住宅小区升降横移立体停车库的设计_本科毕业设计说明书.doc

住宅小区升降横移立体停车库的设计 111 河北联合大学轻工学院 qinggong college, hebei united university 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计（论文）题目：住宅小区升降横移立体停车库的设计设计（论文）题目：住宅小区升降横移立体停车库的设计 住宅小区升降横移立体停车库的设计 摘 要 -i- 摘 要 随着我国经济的快速发展，城市车辆快速增加，停车难问题日益加剧。立 体车库占地少，布局灵活，高效节能，最大限度地停放车辆，成为有效的解决 停车难现状的重要途径。考虑到多方面因素，本课题决定设计当前最为广泛应 用的升降横移立体车库。 结合了当前社会的实际需求，在本次设计主要适用于住宅小区小型类的升 降横移式立体车库设计。本次设计主要包括以下几个部分：首先，以本次设计 的四层三列式车库结构为研究模型，具体介绍升降横移立体式车库类型特点及 工作原理；其次，在对立体车库控制系统中选用 s7-200 系列 plc，plc 具有编 程简单、使用方便、可靠性高、通用性强、体积小、易于维护等多方面优点， 能够更好的实现设计出来的立体车库稳定，安全，可靠。最后，需要介绍一些 具体的安全设施，同时对本次设计中存在的一些不足分析一下，为将来更好的 改进积累更多的经验。 关键字：立体车库 升降横移式 可编程控制器 abstract -ii- abstract with chinas rapid economic development, urban vehicle rapid increase in the growing problem of parking. dimensional garage small footprint, flexible layout, energy efficient, to maximize parking, an important way to become effective to solve the difficult parking situation. taking into account various factors, the subject decided to design the most widely used lifting and transferring three-dimensional garage. combined with the actual needs of society, the design is mainly applied to small class residential area lifting and transferring parking design. the design includes the following sections: first, three style to the design of the four-story garage structure research model, intro lifting and transferring three-dimensional garage type characteristics and working principle; secondly, in the three-dimensional garage control system selected s7-200 series plc, plc programming is simple, easy to use, high reliability, versatility, small size, easy to maintain, and many other advantages, are better able to achieve the designed three-dimensional garage stable, safe and reliable. finally, we need to introduce some specific security facilities, and the number of deficiencies in the design, analysis, more experience is better for the future improvement. keywords：stereo garage lifting and transferring programmable controller 目 录 -iii- 目 录 摘 要.i abstract ii 第一章 绪论1 1.1 课题研究的背景和意义 1 1.2 机械式立体车库简介 1 1.2.1 什么是立体车库1 1.2.2 立体车库国外发展与现状2 1.2.3 立体车库国内发展与现状3 1.2.4 本课题研究内容4 第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理5 2.1 立体车库系统控制要求5 2.2 plc 控制系统的设计方法5 2.3 立体车库的控制系统方案选择 7 2.4 升降横移式立体车库的存取车原理及操作流程8 2.4.1 升降横移式立体停车库的运行原理8 2.4.2 存取车操作流程10 2.5 升降横移式立体车库控制系统硬件设计 10 2.5.1 概述10 2.5.2 硬件电源.10 2.5.3 电动机的选择11 2.5.4 plc 的选用原则及本设计中用到的 plc.12 第三章 立体车库电气系统设计15 3.1 控制系统方案的确定 15 3.2 控制程序流程图设计15 3.3 i/o 地址分配表17 3.4 plc 外部接线图19 3.5 车盘运行原理图 21 3.6 停、取车的调试28 第四章 升降横移式立体车库的安全性问题31 4.1 电力超载装置31 4.2 延时保护31 目 录 -iv- 4.3 防人、异物误闯入红外线检测装置31 4.4 紧急停止装置31 4.5 防止超限运行装置31 4.6 警示灯及警示蜂鸣器32 4.7 车辆防滑、防载车板坠落装置 32 结 论33 参考文献34 谢 辞35 附 录36 第一章 绪论 -1- 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，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。剧有关部门统计，截至到 2008 年，我 国生产汽车 934.5 万辆，同比增长 6.7%。最近几年城市机动车增长速度更为迅 速，轿车、客车、面包车以至于摩托车增幅年平均在 15%以上，车辆的增长远 远高于停车位的增长。而造成停车难的根本原因是城市规模逐步扩大，城市建 设规划上的准备不足，停车设施的不完善。因此，解决停车难的问题成为当代 热门话题。 一般解决城市停车难的措施有以下几种方式，一种是减少私人车辆数量， 鼓励改乘公共交通工具，来减少机动车对停车场的需求。而这种方式效果不很 明显，另一种方法是增加停车场数量，建设广场型停车场、路边停车场、地下 停车场、机械式立体车库。充分利用空闲的空间来满足停车需求。无论采取那 种方式，都需要投入很多的精力与资金，在寸土寸金的城市不可能浪费大面积 土地来建设停泊车辆的广场型停车场或者路边停车场；地下停车场由于施工周 期长及造价较高也很难广泛应用。因此，我们需重视城市停车难的问题，寻求 更好的解决措施。 机械式立体车库在这些方面显示出很大的优点，具有空间利用率高，节省 城市土地资源；造价低、施工周期短；出库时间短、管理使用简便快捷、安全 可靠；节能和保护环境等。同时机械式立体车库还可以充分发挥占地少，化整 为零，模块组合等优势，在住宅小区的每个组。每个单元或者每栋楼下都可以 随机建立立体车库，实现停车数量大幅增多的目的，这对当下车库短缺的小区 提供了非常好的解决停车难的办法。可见，立体车库具有广阔的应用前景。 1.2 机械式立体车库简介 1.2.1 什么是立体车库 使用车辆之外的搬运装置来完成车辆停放、存储的机械设施称为机械停车 库，以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体车库。到目前为止， 立体车库发展到有九种主要类型：升降横移类、巷道堆垛类、垂直升降类、垂 直循环类、水平循环类、多层循环类、简易升降类、平面移动类、汽车升降机。 在以上九种类型尤以升降横移类立体车库应用最为广泛。采用以载车板升降或 河北联合大学轻工学院 -2- 横移存取车辆的立体停车设备的停车库叫做升降横移类停车库。升降横移式立 体车库采用模块化设计，每单元可设计成半地下、两层 三层、四层、五层等多 种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场配置灵 活，造价较低。其工作原理为：一般一层车位只能横移，中间车位既可横移又 可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取。 由于升降横移式立体停车库对场地的适应性较强，可根据不同的地形和空间任 意组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低。因此，升降横移式立体 停车库应用十分广泛普遍。 1.2.2 立体车库国外发展与现状 机械式立体车库在国外经济发达国家和地区如日本、德国、韩国都有数十 年的发展历史。尤其日本，由于土地资源匮乏，人口密度高，其机械式立体车 库发展起步早，在上世纪 60 年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械 式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为 500 万辆，大多采用的是垂直循 环式停车设备。从 80 年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区 出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车 产业从 20 世纪 70 年代中期开始起步，80 年代开始引进日本技术，经过消化生 产和本土化，90 年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重 视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在 30%左 右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。种类齐全、 、技术水平及开发经 验丰富，现已达到比较高端的水准。 图 1.2.2 国外高容量的立体车库 第一章 绪论 -3- 在欧洲，德国和意大利等国家对停车设备的开发和生产也比较早，但由于 欧洲国家土地资源比较富余，停车难问题不很严重，因此停车设备应用量不是 很大，应用大多为巷道堆垛式和多层升降横移式立体车库。 韩国停车设备属于日本技术的派生，从 20 世界 70 年代开始起步，80 年代 开始引进日本技术，经过消化和本土化，90 年代开始为供应使用阶段，韩国各 种机械停车设备近几年增长速度都在 30%左右。 1.2.3 立体车库国内发展与现状 我国机械停车设备技术发研发始于 20 世纪 80 年代，此阶段生产企业根据 客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；90 年代开始引进技术， 国内外许多企业都看好中国的停车行业，出现了许多合资企业或者引进国外的 技术，参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备 生产厂已发展到几百家，各企业为增强自身竞争里，根据国内的实际使用情况 进行改造与创新，生产各种类型的停车设备。在经过长期的发展，我国已经形 成了新兴的停车设备行业。 图 1.2.3 升降横移立体停车库图 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。解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出 河北联合大学轻工学院 -4- 努力。政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车 位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准， 给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立车库市场 运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。 鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。 1.2.4 本课题研究内容 本课题研究内容来源于实际工程项目，在对国内外各种同类产品进行分析 的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现 升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强， 同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立 体车库。具体内容如下： （1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解立体车库 运行基本原理，了解轿车停车流程，记录立体车库使用注意事项等。 （2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库技 术发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通 过网上检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等。 （3）根据立体车库的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构；根据 所设计的场所，选择电动机的类型；根据 i/o 的点数选择合适的 plc 的类型， 完成对立体车库控制系统梯形图设计。 第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理 -5- 第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理 2.1 立体车库系统控制要求 智能立体车库在设计中要显示出智能化、人性化和便利化的特点。因此， 系统要求如下: 1、取车人按键选取车位后，该系统在选定的路径下自动到达地面，当取车 人进入车库取车时，所有升降和平移系统都处于停止和抱闸状态。 2、当控制系统发生故障或车辆超重时，能发出报警提示。 2.2 plc 控制系统的设计方法 plc 控制系统设计的一般步骤和内容主要包括控制系统的总体设计、硬件 设计、软件设计、系统调试以及编制技术文件等环节。 1、明确控制要求 在进行控制系统总体设计之前，设计人员必须深人现场，会同现场技术与 操作人员，认真研究对象的操作原理，充分了解设备、工艺过程需要实现的动 作与应具备的功能，掌握设备中,各种执行元件的性能与参数，以便有效地开展 设计工作。在熟悉控制对象的结构、原理及工艺过程的基础上，根据工艺过程 的特点和要求分析控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件通常以 设计任务书的形式给出，它是系统设计的依据。 2、选择控制方案 继电器控制系统、plc 控制系统和计算机控制系统是现代机电设备及生产 过程常用的控制方式究竟选择哪一种控制方式更合适，需要通过对系统的可靠 性、技术的适用性、经济的合理性等方面时进行比较论证，最后确定系统控制 方案。 3、控制系统总体设计 控制系统总体设计应先根据控制的要求与功能确定系统实现的具体措施再 由此确定系统的总体结构与组成，选定关键性组成部件，如选择 plc 机型、人 机界面、伺服驱动器、变频器和调速装置等。总体方案确定后，设计者应同相 关技术人员、用户和供应商等，对总方案进行评审，以取得项目管理部门、技 术人员和操作者的认可。在充分听去各方面的意见的基础上，设计者决定是否 对总体设计方案进行修改。当方案有重大更改时，在修改方案完成后，还应再 次进行总体方案的评审。 4、plc 选型 河北联合大学轻工学院 -6- plc 机型的选择包括 plc 的结构、i/o 点数、存储容量、响应时间、输入/ 输出模块及特殊功能模块的选择等。对于开关量为主的控制系统，无需考虑 plc 的响应时间，根据控制的实时性要求，可选择高速的 plc，也可选择快速 响应模块或中断输入/输出来提高响应速度。 5、选择输入输出设备及分配 i/o 信号 根据被控制对象确定用户所需的输入、输出设备，如控制按钮、行程开关、 传感器、接触器、电磁阀、信号灯等的型号、规格及数量；根据所选 plc 的型 号列出输入、输出设备与 plc 的 i/o 地址分配表，以便绘制 plc 外部 i/o 接线 图和编制程序。 6、硬件设计 硬件设计是在系统总体设计完成后的技术设计，包括对 plc 的 i/o 电路、 负载回路、 显示电路、故障保护电路、电源的引人及控制等的设计。在这一阶 段，设计人员应根据总体设计方案完成电气控制原理图、电器安装布置图和安 装接线图等的设计工作。在完成上述工作的基础上，汇编完整的电器元件目录， 并将其提供给生产、供应部门组织生产与采购。同时，根据 plc 安装要求与现 场环境条件，结合所设计的电气拧制原理图、电器安装布置图及安装接线图完 成控制盘、柜的制作。 7、软件设计 软件设计就是编制用户应用程序、确定 plc 及功能模块的设定参数等。为 了方便系统调试与维修，在软件设计阶段，还应同时编写程序说明书、注释表 等辅助文件软件设计应在硬件设计基础上，充分利用 plc 强大的功能指令系统， 编制符合设备控制要求的用户应用程序，并使软件与硬件有机结合，以获得较 高的可靠性和性价比程序完成后，应通过 plc 编程软件所具备的自诊断功能对 程序进行调试与修改，以确保满足控制要求。有条件时，可通过必要的模拟与 仿真对程序进行测试。对于初次使用的伺服驱动器、变频器等器件，可以通过 检查与运行的行离线调整与测试，以缩短现场调试的周期。 8、联机调试 待控制台、柜及现场安装接线完成后，就可以进行联机调试。如果不满足 生产工艺控制要求，可修改程序或调整硬件，直到满足控制要求为止。plc 的 联机调试是检查优化系统软硬件设计提高系统可控性的重要步骤。为了保证 调试工作顺利进行，应按照调试前检查、硬件调试、软件调试、空载运行实验、 可靠性实验等规定的步骤进行。在调试阶段，一般应以满足控制要求和确保系 统安全、可靠运行为准则准则。它是检验系统硬件，软件设计的唯一标准。任 何影响系统安全性、可靠性的设计，都必需予以修改，绝不可遗留事故隐患， 第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理 -7- 以免导致严重后果。 9、编制技术文件及交付使用 在系统安全。可靠性得到确定后，设计人员就可着手进行系统技术文件的 编制工作，如修改电气控制原理图、安装接线图，编写设备操作、使用说明书， 备份 plc 用户程序，记录、调整、设定参数等。技术文献编写全面、正确，必 须保证与实物一致，电气控制原理图、用户应用程序、设定参数必须是调试完 成后的最终版本。技术文件编写要规范、系统，尽可能为设备使用者以及日后 的维修工作提供方便。 2.3 立体车库的控制系统方案选择 由于 plc(可编程控制器)具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、 抗干扰能力强、编程简单等优点。只要规划好输入输出信号，再用 plc 指令根 据控制要求编排出 plc 控制程序即可。同时，plc 指令比较汇编语言或 c 语言 要容易掌握得多。因此，本课题选择用 plc 控制系统。 plc 来源可编程序控制器的英文为 programmable controller,在二十世纪 70- 80 年代一直简称为 pc。由于到 90 年代,个人计算机发展起来,也简称为 pc;加之 可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国 ab 公司首次将可编程序控制器定 名为可编程序逻辑控制器 (plc-programmable logic controller),为了方便,简称 plc 为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为 pcs 可编程序 控制系统,强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。 plc 是以微处理器为基础，综合自动控制技术和通信技术发展起来的一种 通用的工业自动控制装置，它具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用， 维护方便等一系列的优点。目前，plc 以被广泛应用于各种生产机械和生产过 程的 自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置， 被公认为现代工业自动化的三大支柱（机器人、plc、cad/cam）之一。特别 是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使它成为大规模控制工程 的理想下位机。 plc 不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、 数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立各类生产机械的 数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。 1、顺序控制：所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号 的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于还具有编 程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机 控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系 河北联合大学轻工学院 -8- 统。它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信 号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。 2、闭环过程控制：以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成 pid 模 拟调节器来实现开、闭环控制。而现在完全可采用 plc 控制系统，选用模拟量 控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而 可靠性更高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制 回路和多个控制参数。 3、运动位置控制：plc 可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行 业可编程控制器与计算机数控(cnc)集成在一起，用以完成机床的运动位置控 制。它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉 冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成 多轴伺服电机的自控。目前已用于控制无心磨削、复杂零件分段冲裁、滚削摸 削等应用中。 4、生产过程的监控和管理：plc 可以通过通迅接口与显示终端和打印机等 外设相连。显示器作为人机界面(hmi )是一种内含微处理芯片的智能化设备， 它与 plc 相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及 生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显 示屏上的操作元件上进行。plc 可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采 集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ascii 字符等 方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态， 如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。pid 回路控制用数 据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行 参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的 生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。 5、网络特性：plc 可以实现多台 plc 之间或多台 plc 与一台计算机之间 的通讯。联网要求从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络。通过 通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控。通过调制 解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对 控制系统进行远距离监控。 2.4 升降横移式立体车库的存取车原理及操作流程 2.4.1 升降横移式立体停车库的运行原理 升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升 第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理 -9- 降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊 在车库内地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横 移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或 开出车库，升降由电机驱动，通过钢丝绳拖动载车板，利用一台电机便可实现 车位的移动。车库底层只能平移，顶层只能升降，中间两层可以进行上下左右 移动。除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车 位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；顶层进出车时，先要判断其 对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才 可进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原则是：升降 复位，平移复位。 立体车库车位结构一般为 2 维矩阵形式，可设计为多层和多列。由于受收 链装置及进出车时间的限制，一般为 24 层，2 层、3 层者居多，现以较为典型 的地上 43 升降横移式为例，说明停车库的运行原理。首先规定从左至右第一 层依次为 101、103 车位和 101、103 车盘；第二层依次为 201、203 车位和 201、203 车盘；第三层依次为 301、303 车位和 301、303 车盘；第一、二、三 层中间为预留空位，第四层依次为 401、402、403。车位与车盘要区别开来。 如图 2.41：101、103 车位可直接存取车辆；201 车位，需将 101 右移再存放车 辆；301 车位，需先将 201、101 右移再存放车辆；401 车位，需先将 301、201、101、都右移再存放车辆；402 车辆直接下降即可完成存放；对于 103、203、303、403 同理可完成存取。 河北联合大学轻工学院 -10- 图 2.4.1 4 层 3 列升降横移立体停车库运行原理图 2.4.2 存取车操作流程 1、存车操作 司机驾驶车辆从车库入口处进入，通过入口的车辆检测仪器，栏杆自动升 起，司机开车进入车库。车辆进入后，栅栏自动关闭。通过面板按钮点击“存 车” ，控制器读取车位号，司机停车到位后，plc 控制车库托盘进行升降横移操 作自动完成存车过程。 2、取车操作 司机在入口处的面板按钮上点击“取车” ，点击所要取的车位，控制器自动 读取车位号，plc 进行相关操作，待车辆降至地面一层，司机便可将车开出， 完成取车操作。 2.5 升降横移式立体车库控制系统硬件设计 2.5.1 概述 升降横移式立体停车库的硬件系统主要由升降横移电机、停车库主体钢结 第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理 -11- 构、控制车进出的操作面板以及可编程序控制器（plc） 、各种指示灯等组成。 横移输送包括横移输送小车（升降固定架）及车盘，车盘是承载车的装置，第 一层共有 2 台车盘可以进行横移，需预一个空位，且只能左右横向移动。横移 输送小车及车盘左右横移的动力源是横移输送电机。左右横移终点有限位开关 进行定位保护，极点有机械挡块保护。升降输送机构包括升降固定架及车盘， 车盘是承载车的装置，共有 7 台车盘可以进行升降，车盘升降的动力源是升降 电机，升降到位有限位开关进行定位保护。控制车进出的操作面板以及可编程 序控制器对车库运行进行控制，以及各种信号灯的指示。 2.5.2 硬件电源 输入输出模块和电源的选择：plc 输入模块的功能主要是检测来自现场设 备的输入信号，并将其转换成 plc 内部可处理的电平信号。输入模块的类型选 用直流形式的，由于信号的传送距离比较近，信号选用低电压形式，低压又分 为 5v、12v、24v、60v 和 68v，从可靠性角度考虑，本课题选用 24v 作为电 平信号电压。车库系统的升降横移电机的工作电压选用交流 220v,指示灯工作 电压都选用 24v。 2.5.3 电动机的选择 电动机种类繁多，可按各种方法分类：如按外壳保护、安装方式、绝缘等 级、功率大小、电源电压、电源频率、运行特性结构、用途等各种分类方法。 但不同分类之间都有复杂的内在联系。我国目前是以功率大小作为大类来总划 分，而以主要性能、用途和结构特征、形式等作为补充来适当细分。 电动机由变频器驱动控制，参数均由变频器数据设定完成，从而控制了停 车板的“启动、加速、正常运行、减速、停车、检修运行”的速度曲线。变频 器输入信号端口也由变频器参数设定，plc 控制变频器完成相应的动作。对于 四层三列立体车库的电机安装原则是：底层两个车板各自装有一个电动机，以 控制车板的左右水平移动；中间两层的车板每个装有两个电动机分别控制车 板在中间层导轨上的左右水平移动和垂直方向上的升降移动；顶层的三个车板 不需要做左右水平移动，只需要在相应列的下两层空出车位时做升降移动。所 以，这三个车板分别只装有控制升降运动的电动机。 在升降横移式智能立体车库中采用三相异步电动机，电机接线如图 2.53 所 示。选择水平横移控制电机的额定功率为 2.2kw，满载转速为 1390r/min，升降 控制电机额定功率为 2.2kw，满载转速为 1470r/min，型号 y100l1-4。 河北联合大学轻工学院 -12- 图 2.5.3 水平控制电机原理 2.5.4 plc 的选用原则及本设计中用到的 plc 随着 plc 技术的发展，plc 产品种类也越来越多，而且功能也日趋完善。 不同种类之间的功能设置有着很大的差异，其结构形式、性能、容量、指令系 统、价格也不尽相同，适合的场合也个有侧重。这既给 plc 机型的选择提供了 十分广阔的空间，同时也带来了一定的合理选用难度。plc 型号选择的基本原 则应是在功能满足要求的前提下，追求好的性价比。因此，合理选择 plc，对 于提高 plc 控制系统技术经济指标有着重要意义。 一、可编程控制器分类 通常按 i/o 点数、结构形式对 plc 进行分类。 1、根据 i/o 点数的多少可将 plc 分为小型、中型、大型三类。 （1） 、小型 plc i/o 点数2048 点，多 cpu，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 8- 16kb。如:s7-400 德国西门子公司；c-2000 立日公司；k3 三菱公司等。 2、根据结构形式分类 （1） 、整体式 整体式又称为单元式或箱体式，它的特点是将 cpu 的几本部件，如 cpu 模块、i/o 模块和电源等紧凑地安装在一个标准机壳内，组成 plc 的一个基本 单元或扩展单元。 整体式 plc 是将电源、cpu、i/o 接口等部件都集中装在一个机箱内，具 有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型 plc 一般采用这种整体式结构。 （2） 、模块式 模块式结构又称为积木式。模块式 plc 是将 plc 各组成部分，分别作成 若干个单独的模块，如 cpu 模块、i/o 模块、电源模块以及各种功能模块。模 块式 plc 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种 模块式 plc 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，且装配方便， 便于扩展和维修。大中型 plc 一般采用模块式结构。 还有一些 plc 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式 plc。叠装式 plc 其 cpu、电源、i/o 接口等也是各自独立的模块，但他们之 间是靠电缆连接，并且各模块可以一层层叠装。这样，不但系统可以灵活配置， 还可以做的体积小巧。 二、plc 的性能指标 plc 的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求，选择不同技术性能 的 plc。plc 的技术性能指标主要有以下几个方面。 1、输入/输出（i/o）点数 plc 的 i/o 点数是指外部输入和输出端子数量的总和，它是描述 plc 控制 规模大小的一个重要指标。通常小型 plc 的 i/o 点数只有几十点，中型 plc 的 i/o 点数有几百点，大型 plc 的 i/o 点数会超过几千点。 2、存储容量 plc 的存储器由系统程序存储器和数据存储器组成。plc 存储容量通常指 用户程序存储器，它表示系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要 技术指标。 3、扫描速度 河北联合大学轻工学院 -14- plc 采用循环扫描方式工作，完成一次扫描所用的时间叫扫描周期。这里 指扫描一步指令的时间。有时也可用扫描 1k 步用户程序使用的时间，如以 ms/ 千步为单位。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和 plc 产品的类型。 plc 中 cpu 的类型、机器字长等直接影响 plc 运算精度和运行速度。 4、软元件的种类和数量 plc 的内部元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计 数器、通用寄存器、数字寄存器和特殊功能继电器等，种类和数量的多少直接 关系到编程是否方便灵活，这也是衡量 plc 硬件功能的一个重要技术指标。 5、编程语言与指令系统 plc 的编程语言一般有 t 形图、语句表、状态转换图 sfc 以及高级语言等。 plc 的编程语言越多，用户编程的选择性就越大。一般 plc 大多具有 t 形图和 语句表两种编程语言，但是不同的厂家，采用的编程语言往往不兼容。 在 plc 的指令系统中，编程指令条数和种类越多，其软件功能就越强，但掌握应用也 相对较复杂。用户应根据实际要求选择合适指令功能的 plc。 6、通信功能 通信包括 plc 之间的通信和 plc 与其他设备之间的通信。通信主要涉及 通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。plc 的组网和通信能力也 成为 plc 产品水平的重要衡量指标之一。 7、特殊功能模块 特殊功能模块种类的多少与功能的强弱是衡量 plc 产品的一个重要指标。 近年来，各 plc 厂家非常重视特殊功能模块的开发，特殊功能模块种类日益增 多，功能越来越强，使 plc 的控制功能日益扩大。 此外，一些厂商的产品手册上还提供 plc 的负载功能、外形尺寸、重量、 防护等级、适用的安装和使用环境等性能指标参数。同时还要考虑应用的经济 指标。 考虑到本次设计的四层三列立体停车库控制系统，一般要求 plc 的反应速 度要满足此控制的要求。根据 plc i/o 点数使用原则，需要预留出 20%-30%的 i/o 点来作为扩展使用，停车库有 43 个输入信号，43 个输出信号。在小型 plc 中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，所以本系统选用 plc 型号为西门子 s7200(cpu226)，这种机型的 i/o 点数为 8/6，数字量 i/o 映像区点数为 128/128.其编辑指令超过 1000 条，有 2000 步的程序内存，并配有相应的编程软 件 step-7，可以通过计算机对其进行编辑。 第三章 立体车库电气系统设计 -15- 第三章 立体车库电气系统设计 3.1 控制系统方案的确定 立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要 包括各种信号的采集、报警与控制输出。plc 输出信号给接触器线圈，控制接 触器的接通与关断。强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触 器、到位限位及载车板的上下行程限位。plc 是车库控制系统的核心,联系现场 状况的数据 i/o 操作，当有存取操作时，plc 会接收和分析操作人员在控制面 板按钮输入的指令，做出合理的工控安排：判断检测元件的状态,读取车库机械 驱动部分的信息，然后，将信息反馈到执行元件，拖动车位板，实现其位置移 动，完成车辆的存取操作和信号的显示(指示灯)。整个动作区域配有行程挡块 检测及安全系统,以防异常情况发生。 该系统中 plc 主要完成对托盘、托板位置及运行状态中存取车的操作。用 各种按钮开关、行程开关检测位置状态，用接触器、继电器执行对拖动电机的 起停控制。对车位的操作就是控制横移小电机和升降大电机，使它们在不同时 间实现正反转。而且上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的，即当 上层泊位在升降时，下面各层泊位不能移动，反之亦然。并且上层泊位每次只 能有一个泊位进行上下升降运动。 为了保证存取车可靠安全,系统要精确定位。行程开关的设置保证了托板能 平移到预定位置以及托盘能上升或下降到准确位置，但同时，行程开关逻辑要 严格互锁。行程开关布置在不同的位置有不同的功能：安装在托盘底层左右两 边的行程开关，可以检测托盘上汽车停放是否到位;安装在二层、三层框架底端 和一层底端的行程开关，可以检测托盘在上升、下降是否到位，托盘对角线上 安放的信号压力块可以检测托盘上有无车。如车辆动作未完成，行程开关不能 输出信号，则托盘无动作，停止运行。同时在车库中还运用了断链报警的位移 开关，以及警示装置、紧急停车开关、手动按钮、复位开关等。该停车库的运 行是通过相应限位开关的动作来自动循环的，各限位开关之间的安全联锁已通 过程序的编制做到充分考虑。 3.2 控制程序流程图设计 升降横移式立体停车库 plc 控制系统的主要功能是存取车功能，选择某车 位进行存取车时，统自动确定车位移动方案并调用相应的车位移动程序，动完 成存取车操作。存取车控制的主要问题是解决车位移动问题，选择某车位进行 河北联合大学轻工学院 -16- 存取车操作时，要移开它下面的所有车位，建立下行通道。当选择地面层车位 存取车时，由于地面层车位车辆可以直接出入，因此不用考虑空位的位置，可 以直接进行存取车操作。若某层空位在该车位左侧，则将该层的相关车位左移， 若某层空位在该车位右侧，则将该层的相应车位右移，最终使所选车位的下面 形成通道，便于该车位升降，完成存取车操作。如图 3.2 为立体车库存取车控 制流程图。 图 3.2 控制程序流程图 第三章 立体车库电气系统设计 -17- 3.3 i/o 地址分配表 本课题选用停车库有 43 个输入信号，43 个输出信号。设计四层三列式如 图 2.41 所示。从左至右第一层依次为 101、103 车位和 101、103 车盘；第二层 依次为 201、203 车位和 201、203 车盘；第三层依次为 301、303 车位和 301、303 车盘；第一、二、三层中间为预留空位，车位与车盘要区别开来。确 定的 i/o 分配情况如表 3.3.1、3.3.2 所示： 表 3.3.1 输入信号清单 输入信号名称符号输入点 201 车盘停、取车启动按 钮 sb1i0.1 203 车盘停、取车启动按 钮 sb2i0.2 301 车盘停、取车启动按 钮 sb3i0.3 303 车盘停、取车启动按 钮 sb4i0.4 401 车盘停、取车启动按 钮 sb5i0.5 402 车盘停、取车启动按sb6i0.6 403 车盘停、取车启动按 钮 sb7i0.7 201 车盘手动上升启动按 钮 sb8i1.0 203 车盘手动上升启动按 钮 sb9i1.1 301 车盘手动上升启动按 钮 sb10i1.2 303 车盘手动上升启动按 钮 sb11i1.3 401 车盘手动上升启动按 钮 sb12i1.4 402 车盘手动上升启动按 钮 sb13i1.5 403 车盘手动上升启动按 钮 sb14i1.6 101 车盘右移行程开关sq1i1.7 101 车盘左移行程开关sq2i2.0 103 车盘左移行程开关sq3i2.1 103 车盘右移行程开关sq4i2.2 201 车盘右移行程开关sq5i2.3 河北联合大学轻工学院 -18- 201 车盘左移行程开关sq6i2.4 203 车盘左移行程开关sq7i2.5 203 车盘右移行程开关sq8i2.6 301 车盘右移行程开关sq9i2.7 301 车盘左移行程开关sq10i3.0 303 车盘左移行程开关sq11i3.1 303 车盘右移行程开关sq12i3.2 201 车盘上升行程开关sq13i3.3 203 车盘上升行程开关sq14i3.4 301 车盘上升行程开关sq15i3.5 303 车盘上升行程开关sq16i3.6 401 车盘上升行程开关sq17i3.7 402 车盘上升行程开关sq18i4.0 403 车盘上升行程开关sq19i4.1 201、301、401 下降行程 开关 sq20i4.2 402 下降行程开关sq21i4.3 203、303、403 下降行程 开关 sq22i4.4 201 车盘安全挂钩开关sq23i4.5 203 车盘安全挂钩开关sq24i4.6 301 车盘安全挂钩开关sq25i4.7 303 车盘安全挂钩开关sq26i5.0 401 车盘安全挂钩开关sq27i5.1 402 车盘安全挂钩开关sq28i5.2 403 车盘安全挂钩开关sq29i5.3 表 3.3.2 输出信号清单 输出信号名称符号 输出点 201 车盘下降继电器km1q0.1 203 车盘下降继电器km2q0.2 301 车盘下降继电器km3q0.3 303 车盘下降继电器km4q0.4 401 车盘下降继电器km5q0.5 402 车盘下降继电器km6q0.6 403 车盘下降继电器km7q0.7 201 车盘上升继电器 km8q1.0 203 车盘上升继电器km9q1.1 301 车盘上升继电器km10q1.2 303 车盘上升继电器km11q1.3 401 车盘上升继电器km12q1.4 402 车盘上升继电器km13q1.5 第三章 立体车库电气系统设计 -19- 403 车盘上升继电器km14q1.6 101 车盘右移继电器km15q1.7 101 车盘左移继电器km16q2.0 103 车盘左移继电器km17q2.1 103 车盘右移继电器km18q2.2 201 车盘右移继电器km19q2.3 201 车盘左移继电器km20q2.4 203 车盘左移继电器km21q2.5 203 车盘右移继电器km22q2.6 301 车盘右移继电器km23q2.7 301 车盘左移继电器km24q3.0 303 车盘左移继电器km25q3.1 303 车盘右移继电器km26q3.2 201 车盘上升到位指示灯hl1q3.3 203 车盘上升到位指示灯hl2q3.4 301 车盘上升到位指示灯hl3q3.5 303 车盘上升到位指示灯hl4q3.6 401 车盘上升到位指示灯hl5q3.7 402 车盘上升到位指示灯hl6q4.0 403 车盘上升到位指示灯hl7q4.1 201、301401 下降到位灯hl8q4.2 402 车盘下降到位指示灯hl9q4.3 203、303403 下降到位灯 hl10q4.4 201 车盘安全挂钩yb1q4.5 203 车盘安全挂钩yb2q4.6 301 车盘安全挂钩 yb3q4.7 303 车盘安全挂钩yb4q5.0 401 车盘安全挂钩yb5q5.1 402 车盘安全挂钩yb6q5.2 403 车盘安全挂钩yb7q5.3 3.4 plc 外部接线图 河北联合大学轻工学院 -20- 图 3.4 plc 外部接线图 第三章 立体车库电气系统设计 -21- 3.5 车盘运行原理图 1、201 车盘停、取车梯形图 河北联合大学轻工学院 -22- 2、203 车盘停、取车梯形图 第三章 立体车库电气系统设计 -23- 3、301 车盘停、取车梯形图 河北联合大学轻工学院 -24- 4、303 车盘停、取车梯形图 第三章 立体车库电气系统设计 -25- 5、401 车盘停、取车梯形图 河北联合大学轻工学院 -26- 6、402 车盘停、取车梯形图 第三章 立体车库电气系统设计 -27- 7、403 车盘停、取车梯形图 河北联合大学轻工学院 -28- 3.6 停、取车的调试 在本停车库操作系统中，由于底层不需要升降，只需左、右横移。所以， 可直接进行停、取车操作。 1、201 车盘停、取车的调试： 系统上电以后，各指示灯正常情况下。当按下 sb1（i0.1）启动按钮时， km15 得电，其电机正转带动 101 车盘右移。当车盘右移到行程开关 sq1(i1.7) 时，101 车盘停止。同时，sq1 触发 201 车盘上挂钩（yb1）得电，挂钩动作， 输出信号(i4.5),下降到行程开关 sq17（i3.7）时，电机制动 201 车盘停稳。 。进 行停车或取车过程。 操作完毕之后，按下 sb8(i1.0)上升启动按钮时，线圈 km8 得电，电机反 转并带动 201