《车库论文》word版.doc

2011年青岛市维修电工技师毕业论文 立体车库控制系统设计 姓 名： 工作单位： 培训单位： 指导教师： 时 间： 年 月 日 摘 要立体停车库生产在中国是个新兴行业，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。本系统采用PLC、计算机结合组态画面监控，按动按钮或控制组态画面即可完成汽车存取过程，操作简单，存取方便。控制电路部分采用交流接触器传统方式，使运行安全可靠。设计采用可分组合，模块式安装，方便灵活，具备维护使用方便，造价低等特点。针对都市住宅小区、商业区、写字楼等繁华地带短时间停车难的问题，提出了采用三菱FX2N PLC作为主控器控制立体车库的方案，设计开发一种升降横移式立体车库。它可以实现利用空间多层停车，不但节省占地空间，而且升降横移式立体车库对于解决现代化密集型城市的汽车停放问题具有重要的开发价值和广泛的应用前景。该系统具有操作简便，自动化程度高，运行速度快，可靠性高等特点。关键词 立体车库/可编程控制器/组态监控目录摘要2致谢5参考文献6第一章 绪论71.1 课题背景和意义71.2 国内外情况分析91.2.1 国外研究现状91.2.2 国内研究现状101.3 车库分类111.3.1 升降横移式立体车库111.3.2 巷道堆垛式立体车库111.3.3 垂直提升式立体车库111.3.4 垂直循环式立体车库111.4 本章总结12第二章 升降横移式立体车库122.1 升降横移式立体车库机械部分设计122.1.1 升降横移式立体车库的结构与工作原理122.1.2 升降横移式立体车库结构设计132.2 升降横移式立体车库电气部分设计172.2.1 PLC工作原理172.2.2 PLC内部运作方式182.2.3 PLC外部接线图192.2.4 PLC流程图20错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。6错误！未定义书签。错误！未定义书签。致 谢一个好的设计，仅仅依靠自己的力量是很难完成的，因为你总会遇到困难，或许老师、同学的一个简单提示就可以让你豁然开朗，让你茅塞顿开，在此次设计过程中，我深刻体会到了这一点的重要性，同时为也深刻的领悟到团队精神的重要，互助精神的必要。在此，我衷心地想我的毕业设计指导老师青岛技师学院李宇青老师老师做了大量的工作，热心辅导，在这里对李宇青老师表示衷心的感谢，老师提供实习的场所，组织研究，在这里也表示衷心的感谢。还有其他各位老师，同学和领导表示感谢。感谢他们在设计中给我的帮助、鼓励和支持，使我在困难面前勇于前行，使我对人生木匾有了更大的坚定。我为有这么一些同学、老师和领导而感到骄傲和幸运，我感谢他们在生活中的悉心照料、学习中的全心帮助。在此，我衷心地对他们说声谢谢！参考文献1 李雪雪,柯尊忠.PLC在立体车库自动控制中的应用研究 J .机电产品开发与创新, 2003.32 张桂香,电气控制与PLC应用 北京:化学工业出版社，2003 3 郑晟, 巩建平. 现代可编程序控制器原理与应用 M . 北京: 科学出版社, 19994 赵跃华. 可编程序控制器及其应用 M . 成都: 电子 科技大学出版社, 19985 三菱FX2N系列可编程序控制器编程手册6 三菱FX2N系列可编程序控制器使用手册7翟彩萍, PLC应用技术（三菱）中国劳动社会保障出版社, 20068 殷际英. 机电一体化基础 M . 北京: 冶金工业出版社, 19979 任伯淼. 机械式立体停车库 M .北京: 海洋出版社, 200110皮壮行, 宫振鸣, 李雪华. 可编程序控制器的系统设计与应用实例 M . 北京: 机械工业出版社, 200011 王新生 , 张华强，基于PLC的立体车库控制系统设计工业控制计算机12 张华强 , 王陶 , 苏晓良 , 王蕾，基于HMI和PLC的立体车库自动控制系统电气传动 13 程怀舟,基于PLC的多层升降横移立体停车库控制系统设计电子设计应用 14 戴士杰 , 李斌 , 师占群 , 岳宏，基于PLC控制的液压立体车库的设计机床与液压15 宋胜涛 , 李瑞琴PLC在机械式立体车库控制系统中的应用太原师范学院学报（自然科学版） 第一章 绪论1.1课题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。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。上海的情况也让人无法乐观，仅有的227个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64，而且还有继续上升之势。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，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为2030。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。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。 机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。 在地下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机械停车楼。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。近年来 ，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，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”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。1.2国内外情况分析1.2.1国外研究现状早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代表的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、台地区的停车业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。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。日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪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。1.2.2国内研究现状我国机械式车库的早期研究开发工作是从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、广州、深圳等地都有使用。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，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，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，满足国内外市场的需求。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。1.3车库分类目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式等等。1.3.1升降横移式立体车库升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，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。1.3.2巷道堆垛式立体车库巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。1.3.3垂直提升式立体车库垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。1.3.4垂直循环式立体车库1)占地少，两个泊位面积可停610辆车。 2)外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。3)价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 4)可采用自动控制，运行安全可靠。1.4本章总结在众多立体车库类型中种类中升降横移式立体车库以其形式多样，规模可大可小，对场地的适应性较强，在国内被广泛使用，因此确定升降横移式为本次毕业设计的研究类型。本文以3层10车位升降横移式立体停车库为研究对象，设计了基于PLC的控制系统，并在三菱FX2N系列PLC上得以实现。第二章 升降横移式立体车库2.1升降横移式立体车库机械部分设计2.1.1升降横移式立体停车库的结构与工作原理升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。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、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。停泊在这类车库地面的车只作横移，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，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。图2为一个地上10车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：图中的空位是无载车板的空间，为车位升降提供通道。空车位是没有存放车辆的车位。存放在地面层的1、2、3车位的车辆可以直接存取，其载车板只做横移运动，不做升降运动；2 层的4、5、6 车位的载车板既可以做横移运动，又可以做升降运动；顶层的7、8、9、10 车位的载车板只做升降运动，不做横移运动。机械式三层升降横移式立体停车采用电机、齿轮和链条进行升降。车库总体采用钢结构设计。在整个机构中有立柱、横梁和纵梁还有横移导轨等组成。共有10个停车位。底层有可以横移的载车板；二层右移动的框架利用滑轮带动载车板一起运动，并且装有能使载车板升降的提升装置，例如齿轮，链条等；三层采用框架结构只能升降。升降运动采用升降电动机、链条提升；横移运动借助导轨采用交流减速横移电动机和滑轮驱动，优点是结构简单，柔性好，启动平稳，噪声小，且安全可靠。2.1.2升降横移式立体车库结构设计立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选用钢架结构（如图3.3所示）。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点：a.可靠性高钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。刚才组织均匀，接近于各种向同性匀质体；钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好；钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高。b.材料的强度高，钢结构自重小与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减轻基础的负荷，降低地基喝基础部分的造价。c.材料的塑性和韧性好钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前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，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。d.钢结构制造简便，施工工期短钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。瓶装可采用安装方便的螺栓连接，有事还可在地面拼装成较大的单位，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。e.钢结构密闭性好钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。f.钢材的耐锈蚀性差在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料，锈蚀问题并不严重。立体车库多灾没有腐蚀介质的环境中，所以对钢结构本身的维护费用低。结构主体采用热制H型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度和刚度，轻巧美观，并可二次拆卸安装，运输方便。载车板横移机构整体，电机通过带动钢轮沿铁轨运动实现横移。横移传动机构使减速电机通过链传动带动滚轮传动，提升机构电机传动方式与之相近，但是二次减速减速比高。二层提升机构简图减速电机二次减速后带动链轮转动，主链条也随之转动，安装在主链上的子链也跟着转动，从而使四条提升链同步提升汽车，保持稳定。三层提升机构简图三层提升链基本原理和二层相似，但是提升高度增加一倍。因此链轮和链的布局也有很大改变。2.2升降横移式立体车库电气部分设计2.2.1 PLC工作原理一 扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。二 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。三 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2.22 PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是