基于PLC的新型智能立体车库的控制系统设计

1基于 PLC的新型智能立体车库的控制系统设计摘 要：本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层七车位车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。关键词：立体车库；控制系统；可编程序控制器New Intelligent Three-dimensional Garage Control System Based On PLC DesignAbstract：On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose four-layer and Seven of the parking space garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.Key words：Stereo garage; Control system; PLC1 前言1.1 课题的研究背景和意义随着国民经济的飞速发展以及城市现代化水平的不断提高，我国的汽车保有量迅速增长，目前许多城市的车辆交通已远远超过现有道路设施的负荷，停车场建设滞后导致我国的静态交通基础设施严重落后于动态交通基础设施，停车难的问题已逐渐成2为影响和制约城市建设以及经济发展的重要因素。传统的平面停车场需要占用大量宝贵的土地资源，容纳的车辆有限，无法有效解决这一问题，而先进的机械式立体停车库，集机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等多种技术于一体，实现了地面停车向空间的扩展，具有节约空间、自动化操控、安全可靠、建设成本低、配置灵活等优点，已成为未来车库发展的必然趋势。1.1.1 机械式立体车库的国内外发展现状机械式立体停车是解决各大城市停车难问题的有效途径，最早起源于欧美国家。1920 年，美国就建成第一座机械升降汽车库，50 年代后，随着私人汽车的大量涌现，美国、西欧的国家相继发明了多种形式的立体车库。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备的开发和生产也比较早，较好的公司有：意大利 Sotefin、Interpark、德国Palis 等，优势主要在于巷道堆垛类的产品。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不是很突出，因此立体停车设备的应用不是很多产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式产品应用也很好 1。由于土地资源紧张在亚洲某些国家的表现尤为突出，机械式立体车库在亚洲的应用较为广泛。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本自 20 世纪 60 年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，迄今已有近五十年的历史。目前日本国内生产机械式停车设备的公司约 100 多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。自 90 年代起，日本每年投入运行的机械停车泊位都在 10 万以上，目前已全部投入使用机械式停车位超过 300 多万个，其中以升降横移类为主。日本立体停车设备的技术优势主要在于多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。韩国的机械停车设备技术是日本技术的派生，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，90 年代开始进入供应使用阶段。由于韩国政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，近几年泊位增长速度都在 30左右，目前韩国立体停车设备行业进入稳步发展阶段。我国是从 20 世纪 80 年代初开始研制和使用机械停车设备的。80 年代尚处于起步阶段，90 年代以来，机械停车设备逐渐步入了技术引进与自主研发相结合的初步发展阶段，得到了较快的发展，已经形成为新兴的停车设备行业。据统计，1997 年全国只有 9 个机械式停车设备生产企业，只有 11 个省、市、自治区的 13 个城市拥有机械式停车设备。而截至 2006 年底，全国的机械式停车设备生产企业已发展到 100 多家，已有 27 个省、市、自治区的 94 个城市兴建机械式立体停车库，全国机械式停车库(泊位)拥有量达到 284，752 个。3目前，我国的机械停车设备在生产能力和产品质量方面，已接近国外先进水平。许多设备采用了当前机械、电子、光学、磁控、计算机等领域的先进技术，例如交流变频调速技术、激光测距、PLC、IC 卡、触摸屏、总线控制技术等，大大提高了产品在技术含量、智能程度、运行可靠性等方面的性能。近年来，立体停车设备的自主研发工作也越来越被重视，国内许多研究机构都投入技术力量，对机械立体停车设备的各个方面，例如结构优化、控制系统设计、存取策略优化、可靠性分析、生产工艺等方面进行研究，取得了很多的成果。与此同时，国家也逐步配套与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，以加强规划引导、技术开发和标准化工作。虽然机械式立体停车库在中国作为新兴的产业，具有相当可观的发展前景，但是目前仍未进入高速发展时期，主要因为我国的立体停车设备行业的发展存在着一些问题：首先，虽然行业里的企业已经形成一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在 20 家左右，其它的则是中小企业居多，中小企业技术力量薄弱，靠仿效或引进国外的技术，缺乏自主开发能力；其次，机械式立体车库是对安全性能要求很高的机电一体化设备，但是有些自主研发的产品缺乏深入的研究，产品的可靠性、安全性、耐久性还不能完全保障；第三，市场竞争无序，目前总体生产能力过剩，价格偏低；政府在对立体停车产业发展的政策方面严重滞后；此外，平面停车场收费低廉以及人们在意识上尚未完全转变，也是立体停车难以普及的重要原因。由此看来，为加快我国机械停车设备产业的发展，需要在政策、市场、管理和技术等多方面做出努力 2：（1）政策是解决此问题的关键，政府的扶持对于新兴产业的发展十分重要。政府应参照发达国家的相关政策法规，完善机械式停车设备的相关标准和规范，规划专用和公共停车位数量，实现投资主体多元化，确定合理的停车收费标准，给予投资者和经营者优惠政策等；（2）市场方面，可调高路面停车收费标准，利用价格杠杆刺激立体停车库的市场需求；鼓励市场规则与政府调控相结合，促进立体停车行业的良性发展；（3）提高机械停车设备的技术水平和产品质量，是解决问题的根本措施。鼓励国内的科研机构在机械停车设备研究上投入更多的技术力量，开发出高效、节能、安全、符合本国国情的产品；鉴于目前很多中小企业采用的是从国外引进的技术，应提倡企业将技术引进与自主研发相结合，在消化吸收的基础上注重技术创新，提升产品的竞争力。1.1.2 机械式立体停车库的特点4以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体停车库，是一种技术密集型的机电一体化产品，发展潜力很大，具有很多优点：(1)节省占地面积。一般约为平面停车场的 1/21/25，立体车库最大的优势就是能够向高空、地下发展，利用小的占地面积实现大的车辆存储；(2)建设成本低。由于机械式立体停车库主要向垂直空间扩展，虽然工程费用较高，但可省去大量的土地使用费等开支，因此就单个泊位的建设成本而言，一般低于同等规模的平面停车场；(3)自动化操控，使用方便。机械式立体停车库自动化程度高，用户通过简单操作，就能实现车辆的自动存取；配备自动检测系统以及安全保护措施，安全性能好；(4)配置灵活，适应性强。机械式立体停车库具有多种类型，设计上具有较大的灵活性，可适应各种形式的地形或建筑物。机械式立体停车库在具有上述优点的同时，也存在一些缺点，并且在一定程度上制约了其推广和应用：首先，造价偏高，除了建筑和设备的投资费用，还需要维护的投入，以保障设备的安全、持久地运行；第二，进出车时间长，虽然各种类别的机械停车设备对单车最大进(出)时间一般控制在 2 分钟以内，但由于单套设备往往只有一套执行机构，不允许多辆车同时出入库，如果面临高峰期，势必会出现等候现象。1.2 机械式立体停车库的主要类型所谓机械式停车设备，是指将汽车搬运或存放到泊车位使用的机械设备的总称，主要由钢结构、传动系统、控制系统等几个部分组成。根据我国发布的 JB-T 8713-1998机械式停车设备类别、型式与基本参数标准，机械式停车设备的类别名称及代号见表 1现介绍几种具有一定代表性的类型 3：表 1 机械式停车设备的类别名称及代号Table1 Mechanical parking equipment category name and code类别名称升降横移垂直循环水平循环多层循环平面移动巷道堆垛垂直升降简易升降代号 SH CX SX DX PY XD CS JS升降横移式停车设备利用载车板的升降或横移来实现车辆的存取，此类停车库将载运和存放汽车的载车板与升降装置组合在一起使用，构成立体化存车的形式，多为中、小型车库，泊位数目从几辆至几十辆不等，一般设计为 2 或 3 层，极少超过 5 层。结构上，除顶层外，每层均有一个空车位，作为交换车位；车辆进出层的载车板仅作横移运动，最顶层或地下最底层的载车板只作升降运动，中间层既能升降也能横移。这种类型的立体车库造价不高，车位的布置紧凑，易于实现自动控制，在楼字地下室5或住宅小区的空地上布置较为方便，特别适用于平面自走式停车库的改造工程。垂直升降类立体停车设备利用升降机构将车辆提升到目标层，再启动横移机构把车存入泊位中，工作方式类似于电梯。这种车库有几十米高，每层可设 2 个或多个泊位，可单独建设或安装于建筑物内，一般采用可编程序逻辑控制器构成其自动控制系统，实现车辆的全自动存取、自动计费等功能。垂直升降式立体车库的机械结构和控制系统更为复杂，对地基、消防、运行可靠性和安全性的要求也更高，因此造价较高。而且运行中会有一段空行程，效率不高。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。这种车库由单一大型电机驱动，最大的优点是电气控制系统简单，但缺点也很明显，例如泊位数受电机功率及结构等因素限制、传动噪音大、存取速度慢、能耗高等，因此呈逐步淘汰之势。水平循环类采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆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。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。平面移动类停车库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。巷道堆垛类立体停车设备是利用巷道堆垛机或桥式起重机作为搬运装置，进入到搬运装置中的车辆可同时进行两维的运动，快速到达指定车位，再用存取机构将车存入泊位。这种车库类似于立体仓库，最早出现在美国，适合于上百个、甚至是上千个停车位的大型自动化立体停车库，当然造价也是很高的。13 论文的主要研究内容本论文在查阅大量文献资料的基础上，以新型智能立体停车库的控制系统为研究对象，着重于控制系统软件方案的制定和具体实现，主要内容包括：（1)立体车库的总体结构和运行原理分析；（2)立体车库控制系统的硬件方案；（3)立体车库控制系统的软件主体方案制定及实现；6（4)立体车库的安全性问题保障。2 立体车库的总体结构和控制方案2.1 车库选型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。产品特点：1) 节省占地，配置灵活，建设周期短；2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少；3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠；4) 存取车迅速，等候时间短；5) 运行平稳，工作噪声低；6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。与其它几种类型相比，由于升降横移式立体车库适应性强而备受青睐。该类车库升降由一台电机拖动，通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降，横向移动的借助导轨，也是由一台电机变可实现车位移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作并且时间段，缩短了存取车的时间。通过分析比较各种类型的优缺点，结合技术可行性和投资经济性，本课题的立体车库类型设计为升降横移式。2.2 立体车库的结构升降横移式立体停车库的主要包括主框架部分、载车板部分和传动系统。主框架部分大多采用钢板、型钢连接而成的结构；载车板采用框架式，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；传动系统设计为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。升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为 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(国家规定最高为 4 层)，2 层、3 层者居多，现在综合考虑技术难度、占地面积、经济实用性以及用户需求等各种因素之后，决定选取以典型的地上 33 升降横移式为例，说明停车库的运行原理，其外观见图 1 车库结构示意图。7图 1 车库结构示意图Fig1 The garage structure diagram2.3 立体车库的控制总体方案升降横移立体停车库以停放轿车为主，适用于地面及地下停车场，配置灵活。而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的安全，所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。PLC 采用了以计算机为核心的通用自动控制装置，集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，适用于频繁启动和恶劣的环境，因此在立体停车库控制系统中通常采用 PLC 作为电控系统的核心 4。同时，本系统以 MCGS 组态软件设计监控界面，利用数据通信手段，实时接收和处理 PLC 从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信号驱动 PC 控制界面中的各种图形，实时显示现场的各种状况，在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。2.3.1 系统的工作原理及过程整个系统将由 PLC、变频器、条码打印机和条码扫描器组合控制，用转换开关来控制设备的手动运行、自动运行和正常停止 5。当把转换开关置于手动运行档时，手动指示灯亮，可通过按钮和转换开关来控制车位的上下和左右移动；在把转换开关置于自动挡时，自动指示灯亮，按下存车按钮，此时条码打印机通过 PLC 传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车，最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到 PLC 中去，经过 PLC 的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车；在把转换开关置于停止挡时，车位在完成移动后停下，接着停止指示灯亮。在运行过程中，当发生特殊情况或故障时，按下急停按钮，车位瞬间停下，直到排除故障后，复位急停按钮，车位又按原来8停下的位置继续运行下去。用 PLC 内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动，由变频器的正反转及输出停止来控制电机移动和急停，存车则由条码打印机来打出凭条，取车则把该凭条用条码扫描器扫进 PLC，实现存取车的自动化。最后完成对 PLC、PC 机、Profibus 总线、变频器、条码打印机、条码扫描器电机、转换开关、按钮站、电控柜、光电传感器、限位开关、车位和车库的安装及接线。整个系统共有一个电控柜，一个存取车操作系统，另设一个按钮站，操作及维护简单，安全可靠性高。电气控制系统的主电路供电为三相四线制 AC380V，控制回路用单相 220V 供电，信号电路由 PLC 可编程控制器本身提供 DC24V 供电。在确保各设备都正常的情况下 6。接通电源，电源指示灯亮。该设备有以下几种工作情况：(1)手动运行：将电柜的“自动 停止 手动”选择开关扳到“手动”位置时，手动指示灯亮，即可在电柜面板上选择相应的手动按钮及动作升降横移选择开关进行操作；(2)自动运行：将电柜的“自动 停止 手动”选择开关扳到“自动”位置，“自动运行”指示灯亮，即可按下存车按钮，此时条码打印机通过 PLC 传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车。最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到 PLC 中去，经过 PLC 的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车 7；(3)正常停止：将电柜“自动 停止 手动”转换开关扳到“停止”位置时，设备恢复到原位正常停止，关闭电柜电源开关，停止设备。还有以下几种保护功能 8：(1)断电保护：当设备突然断电，恢复供电后，系统能按断电前的动作继续工作下去；(2)车子超长保护：当遇到车子过长时，将会报警提示，直到解除报警后，车位才回到原位等待下一辆车的到来；(3)急停保护：当发生特殊情况或故障需紧急停机时，按下急停按钮开关，设备瞬时停止。当排除故障，将急停按钮复位，设备将按照停止前的状态继续运行下去，直到按停止按钮才恢复到原位正常停止；(4)离车保护：当驾驶员离车后走出黄色警戒线，车位才开始运转，见图 2 车库原理图 7。9图 2 车库原理图Fig2 The principle diagram of the garage2.3.2 动画监控界面设计用 MCGS 设计监控界面，建立立体车库控制系统工程，设计出立体车库控制工程画面，因软件对象元件列表中无轿车，暂用拖车代替，见图 3。图 3 动画监控界面Fig3 Animation monitoring interface3 立体车库的控制系统的硬件方案31 硬件系统的方案10立体车库是一种顺序控制、运动控制、过程控制相结合的机电一体化产品，在控制系统的管理下实现车辆的自动化存取。一般来说，基于 PLC 的控制系统能够适应和满足立体车库高性能的使用要求。PLC 是专门为顺序生产过程而设计的可编程控制器，由微处理器、输入输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成，具有顺序、周期性的工作特征，优点主要体现为 9：（1）可靠性高：采取了光电隔离、滤波、稳压保护、故障诊断等多种保护措施，抗干扰能力强，系统故障自诊断能力突出，在恶劣的环境下仍能可靠工作；（2）体积小：采用大规模集成电路和微处理器，相比传统的继电器电路，体积大大缩减，实现了小型化，便于安装和使用；(3) 适用性好：采用模块化设计，可根据不同的控制要求灵活组合，模块之间采用的是总线连接器，安装方便；当硬件结构选定后，如果需要作很小的变动，只需修改相应的接线和程序即可，无需对系统连线做出较大的修改；(4)指示性好：PLC 的电源、CPU、I/O 模块等都设有各种状态指示灯，反映了模块的工作状态，利于控制系统的现场调试。3.2 PLC的选型及特点1.可靠性高，抗干扰能力强（1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离；（2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms； （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；（4）采用性能优良的开关电源；（5）对采用的器件进行严格的筛选；（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大；（7）大型PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2.通用性强，控制程序可变，使用方便PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生11产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低，具有强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC 选型是既要满足控制系统的功能要求，还要考虑工艺改进后控制系统升级的需要，更要兼顾控制系统的制造成本，选择可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。着重以 PLC 的机型结构、I/O、存储器类型及容量、编程器和外部设备、PLC 的处理速度等几个因素来考虑 10。本文将采用三菱公司的可编程控制器 FXN2 微型系列可编程控制器进行设计。FX2n 系列 PLC 是 FX 系列中最高级的模块。它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2n 是从 16 到 256 路输入/输出的多种应用的选择方案。根据 I/O 分配表选用继电器输出的 001MR128FXN2，输入输出点数都为 64，扩展模块可用点数为 4864。3.3 电动机的选择（1）根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型；（2）根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转距，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电机应留有余量，负荷率一般取 0.80.9。过大的备用功率会使电机效率低，对于感应电机，12其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高；（3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式；（4）根据具体的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型；（5）根据生产机械的最高转速和对电力调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素 11。升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元确定与控制任务有关，三层七车位横移式立体停车库有 6 个提升大电机，3 个横移小电机，由控制单元的输出点控制，并要求实现正反转。由于立体停车库的控制核心单元选用可编程控制器，可编程控制器内部驱动都是弱电直流器件，内部最大的电压不超过24V，所以电机应外接电源 380V 工频交流电。对于每一部电机，可编程控制器的输出单元都有两个输出点，分别驱动。在此驱动元件是完成车库车盘的横移和升降的专用减速电机，查阅相关资料得知，升降速度10m/min；横移速度13m/min；最大提升重量 2800kg；由 P=FV 所知，升降机构电机功率 4-5.5kw；横移机构电机功率 0.37-0.55kw。据以上计算和实际需要，升降电机选择 Y132S2-2 三相异步电动机。电机额定功率为 5kw，额定电流为 8.A，转速为 1440r/min，效率为 84%，功率因数为 0.82，最大转矩与额定转矩之比为 2.3，最小转矩与额定转矩之比为 1.5 ，堵转转矩与额定转矩之比为 2.3，堵转电流与额定电流之比为 7.0。横移电机选用 Y8012-2 三相异步电动机。 三相异步电动机应用非常广泛，它具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、维护方便和效率较高等一系列优点。和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，其价格仅为直流电动机的1/3 左右。且由于异步电动机的交流电源可直接取自电网，用电既方便又经济。Y 系列型号为 Y2-112M-4 的三相异步电动机的主要性能及结构特点为，效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。为 B 级绝缘。结构为全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑、杂物侵入电动机内部。实现正反转的两个接触器如图 4。13图 4 控制系统电机示意图Fig4 The diagram of electrical control system3.4 传感器的选择本升降横移式立体停车库控制系统要完成对车库现场的监控、运动位置的检测等任务，需要大量的检测传感装置。在选择检测传感装置时，其装置一般要符合以下要求 12：（1）输入输出信号之间要求一定的函数关系。经常要求时单值、直线性的函数关系，即符合 Sc=ASr+K（Sc-传感器的输出值；A-灵敏度系数；Sr-传感器输入值；K-零点输出）；（2）有较高的灵敏度和较大的信噪比。灵敏度搞，意味着被测量有微小变化时传感器就有较大的输出，但又要求传感器本身噪声小，且不易从外界引进干扰噪声；（3）响应速度快又不失真。即要求输出信号随输入信号变化的响应时间越短越好；（4）线性范围宽。任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成正比关系。线性范围越宽，表明传感器的工作量程越大；（5）稳定性好，抗干扰能力强，稳定性指传感器经过长期使用后其输出特性不发生变化。影响传感器稳定性的是时间和环境，环境又包括湿度、温度、尘埃、振动、14电场、磁场干扰等因素；（6）有较高的精确度。传感器的精确度表明传感器输出与被测量之间的对应程度以及重复一致的程度；（7）输出信号易于微机接口。对于控制系统而言，要求传感器的输出信号尽量符合计算机控制系统输入通道的信号要求；（8）结构要简单，易于安装更换，易于维护，性价比要好。在选择传感器监测装置时，要以上述要求为依据。本车库控制系统中所涉及到的传感监测装置-红外探测器。停车库安装红外探测器有两种功能：车库在运行时，不允许有其它物体进入车库工作区域，例如人和宠物；在夜间或者无管理员时，防止偷盗和蓄意破环等违法行为。在自然界，任何高于绝对温度的物体（例如人和小宠物），其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释红外传感器（PTR），它能将波长为 8-12um 之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体或小宠物进入车库运行警戒区，通过菲涅尔透镜，热释点红外感应器感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个；一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在 PTR 上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的性是在 PTR 上产生变化热释红外信号，这样 PTR 就能产生变化的电信号。3.5 行程开关本升降横移式立体停车库横移和升降定位所运用的检测器件为行程开关。行程开关是将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制，应用于车库系统的限位保护和行程控制。行程开关靠外加机械力使触电动作，可分为三种：快速动作、非快速动作和微动。当运动部件移动速度小小于 0.4m/min 时应当选用快速动作的行程开关。停车库中部件的运动均大于这个速度，使用的均为非快速行程开关。3.6 I/O点的编号分配编写表 2 输入分配表与表 3 输出分配表。根据 I/O 分配表，我们也能确认选用继电器输出的 001MR128FXN2 三菱 PLC，输入输出点数都为 64，扩展模块可用点数为 154864 13。表 2 输入分配表Table2 Input distribution list序号 输入地址 说明 序号 输入地址 说明1 X0 存车按钮 2 X1 停止3 X2 自动 4 X3 手动5 X4 急停 6 X5 车位上升7 X6 车位下降 8 X7 车位左移9 X10 车位右移 10 X11 101 车位按钮11 X12 201 车位按钮 12 X13 202 车位按钮13 X14 203 车位按钮 14 X15 301 车位按钮15 X16 302 车位按钮 16 X17 303 车位按钮17 X20 101 车位光电传感器 18 X21 201 车位光电传感器19 X22 202 车位光电传感器 20 X23 203 车位光电传感器21 X24 301 车位光电传感器 22 X25 302 车位光电传感器23 X26 303 车位光电传感器 24 X27 101 左限位开关25 X30 101 下限位开关 26 X31 102 左限位开关27 X32 102 右限位开关 28 X33 102 下限位开关29 X34 103 右限位开关 30 X35 103 下限位开关31 X36 201 上限位开关 32 X37 201 下限位开关33 X40 202 上限位开关 34 X41 202 下限位开关35 X42 203 上限位开关 36 X43 203 下限位开关37 X44 301 上限位开关 38 X45 302 上限位开关39 X46 303 上限位开关 40 X47 101 位置的测长传感器41 X50 102 位置的测长传感器 42 X51 103 位置的测长传感器43 X52 101 位置的离车检测传感器 44 X53 102 位置的离车检测传感器45 X54 103 位置的离车检测传感器表 3 输出分配表Table3 Output distribution list序号 输出地址 说明 序号 输出地址 说明1 Y0 停止指示灯 2 Y1 自动运行指示灯3 Y2 手动运行指示灯 4 Y3 上升指示灯165 Y4 下降指示灯 6 Y5 左移指示灯续表 3序号 输出地址 说明 序号 输出地址 说明7 Y6 右移指示灯 8 Y7 提示离车报警9 Y10 提示离车报警指示灯 10 Y11 车身过长报警11 Y12 101 车位左移 12 Y13 101 车位右移13 Y14 201 车位左移 14 Y15 201 车位右移15 Y16 202 车位左移 16 Y17 202 车位右移17 Y20 203 车位左移 18 Y21 203 车位右移19 Y22 201 车位上升 20 Y23 201 车位下降21 Y24 202 车位上升 22 Y25 202 车位下降23 Y26 203 车位上升 24 Y27 203 车位下降25 Y30 301 车位上升 26 Y31 301 车位下降27 Y32 302 车位上升 28 Y33 302 车位下降29 Y34 303 车位上升 30 Y35 303 车位下降3.7 生成控制系统 PLC硬件接线图根据上述停车库控制系统的各部分控制硬件及停车库的具体结构和运动规律，以及在满足现有技术和实际功能的情况下，生成控制系统 PLC 硬件接线图如图 5 所示。4 立体车库控制系统软件的主体方案设计和具体实现4.1 软件所要完成的控制任务在升降横移式停车库控制系统分析中，硬件配置部分已在前面章节详细的进行了说明，并提出硬件配置的一局基本上是要根据停车库所要完成的控制任务来确定，包括控制核心器件、传感器检测装置等。同样，在现有控制硬件的条件下，如何来完成控制任务，这就要通过软件系统对控制的实现。本节讲要详细的明确软件所要完成的控制任务。总体来说软件系统就是在硬件系统的支撑下，向驱动但愿发出控制指令，使执行机构在预想的过程中，准确无误的完成所要完成的控制任务。而控制硬件和软件都有自己的控制任务。本立体车库中的软件系统就是要运用自身的编程语言（梯形图）以及相关的功能块语言，进行合理的排序和逻辑运算，再通过合理的判断和扫描程序运算结果，由硬件系统向驱动单元输出最终的判断结果，从而完成软件控制。4.2 系统的操作过程4.2.1 开机准备17接通电源，将电控柜的左侧面电源控制开通，主空气开关闭合接通，电柜有电时，电源指示灯亮。图 5 立体车库硬件接线图Fig5 The diagram of stereo garage hardware wiring4.2.2 手动操作18将电柜的（自动、停止、手动）转换开关置于“手动”位置，“手动运行”指示灯亮，即可在电柜面板上选择相应的手动按钮及动作升降横移选择开关进行操作。另外取车之前要保证各车位与车盘在相对应的位置上，即 101 车盘在 101 车位，其余类同，才能按照下面的操作方法进行操作，否则要根据实际情况进行相对应的手动操作。车库位置图见图 6。 图 6 车库位置图Fig6 The garage site plan（1）取 201 车盘上的车，手动操作过程如下：将“左移 右移”选择开关扳到右移，按下 101 车盘按钮，直至 101 车盘行到 102车位停止；再将“上升 下降”转换开关扳到下降，按下 201 车盘按钮，直至 201 车盘降到 101 车位停止。开走所要取的车之后再进行如下操作。将“上升 下降”转换开关扳到上升，按下 201 车盘按钮，直至 201 车盘升到 201 车位停止。将“左移 右移 ”选择开关扳到左移，按下 101 车盘按钮，直至 101 车盘返回 101 车位停止。这样就完成了 201 车盘车位取车的手动操作全过程。（2）取 202 车盘上的车，手动操作过程如下：将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 202 车盘按钮，直至 202 车盘降到 102车位停止。开走所要取的车之后再进行如下操作。将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 202 车盘按钮，直至 202 车盘升到 20219车位停止。这样就完成了 202 车盘车位取车的手动操作过程。（3）取 203 车盘上的车，手动操作过程如下：将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 203 车盘按钮，直至 203 车盘降到 103车位停止。开走所要取的车之后再进行如下操作。将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 203 车盘按钮，直至 203 车盘升到 203车位停止。这样就完成了 202 车盘车位取车的手动操作过程。（4）取 301 车盘上的车，手动操作过程如下：将“左移右移”选择开关扳到右移，按下 101 车盘按钮，直至 101 车盘行到 103车位停止；再将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 201 车盘按钮，直至 201 车盘降到 101 车位停止；然后将“左移右移”选择开关扳到右移，按下 201 车盘按钮，直至 201 车盘行到 102 车位停止；最后将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 301 车盘按钮，直至 301 车盘降到 101 车位停止。开走所要取的车之后再进行如下操作。将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 301 车盘按钮，直至 301 车盘升到 301车位停止；再将“左移右移”选择开关扳到左移，按下 201 车盘按钮，直至 201 车盘返回 101 车位停止；然后将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 201 车盘按钮，直至 201 车盘升到 201 车位停止；最后将“左移右移”选择开关扳到左移，按下 101 车盘按钮，直至 101 车盘返回 101 车位停止。这样就完成了 301 车盘车位取车的手动操作全过程。（5）取 302 车盘上的车，手动操作过程如下：将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 202 车盘按钮，直至 202 车盘降到 102车位停止；再将“左移右移”选择开关扳到右移，按下 202 车盘按钮，直至 202 车盘行到 103 车位停止；最后将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 302 车盘按钮，直至 302 车盘降到 102 车位停止。开走所要取的车之后再进行如下操作。将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 302 车盘按钮，直至 302 车盘升到 302车位停止；再将“左移右移”选择开关扳到左移，按下 202 车盘按钮，直至 202 车盘返回 102 车位停止；最后将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 202 车盘按钮，直至 202 车盘升到 202 车位停止。这样就完成了 302 车盘车位取车的手动操作过程。（6）取 303 车盘上的车，手动操作过程如下：将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 203 车盘按钮，直至 203 车盘降到 103车位停止；再将“左移右移”选择开关扳到左移，按下 203 车盘按钮，直至 203 车盘行到 102 车位停止；最后将“上升下降”转换开关扳到下降，按下 303 车盘按钮，直20至 303 车盘降到 103 车位停止。开走所要取的车之后再进行如下操作。将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 303 车盘按钮，直至 303 车盘升到 303车位停止；再将“左移右移”选择开关扳到右移，按下 203 车盘按钮，直至 203 车盘返回 103 车位停止；最后将“上升下降”转换开关扳到上升，按下 203 车盘按钮，直至 203 车盘升到 203 车位停止。这样就完成了 303 车盘车位取车的手动操作过程。4.2.3 自动运行将电柜的“自动 停止 手动”选择开关扳到“自动”位置，“自动运行”指示灯亮。即可按下存车按钮，此时条码打印机通过 PLC 传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车。最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到 PLC 中去，经过 PLC 的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车 13。4.2.4 流程图设计由于存车跟取车过程相似，这里以取车流程为例，见图 7。图 7 取车流程图Fig7 Take car flow chart4.2.5 停机21（1）正常停机将电柜“自动 停止 手动”转换开关转向“停止”位置，“停止运行”指示灯亮，设备恢复到原位正常停止，关闭电柜电源开关，停止设备。（2）特殊停机当发生特殊情况或故障需紧急停机时，按下急停按钮开关，设备瞬时停止。当排除故障，将急停按钮复位，设备将按照停止前的状态继续运行下去，直到按停止按钮才恢复到原位正常停止。4.3 PLC 控制梯形图的简要说明图 8 梯形图 1Fig8 Ladder diagranm1如图 8 梯形图 1 所示：0当 X003 状态为 ON，SET S20 置位并保持，整个系统处于手动控制状态；3当 S20、X011、X010 状态为 ON，101 车位右移；若 X032 状态也同时为ON，102 车位限制右移；10当 S20、X013、X006 状态为 ON，手动运行指示灯；若 X033 状态也同时为ON，SET S31 置位并保持；16当 S20、X014、X006 状态为 ON，203 车位下降；若 X035 状态也同时为 ON，SET S36 置位并保持；22当 S21、X034 状态为 ON，SET S24 置位并保持；26当 S21、X012、X006 状态为 ON，201 车位下降；若 X030 状态也同时为22ON，SET S22 置位并保持；32当 S22、X012、X005 状态为 ON，201 车位上升；若 X036 状态也同时为ON，SET S23 置位并保持。图 9 梯形图 2Fig9 Ladder diagranm2如图 9 梯形图 2 所示：33当 S23、X011、X007 状态为 ON，101 车位左移，SET S20 置位并保持；45当 S24、X012、X006 状态为 ON，201 车位下降；若 X030 状态也同时为ON，SET S25 置位并保持；52当 S25、X012、X010 状态为 ON，201 车位右移；若 X032 状态也同时为ON，SET S26 置位并保持；59当 S26、X015、X006 状态为 ON，301 车位下降；若 X030 状态也同时为ON，SET S27 置位并保持；66当 S27、X015、X005 状态为 ON，301 车位上升；若 X044 状态也同时为23ON，SET S28 置位并保持；73当 S28、X012、X007 状态为 ON，201 车位左移；若 X027 状态也同时为ON，SET S29 置位并保持；80当 S29、X012、X005 状态为 ON，201