机械式立体停车设备的PLC控制系统设计论文

I 目录 一 机 械 式 立 体 车 库 的 概况 .I 1.1 机械式立体停车库的定义 . 2 1.2 本课题的提出与意义 . 2 1.3 机械式立体停车库发展现状及市场前景分析 . 2 1.3.1 机械式立体停车库现状 现有停车位缺口严重 . 2 1.3.2 机械停车设备需求预测 . 3 二 机械式立体停车库的类型和选型 . 3 2.1 机械式立体停车库的类型 . 3 2.1.1 升降横移类（代号 SH） . 3 2.1.2 垂直循环类（代号 CH） . 3 2.1.3 水平循环类（代号 SX） . 3 2.1.4 多层循环类（代号 DX） . 3 2.1.5 平面移动类（代号 PY） . 3 2.1.6 巷道堆垛类（代号 XD） . 3 2.1.7 垂直升降类代号 CS . 3 2.1.8 简易升降类代号 JS . 4 2.2 机械式立体停车库的选型 . 4 三 升降横移式立体 停车库工作原理 . 5 四 升降横移式立体停车库的结构设计 . 7 4.1概述 . 7 4.2主框架部分 . 7 4.2.1钢结构的特点 . 7 4.2.2钢结构设计 . 7 4.2.3 SM Solver软件简介及其在钢结构优化设计中的应用 . 8 4.3载车板部分 . 10 4.4传动系统 . 10 4.4.1升降传动系统 . 11 4.4.2横移传动系统 . 16 五 升降横移式立体停车库的控制系统 . 17 5.1概论 . 17 5.2 PLC控制系统的设计 . 17 5.2.1 输入点、输出点的定义： . 17 II 5.2.2 CPU的选择 . 19 5.2.3 程序的编制 . 19 5.2.4 电控系统主电路 . 37 5.2.5 电控系统控制电路 . 38 六 升降横移式立体车库的安全性问题 . 39 6.1 防 干 扰 和 电 力 超 载 装置 .39 6.2 光电检测 .39 6.3 车辆防滑、定位装置 .39 6.4 减振装置 .39 鸣 谢 . 40 参考文献 . 41 摘要 升降横移式停车设备作为机械式立体停车设备的一种，是解决我国都市停车问题的有效方法之一。本文总结了各种不同停车设备的形式，分析了每种停车设备形式的工作原理和技术特点，在此基础上，对一个三层十车位的升降横移式立体停车设备进行了具体设计。 对升降横移式立体停车设备的钢结构骨架进行了优化设计，在优化设计方案的选择上，运用清华大学研制开发的结构力学求解器 SM Solver 软件对最危险的情况进行了分析，对不同的尺寸组合进行了比较计算，依据分析结果，确定了钢结构的具体尺寸 。 升降横移传动系统选用了钢丝绳式的承载方式，为此，在设计了总体方案的基础上，对钢丝绳，传动轴，传动链轮都进行了分析、设计、校核，最终确定了主要部分的尺寸。 在对升降横移式立体停车设备的控制系统设计中，采用德国西门子公司的SIMATIC S7-200 系列的 CPU 226，并进行了扩展，使之达到使用的要求；程序编制运用西门子公司专用的程序编辑软件 step-7 mirco/win，方便直观的画出了III 程序梯形图，并进行了调试，给出了调试后的程序。 关键词：升降横移式立体停车设备；控制系统；可编程控制器（ PLC）；钢 结构优化 1 INTRODUCTION Lifting and infestation parking equipment is a kind of mechanical parking equipment. Using this kind of parking equipment is a good way to solve the problem about short of parking space. The article sums up all kinds of parking equipment about how they work and analyze their own characteristic of technology. A parking machine which has ten parking spaces distributing in three floors basing on the analysis has been designed. The design of the steel structure has been optimized. We work out a optimize design about steel structure composing of the lifting and infestation parking equipment. This optimize design is worked out on the software name SM Solver which produce by Tsinghua university. The most dangerous section on the steel structure is analyzed with it. By comparing and analyzing the different size of the steel structure and their combination, the size about steel structure is confirmed at last. The tight wire has been used to bear the weight of the lifting and infestation equipment. So the main size about the tight wire、 transmission shaft and chain wheel can be confirmed basing on the account design and checking computations. SIMEN companys CPU which name is SIMATIC S7-200 CPU226 has been chosen，and this CPU can be extend to make it accord with our requirement. The program has been edited on the SIMENs tied program editor named step-7 mirco/win.Using this software can draw the drawing of echelon easily, and debug the program. At last it can produce us the optimize program. KEYWORDS: lifting and infestation solid garage； Controlling System； PLC； Steel structure optimi 2 一、机械式立体车库的概况 1.1 机械式立体停车库的定义 机械式停车库就是利用机械来存取、停放车辆的整个停车设施，以立体化存放的机械式停车库叫做机械式立体停车库。 1.2 本课题的提出与意义 改革开放 20年来，作为我国经济发展的支柱产业 汽车工业得到了迅猛的发展，汽车的增多给经济带来繁荣的同时，也带来了一系列的社会问题 12。城市交通拥挤已成为各地政府关心的社会问题，城区内交通及车辆停泊管理越来越成为难题，特别是在城区的高级宾馆、饭店、大型商场的车辆密集区，由于受到原有占地面积限制而无法扩大泊车位，停泊困难和交通阻塞已成为一个突出难题。据有关部门统计：在上海，每天有 40 多万辆汽车停泊在马路两边；而在北京每天又有 90 万多辆汽车 “ 无家可归 ” ，这些问题必将阻碍汽车工业的发展。当以往的路边停车、人行道停车、地下或地面停车设备等均解决不了问题时，机械式立体停车设备应运而生，并很快得到广泛应用。 机械式停车设备可以用较小的基地面积停放 较多数量的车位，免去了坡道式车库的坡道设计等空间问题 34。将车库设计中的建筑空间问题转化为机械方式的研究，并可采用新技术、新材料来解决停车的问题；采用计算机控制，库区无人进入，可以有效地防止盗窃和损坏；正是由于机械式停车设备的占地面积省，停车灵活，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、地下停车库和停车楼组合实施的优点，已成为解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必经之路 56。 1.3 机械式立体停车库发展现状及市场前景分析 1.3.1 机械式立体停车库现状 现有停车位缺口严重 随着城市化水 平加快，城市建设的迅速发展，城市空地和巷道越来越少；而汽车工业却不断发展，汽车价格持续下降，拥有私家汽车的人越来越多，所以停车位缺口越来越大。根据 1997 年的统计，在北京市机动车保有量 130 万辆，每天进北京市的机动车辆约 10 万辆。停车场不到 800 处，停车泊位只有 7万多个；广州市机动车保有量 90 万辆，外地进市有 10 万辆，各种停车场只有 928 处，停车泊位仅 8万个；福州市机动车保有量 8万辆，停车场 69 处，停车泊位仅 2200 个；3 深圳市机动车保有量 36 万辆，停车场 734 处，停车泊位仅 3 万多个；南京市机动车保有量约 10 万辆，停车泊位仅 1万多个；其他如天津、重庆、成都、杭州、武汉、长沙等城市的情况也是如此。由于停车位的严重不足，迫使大量汽车占道停放，已成为影响城市交通和市容环境的一大问题。 1.3.2 机械停车设备需求预测 大中城市地价不断上涨，使得自走式固定停车场成本不断增加；而汽车增长速度，却远远超过停车场的新建。所以，占地面积小，停车数量大的机械式立体停车设备受到很多大中城市的欢迎，机械停车设备产业已被誉为新世纪的阳光产业。目前香港、澳门及新加坡、印尼、马来西亚、泰国和东南亚的一些国家的停车设备主要是靠进口，因此从现有停车位情况 和今后市场需求可以看出，机械式停车设备的国际、国内市场前景十分良好。 焦作大学毕业设计 第二章 机械式立体停车库的类型和选型 3 二、机械式立体停车库的类型和选型 2.1 机械式立体停车库的类型 2.1.1 升降横移类（代号 SH） 采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式（停车设备的）立体停车库叫做升降横移类停车库。其工作原理为 :一层车位只能横移，中间车位即可横移又可升降，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。 2.1.2 垂直循环类（代号 CH） 垂直循环类机械式停车库是采用垂直方向作循环运动的停车系统来存取车辆的停车设备。这种停车设备 的工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引机构 链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架随链条起做循环运动，达到存取车的目的。 2.1.3 水平循环类（代号 SX） 采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆（机械式停车设备）的停车库叫水平循环类停车库。其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到出入口处，驾驶员再将汽车存入或取出。 2.1.4 多层循环类（代号 DX） 多层循环类停车库是通过使载车板作上下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，减少了占地面积 ，提高了存取车的自动化程度。 2.1.5 平面移动类（代号 PY） 采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动来存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类停车库。 2.1.6 巷道堆垛类（代号 XD） 采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到一存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备叫巷道堆垛类停车库。 2.1.7 垂直升降类代号 CS 垂直升降类立体停车库也称为塔式立体停车库，它是通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存 取车辆的机械式停车库。垂直升降类停车焦作大学毕业设计 第二章 机械式立体停车库的类型和选型 4 设备的工作原理是 :用提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位；或是相反，通过横移机构将指定存车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构降到车辆出口处，打开车库门，驾驶员将车辆开走。 2.1.8 简易升降类代号 JS 把停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车库叫做简易升降类机械式停车库。简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式。 2.2 机械式立体停车库的选型 机械式停车 设备很多，各有各的适用形式，其中升降横移式立体停车库是中小型车库的一种典型机电一体化产品，由于占地面积小，型式比较多，规模可大可小，对场地的适应性强，这种车库在国外应用十分广泛，所以是公司及单位在建造立体停车库时的理想选择。本文就三层十车位的升降横移式立体停车库的结构和控制系统设计做一详细阐述和讨论 。 焦作大学毕业设计 第三章 升降横移式立体停车库工作原理 5 三、升降横移式立体停车库工作原理 升降横移式立体停车库由于适应性强而备受青睐，该类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，升降由一台电机驱动，通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机便可实现该车位的移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。 图 1-1是全地上布置型式的升降横移式立体停车库。车位在库内运行的情况是这样的：图中 1, 2, 3 号车直接存取车； 10号车下降到地面层后存取车； 4， 5， 6号车位须通过 1, 2, 3 号车位横移出空位后下降到地面层存取车。 7， 8， 9， 10 号车位通过 4， 5，6 号车位和 1， 2， 3号车位的横移让出空位后，再下降到地面层存取车。如需在 7号车位存取车，则将 4， 5， 6 号车位和 1， 2， 3号车位向右移动， 7 号车位下降即可，如需在 5号车位存取车，则 2， 3号车位向右横移， 5 号车位下降即可。同样 n层 m排的存取车原理都是相同。除最上层外，每层均留有一个空车位，允许搬运器左右移动一个车位位置，为上层托板下移留出通道。立体车库电气系统主要完成对车位及托板位置及运行状态的检测和存取车的操作。用各种光 电开关、行程开关检测位置状态，用接触器、继电器执行对传动电机的起停控制。停车操作要完成如下过程： (1)检测空车位位置，起动平移电机将指定空车位同列下方的托板移开。（ 2）起动指定车位升降电机将托板下降到底层。（ 3）停放汽车，用光电开关检测确认汽车停放到位。（ 4）接收复位指令，托板回到原来位置。取车操作与之类似。为了保证存取车可靠安全，系统要精确定位，开关逻辑要严格互锁。 图 1-1 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 和空间进行任焦作大学毕业设计 第三章 升降横移式立体停车库工作原理 6 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。 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 7 四、升降横移式立体停车库的结构设计 4.1 概述 升降横移式立体停车库的结构设计在整个车库中非常重要，主框架部分、载车板部分和传动系统是升降横移式立体停车库的主要组成部分。主框架部分承担着整个升降横移式立体停车库的总量，而且它的轻重、稳定性和可靠性以及载车板部分还影响着整个立体停车库的重量、材料和成本的多少以及安全性；传动系统决定着升降横移式立 体停车库运行的好坏，所以如何设计选择主框架部分、载车板部分和传动系统成为影响整个立体停车库的关键因素。 4.2 主框架部分 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 。 4.2.1钢结构的 特点 1)、 强度高，塑性和韧性好 2)、 钢结构的重量轻 3)、 材质均匀，和力学计算的假定比较符合 4)、 钢结构制作简便，施工工期短 5)、 钢结构密闭性较好 6)、 钢结构耐腐蚀性差 4.2.2钢结构设计 本车库允许存储车辆的外形尺寸为长 X 宽 X 高为 5000X1850X1550mm 所以设计 每一格的规格为 6000X2500X1800mm,总体规格为 6000X10000X5600mm（底层高为 2000mm ） 。 停车设备的钢结构主要采用热轧 H型钢、槽钢、角钢、钢板焊接成型，用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的刚度和强度。 停车设备钢结构受力主要包括：钢结构本身自重，各个停车位所停车辆及载车板重力，起动时产生的惯性力，驱动附属装置重力，地震载荷及结构由于外界环境变化而引起的温度应力等，以集中或均布方式作用。 停车设备对系统的安全要求特别高，所以在除了对轴心受拉构件满足强度、刚度条件；轴心受压构件 满足强度、刚度、稳定性条件；梁的截面尺寸满足刚度、强度条件外，还应对整体的稳定性进行计算。 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 8 4.2.3 SM Solver 软件简介及其在钢结构优化设计中的应用 结构力学求解器（ SM Solver for Windows）是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软（课）件，其求解内容包括了二维平面结构（体系）的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题，全部采用精确算法给出精确解答 3。该软件精致、先进、方便、快捷、强健，为 我们进行停车设备的钢结构优化设计提供了理论依据。 4.2.3.1 加载 本停车设备设计允许停靠最大车重为 1800Kg，载车板及其上电机、减速器等附属装置重约为 1700Kg，每个车位承受总重量约为 3500Kg；由于车的停放位置是随机的，所以可以按极限状态分来考虑即全部满载，只有 10 号下边的两个车位空置，加载情况如图 4-1和 4-2 所示： 图 4-1 正面加载 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 9 图 4-2 侧面加载 4.2.3.2 结果输出 SM Solver 的输出非常直观，各种模拟结果可 以直接在前面板上输出。图 4-3即为其中的模拟输出结果。 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 10 图 4-3 SM Solver 结果输出 经过运用 SM Solver 反复分析计算比较，确定出了各杆件相对合适的截面形状和尺寸。通常为安全起见，设计时已留出了一定的余量。 最终本文选择的结果是立柱选择 14热轧工字钢，横梁选择 12.6热轧工字钢，腹板选择 7圆钢。 4.3 载车板部分 升降横移式立体停车库的载车板用来承载库存车辆，按结构形式有框架式和拼版式两种。框架式载车板用型钢和钢板焊接成承载框架，并多数采用中间突起结构，在两侧停车通道和中间凸 起的顶面铺设不同厚度的钢板。这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能。拼板式载车板的波纹板用镀锌钢板 (钢板 )一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固连接，拼装前先对组件进行各类表面处理 (如电镀、烤漆等 )，使载车板轻巧、美观，拼装式载车板运输方便、通用性互换性好，还有理想的刚度。一般载车板的重量为 1600Kg-1800Kg.。本设计中采用了第一种的载车板方式。 4.4 传动系统 升降横移式立体停车库的传动系统分为升降传动系统和横移传动系统。在升降横移式立体停车库中传动系 统是其核心部分，传动系统的好坏直接关系着整个车库的安全，尽管升降横移式停车库的种类型式很多，其工作原理都大致相同，均是每一个车位都有一搬运器，所需存取车辆的搬运器通过升降、横移运动到达预定位置，进行车辆存取，完成存取全过程。 根据 GB 17907 1999机械式停车设备 通用安全要求存取车时间不超过 120焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 11 秒，所以设定升降速度为 0.4m/s,横移速度为 0.2m/s。估计最长存取车时间为 80S。 4.4.1升降传动系统 在升降传动系统中，采用钢丝绳的传动型式。 钢丝绳传动形式的升降传动系统一般由电机、减速 系统、卷筒、滑轮、钢丝绳组成。在钢丝绳传动型式中，钢丝绳的主要作用是拖动搬运器上下升降，如图 4-4 所示。 图 4-4 4.4.1.1 电机和减速机的选择 （ 1）电机的选择 可以估算整个升降运动的功率为： KWT SFP 5.32 （ 4-1） 查实用机械设计手册 P1256 得：机座号为 250S，转速 750r/s ，功率为 37KW 的电机可满足要求。 （ 2）减速机的选择 减速机采用带自锁的蜗杆减速机 。 查减速器选用手册得：公称传动比为 30 中心矩为 225mm 的 SCW 型蜗杆减速机。该减速机传动效率为 89%， 所以实际工作功率为 37*89%=33KW，符合要求。 4.4.1.2 钢丝绳、卷筒、滑轮、传动链和链轮的计算 （ 1） .钢丝绳的选择计算 提升用钢丝绳一般均为 6X19，即六股十九丝，中间一根绳芯扭制而成。 根据本设计中，车重量一般为 1800kg，而载车板的重量为 1600kg-1800kg 所以按照钢丝绳的起重重量为 3600kg。四点起重方式，所以每条钢丝绳的起重重量为 900kg。 钢丝绳直径 的选择 按钢丝绳所在机构工作级别有关的安全系数选择钢丝绳的直径。所选钢丝绳的破断拉力应满足式： nSPmax (4-2) 式中： PS -整条钢丝绳的破断拉力（ N） 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 12 maxS-钢丝绳的最大静拉力； n-钢丝绳的最小安全系数，根据实用机械设计手册 P558 按照机构工作级别可以查出 n=6 所以，可以得知 NSP 54000 由钢丝绳性能手册查得，如表 4-1 表 4-1 可以看出 d=11mm 的钢丝绳满足要求。 （ 2） .卷筒、滑轮 钢丝绳的使用寿命总是随着配套使用的滑轮和卷筒的卷绕直径的减小而降低的，所以，必须对影响其寿命的钢丝绳卷绕直径（即按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的卷绕直径）作出限制，不得低于设计规范规定的值 。 即： hdD min （ 4-3） 式中 ： minD -按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒允许的最小卷绕直径， mm； d-钢丝绳直径， mm； h-滑轮或卷筒直径与钢丝绳直径的比值 系数 h可以在实用机械设计手册 P577 查得 卷筒为 20，滑轮为 22.4 所以 Dmin 220 取 D=250mm D 滑轮 246 按照机械设计实用手册 P589 取系列值 260mm。 卷筒出现下述情况之一时应报废 ： 裂纹； 筒壁磨损量达原壁厚的 20%； 绳槽磨损量大于钢丝绳直径 1/4 且不能修复时 （ 3） .传动链轮和传动链的计算 根据升降速度为 0.4m/s 可以算出：升降轴的转速为 10r/min。就是从动链轮的转速为 10r/min。链轮受到的总的转矩为 4* 0.25*9000=9000N m。 1）链轮齿数 选择传动比 i=2；按机械设计 P276 表 12.8 选择小链轮齿数为 251 Z 大齿轮齿数： 5025*22 Z 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 13 2）链条节数 初定中心矩 0a =30p。由机械设计 P276 12.11 式得 链节数 21221 )2(22 ZZapZZpaL P (4-4) 取链节数为偶数 所以 pL =100 3）链条节距 工作情况系数 3.1K （机械设计 P274 表 12.6 查得） 齿轮系数 2.1ZK （机械设计 P275 图 12.14 查得） 采用双排链 75.1mK （机械设计 p274 表 12.7 查得） 所 以 根 据 公 式 85.320 m ZKPKKp (4-5) 当 n=12r/min 时，由机械设计 P274 图 12.13 查得 12A 链条能传递需要的功率，其节距 p=19.05mm。 4）实际中心距 221 2 1 2 2 1 ( ) ( ) 8 ( ) 4 2 2 2ppz z z z z zpa L L （ 4-6） 所以 a=826mm 5）润滑方式采用人工定期润滑 6)链轮的尺寸 a. 分 度 圆 直 径 : )/180sin( 0 zpd (4-7) 主动轮： mmd 1511 从动轮： mmd 3032 b. 齿顶圆直径： )/180c o t(54.0 0 zpda (4-8) 主动轮： mmd a 1611 从动轮： mmd a 3132 焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 14 c. 齿 根 圆 直 径 ： 1ddd f (4-9) 主动轮： mmdf 1511 从动轮： mmdf 2932 d.齿侧凸缘直径： 76.004.1)/1800co t ( 2 hzpdg ； 08.182 h (内链板高度，机械设计 p266 表 12.1 查得 ) 主动轮： mmdg 1311 ； 从动轮： mmdg 2832 e.齿宽1fb、链轮齿总宽2fb、齿侧凸圆圆角半径ar、齿侧倒角ab； 根据机械设计 P268 表 12.3 查得 齿宽 11 93.0 bb f 1fb =0.93 1b (4-10) 齿轮齿总宽 12 )1( ftf bpnb 2fb (n 为排数 ) (4-11) 齿 侧 半 径 pra 04.0 (4-12) 齿侧倒角 pba 13.0 (4-13) 采用的是 12A 链条，查机械设计 P266 表 12.1 可以查得 57.121 b ， 78.22tp，所以 mmbf 7.1157.12*93.01 mmbf 48.347.1178.22*)12(2 mmr a 8.005.19*04.0 mmb a 305.19*13.0 （ 3）轴的设计 1） .选 择轴的材料 选择轴的材料为 45 钢，经调质处理。硬度为 217-255HBS。由机械设计 p398 表焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 15 19.1 查得堆成循环弯曲许用应力 MPa1801 。 2)初步计算轴径 根据机械设计 P403 式（ 19.3） 3 4m in 1 1 nPAd (4-12) 并由表 19.3 选系数 A=-115 取 =0，所以 mmnpAd 5.543055.32115m in 33 因为轴要开键槽，会削弱轴的强度 。故将轴径增加 4%-5%，取轴径 60mm 3)轴的校核： 首先，对整条轴的扭矩进行校核： ,T TTW 340 . 2 1TWd d=15mm =1,代入算式得： 30 . 2 1 5 6 7 5TW 69 . 5 5 1 0 1 . 2 1 8 . 2 3 38675T 45T TT 所以，轴符合要求。 其次，对整条轴得扭矩进行校核： 45 . 7 3 1 0PTGI G 取 48.1 10 Mpa,因为是实心轴，所以极惯性矩 4 158232P DI ，查表得 0.01 ，代入算式得 4 461047725 . 7 3 1 0 0 . 0 0 18 . 1 1 0 1 5 8 2 1 0 所以，轴符合刚度要求！ 第三，我们对轴的疲劳安全强度进行校核 22SSSSS ， 其中，1NamkSk ， 2702 . 5 20 . 8 5 0 . 9 1 aS 1NamkSk ， 1551 . 8 20 . 8 5 0 . 8 9 aS 查表得，其中 2.52k ， 1.82k ， 0.91 ， 0.89 ， 0.85， 0.1 ， 0.05 ，焦作大学毕业设计 第四章 升降横移式立体停车库的结构设计 16 1Nk ， a MW ， Ta TMW ， 0m ， 0m 代入算式，可得 S=1.4 1.5S 符合疲劳强度安全系 数的要求。 3)轴的结构设计 采用扭剪型高强度螺栓取代焊接进行连接，这样不但强度好，而且对于以后的拆卸和移动提供了方便。主轴采用了分体式空心圆钢管，即保持了应有的刚度，又减轻了重量，最主要的是大大方便了加工。升降传动轴分为三段，中间一空心套筒由螺栓与左右短轴连接，两端由轴承支撑，中间增加了两个轴承，这样对于减少轴径起到了很大的作用，也减轻了搬运器组件的重量，此种传动结构简单，加工工艺性能好，成本低。横移轴也是采用两根短轴，中间采用空心套筒相连接的形式。轴的具体尺寸以及形式，在零件图有具体的表达。 4.4.2横移传动系统 横移传动系统的作用是使上升到位的搬运器平移到指定位置，其传动主要是靠电机带动链轮使滚轮在轨道上移动。在设计中我们充分利用已有型钢的结构，用 H型钢作为滚轮的轨道，这样不但保证了轨道的质量，而且还减轻了整体结构的重量。一般采用功率较小的小电机来完成传动的动作，现在市场上有一种三合一电机，集电机、制动器、减速器于一体的电机，完全能符合横移系统的要求。 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 17 五、升降横移式立体停车库的控制系统 5.1 概论 本系统的控制部分采用 PLC 实现存取车的控制，因为 PLC 具有应用灵活， 维修方便，容易操作的优点，而且技术成熟，性价比高，在工业领域应用广泛。 5.2 PLC 控制系统的设计 5.2.1 输入点、输出点的定义： 输入点、输出点的定义就是把整个的输出、输入点的分布和名称进行定义，简单的说就是说明 PLC 与控制件和执行件之间的对应的关系。表格 5-1、 5-2 就是本设计中对输入点； （ 1）输出点的定义： I0.0 自动工作方式按钮 I2.3 4 号车位左限开关 I0.1 手动工作方式按钮 I2.4 5 号车位左限开关 I0.2 总停开关 I2.5 6 号车位左限开关 I0.3 车位左行按钮 I2.6 6 号车位右限开关 I0.4 车位右行按钮 I2.7 4 号车位上限开关 I0.5 车位上升按钮 I3.0 5 号车位上限开关 I0.6 车位下降按钮 I3.1 6 号车位上限开关 I0.7 安全光幕 I3.2 7 号车位上限开关 I1.0 4 号车位选择按钮 I3.3 8 号车位上限开关 I1.1 5 号车位选择按钮 I3.4 9 号车位上限开关 I1.2 6 号车位选择按钮 I3.5 10 号车位上限开关 I1.3 7 号车位选择按钮 I3.6 复位按钮 I1.4 8 号车位选择按钮 I3.7 4 号 车位下限开关 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 18 I1.5 9 号车位选择按钮 I4.0 5 号车位下限开关 I1.6 10 号车位选择按钮 I4.1 6 号车位下限开关 I1.7 1 号车位左限位开关 I4.2 7 号车位下限开关 I2.0 2 号车位左限位开关 I4.3 8 号车位下限开关 I2.1 3 号车位左限位开关 I4.4 9 号车位下限开关 I2.2 3 号车位右限位开关 I4.5 10 号车位下限开关 I4.6 1 号车位选择按钮 I4.7 2 号车位选择按钮 I5.0 3 号车位选择按钮 表 5-1 (2)输出点的定义： Q0.0 4号车位上升 Q2.0 3 号车位左走 Q0.1 5号车位上升 Q2.1 4 号车位左走 Q0.2 6号车位上升 Q2.2 5 号车位左走 Q0.3 7号车位上升 Q2.3 6 号车位左走 Q0.4 8号车位上升 Q2.4 1 号车位右走 Q0.5 9号车位上升 Q2.5 2 号车位右走 Q0.6 10 号车位上升 Q2.6 3 号车位右走 Q0.7 4号车位下降 Q2.7 4 号车位右走 Q1.0 5号车位下降 Q3.0 5 号车位右 走 Q1.1 6号车位下降 Q3.1 6 号车位右走 Q1.2 7号车位下降 Q3.2 4 号车位防堕装置 Q1.3 8号车位下降 Q3.3 5 号车位防堕装置 Q1.4 9号车位下降 Q3.4 6 号车位防堕装置 Q1.5 10 号车位下降 Q3.5 7 号车位防堕装置 Q1.6 1号车位左走 Q3.6 8 号车位防堕装置 Q1.7 2号车位左走 Q3.7 9 号车位防堕装置 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 19 Q3.8 10 号车位防堕装置 表 5-2 5.2.2 CPU 的选择 根 据输入点为 40 个和输出点的数目为 32 个，选择德国西门子公司的 S7-200 系列CPU226, 它的原始输入点为 24 个，输出点为 16 个，加一个输入输出扩展模块 EM223 它具有 16点输入、 16点输出，再加一个输出扩展模块 EM222 它具有 8 点输出，就符合要求。 5.2.3 程序的编制 5.2.3.1 编程思想 车库的工作可以分为两种工作方式，一种是自动的工作方式，工作人员通过按相应的按钮，就可以自动完成存取车的动作；另外一种是手动的工作方式，工作人员可以对每个车位都可以做相应的操作，完成车位的上升，下降，左移，右移的 动作。二、三层存取车的工作流程图如图 5-1 所示。 5.3.2.2 编程的方法 程序的编制采用梯形图的编制方法，这个方法直观，易看出执行件和控制元件之间的关系。 本设计把程序分成两个大块，每个大块后面有小的模块。 这两个大块分别是：自动工作方式模块； 手动工作方式模块； （ 1） .自动工作方式模块：该模块包含了三个小模块，分别是 4、 5、 6 号车位存取车模块； 7、 8、 9、 10 号车位存取车模块；复位模块。该模块是车库正常工作的方式 （ 2） .手动工作方式模块： 该模块包含四个小模块，分别是上升模块，下降模块，左移模块，右移模块 .这模块通常用于车库的检修和调试。程序原理图如图 5-2所示。 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 20 开 始选 择 车 位 号该 车 位 下 是否 有 载 车 板Y载 车 板 移 开否 ？N打 开 防 堕 装 置 载 车 板下 降该 载 车 板 到位 否 ？NYN存 取 车 是 否完 成 ？YN工 作 人 员 按 下 复 位 按钮该 载 车 板 复位 否 ？YN防 堕 机 构 弹 出 来结 束 图 5-1 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 21 开 机工 作 方 式 选 择 程 序手 动 工 作 方 式 自 动 工 作 方 式4 5 6号 车位 下降 模块7 、 8、 9 、1 0 号车 位下 降模 块复 位模 块上 升模 块下 降模 块左 移模 块右 移模 块结 束 图 5-2 5.2.3.3 程序梯形图部分 编写程序采用了西门子公司 PLC 设计的编程软件 Siemens STEP-Mirco/Win 进行编写。以下就是程序的梯形图： （ 1） .工作方式选择模块如图 5-3： 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 22 图 5-3 （ 2）自动工作方式 -车位选择模块如图 5-4 图 5-4 （ 3） .4、 5、 6号车位下降模块： 1).4 号车位下降模块如图 5-5： 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 23 图 5-5 2） .5 号车位下降模块如图 5-6： 图 5-6 3） 6号车位下降模块如图 5-7： 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 24 图 5-7 （ 4） .7 8 9 10 号车位下降模块 1).7 号车位下降模块如图 5-8： 图 5-8 2） 8号车位下降模块如图 5-9： 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 25 图 5-9 3)9 号车位下降模块如图 5-10： 图 5-10 4)10 号车位下降模块如图 5-11： 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 26 图 5-11 （ 5）复位模块如图 5-12 图 5-12 （ 6 ） 手 动 工 作 方 式 选 择 车 位 模 块 如 图 5-13 ：焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 27 图 5-13 （ 7）手动方式 车位运动模块如图 5-14 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 28 图 5-14 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 29 5.2.3.4 程序语言部分 （ 1）工作方式选择模块 1）自动工作方式 LD I0.0 LD M0.0 AN I0.1 AN I0.2 OLD = M0.0 2）手动工作方式 LD I0.1 LD M0.1 AN I0.0 AN I0.2 OLD = M0.1 （ 2）自动工作方式 选择车位模块 LD M0.0 LPS LD I1.0 LD M0.5 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 OLD ALD = M0.5 选择 4 号车位 LRD LD I1.1 LD M0.6 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 OLD ALD = M0.6 选择 5 号车位 LRD LD I1.2 LD M0.7 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 OLD ALD = M0.7 选择 6号车位 LRD LD I1.3 LD M1.0 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 OLD ALD = M1.0 选择 7号车位 LRD LD I1.4 LD M1.1 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.5 AN I1.6 OLD ALD = M1.1 选择 8 号车位 LRD LD I1.5 LD M1.2 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.6 OLD 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 30 ALD = M1.2 选择 9号车位 LPP LD I1.6 LD M1.3 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 OLD ALD = M1.3 选择 10号车位 （ 3） 4 5 6 号车位下降模块 1).4 号车位下降模块 LD M0.5 AN I0.7 AN M1.4 LPS AN I2.3 LPS A I2.1 A I1.7 A I2.2 AN I4.1 LPS A T32 = Q0.7 LRD TON T32, +1000 延时一秒载车板下降 LPP = Q3.2 LPP LPS AN I1.7 = Q1.6 LRD AN I2.2 = Q2.6 LPP AN I2.1 = Q2.5 LPP A I2.3 LPS A I2.2 A I2.1 A I2.0 AN I4.1 S A T33 = Q0.7 LRD TON T33, +100 延时一秒载车板下降； LPP = Q3.2 LPP LPS AN I2.2 = Q2.6 LRD AN I2.1 = Q2.5 LPP AN I2.0 = Q2.4 2） 5号车位下降模块 LD M0.6 AN M1.4 AN I0.7 LPS A I2.6 LPS A I2.2 A I1.7 A I2.0 AN I4.2 LPS A T34 = Q1.0 LRD TON T34, +100 延时一秒载车板下降； LPP = Q3.3 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 31 LPP LPS AN I2.2 = Q2.6 LRD AN I1.7 = Q1.6 LPP AN I2.0 = Q1.7 LPP AN I2.6 LPS A I1.7 A I2.2 A I2.1 AN I4.2 LPS A T35 = Q1.0 LRD TON T35, +100 延 时一秒载车板下降； LPP = Q3.3 LPP LPS AN I1.7 = Q1.6 LRD AN I2.2 = Q2.6 LPP AN I2.1 = Q2.5 3)6 号载车板下降模块 LD M0.7 AN M1.4 AN I0.7 LPS A I2.6 LPS A I1.7 A I2.0 A I2.1 AN I4.3 LPS A T36 = Q1.1 LRD TON T36, +100 LPP = Q3.4 LPP LPS AN I1.7 = Q1.6 LRD AN I2.0 = Q1.7 LPP AN I2.1 = Q2.0 LPP AN I2.6 LPS A I2.2 A I1.7 A I2.0 AN I4.3 LPS A T37 = Q1.1 LRD TON T37, +10 LPP = Q3.4 LPP LPS AN I2.2 = Q2.6 LRD AN I1.7 = Q1.6 LPP AN I2.0 = Q1.7 (4) 7 8 9 10 号车位下降模块 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 32 1） 7 号车位下降模块 LD M1.0 AN M1.4 AN I0.7 LPS A I2.6 A I2.2 A I2.5 A I2.1 A I2.0 A I2.4 AN I4.4 LPS A T38 = Q1.2 LRD TON T38, +10 LPP = Q3.5 LPP LPS AN I2.6 = Q3.1 LRD AN I2.2 = Q2.6 LRD AN I2.5 = Q3.0 LRD AN I2.1 = Q2.5 LRD AN I2.0 = Q2.4 LPP AN I2.4 = Q2.7 2)8 号车下降模块 LD M1.1 AN M1.4 AN I0.7 LPS A I2.3 A I1.7 A I2.6 A I2.2 A I2.5 A I2.1 AN I4.5 LPS A T39 = Q1.3 LRD TON T39, +10 LPP = Q3.6 LPP LPS AN I2.3 = Q2.1 LRD AN I1.7 = Q1.6 LRD AN I2.6 = Q3.1 LRD AN I2.2 = Q2.6 LRD AN I2.5 = Q3.0 LPP AN I2.1 = Q2.4 3)9 号车下降模块 LD M1.2 AN M1.4 AN I0.7 LPS A I2.3 A I1.7 A I2.4 A I2.0 A I2.6 A I2.2 AN I4.6 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 33 LPS A T40 = Q1.4 LRD TON T40, +10 LPP = Q3.7 LPP LPS AN I2.3 = Q2.1 LRD AN I1.7 = Q1.6 LRD AN I2.4 = Q2.2 LRD AN I2.0 = Q1.7 LRD AN I2.6 = Q3.1 LPP AN I2.2 = Q2.6 4)10 号车下降模块 LD M1.3 AN M1.4 AN I0.7 LPS A I2.3 A I1.7 A I2.4 A I2.0 A I2.5 A I2.1 AN I4.7 LPS A T41 = Q1.5 LRD TON T41, +10 LPP = Q4.0 LPP LPS AN I2.3 = Q2.1 LRD AN I1.7 = Q1.6 LRD AN I2.4 = Q2.2 LRD AN I2.0 = Q1.7 LRD AN I2.5 = Q2.3 LPP AN I2.1 = Q2.0 （ 5）复位模块 LD I4.0 LD M1.4 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 OLD = M1.4 LD M1.4 LPS A M0.5 AN I2.7 = Q0.0 LRD A M0.6 AN I3.0 = Q0.1 LRD A M0.7 AN I3.1 = Q0.2 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 34 LRD A M1.0 AN I3.2 = Q0.3 LRD A M1.1 AN I3.3 = Q0.4 LRD A M1.2 AN I3.4 = Q0.5 LPP A M1.3 AN I3.5 = Q0.6 (6) 手动工作方式 选择车位模块 LD M0.1 LPS LD I1.0 LD M1.5 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q3.2 = M1.5 LRD LD I1.1 LD M1.6 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q3.3 = M1.6 LRD LD I1.2 LD M1.7 AN I1.1 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 AN I1.0 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q3.4 = M1.7 LRD LD I1.3 LD M2.0 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.6 AN I1.1 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q3.5 = M2.0 LRD LD I1.4 LD M2.1 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 35 AN I1.5 AN I1.6 AN I1.1 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q3.6 = M2.1 LRD LD I1.5 LD M2.2 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.6 AN I1.1 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q3.7 = M2.2 LRD LD I1.6 LD M2.3 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.1 AN I5.0 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q4.0 = M2.3 LRD LD I5.0 LD M2.4 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.1 AN I1.6 AN I5.1 A I5.2 OLD ALD = Q4.1 = M2.4 LRD LD I5.1 LD M2.5 AN I1.0 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.1 AN I1.6 AN I5.0 AN I5.2 OLD ALD = Q4.2 = M2.5 LPP LD I5.2 LD M2.6 AN I1.1 AN I1.2 AN I1.3 AN I1.4 AN I1.5 AN I1.1 AN I1.6 AN I5.0 AN I5.1 OLD ALD 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 36 = Q4.3 = M2.6 (7) 手动方式 车位运动模块 LD M0.1 AN I0.7 LPS A I0.5 AN I0.6 AN I0.3 AN I0.4 LPS A M1.5 AN I2.7 = Q0.0 LRD A M1.6 AN I3.0 = Q0.1 LRD A M1.7 AN I3.1 = Q0.2 LRD A M2.0 AN I3.2 = Q0.3 LRD A M2.1 AN I3.3 = Q0.4 LRD A M2.2 AN I3.4 = Q0.5 LPP A M2.3 AN I3.5 = Q0.6 LRD A I0.6 AN I0.5 AN I0.3 AN I0.4 LPS A M1.5 AN I4.1 = Q0.7 LRD A M1.6 AN I4.2 = Q1.0 LRD A M1.7 AN I4.3 = Q1.1 LRD A M2.0 AN I4.4 = Q1.2 LRD A M2.1 AN I4.5 = Q1.3 LRD A M2.2 AN I4.6 = Q1.4 LPP A M2.3 AN I4.7 = Q1.5 LRD A I0.3 AN I0.5 AN I0.6 AN I0.4 LPS A M2.4 AN I1.7 = Q1.6 LRD A M2.5 AN I2.0 = Q1.7 LRD A M2.6 AN I2.1 焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 37 = Q2.0 LRD A M1.5 AN I2.3 = Q2.1 LRD A M1.6 AN I2.4 = Q2.2 LPP A M1.7 AN I2.5 = Q2.3 LPP A I0.4 AN I0.5 AN I0.6 AN I0.3 LPS A M2.4 AN I2.0 = Q2.4 LRD A M2.5 AN I2.1 = Q2.5 LRD A M2.6 AN I2.2 = Q2.6 LRD A M1.5 AN I2.4 = Q2.7 LRD A M1.6 AN I2.5 = Q3.0 LPP A M1.7 AN I2.6 = Q3.1 5.2.4 电控系统主电路 由于篇幅有限，只画出一个电机的正反转电路如图 5-15 L 3 L 2 L 1 M1 FR1 KM4 KM1 KM2 QF FU1 图 5-15焦作大学毕业设计 第五章 升降横移式立体停车库的控制系统 38 5.2.5 电控系统控制电路图 5-16。 2 .565635562 .02 .62 72 .18774878151681515160 .11 .01 .10 .21817179181718181720101919200 .31 .21 .30 .4222121112219203 .02 .210995109103 .12 .3121111612111270 .0141313714131416222124122323240 .51 .4242326132525260 .61 .58号