 1.3本題設計的目的及意義 9 2. 系統(tǒng)控制方案的設定 11 2.1自動化立體車庫的描述 11 2.2 系統(tǒng)設計的基本步驟 12 3. 立體車庫系統(tǒng)硬件方面的設計 14 3.1升降橫移式立體車庫的基本結構 14 3.2 PLC程序設計要求 19 4.升降橫移式立體車庫系統(tǒng)軟件方面的設計 22 4.1 PLC的概述 22 4.2 可編程控制器的特點 22 4.2 可編程控制器的選擇 24 4.2.1 I/O 點數的分配 25 4.3電氣控制系統(tǒng) 28 4.4工作原理 29 致 謝 31 參考文獻 32 附 錄 33 摘要 隨著汽車的日益增多，解決停車難的問題顯得越來越重要，尤其是在人口密集的大都市。而作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施——向空間、向高層發(fā)展的自動化立體停車設備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。全自動立體車庫作為以其高效、快速、安全等特點，成為解決都市停車難問題最有效的途徑。 立體車庫控制系統(tǒng)采用了以PLC作為控制核心的可編程控制元件。它具有可靠性高，功能完善，使用方便等特點。本次設計以實現立體車庫的載車板的邏輯移動為為主要目標，并以其安全性能和邏輯判斷為依據，設計了車庫控制梯形圖，并就其可靠性和控制策略、方法進行了研究，主要內容如下： 1．在分析立體車庫運行特點的基礎上，得出了立體車庫的分級分布式控制的控制思路，設計了立體車庫分布式控制系統(tǒng)。 2．結合車庫系統(tǒng)的功能及運行特點，設計了各層的子控制器和輔助信息反饋元件控制。 3．對車庫控制系統(tǒng)進行了安全可靠性分析，提出了解決車庫運行過程中的安全性能并對整個系統(tǒng)進行了可靠性分析，確保了系統(tǒng)運行的可靠性。本文設計了一種垂直提升平移式立體車庫的自動控制系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)結構、工作原理、安全防護措施，分析了系統(tǒng)的控制流程和PLC控制的梯形圖。 本系統(tǒng)采用PLC、計算機結合組態(tài)畫面監(jiān)控，按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成汽車存取過程，操作簡單，存取方便?？刂齐娐凡糠植捎媒涣鹘佑|器傳統(tǒng)方式，使運行安全可靠。設計采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護使用方便，造價低等特點。 關鍵詞：立體車庫 PLC 控制系統(tǒng) Abstract As the car is increasing, solving the problem of the parking is becoming more and more important, especially in the densely populated metropolis. But as the solution of static traffic in city -- the effective measures to space, develop to the high level of automated parking equipment, with its small area, parking rate is high, flexibility, high efficiency and low consumption, cost-effective, safe and reliable, more and more people of all ages. Full automatic stereo garage as with its efficient, fast, security features, solving urban parking problem become the most effective way to. Stereo garage control system adopts PLC as the control core of the programmable control element. It has the advantages of high reliability, perfect function, easy to use and so on characteristics of. This design to realize the stereo garage logic mobile car carrying board as the main target, and its safety performance and judgment logic as the basis, design of garage control ladder diagram, and the reliability and control strategy, method undertook study, the main contents are as follows:1 in the analysis of stereoscopic garage operation on the basis of the characteristics of, the stereo garage distributed control ideas, design of the stereo garage is a distributed control system. 2 combination garage system function and the operation characteristics, design of the sub controller and auxiliary information feedback element control. 3 pairs of garage control system for safety and reliability analysis, put forward to solve the garage during the operation of the safety performance of the whole system and the reliability analysis, ensure the reliability of the system operation. This paper introduces a design of vertical lifting and translation stereo garage control system, describes the system structure, working principle, safety protection measures, analyzes the system control flow and control of PLC ladder diagram. The system uses PLC, computer with configuration screen monitoring, presses the button or the control configuration picture then completes the automobile access process, simple operation, convenient access. The control circuit uses AC contactor traditional way, so that the operation is safe and reliable. The design uses can be divided mix, modular installation, convenient and flexible, with convenient maintenance and use, and low cost characteristics. Key words: stereo garage PLC control system 前 言 車輛無處停放的問題是城市的社會、經濟、交通發(fā)展到一定程度產生的結果，立體停車設備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30~40年的歷史，無論在技術上還是在經驗上均已獲得了成功。我國也于90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已將近二十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。 目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。 (一） 升降橫移式 升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。 （二） 巷道堆垛式 巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數需要較多的客戶使用。 垂直提升式立體車庫 垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。 （三） 垂直循環(huán)式 產品特點： 占地少，兩個泊位面積可停6-10輛車。外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短。可采用自動控制，運行安全可靠。 在對國內外各種問類產品進行分析的基礎上，再結合造價、技術難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)模可大可小，而且對場地的適應性較強，同時釆用這類設備的車庫十分普遍。因此，最終確定硏究對象為升降橫移式立體車庫。 本課題以升降橫移式立體車庫為研究方向,以雙層五車位為具體研究對象，采用三菱FX2N-48MR為控制元件,進行控制系統(tǒng)的設計與開發(fā),結合所學專業(yè)知識,成功的設計出二層五車位PLC 控制系統(tǒng). 由于本人水平有限，本設計中難免有不當和錯誤之處，懇請各位老師批評指正。 1.立體車庫的發(fā)展狀況 1.1本題設計的背景 隨著我國城市經濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應的是城市停車狀況的尷尬。以北京市為例，截止2007年底，市區(qū)僅有公共停車場 828處，共計車位5.7萬個,僅占市區(qū)機動車擁有覺的8.6%，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的229個地下車庫使面枳不足60 萬平方米，只能滿足1.3萬輛機動車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達64%，而且還有繼續(xù)上升之勢。據建設部城市交通工程技術中心對全網15個大城市停車現狀的調查，城市機動車保有輛、停車位之比平均為4.84:1，這比值對于渴望“有車者有其位”的車主來說，形式不容樂觀。停車難產生最主要的原因是城市建設規(guī)劃上的準備不足。上世紀80年代初期，北京市權威部門對2000年北京汽車發(fā)展數的預測僅僅是70萬一80萬輛，而事實上到新世紀鐘聲敲響之前，北京市汽車總量則足足比預期多了100萬輛，其中私人小客車的數量就高達45萬輛。面對迅速發(fā)展的城市車流，停車設施建設的落后也就不足為奇。據建設部停車技術開犮推廣中心介紹，北京市停車設施的“欠賬”最保守估計為20—30%。 停車問題是城市在發(fā)展過程中出現的靜態(tài)交通問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通而存在的一種交通形態(tài)，二齊相互聯系，互相影響，停車設施是城市靜態(tài)交通的主要內容, 隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設施的需求也在不斷增加，如來兩著之間失去平衡，城市里就會出現停車難的一系列問題。數據顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%,而同時期城市停車基礎設施的平均增長速度只有 2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎設施的增長速度， 因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。 專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停牟場利叫效率，使部分車主更愿改乘公共交通工具，以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車場的需求。而無論釆取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局， 由于局限內彌補不足，政府和管理部門所耑投入得精力和資金都將大大增加。 1.2本題設計的內容 本課題的主要內容是基于三菱FX2N系列PLC的立體車庫控制系統(tǒng)的設計，升降橫移類機械停車庫利用托板移位產生垂直通道，實現高層車位升降存取車輛。其車位結構維矩陣形式,可設計為多層和多列。由于受收鏈裝置及進出車時間的限制，-般為2?4層(國家規(guī)定最高為4層，2層、3層者居多,現以典型的地上2x3升降橫移式為例,說明停車庫的運行原理。 立體車庫的運動特點是：底層只能平移，頂層只能升降。除頂層外,底層都必須預留一個空車位,供進出車升降之用。底層車位進出車時，無需移動其他托板就可直接進出車輛；頂層進出車時,先要判斷其對應的下力位置是否為空,不為空時要進行相應的平移處理。 直到下方為空才可進行下降動作,出車完畢時，載車板停留在該位置，以便下次車輛的直接進入。其運動的總原則是：進車優(yōu)先。 1.3本題設計的目的及意義 作為現代大都市的標志，城市中心商業(yè)區(qū)髙樓大廈林立，社區(qū)道路、萵架交通干道、立交橋和地下鐵路，編織出城市立體交通網，汽車的住宅一停車場也有了長足的發(fā)展，由平面停車向立體停車，由簡單的機械車庫向計算機管理高度自動化的現代立體停車演變，成為具有較強的實用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。作為現代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患成為當今快節(jié)奏社會中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識。目前我國經濟正處在高速發(fā)展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐正在加快，停車產業(yè)市場前景廣闊。機械式立體車庫既可以大面枳使用，也可以見縫插針的設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多力面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據40平方米的面積，而如果釆用雙層立體式機械車庫，可使地而的使用率提高80%-90%，如果采用地上21層立體車庫的話，50平方米的土地而枳上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)餌有限的土地資源，并節(jié)約土建開發(fā)成本。 機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中釆用機械存車，還可以免除釆暖通風設施，因此，運行中的耗電從比工人管理的地下車庫低得多。這種升降橫移式機械立體車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅兇的毎個組團中或毎棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。當以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決不了上述問題時，釆用機械式立體停車設備是-個非常有效的措施。機械式立體停車設備又名立體車庫，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，是解決城市用地緊張，緩解停車難的一個有效手段。可以預見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。 2. 系統(tǒng)控制方案的設定 2.1自動化立體車庫的描述 自動存取車系統(tǒng)一般由小型可編裎控制器PLC控制，包括卡號識別與移動載車板兩個過程。用戶進入車庫時，在門口刷卡進入，讀卡機自動把數據傳送到PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過判斷卡號，自動把對應的載車板移動到人車交接的位置，開啟車庫門，縮短存取車的時間。存車時，司機按照指示燈信號指引入庫，只有當車輛停放在安全位置后，停車正常指示燈才會亮。存取車完成后，車庫門自動關閉。移動載車板時，系統(tǒng)嚴格按照各種檢測信號的狀態(tài)進行移動，檢測信號包括超長檢測、到位檢測、極限位置檢測、人員誤入檢測、急停信號檢測等。若有載車板運行不到位或車輛長度超出車庫允許的長度，所有載車板將不進行動作，若檢測到急停信號，將停止一切動作，直至急停信號消失。以上信號均為硬件信號，除此之外，還可從控制軟件中設置保護信號，比如時間保護，以保證因硬件損壞而導致信號失靈時保證主體設備及車輛的安全。 （1）存車操作 司機駕駛車輛從車庫入口進入。在入口處的非接觸式讀卡機前感應區(qū)域晃以下自己的IC卡，感應過程完畢，柵欄自動升起，司機開車進入車庫。車輛進入后，柵欄自動關閉。劃卡的同時，控制器讀取車位號，車庫內對應的載車板自動移動到人車交接的位置，車庫單元門自動打開。司機開車進入，停車到位，拉手剎，下車走出車庫，用比IC卡在車庫出口處晃一下比IC卡，車庫單元門自動關閉，完成存車操作。 （2）取車操作 司機進入車庫時，在入口處的接接觸式讀卡機前感應區(qū)域晃以下己的比IC卡，控制器自動讀取車位號，車庫內對應的載車板自動移動到人車交接的位置，車庫單元門自動打幵，司機進入車庫，開車出來，在車庫出口處的自動讀卡機前感應區(qū)域晃一下自己的IC卡，感應完畢，讀卡機接受信息，上位控制機自動記錄、扣費，柵欄自動升起， 司機開車出場，出場后，柵欄自動關閉；同時，控制器自動讀取車位號，對應的車庫單元門自動關閉，取車操作完畢。車庫在運行過程中，有完備的自我保護裝置。一系列光電開關、接近開關、行程開關等對載車板準確運行到位起著決定性的作用。獨特的防墜落裝置、斷繩報警裝置、超速保護裝置對車輛的安全起到保護作用。車輛超長檢測、車輛停車不到位檢測、以及人員誤入檢測等信矸對車輛及人員的安全起若決定性的作用。 2.2 系統(tǒng)設計的基本步驟 立體車序系統(tǒng)設計。調試的主要步驟，如圖2.1所示 (見下頁) 在本次課題設計過程中主要考慮以下幾點： 1.深入的了解和分祈立體車庫的工藝條件和控制要求； 2.根據立體車庫的控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)的設計系統(tǒng)結構； 3.根據所設計的場所，選擇電動機的類型； 4.根據1/0的點數選擇合適的PLC的類型； 5.分配1/0點，分配PLC的輸入、輸出點； 6.設計立體車庫系統(tǒng)的梯形圖； 7.將程序輸入程序進行調試，查出錯誤，讓程序更加完善形圖設計。 確定課題 研究內容 按要求編寫程序 設計系統(tǒng)結構 按要求確定硬件配置 設計電氣原理圖 查詢資料 制定方案 總結 記錄運行結果并分析 調試程序 圖 2.1 設計流程圖 3. 立體車庫系統(tǒng)硬件方面的設計 3.1升降橫移式立體車庫的基本結構 升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設鉻。升降橫移式立體車庫毎個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降、 橫移運動到達地而層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫地面的車只作橫移，不必升降，上層車位要將載車板升或降到地面層，駕駛員才可進入：車庫內將汽車開進或開出車庫。圖3.1為一個地上5車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：第二層三個車位可以升降，一層的兩個車位只能橫向移動，空車位供二層的車位下降吋借用。5、6號車位可以直接存放車輛；1、2、3號車位需下降后再存放車輛;叫3號車位，則需先將5號和6號載車板右移，再將3號載車板下降;24號車位，則需先將5號載車板石移，再將2號存車板下降。由于升降橫移式停車設備對場地的適應性強，介紹系統(tǒng)各機械部分部件結構和功能，可根據不同的地形和空間進行任意的組合、排列，規(guī)?？纱罂尚?，對土建的要求比較低，因此，應用非常廣泛。 圖3.1整體圖示意圖 21 本設計以兩層三列式立體車庫為模型建立硏究對象。升降橫移式立體車庫主要由結 構框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組 成。下面我們重點對車庫的主要組成(圖3.2所示)進行分析。 圖 3.2 車庫主要組成部分示意圖 1.結構框架 立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中我們選用鋼架結構(如圖3.3所示)。鋼架結構與其它建筑結構相比，具有如下特點： 圖 3.3 立體車庫的結構框架 鋼材在生產時，整個過程可嚴格控制，質量比較穩(wěn)定，性能可靠。鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質體；鋼材的物理力學特性與程力學對材料性能所作的基木假定符合較好；鋼結構的實際工作性能比較符合目前釆用的理論計算結果，計算結果可靠，所以說鋼結構的可靠性髙。鋼材具有較好塑性很韌性，鋼結構在一般條件不會因超載等而突然斷裂。在韌性方面， 鋼結構對動力荷載的適應性強，具有良好的吸能能力，抗篇性能優(yōu)越。 同時，鋼結構制造簡便，施工工期短。結構主體采用熱制H型鋼、槽鋼、角鋼和鋼扳等型材制造，具有較好的強度和剛度, 輕巧、美觀，并可二次拆卸安裝，運輸方便。 2.上載車板及其提升系統(tǒng) 每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。其丁作原理 如圖3.1所示,電機順時針旋轉時，載車板上升；電機逆時針旋轉時，載車板下降。根據載車板及車重確定鏈條所需要的傳動力。報據傳動力及載車板的移動速度確定電機功率。 根據車身高度度確定上下載車板板間的距離，根椐這個距離確定鏈條的長度，最后根椐傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。 3.下載車板及其橫移系統(tǒng) 由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。毎塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統(tǒng)，藏于載車板內。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在計軌上行走，其中兩只為主動輪，裝在長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅動長傳動軸運轉，長傳動軸上的主動鋼輪在導軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩察系數確定橫移電機的驅動功率。 4.安全裝置 上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與下載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側相應位置處各裝兩只掛環(huán)，上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四個圓環(huán)內，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車扳在汽車和載車扳本分的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安傘裝置主要是行裎極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是：下載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如糶碰摘到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止。 安全保護裝置應符合GB17907-1999《機械式停車設備通用安全要求》。一般設有：（1）緊急停止開關；（2）防止超限運行裝置（越程限位幵關）；（3）汽車長、寬、高、重限制裝置；（4）阻車裝置（防止車輛在搬運器上滑行〉；（5）載車板上汽車位置檢測裝置；（6）出入口門、圍欄聯鎖安全檢查裝置；(7)防重疊存車自動檢測裝置；（8）車輛出入停車庫時警示裝置；（9）升降裝置失速沖頂和礅底保護裝置（如搬運器、緩沖器和對重緩沖器）;(10) 車輛出入停車庫自動門防夾裝置；（11）車輛門彈開自動停止運行 保護裝置；（12)停電時的制動及恢復時正常運行保護等。 5.立體車庫的部分 整個車庫設計由一臺PLC對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內車輛的調入調出由PLC根椐當前各車位的 車輛存放情況，按照相應的調度策略調度車輛進。 立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩輊系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的釆集、報警與控制輸出。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關斷。強電系統(tǒng)包括載車板電機控制線路、控制電機正反轉接觸器、到位限位及載車板的上下行程限位。車庫采用車位檢測裝置代替人工找位，用升降裝置輸送汽車到位。系統(tǒng)在面板處設有急停開關，當發(fā)生意外吋，按下急停開關，斷掉所有電機的電源，使載車板無法繼續(xù)運行，以保護人員及設備的安全。 系統(tǒng)輸出控制信號包括控制電機運行方向信號，控制電機運行信號，控制電磁鐵得、失電信號，控制燈光報警信號，控制車庫照明信號。 升降橫移式立體車庫是一種比較典型的跨學科機電一體化產品，集機械、電子、信息總技術于一體。其中，電子技術、信息技術和傳感技術的合理運用與組合構成了車庫的控制系統(tǒng)。升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)是整個車庫系統(tǒng)的重要組成部分，也是車庫系統(tǒng)的核心。執(zhí)行機構是“四肢”，框架是“軀體”，那么控制系統(tǒng)就是“大腦”。它指揮著車庫的每個運作過程，并對整個系統(tǒng)的狀態(tài)過程進行監(jiān)控。 升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作員(人)要通過控制系統(tǒng)信總交流的平臺 (界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅動執(zhí)行結構，來完成車庫現場的運作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖3.4所示。 控制系統(tǒng) 車庫現場 操作員 檢測系統(tǒng) 圖 3.4車庫系統(tǒng)控制原理框圖 由干PLC的可靠性、抗干擾能力強。國內外現有的升降橫移式立體車庫，它們的系統(tǒng)控制形式大都采用可編程控制器控制，特別是應用在智能化要求程度髙、多車位、大容量的現代化升降橫移式立體車庫中。 升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)釆用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、 自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常丁作狀態(tài)，手動控制應用于調試、維修狀態(tài)，復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現異常的緊急場合。對于本文中所列的5車位升降橫移式立體停車設備，PLC主要要控制二層三個升降電機的正反轉和一層橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全掛鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等. 3.2 PLC程序設計要求 本設計主要的是對車庫的控制系統(tǒng)設計及設輅總體結構設計，確保客戶停取車方便、快捷和安全。詳細論述了控制系統(tǒng)設計的基礎上，選擇兩層三列式車庫結構為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫結構部分、傳動機構部分和控制系統(tǒng)部分。依據升降橫移式立體車庫的運行原理，在對升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計中，采用了可編程的PLC控制，運用三菱公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，并經調試、運行，證明釆用可編程序控制器PLC)作為控制系統(tǒng)簡單易行。 升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)釆用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態(tài)，手動控制應用于調試、維修狀態(tài)，復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現異常的緊急場合。對于本文中所列的5車位升降橫移式立體停車設備，主要要控制上層三個升降電機的正反轉和下層橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全掛鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等。 這里具體詳述了自動控制部分和手動控制部分： 1.自動控制部分 主程序按進車優(yōu)先原則,將最多的車位保持在進車位置，便于下次車輛的停放；每個載車板運動之前，需要先判斷目標位置是否有空位，有空位是可以移動，否則，先移動目標車位。載車板的上下移動動作時互鎖的。判斷的信后依據來自各車位的限位開關。其具體移動原則如下： a.1號車位、2號車位、3號車位只能上下移動，不能左右移動； b.4號車位、5號車位只能左右移動，不能上下移動； c. 下層車位上的汽車可以直接開出； d. 上層車位的汽車，要想開出需要先按下相應車位標號按鍵，再按下叫車按鍵，然后下排車位先左右移動，讓出空位，上排車位降至下層，再開出車輛。 2.手動控制部分 程序所用狀態(tài)元件、定時器及數據存儲器均選用具有掉電保護功能的元件，當系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現場信息，待上電后繼續(xù)完成被中斷的動作；當發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現場斷點信息；當出現如電機過載、過熱電氣或機械故障時，自動中止系統(tǒng)的運行，并發(fā)出聲光報警，同時系統(tǒng)轉入手動方式進行故障處理。考慮到組態(tài)控制可能出現上述問題，系統(tǒng)也設計了最基本的手動控制，設計了車庫上層三個車位的選擇按鈕、呼叫車位按鈕和復位按鈕，并且考慮到如果車位動作出現錯誤，設計了急停按鈕，這樣就能使車庫系統(tǒng)無論處于何種運行狀態(tài)都能立即停止運行，避免事故的發(fā)生。 依據以上原則，設計出控制系統(tǒng)的流程圖如下： 系統(tǒng)安全檢測 存車 取車 系統(tǒng)初始化 發(fā)出聲光報警（對應的信號燈亮） 顯示故障類型 停車 手動操作 判斷1或2或3號車位是否空位 大電動機運轉，帶動載車板上升 到達限位開關，彈出安全掛鉤 電動機不動 電動機停止工作 綠色信號燈熄滅 是否有故障 電動機是否接通 開始 是否有空車位 載車板不移動 下層車位不移動 安全掛鉤收回 大電機轉動，相應的載車板下移 到達下層限位開關，電動機停止運轉 判斷其下方是否為空 判斷所取車輛位置 下層載車板移動 Y N N Y N Y 下 上 N Y 圖 3.5 立體車庫動作流程圖 4.升降橫移式立體車庫系統(tǒng)軟件方面的設計 4.1 PLC的概述 PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器,是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它釆用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制,定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器是六十年代末在美國首先出現的，目的是用來取代繼電器的，以執(zhí)行邏輯 判斷、計時、計數等順序控制功能，由此日本也稱它為順序控制器〔Sequence Controller〕提出PLC概念的是美國通用汽車公司。當時，根據汽車制造業(yè)生產線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制板的成本和時間，以減少汽車改型時，重新設計制造繼電器控制板的成本和時間。隨著半導體技術尤其是微處理器和微型計算機技術的犮展，到七十年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電路也都釆用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路,這時的“PLC”已不再是僅有邏輯 (Logic）判斷功能了，同時具有數據處理、PID調節(jié)和數據通訊功能。 美國電氣制造商協會 NEMA(National Electrrical Manu-factory Association) 從 1976 年開始，經過四年的調査，于1980年把它正式命名為可編程序控制器，簡稱“PLC”。 4.2 可編程控制器的特點 （1）功能齊全 PLC的基本功能包括開關量輸入／輸出、模擬量輸入／輸出、跳轉和強制I/O、鼓形控制器、延時ON/OFF繼電器、內部中間繼電器、主控繼電器、鎖存繼電器、計時器、計數器、移位寄存器、四則運算、比較、二一十進制轉換等。 PLC的擴展功能有通信聯網、成組數據傳送、矩形運算、PID閉環(huán)回路控制、排序查表功能、中斷控制及特殊功能函數運算等功能，PLC還具有自診斷、報警、監(jiān)控等功能。 （2） 應用靈活 其標準的積木式硬件結構，以及模塊化的軟件設計，使得它不僅可以適應大小不同、功能繁復的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合。PLC的安裝和現場的接線簡單，可以按積木方式擴充和刪除其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過軟件完成的，因此允許設計人員在沒有購買硬件設備前就進行“軟接線”的工作，從而縮短了整個設計、生產、調試周期，研制經費相對來說也少了。 （3）操作方便，維修容易 PLC采用電氣操作人員習慣的梯形圖形式編程與功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序，對于使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說明書，操作人員經短期的培習，就可以使用PLC; PLC帶有完善的監(jiān)視和診斷功能。PLC對于其內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點狀態(tài)和異常狀態(tài)等均有醒目的顯示。因此，操作人員、維修人員可以及時準確地了解機器故障點，利用替代模塊獲插件的辦法迅速處理故障。 （4）穩(wěn)定可靠 現代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其可靠性程度是使用機械觸點的繼電器所無法比擬的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠的工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾的措施，而且各生產廠家都嚴格按有關技術標準進行出廠檢驗。所以盡管PLC有各種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲器(ROM,EPROM)、輸入輸出部件(I/O)、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外設備組成。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數據總線)連接而成。 輸入接口 輸出接口 中央處理器（CPU） 存儲器 EPROM 系統(tǒng)程序 ROM 用戶程序 編程器 外圍設備 電源 圖4.1 PLC內部結構圖 4.2 可編程控制器的選擇 系統(tǒng)核心部分釆用三菱FX2N-48MR為控制元件，它是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時間髙達0.08，遠遠超過了很多大型可編程控制器。它功能強大實用,價格便宜，工作穩(wěn)定可靠,24點輸入，16點輸出，釆用繼電器輸出形式，可驅動交直流負鉞，負載電流在2A左右。220V AC供電。并且輸入端內部自帶24V直流電源，還可為負載提供直流電源。 4.2.1 I/O 點數的分配 1、檢測點分布： （1）載車板上汽車停放到位否檢測 釆用光電開關在底層進行掃描檢測。光電開關的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊，在載車板前后位置均進行檢測，當有車輛停放不到位時，車就把光電關光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后，系統(tǒng)才能正常工作。 (2）載車板上有無車檢測 在毎個錢車板上的一條對角線上安放一套光電幵關，用于檢測載車板上有無車。 （3）板平移運動是否到位檢測 只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝一只限位開關，用于檢測載車 板平移運動是否到位。 （4）載車板升降是否到位檢測 只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關，用于檢測載車板下降和上升是否到位。在上層載車板吊鉤是否掛好。 控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號，可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。 2、控制點分布 (1)一層載車板左右平移控制 一層載車板只有兩個，每個載車板只有左右移動兩個動作，釆用帶自動抱閘的三相交流電機控制。 (2)二層載車板升降橫移運動控制 二層載車板有三個，毎個載車板有橫移、升降四個動作，釆自動抱閘的三相交流電機控制。 (3)吊鉤動作控制 只有二的載車板使用吊鉤，每個載車板用兩套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。 根據耑要控制的電機、電磁鐵和檢測點等條件，建立電氣線路。 3、輸入點的分配 針對本課題要求，規(guī)定了PLC輸入/輸出點的分配。其中，X0到X2為呼叫開關；X3到X6為功能開關；X10到X20為限位開關。 表 4.1 輸入點的分配 1號車位上限開關 X10 3號車位下限位開關 X20 2號車位上限開關 X11 1號車位呼叫開關 X0 3號車位上限開關 X12 2號車位呼叫開關 X1 4號車位上限開關 X13 3號車位呼叫開關 X2 5號車位上限開關 X14 復位開關 X3 6號車位上限開關 X15 叫車開關 X4 1號車位下限開關 X16 停止開關 X6 2號車位下限開關 X17 4、關于輸出點的分配，定義如下： 表 4.2 輸出點的分配 1號車平臺上升 Y0 1號車平臺下降 Y1 2號車平臺上升 Y2 2號車平臺下降 Y3 3號車平臺上升 Y4 3號車平臺下降 Y5 4號車平臺左移 Y6 4號車平臺右降 Y7 5號車平臺左移 Y10 5號車平臺右降 Y11 6號車平臺左移 Y12 6號車平臺右移 Y13 PLC外部接線端口圖： 圖 I/O設備與PLC接線圖 圖 4.2 PLC外部接線端口圖 PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被釆用。本設計所釆用的編程語言是梯形圖語言。[見附錄] 4.3電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)是垂直升降類停車庫的核心技術之一，它根據操作輸入指令通過電腦程序完成存車、取車的全部動作，直接關系到存取車的速度。電氣控制系統(tǒng)主要包括： (1) 供電部分，提供各種動作 所需的電源及相應的短路、過載、缺相、錯相等電源自動保護； (2) 程序控制部分，根據輸入指令進行存取車程序分析，輸出各種控制動 作指令； (3) 召喚操作盤和信號指示部分，用于輸入存取車指令， 顯示工作狀態(tài)或故障信息，操作運行可采用全自動運行或手動分解運行方式； (4) 調速部分，比較先進的是釆用變頻器控制電機實現升降速度、橫移速度的調節(jié)；〔5〕故障自動跟蹤檢測及處理部分。 表4.3 電氣符號及名稱 符號 名稱及用途 符號 名稱及用途 M1 升降電動機1 QS 電源隔離開關 M2 升降電動機2 SB0 控制端總啟動停止按鈕 M3 升降電動機3 SB1 SB2 升降電動機1啟動停止按鈕 KM1 升降動機1正轉接觸器 SB3 SB4 升降電動機2啟動停止按鈕 KM2 升降電動機1反轉接觸器 SB5 SB6 升降電動機啟動停止按鈕 KM3 升降電動機2正轉接觸器 FR1 主電動機1繼電器 KM4 升降電動機2反轉接觸器 FR2 主電動機2繼電器 KM5 升降電動機3正轉接觸器 FR3 液11電動機繼電器 KM6 升降電動機3反轉接觸器 FU1—FU2 熔斷絲 SQ1 一號車位下降停止行程幵關 KM7 橫移電動1機正轉接觸器 SQ2 一號車位上升停止行程開關 KM8 橫移電動1機反轉接觸器 SQ3 二號車位下降停止行程幵關 KM9 橫移電動2機正轉接觸器 SQ4 二號車位上升停止行程幵關 KM10 橫移電動2機反轉接觸器 SQ5 三號車位下降停止行程幵關 SQ6 三號車位上升停止行程幵關 4.4工作原理 雙層停車庫主要由三個電動機，熔斷絲，繼電器及按鈕幵關等組成。電動機運轉全是通過對按鈕的操作實現。如圖所示，三個電動機并接在電源上，在單獨控制M1電動機正反轉時合上 電源幵關QS按下啟動按鈕SB1，線圈通電，其主觸點閉合，M1電動機接通電 源啟動正轉，KM的輔助觸點同時閉合。當松幵SB1時KM的線圈通電，其本身的常開輔助觸點繼續(xù)保持通電，保證M1電動機連續(xù)運轉。（KM輔助觸點的作用是：當手松開啟動按鈕時，SB1自動復位，但是繼電器的線圈不斷電，接觸器SQ1利用自己的常開觸點保持線圈通電的電路，構成了自鎖電路）,當觸動行程幵關 事情時電動機停止轉動。當按下SQ2按鈕，KM2線圈通電，其主觸點閉合， 電動機接通啟動，反轉幵始，當觸動行程幵關SQ2時電動機停止。 由于電動機M2和M3是用順序控制操作，在控制電動機M3時的接觸器KM5工作后，控制主電動機M2才能幵始工作。按下啟動按鈕SB5，KM5線圈通電，其主觸頭閉合，M3電動機接通電源，啟動電動機正轉，KM5的輔助線圈同吋閉合，觸動行程開關SQ5時自動停止。按下SB3按鈕，線圈通電，其主觸頭閉合，M2電動機接通電源啟動，幵始正轉，當觸動行程開關SQ3 S自動停止，再按下SB4按鈕時，線圈通電，其主觸頭閉合，M2電動機接通電源啟動開始反轉，觸動行程開關SQ4時自動停止。同時按下SB6按鈕， KM6線圈通電，M3電動機接通電源開始反轉，觸動行程開關SQ6時自動停止，完成順序控制。 致 謝 本次設計由張老師的指導，張老師嚴謹的治學態(tài)度、深厚的知識積累和謙遜熱情的做人風格使我深受熏陶,受益匪淺! 在設計過程中曾多次得到張老師的耐心輔導,另外在設計過程中班上的同學們得到了很多幫助，特別是在計算機的使用方面給于了很多幫助，并提出了許多寶貴建議. 本次畢業(yè)設計是對我們每個學生在校學習期間所學知識與生產實踐技術所進行的一次綜合性的全面考察；培養(yǎng)了我們運用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力；它還為我們了解一般機械工程設計的基本思想打下良好的基礎；在設計方案的擬定,設計資料的收集,手冊，國標選用，設計方法的運用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面，有一次較全面的鍛煉。對我們進入社會具備一定獨立工作能力起了良好的作用,能較好的適應工作。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的各位同學，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意! 參考文獻 [1] 劉繼修. 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