1、 本科 毕业设计 基于 PLC 的立体车库设计 所在学院 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 I 摘要 立体车库是实现车辆自动存放的仓储设施。现代城市汽车保有量的不断增加，出现了乱停车和停车难的问题。机械式立体车库以其具有占用空间小、操作方便、 使用安全等优点，成为解决城市停车难问题的有效途径。 本文在对立体车库进行充分调研的基础上，选择典型的升降横移式立体车库为研究对象，简单地介绍了立体车库的特点和主体结构，同时阐述了升降横移式立体车库的工作原理，即通过载车板的移位产生垂直通道来完成上层车位存取车操作。 本文从车库结构、传动系统、控制系统三方面对立
2、体车库进行了设计。对包括框架结构、载车板在内的主体结构进行了研究和设计；在传动系统的设计中，选用了合适的传动电机和传动链；立体车库控制系统中，采用了可编程控制器（ PLC）控制。为了满足立体车库安全性的要 求，选用了光电检测装置和防坠机构等安全装置。在理解立体车库控制功能及存取车流程的基础上，选用三菱 FX2N 型 PLC 编程软件，并对 PLC I/O 口进行了分配，设计 PLC 硬件接线图，最后利用梯形图编程语言编写了立体车库的控制程序。 关键词 ： 立体车库；可编程控制器；传动系统；梯形图 II Abstract Stereo garage is a storage which is u
3、sed for automatic parking. There emerges disorderly parking problems as a result of the increasing number of the cars in the city. As mechanical Stereo garage has the advantage of space saving, conveniently using and safety operating, it has been an effective solution to solve the parking problem in
4、 the city. Stereo garage which can be moved horizontally and vertically is selected as the researching object after having an comprehensive investigate, the characters and the main structure of the stereo garage is simply introduced, meanwhile the working principle of the garage is stated, that is,
5、the vehicles can be deposited and withdrawn by shifting the tray to produce vertical channel. The thesis designs the stereo garage in three aspects, that is, garage structure design, drive system design and control system design. The thesis designs the main structure of the Stereo garage, which cont
6、ains the frame construction and the tray. Suitable driving motors and transmission chains are selected in the design of transmission system. Programming Logic Controller (PLC) is used in the control system of stereo garage. After having basic understandings of the control functions and the working p
7、rocedure of Stereo garage, Mitsubishi FX2N PLC is selected as programming software, I/O ports of PLC are distributed and the PLC hardware wiring diagram is drawn, finally the thesis use ladder language to write the control program. Photoelectric detection device, catching system and other safety dev
8、ices are used to satisfy the safe requirement of stereo garage. Keywords: stereo garage; programmable logic controller; drive system; ladder diagram III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 立体车库研究的背景和意义 . 1 1.2 立体车库的简介 . 1 1.3 立体车库发展动态 . 2 第 2 章 立体车库的框架结构 . 4 2.1 升降横移式立体车库的基本结构 . 4 2.2 钢结构 . 4 2.2.1 钢结构的特点 . 4 2.2.2
9、 立体车库钢结构的设计方法 . 5 2.3 载车板部分 . 5 第 3 章 立体车库控制系统及其硬件设计 . 6 3.1 升降横移式立体车库的工作原理 . 6 3.2 立体车库控制系统简述 . 6 3.3 传动系统 . 7 3.3.1 传动链的设计方法 . 7 3.3.2 传动电机的选择 . 8 3.4 安全检测系统 . 8 3.4.1 车辆外轮廓超限检测 . 8 3.4.2 载车板防坠机构 . 8 3.4.3 报警指示灯和蜂鸣器 . 9 第 4 章 可编程控制器的简介及选型 . 10 4.1 可编程控制器的简介 . 10 4.2 可编程控制器的硬件组成 .11 4.3 PLC 的工作原理 .
10、 12 4.4 PLC 编程语言 . 13 4.5 PLC 选型 . 13 第 5 章 升降横移式立体车库 PLC 编程 . 15 5.1 立体车库 PLC 程序设计方法 . 15 5.2 PLC I/O 口的分配 . 15 IV 5.3 立体车库控制流程 . 16 5.3.1 立体车库控制流程的说明 . 16 5.3.2 立体车库控制程序流程图的设计 . 17 5.4 PLC 接线图设计 . 17 5.5 PLC 梯形图及其说明 . 18 小结 . 21 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 22 附录 1 立体车库存取车 PLC 梯形图 . 23 附录 2 立体车库存取车 PLC
11、指令表 . 26 1 第 1 章 绪论 1.1 立体车库研究的背景和意义 改革开放以来我国经济社会取得了举世瞩目的发展，人民生活水平有了质的飞跃。伴随着经济和汽车工业的发展，寻常百姓拥有汽车已经不再是遥不可及的梦想，私家车保有量的不断增加，然而与之形成鲜明对比的是城市停车位的缺乏。据统计， 2000 年我国轿车保有量接近 400 万辆， 而 2010 年轿车保有量达到 2000 万辆， 10 年间增长了 5 倍。据建设部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为4.84： 1。据估算， 500 万辆车将会占用 9600 万平方米的土地（约 14
12、.4 万亩），这无疑是对土地资源的极大浪费。另一方面，汽车占道停放进一步加剧了道路的拥堵，汽车被盗被撞时间也是时有发生，而且汽车的随意停放对市容造成了很差的影响。 交通问题分为静态交通问题（车辆停放状态）和动态交通（车辆行驶状态）二者相互联系，互相影响。停车设备是城市静态交通的重要组 成部分，不断增加的城市汽车数量和不断增加停车设施的需求之间的比例必须协调一致，如果两者之间比例失调，出现停车难、乱停车的问题是在所难免的。统计结果显示，最近几年我国 2%3%城市停基础车设施的平均增长速度远远跟不上城市机动车辆 15%20%的平均增长速度。特别是在大城市，停车基础设施的增长速度远远落后于机动车的增
13、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有赖于科学技术的进步和经济社会的快速发展，现代社会的城市化进程不断加快，人类的生产和生活方式更加趋于集中，城市规模的不断扩大和人口的急 剧膨胀，使得人均空间缩减，于是合理规划和利用空间的重要性变得愈发突出。立体建筑、立体交通和立体停车已经在现代城市的标志。由社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，构成了城市立体交通网，与之相对应的是作为“汽车的住宅”的停车场也取得了长足的发展，由平面向立体，由简单的机械车库向智能化的现代立体车库演变。 在我国，现代城市中立体建筑和立体交通都取得了显著发展，但是车辆的停放显然还没有的得到较好的解决
14、，因此，研究和应用立体停车具有重大的意义。机械式立体车库的规模可以根据需要进行调整，还能与地面停车场、地下车库 和停车楼组合实施，是解决城市停车难有效手段，其性能和作用已经得到了广泛的认可。 机械式立体停车设备及立体停车场已被国家计委已明确列为国家重点支持的产业，得到了大力扶持。在 1998 年 1 月 1 日起执行的国家计委 6 号令中机械式停车序和立体停车场被列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”。以上措施的实施为我国立体车库产业的快速发展创造了了良好的条件、也为更好的解决我国城市停车问题提供了机会。可以预见立体车库具
15、有非常广阔的市场前景。 1.2 立体 车库的简介 立体停车库 是一种 专门 实现 各类车辆自动停放，科学寄存 的 仓储设施 。立体车库由钢构架、回转台、输送车或升降电梯、监控操作台及辅助设备（消防、配电、防盗机构） 六大部分构成 。现知最早的立体车库 位于 美国 伊利诺斯州芝加哥市 ，建于 1918 年，至今已有将近百年的历史，立体停车设备无论在技术上还是经验上已经获得了大的成功。 2 机械式立体车库包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、建筑结构、交通疏导、环境保护、供电照明、通风排水、通讯监视、安全消防、收费管理等学科领域。机械式立体车库与传统的地下车库相比有以 下几方面的优越性
16、： （ 1）占用空间少，配置灵活，建设周期短； （ 2）价格低，消防、外装修、土建等投资少； （ 3）运行经济； （ 4）采用自动控制，安全可靠； （ 5）维修简单，维护成本低。 综上特点，立体车库已被广大用户所接受。中华人民共和国机械行业标准 JB/T 8713-1998 对机械式停车设备进行了划分，其类别代码如下： 升降横移类，代号 SH，是指通过垂直升降和水平横移进行移动，实现车辆存取功能的停车设备。此类停车设备一层车位只能横移，中间层车位既可横移又可升降，上层车位只可升降。 简易升降类，代号 JS，是 指通过单一搬运器的升降或二三层搬运器的整体升降，来实现二三层车辆存取车功能的停车设备
17、。 垂直升降类，代号 CS，是指停车位分布在井道周围，通过搬运器在专用升降通道内做升降运动， 实现车辆存取功能的停车设备。 平面移动类，代号 PY，是指存车位与搬运器在同一平面内，通过搬运器在水平面内做往复运动，实现车辆存取功能的停车设备。 多层循环类，代号 DX，指车辆搬运器在垂直平面内排成 2 层或 2 层以上做连续移动，两端有升降机构进行循环层间转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。 巷道堆垛式，代号 XD，是指存车位在巷道一边或两边多 层布置，通过搬运器在想到内做水平，垂直或水平垂直复合运动， 实现车辆存取功能的停车设备。 水平循环类，代号 SX，是指采用一个水平循环运动的车位系统来存
18、取停放车辆的停车设备。工作原理是车位系统在水平面上作循环运动，将所需存取车的在车板移到出入口处，由驾驶员将汽车存入或取出。 垂直循环类，代号 CX,是指通过搬运器在垂直平面内作连续的循环移动， 实现车辆存取功能的停车设备。 1.3 立体车库发展动态 立体停车是各个国家为了解决停车难的问题而采取的积极措施，尤其是自动化车库在很多国家和地区取得了长足的发展。 在国外，立 体停车技术及产业早在 50 多年前就有所发展，相继出现了适合家庭使用的双层停车设备；在住宅空地上建起的 24 层升降横移式立体车库；在城市中心商住区得到广泛应用的停车塔和停车楼；利用建筑物和广场下面的空间建设的地下车库。自 70
19、年代末起，伴随着世界经济社会的高速发展，汽车工业不断进步，全世界汽车保有量不断增加，在此背景下，人口密度大、土地资源稀缺、以及一些发达国家为节约土地资源的使用，采取了积极的措施研发并将机械式立体车库推广普及。 美国、日本、德国等发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳 、台地区是在亚洲较早开始机械式立体车库的研究和应用，取得了较早地发展。停车3 技术的蓬勃发展，在很大程度上为解决停车问题提供了技术支持。 在亚洲国家，日本最早从事立体车库的研究，在 20 世纪 60 年代开发并使用可最大限度地利用空间的机械式立体停车设备。目前日本已投入使用的立体车库中以升降横移式立体车库
20、为主。从 80 年代开始，日本开始向亚洲地区如韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。 韩国机械车库技术是在借鉴并吸收了日本机械车库技术的基础上发展起来的。 20 世纪 70年代中期开始为韩国机械式立体车库发展 的起步阶段， 80 年代开始引进日本技术，在借鉴并吸收日本立体停车技术的基础上，结合了韩国的国情推出了适合韩国的立体停车设备，并于90 年代开始应用本土化的立体车库。韩国立体停车技术的发展得到了政府的大力扶持，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，其停车产业的发展在亚洲国家和地区处于领先地位。 我国机械式车库的早期研发工作是从 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
21、、广州、深圳等地都有使用。我国的停车设备的行业标准是在参照日本等国制定的行业标准的基础上出台的。目前我国停车生产各种类型的停车设备 的厂家已发展到几百家，有些停车设备已开始出口到国外。停车设备的研发需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足市场的需求。 目前世界停车产业正朝着多元化的方向发展，其停车技术几乎涵盖了了当今磁控、光学、机械、液压、电子和计算机技术等领域的所有技术。机械方面，应用了许多新工艺、新材料。设备结构采用易于安装拆卸，便于组合的模块化结构。选用新型优质钢材作为钢结构，在提高设备的刚
22、度和强度的同时又使设备轻巧美观。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，使系统具有平稳的运行性，较好的节电能力，并最大化地降低振动和噪音。控制形式有触摸屏式、遥控式、 IC 卡式、锁匙式、按钮式、键盘式等。安全元件采用机械式行程开关、各种光栅显示屏、光电管、磁性接近开关、光敏感应开关等。安全保护装置日臻完善，如自动识别汽车尺寸和重量、汽车出入声光引导和定位、自动跟踪 停车泊位、限速保护与重机构互锁、汽车图像摄影 对比、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、自动消防灭火系统等。 4 第 2 章 立体 车库的框架结构 2.1 升降横移式立体车库的基本结构 升降
23、横移式立体车库主要由框架结构部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。框架结构承担着整个立体车库的总重量，在进行框架选材时应综合考虑安全性和经济性；传动系统控制载车板的升降横移，是立体车库的执行机构，立体车库运行的效率和安全性受到传动系统的直接影响；升降横移式立体车库的控制系统是立体车库的核心，采用 PLC 控制，将在后续章节作详细介绍。 图 2.1 升降横移式立体车库主要组成 2.2 钢结构 2.2.1 钢结构的特点 现代停车设备的主框架部分大多采用钢结构，所谓钢结构就是采用钢板、型钢连接而成的结构。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点： （ 1）材料的强
24、度高，结构质量轻 钢结构的强度和弹性模量较高。与混凝土和木材相比，其密度和屈服强度的比值相对较低因而在同样条件下钢结构的构件截面小，自重轻，便于运输和安装。 （ 2）可靠性高 钢材组织均匀，与各向同性匀质体德均匀程度接近；钢材的物理力学特性符合工程力学对材料性能所作的基本假定；目前采用的理论计算结果基本适用于钢结构的实际工作性能，计算结果可靠性高，所以说钢结构的可靠性高 。 （ 3）材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好，在超负荷时一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免发生事故 （ 4）钢结构密闭性好 （ 5）钢结构制造简便，施工工期短 （ 6）钢材的耐锈蚀性差 5 普通钢材制
25、成的钢结构进行防锈处理后，可以有效降低腐蚀问题对结构表面造成的影响，加之钢结构本身的维护费用较低。因此，钢结构耐腐蚀性差的缺点并不足以影响立体车库选用钢结构作为框架。 2.2.2 立体车库钢结构的设计方法 立体车库钢结构骨架由支柱、横梁、腹杆和支承动力及附属装置的上、下支承梁等组成，其支柱通过螺 栓与基础相连。在车库钢结构设计中，包括拉弯和压弯构件、梁轴心受力构件的设计。 轴心受力构件包括轴心受拉构建和轴心受压构件两种。轴心受拉构件的设计应考虑刚度和强度的要求，轴心受压构件不仅要满足刚度、强度要求外，还应满足局部稳定和整体稳定要求。钢结构拉弯构件和压弯构件常采用双轴对称或单轴对称的截面形式。压
26、弯构件的设计与轴心受压构件相仿，应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定等四个方面，拉弯构件一般只需考虑强度和刚度两个方面，当弯矩很大而拉力很小时，拉弯构件也要考虑构件的整体稳定和板件、分肢的局部稳定。 钢梁按不同 的制作方法，可以分为型钢梁和组合梁两类。梁的设计中，梁的刚度和强度对截面设计起控制作用，因此有必要对梁的刚度和强度计算。由于车库系统对于系统的安全要求性有很高的要求，所以还应计算钢梁整体和局部稳定。此外，构造措施应用于梁的接点处，使其端截面发生扭转的可能性大大降低。发生局部失稳后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截而积减小，强度承载力和整体稳定性降低，可以采取增大板的厚度或设置加劲肋
27、等的措施。 2.3 载车板部分 载车板在立体车库中是用来承载车辆的，载车板必须具有足够的强度和刚度，以保障汽车的安全存放和存 取车动作的正常进行。框架式载车板和拼板式载车板是两种不同结构形式的载车板： （ 1）框架式载车板 使用钢板和型钢焊接成框架式载车板的承载框架，并大多采用中间凸起结构，将不同厚度的钢板铺设在两侧停车通道和中间凸起的顶面。这种载车板有行车通道宽度可按需要进行设置的优点，导入功能较好。 （ 2）拼板式载车板 镀锌钢板经过滚压或一次冲压成组装件构成拼版式载车板的波纹板，载车板采用咬合拼装的方式，用螺栓紧固连接，拼装前先对组件表面进行处理（如烤漆、电镀等），经表面处理后的载车板轻巧美观、通用性互换性好，有理想的刚度。
