1、 本科毕业设计 (论文 ) 论文题目 基于 PLC的立体车库设计 (英文 ) The Design of PLC-based Stereo Garage 所在学院 电子信息学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 现代化的立体车 库是一种多层的空间立体停车库， 立体停车库可缓解城市动、静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地价值 ，是解决目前大城市寸土寸金停车难的有效方法。 立体车库的种类很多，据其结构和原理的不同可分为 升降横移式、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循环式、简易升降式、 多层循环 式等多种类型 。在这么多类型中，升降横移式立体
2、车库占地面积小，规模可以根据场地和需求灵活改变，在国内的立体车库市场上有绝对的优势。 升降横移式立体车库是基于 PLC 的控制系统，由计算机 实现对电机等的控制，电机启动相对应的链传动来移动车台，以达到自动控制存取车的 目的。 PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时非常灵活。必要时，可编程多套，或多组程序。 PLC 系统的立体车库具有操作简便 ,运行速度快、可靠性高、自动化程度高等特点的停车场管理系统。 该文主要设计基于 PLC控制系统的三层 7车位升降横移立体车库， 以 PLC为核心，设计出立体车库的智能管理系统。主要实现以下基本功能：（ 1）对车库现场过程进行实时控制；（
3、2）实现三层车库的升降及横移，保证存车、取车的过程； （ 3）系统具有工作、停机、报警等指示。 关键词 ：立体车库； PLC 控制系统；三层车库；智能管理 Abstract The modern stereo garage is a multi-layered garage. It can improve the parking problems of dynamic and static traffic, and improve the living environment, efficiently use the land . There are many types of three-d
4、imensional garage, which can can be classified into various types of lifting and transferring, laneway, vertical lift, vertical circulation, easy lift, multi-layer circulation type, according to its structure and principles. Since the three-dimensional garage takes the least parking area according t
5、o the site and is flexibility to change, it has the absolute advantage in the domestic on the market. Lifting and transferring parking is based on PLC control, which is drived by motor contro. The motor starts mobile car units to achieve the purpose of automatic control. The control systems is based
6、 on PLC. PLC hardware structure is variable, and the software program is compiled, so is very flexible. to be controlled. When necessary, programmable multi-sets or set of programs also need to debug. PLC system of three-dimensional garage has a simple, fast running speed, and is high reliability, a
7、nd has high degree of automation of the parking management system. In this paper, the three-dimensional stereo parking garage is designed, based on PLC. The main functions are as the followings: (1)It can complete the real-time control on the garage site; (2)It is three-dimensional stereo parking ga
8、rage. It ensure functions of parking car and picking up the car through lift and traverse, r; (3) It has the indication of working, stopping, and warning. Key Words: stereo garage; PLC control system; three-dimensional garage;intelligent automatic control 目 录 1 引言 .1 2 总体设计 .2 3 硬件设计 .4 3.1 立体车库的机械结
9、构 .4 3.1.1 立体车库的主框 架 .4 3.1.2 载车托盘 .4 3.1.3 传动系统 .5 3.1.4 控制系统 .5 3.1.5 安全防护系统 .5 3.2 控制部分的硬件 .6 3.2.1 PLC 的基本结构 .6 3.2.2 控制部分的硬件设计 .7 3.3 电机控制的主电路 .9 3.4 电气元件的选择 .10 3.4.1 PLC 的选型 .10 3.4.2 主要电气元件 .10 3.5 PLC 外部接线简化图 . 11 3.6 人机界面 .12 4 软件设计 .13 4.1 控制系统的主流程图 .13 4.2 I/O 口地址分配 .15 4.3 立体车库控制系统主程序 .
10、16 5 制作和调试 .19 5.1 调试前的检查 .20 5.2 硬件调试 .20 5.3 软件调试 .20 6 结论 .21 致 谢 .22 附录 1 主程序 .25 1 引言 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，在 国外立体停车设备的发展 要比国内成熟 ，在日本已有近 3040 年的 发展 历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于 90 年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已将近二十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为 1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独 特特性，已被广
11、大用户接受 1。 立体车库 与传统的地下车库相比 较 ，在多方面都显示出 优势 。 (1)立体停车库 节省占地面积 ，空间利用率高 。（ 2） 立体停车 库 安全可靠 ， ，操作简便 ，美化环境。（ 3） 立体停车 库 出入库管理方便简捷， 运行平稳， 自动化操作， 节省时间 。(4）立体停车库的建设成本要低于传统的场地停车场的 投资成本低 2。 在 立体 车库中采用机械存车，还 可以 免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住 宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立 立体车
12、库 。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。目前， 立体车库的种类很多，据其结构和原理的不同可分为 升降横移式、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循环式、简易升降式、 多层循环式等多种类型 2。 本设计 以 3 层 7个车位的升降横移式立体车库为对象，设计了基于 PLC 的控制系统。其 系统核心采用 FX2N-64MR 与 FX2N-16EX 扩展单元为主控制元件，通过控制系统的输入输出的分配，实现车库升降横移载车板等功能。 2 总体设计 升降横移式立体车库主要由主框架、载车 托盘、传动系统、控制系统和安全防护系统组成。 升降横移式立体车库所需存取车辆，通过人机界面的触摸屏输入指令，
13、操作指令通过 RS232协议端口送入 PLC，通过 PLC处理后输出相应的动作指令 3，使载车板通过升降、横移运动到达地层面，用户进入车库，存取车辆，完成存取过程。 本文所设计的 3层 7车位 升降横移式 立体车库 如图 2-1所示，第一层和第二层都有两个停车位，一个空位；第三层有三个停车位，无空位。 停在立体车库一层的车辆只需横移，二层的车辆可以升降横移先通过横移到空位在升降到一层，三层的车辆只能升降可以先通过二层的车 位横移出空位在升降的一层，用户才可以进入车库内将汽车开出或开进 4。 图 2-1 3层 7车位升降横移式立体车库运动原理图 立体车库的运行原理如下： 1用户进入车库时，只需按
14、下存取车位的号码， 数据通过 RS232口传递给 PLC控制系统。 2 PLC根据接收的信号判别存取车信号后。根据车库内的停车具体情况，自动寻找合适的车位移动到用户指定的位置 。 （ 1）立体车库一层即 11、 12车位可直接存取车， 13车位为空车位 ； 底 层 中间层 顶 层 载车板 31 载车板 11 载车板 12 载车板 22 载车板 21 载车板 33 载车板 32 空位 13 空位 23 移动方向 （ 2）立体车库二层 21、 22车位可以 通过一层车位相应的空位如 11、 21，再降到一层存取车， 23车位为空车位； （ 3）立体车库三层 31、 32、 33车位存取车可以横移动
15、对应一二层车位，三层通过升降到达一层，然后进行存取车。 3用户停车时，只有当车停到位后，车身越界信号指示灯才会熄灭，用户下车出库，按下要存车位的号码， PLC系统自动把车盘移动到原先的位置，关闭车库门，完成存车指令。 4用户取车时，用户按下所存车的车位号， PLC系统根据接收到的取车信号控制车库内车盘的运动，把车移到用户指定位置，完成取车。存取车后的复位遵循一个原则 ：升降复位，平移 不复位 5。 系统在移到车盘时，会严格按照各种检测信号状态下运行，若接到报警信号，则车库会自动停止一切动作，直到报警信号消除。 下图 2-2是某一状态下的升降横移立体车库 停车全过程的运动示意图 。 32号载车位
16、为唯一空位。 其移动过程如下： 图 2-2 某一状态下的立体车库移动 停车库的初始停车状态如图 2-2（ a）， 除了 32车位是空的，其它车位都有车；现在要把车停放到 32车位停车位上，则首先应将 32停车位下的车位移开，如图2-2(b)所示，即将 22车位， 12车位，向右移；最后将 32车位降至底层，如图 2-2(c)所示；最后将车停到 32车位的载车板上，然后托盘复位，如图 2-2(d)所示，完成整个停车过程 6。 (b) (a) 31 32 33 21 11 12 22 31 32 33 21 11 12 22 31 32 33 21 11 12 22 31 33 21 11 32
17、12 22 (d) (c) 3 硬件设计 升降横移式立体车库的硬件主要由两部分组成：立体车库的机械结构和立体车库控制部分的硬件。 3.1 立体车库的机械结构 立体车库机械结构主要由 主框架、载车托盘、传动系统、控制系统、和安全防护系统 部分组成 7。总体设计为一、二层容量为 2个车位，三层为 3个车位，即共三层 7个车位，另外还有两个周转空位，用作汽车的中转平台，结构示意图如图 2-l所示。 立体车库的主框架采用钢结构设计，每个车位单元配置停放车辆的载车板，载车板由传动系统驱动可上下、左右移动。传动系统分为升降传动系统和横移传动系统。升降传动系统由电动机、链 轮、链条等组成，运行时，电动机带动
18、链轮转动，链 轮带动链条，通过升降电动机的正反转实现载车板的上下升降运动。横移传动系统由电动机、变频器、驱动轮和从动轮、导轨组成，通过横移电动机带动托盘在横梁上进行横移运动。 3.1.1 立体车库的主框架 主体钢架结构采用 H型钢、槽钢、钢板焊接成型，用高强度螺栓连 接成框架结构，为了使钢架 部分的外观美观以及具 有抗腐蚀、防锈能力，对钢结 构部分喷漆之前采用了机械除锈处理，使停车设备整体表面防护水平达到了较高的档次8。钢架结构与其他建筑结构相比 9： 可靠性高；强度高，钢结构强度小；塑性和韧性好；钢架结构制造简便，施工工期短；钢结构密闭性好。 3.1.2 载车托盘 载车托盘是用来承载库存车辆
19、的。载车托盘由镀锌板压弯成型，左右边梁采用槽钢成型。边梁用高 强度螺栓和载车板连接，以保证载车 板 的刚度和强度。载车 板 装有安全防护与限位装置。该载车 板 具有轻巧 、美观、强韧、耐用等特点，防锈蚀能力在 20年以上 8。 3.1.3 传动系统 停车设备采用链条传动。因为 钢丝绳牵引的整体稳定性不好，传动速度越大，稳定性就愈差。 链条传动 其优点是可以保证准确的传动比，传动结构紧凑，运行平稳 ，安全可靠，养护方便等特点。另外，它的环保性能也优于其它传动方式1011。 3.1.4 控制系统 立体车库的控制系统的主要控制对象是横移电机和升降电机，使它们根据存取车的要求利用按钮操作，以达到通过改
20、变电源相序实现载车台的左右或上下移动，自动、复位、急停等控制，其次是控制车库内的各种辅助装置，如：指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车台能 横移和上升 或下降到指定位置，采用了行程开关定位。为了判断载车台上有无车辆，采用了光电开关。一般小型车库选用按钮操作即可，亦可采用触摸屏操作 12。升降横移式立体车库电路简单、对环境要求不高，凭可编程控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施，使车库系统能有条不紊的准确工作。 3.1.5 安全防护系统 因为汽车具有高价值性，所以立体车库的安全性非常重要，车库设计多道安全和防护措施以加强车库运行的安全性。防坠落电磁铁
21、与安全挂钩是立体车库的一个安全装置，主要安装在二三层 车库。安全挂钩得电打开，失电闭锁的控制，这样在停电状态下车位也能够保证不因钢索断裂而坠落 8。 车板的防坠落装置是立体车库中的一个关键部件，在泊车安全方面起着决定性的作用。防坠落装置中解锁动作由电磁铁完成。解锁动作要求，当电磁铁通电时以推杆触动安全钩解锁 ;当电磁铁断电时推杆自动缩回。 载车板的防护系统如下图 3-1所示： 图 3-1 防止载车板坠落装置 3.2 控制部分的硬件 立体车库控制部分的硬件主要是 PLC的基本结构和控制部分的硬件设计。 3.2.1 PLC 的基本结构 PLC是计算机技术及微电子技术结 合形成的微机系统，是立体车库
22、的核心。PLC的基本结构由主机 CPU、输入部分、输出部分及外设四部分组成。 （ 1） CPU部分： CPU部分是 PLC的核心部分，它直接决定 PLC基本性能的关键部位。由微处理器系统、系统程序存储器和用户程序存储器组成，负责系统程序的调度、管理、运行和 PLC的自诊断。 CPU的主要功能包括执行用户程序、数据输入输出和内部监控。主要负担对用户程序作出编译解释处理以及调度用户目标程序运行的任务。 （ 2）输入部分： PLC与生产过程相连接的输入通道，输入部分接受来自生产现场的各种信号，完成外部信号 到 PLC内部信号的转换。如光电开关、限位开关、按钮、传感器的信号等。 （ 3）输出部分： PLC与生产过程相连接的输出通道，输出部分接收 CPU的内部信号到外部信号的转换，并转换成被控设备所能接受的电压，电流信号，以驱动被控设备。扩展单元主要是 I 0、电源模块、与主机的连接电缆、接口模块。 （ 4）外设： PLC的外设构成 PLC的系统的外部条件。主要有控制输入、输出设备；显示设备；编程，调试设备；数据输入、输出设备。最基本的外设是编程器 13。
