自动化立体车库设计PLC单片机

第一章绪论1.1课题的背景和意义自上世纪80年代中国开始出现私人汽车，到2003年社会保有量达到1219万辆，私人汽车突破千万辆用了近20年，而突破2000万辆仅仅用了3年时间。2010年，我国汽车的保有量达到了7000万辆。据公安部交管局统计，2010年9月底，我国机动车保有量达1.99亿辆，其中汽车8500多万辆。每年新增机动车2000多万辆；机动车驾驶人达2.05亿人，其中汽车驾驶人1.44亿人西安截至2010年11月，机动车保有量达到116万辆。如此快速增长的机动车保有量与城市停车难之间形成了巨大的矛盾，自动化立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。跟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。城市建设规划上的准备不足和城市私家车的喷井式增长是停车难产生的最主要原因。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，单双号驾车，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，并且增加公交车数量,以及规划公交车专用车道.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。而无论图1.1被汽车占据了的现代城市采取什么措施，在城市规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，管理部门和政府所需投入得精力和资金都不小。当然,随着科技的发展,新的科技技术成果应用在停车空间的缩小上,大型自动化立体车库的产生,能有有效的缓解城市停车难的问题.自动化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。图1.2美国大型自动化立体车库自动化立体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，自动化立体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，而如果采用双层立体车库，可使地面的使用率提高80％—90％，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自动化立体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，自动化立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流,在地下车库中采用立体式存车，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立体停车楼。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。1.2课题的关键技术及其国内外研究发展现状1.2.1国外研究现状早在50多年前，立体停车设备就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅区空地建起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停车库。自70年代末起，世界经济飞速发展，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立体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、台地区的停车行业也通过引进移植，也得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难问题，并开始向外输出技术和产品.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的先进技术。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PLC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电开关、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日益完善，如汽车出入时的声光引导和定位、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、汽车图像摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等等。日本是最早应用机械式立体车库的国家之一，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国内研究现状图1.3自动化立体车库(太乙路)我国自动化立体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立体停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有应用。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。自动化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、供电照明、建筑结构、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，开发出更安全、更经济、更高效、更节能、更省地的产品，满足国内外市场的需求。在我国的停车产业中还存在一些问题，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支持，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。鼓励按照市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展1.3本文的主要工作目标和工作内容目前机械立体停车设备主要分九大类，即升降横移类，垂直循环类，水平循环类，多层循环类，平面移动类，巷道堆垛类，垂直升降类，简易升降类，和汽车专用升降机类。其中垂直循环类，水平循环类，多层循环类，平面移动类，巷道堆垛类为全自动停车设备。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。我选择三层三列式升降横移式立体车库，一共七个车位（两个通道），三层三列式升降横移式立体车库是最基本得升降横移式车库，与大型自动化立体车库原理相同。本论文旨在说明原理及实现过程。本论文重点在电气控制环节和单片机显示环节，使用对射型光电开关检测车辆有无，将光电开关的信号端接电磁继电器线圈端，使有无车信号转变成继电器的开关信号，常开节点接单片机输入端，常闭节点接PLC输入端。使用单片机控制信号灯显示和LCD已经显示屏的显示。使用PLC控制接触器线圈的通电情况，再用接触器控制380V电机A、B、C三相，进而控制电机的正反转。以便实现车库左右平移和上下移动,进而实现存取车过程。使用欧姆龙PLCCZOOH系列的160点可编程序控制器(96个信号输入点，64个继电器输出点)。由于毕业设计试验经费有限，实际使用试验室欧姆龙40点CPM1APLC（24点输入16点输出）进行一个车位存取的演示，其他车位存取程序类似，只是输入输出点地址不同，所使用的主要器件另行介绍，只使用一组对射型光电开关连接电路，其他用一个开关代替，旨在说明原理和可实现性。升降横移式立体车库的机械部分设计方面进行简单的介绍，对升降横移式立体车库进行简介和车库车体结构和功能进行简单介绍。重点介绍电气控制环节和单片机控制显示环节。可编程控制器PLC以及车位信号的采集和车位信号如何输入单片机和PLC都做了详细的介绍。第二章升降横移式立体车库机械部分设计2.1升降横移式立体车库简介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采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可采用，能利用多种场地条件，运用多种组合方式，有效利用场地现有空间。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。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，司机才可进入车库内将汽车开进或开出车库。图2.1为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向横移，空余车位供三层和二层的车位下降时借用。1、2号车位可以直接存放车辆;7号车位需要下降后再存放车辆;3号车位，则需先将1号和2号载车板右移，再将3号载车板下降;4号车位，则需先将2号载车板右移，再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。图2.1七车位升降横移式立体车库工作原理图图2.27车位升降横移式立体车库工作原理图比较图2.1和图2.2立体车库发现通道空闲车位在中间的时候（如图2.2）时，以存取3号车位的汽车为例，图2.1时1,、2号车位整体朝右平移一个车位三号载车板才能下来。而图2.2时只需要将1号载车板向右平移一个车位就行，存取车得时候横移载车板数目最少，最省功，比较节能。本着低碳绿色生活的原则,我们就选择（图2.2）7车位升降横移式立体车库作为研究对象.2.2立体车库机械部分部件结构和功能以三层三列式自动化立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结构框架部分、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。下面我们简要对车库的主要组成(图2.3所示)进行介绍.图2.3升降横移式立体车库主要组成2.2.1结构框架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2.2所示)。钢架结构与其它建筑结构相比具有可靠性高、材料的强度高，钢结构自重小、材料的塑性和韧性好、钢结构制造简便，施工工期短等优点，还能回收利用，绿色低碳环保。2.2.2上载车板及其提升系统每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力与载车板的移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定传动皮带的长度。2.2.3下载车板及其横移系统由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。图2.4下载车板及其横移系统每块下载车板的后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。2.2.4安全装置上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。自动化立体车库为防止载车板横向移动的时候行程开关拒动，分别在车库左右两侧多安装一组行程开关，进行安全保护，防止载车板横移时划出轨道或者撞到其他车辆。图2.5防坠落装置二层和三层的每个车位都安装有防坠落装置，用以电磁铁连接两个挂钩，当载车板上升时候，会自动跟挂钩相连，挂钩锁死，防止载车板因外力突然下降，砸坏下层车辆或者人员，在衬板的防坠落装置正常情况下市不承重的，只有在载车板突然意外下降时起到承重作用。当然，自动化立体车库本身作为一件用电设备，本身就应该有一些保护装置。（在3.5章节电气安全设计详细介绍）1.设有断电、缺相、断相和相序保护：在主电源发生缺相，设备发生断相、反相时，保护器动作切断设备主电源。2.延时保护：当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作。试进入（设定）三次自动停止，处于保护状态，停止任何操作。3.防人、异物误闯入红外线检测装置：设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会自动急停。待人员或异物离开设备后，按动“复位”按钮，设备将恢复运行。保证设备安全运转，以防误伤人员。用光电开关检测.2.2.5控制系统升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC可编程序控制器控制，主要有自动、复位、急停三种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态，图2.6显示及其控制面板复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异常的紧急场合。对于本文中所列的7车位升降横移式立体停车设备，PLC主要控制二、三层五个升降电机的正反转和一、二层四个横移电机的正反转。此外要控制上层车位安全挂钩的电磁铁和系统报警显示装置等，使用单片机控制信号灯的显示和T12864ELCD显示板得显示，使用光电开关检测载车板上是否有车，然后把有无车信号转变成开关信号分别作为单片机和PLC的输入端信号，进行电气控制。控制的目标是强弱电结合，弱电控制强电，以提高安全性和可靠性。电气控制环节在下一章节进行重点介绍。第三章自动化立体车库电气控制环节设计3.1PLC可控制编程器介绍3.1.1 PLC的基本结构可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，PLC)实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%~+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区内或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区内的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4、输入输出接口电路 （1）、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 （2）、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。5、功能模块 如计数、定位等功能模块6、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等3.1.2 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，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：步骤一：输入状态检查。PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置。步骤二：程式执行。将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中的输出状态更新至PLC输出部位接点，并且重回步骤一。此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。PLC用周期循环扫描、集中输入与集中输出的工作方式。3.1.3 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制备。图3.1PLC的硬件系统结构框图3.2立体车库电气控制系统整体设计3.2.1电气控制整体设计整个自动化升降横移式立体车库设计电气部分分为PLC控制环节和单片机显示控制面板设计,使用对射型光电开关安装在载车板两边,用来检测车位是否有车,在把对射型光电开关的信号输出线接到电磁继电器线圈两端,将信号转化为开关信号,所选用的电磁继电器是12v的五接口继电器,有一组常开常闭开关,在把常开常闭开关分别接到单片机输入端和欧姆龙PLC输入端,这样车位有无车辆情况就反应到了PLC和单片机的高低电平信号,我们只需要检测单片机或者PLC输入口的电平情况即可,信号输入进单片机后,通过单片机编程,实现按钮信号灯得点亮和切换,还有LCD显示屏T12864E的一个信息显示.信号通过继电器常闭节点输入欧姆龙PLC,然后PLC编程,通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。自动化升降横移式立体车库的自动存取车控制系统包含弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、控制输出与报警。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、控制电机正反转的接触器、到限位和载车板的上下行程限位。车库采用光电开关检测车库空位，用升降装置输送汽车到位。系统在控制面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机电源，使载车盘无法继续运行，以保证人员及设备的安全。自动化升降横移式立体车库是一种比较典型的众学科机电一体化产品，集机械、信息技术、电子于一体。其中电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统和检测系统。升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构好比“四肢”，框架好比“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运行过程，并对整个系统的状态过程进行监控。升降横移式立体车库的系统控制原理：操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。其系统控制原理框图，如图3.1所示。图3.1车库系统控制原理框图图3.2统控制原理框图由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。国内外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可PLC编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体车库中。PLC的可靠性、抗干扰能力强。目前比较使用的PLC厂商有,西门子,三菱,欧姆龙.德国西门子PLC价格最昂贵,性价比不高,但是可靠性很高,功能强劲,抗干扰能力也最强大,网络总线西门子占优势,使用最广泛,大型工控设备一般都使用西门子PLC.三菱和欧姆龙都是日本生产的,编程软件风格有很大的相似之处,三菱价格次之,欧姆龙最便宜,性价比最高,而且新一代的山岭和欧姆龙的可靠性也很高,抗干扰能力也很强,最近西门子PLC总线容易被病毒感染,所以大家很多都转向三菱PLC.本次设计我选用欧姆龙PLCC2OOH系列的160点可编程序控制器(96个信号输入点，64个继电器输出点)完全满足容量的要求,但由于学校实验室设备限制,只能使用40点位的欧姆龙CPM1APLC（24点输入16点输出）进行一个车位存取的演示，其他车位存取程序类似，只是输入输出点地址不同，所使用的主要器件另行介绍，只使用一组对射型光电开关连接电路，其他用一个开关代替，旨在说明原理和可实现性。在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象主要是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转;其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了对射型光电开关。车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施。3.2.2检测点与控制点分布1.检测点分布(1)载车板上汽车是否停放到位检测采用光电开关在底层进行扫描检测。光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边，在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电关光源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。(2)载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关，用于检测载车板上有无车。(3)载车板平移运动是否到位检测只有下层载车板有平移运动，在每个车位上分别安装一只行程开关，用于检测载车板平移运动是否到位。载车板升降是否到位检测只有上层载车板有升降运动，在每个载车板垂直运动的轨道上，在低层和上层分别安装一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位。(5)上层载车板吊钩是否挂好检测控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。2.控制点分布(1)一层载车板左右平移控制一层载车板只有两个，每个载车板只有左右移动两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。(2)二层载车板升降横移运动控制二层载车板有两个，每个载车板有横移、升降四个动作，采用自动抱闸的三相交流电机控制。三层载车板升降运动控制三层载车板有三个，每个载车板只有升降两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。吊钩动作控制只有二、三层的载车板使用吊钩，每个载车板用2套吊钩，吊钩用电磁铁控制。3.3控制面板的整体设计控制面板双色发光二极管显示此时车位空缺情况，红色表示此时车位已停车，按下按键表示取车；蓝色表示此时车位未满，按下按键表示停车。LCD液晶显示屏汉字显示此时空车位情况，并且建议从低处开始存取。3.2.1控制面板器件介绍1.对射型光电开关E3F-3NDIE3F-5L图3.3对射型光电开关对射型光电开关由发射端和接收端两部分组成,接DC12V电压,结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。发射极电路图和接收极电路图如下图3.4发射极电路图和接收极电路图光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边，在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电关光源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。输出电流DC:<200mAAC:<200mA继电器输出，触电电流1A3A绝缘电阻>200MΩ工作环境照度太阳光10000LX以下白炽灯300LX以下检测距离5M输出方式PNP型2.12V电磁继电器我所选用的是松乐小型电磁继电器SRD-12VDC-SL-C（T7312V）220V10A5引脚。图3.5松乐电磁继电器接线图SRD-12VDC-SL-C电磁继电器线圈驱动电压是12V，有一组常开触点和一组常闭触点，三个脚这侧两边是线圈端口，不分正负电压，是电压驱动。中间一个脚是触点的公共COM端。在线圈两端加上12V电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点和静触点（敞开触电）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，是动触点与原来的静触点（常闭触电）释放，这样吸合、释放，从而达到了电路中的导通、切断的目的。把对射型光电开关信号端和COM端接到电磁继电器两端，这样就把光电开关与电磁继电器来连接了起来，图3.6电磁继电器结构原理图3.单片机最小系统图3.7单片机最小系统(西安科技大学长信实验室)选用的单片机芯片为STC89C51芯片,其个端口功能如下:图3.889C51单片机端子图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻抗输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。4.HD74LS04反向器芯片图3.9HD74LS04引脚由于STC89C51端口驱动能力一般，输出端口接的发光二极管比较多,,加74LS04反向器点亮7组发光二极管,74LS04IOL16mA(最大16mA的驱动能力)发图3.1074LS04引脚光二极管点亮电流为20mA左右，可以使用74LS04点亮发光二极管。5.共阴极发光二极管图3.11红绿双色共阴极发光二极管极限参数在室温25℃耗散功率：50mW脉冲电流（1／10工作循环0.1毫秒波宽）:100mA工作电流（IF）：20mA反向电压（VR）：5V工作温度范围：-20℃~+80℃焊锡温度（从根部4.0毫米处）:260℃for5Seconds光电参数在室温25℃发光强度:R:40-80mcdG:20-40mcd主发光波段：R:620-640nmG:570-575nm电压:1.9-2.5V反向电流:10µA6.T12864ELCD显示屏T12864E汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。主要技术参数和显示特性:电源：VDD3.3V~+5V(内置升压电路，无需负压)；显示内容：128列×64行显示颜色：兰/黄绿显示角度：6：00钟直视LCD类型：STN与MCU接口：8位或4位并行/3位串行配置LED背光多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等图3.12T12864ELCD逻辑工作电压(VDD)：4.5～5.5V电源地：0V工作温度(Ta)：-10℃～60℃(常温)/-20℃～70℃（宽温）引脚名称说明引脚名称说明1VSSGND11DB4数据42VDD+5V12DB5数据53V0悬空13DB6数据64RS(CS)H:DATEL:INSTRUCTION14DB7数据75R/W(S/D)H:READL:WITE15PSBH:PARALLELMODEL:SERIALMODE6EENABLESIGNAL16NC空脚7DB0数据017RST低电平有效8DB1数据118VEENEGATIVE9DB2数据219LEDA背光电源+5V10DB3数据320LEDK背光电源0V表3.1T12864ELCD引脚功能图7.24V带灯按钮开关图3.1324V带灯按钮开关每个车位都有相对应的一个按键,有七个车位,就有七个带便七个车位的按键,按键内部集成有显示红绿的信号显示灯,红灯表示此时此车位一停车,绿灯表示此时此车位位空车位.如下图,此时控制面板上1、2、3、4、6车位信号灯绿灯亮，表示此时1、2、3、4、6车位位空车位。而5、7号车位信号灯红灯亮，则表示此时5、7号车位液晶有车存入，在绿灯亮的车位信号按钮按下时，表示取当前车位的车辆，在红灯亮的车位信号按钮按下时，表示存车于当前车位。按键下红绿灯亮灭情况由单片机控制，而单片机的信号是由对射型光电开关信号经电磁继电器转变成高低电平信号控制，也就是说，此时灯亮与否与对射型光电开关信号有关，当有车辆停入，对射型光电开关发射端和接收端光信号被挡住，接收端信号线和COM端之间就会产生12V电压信号，使电磁继电器线圈带电，电磁线圈带电就吸合常开接点触头，给单片机输入端一个信号，然后有点偏激控制此车位的红灯亮，绿灯灭。有车，红灯亮。无车绿灯亮。3.2.2改装开关因为市面上没有显示两种颜色的按钮式不自锁24V开关，所以我买了24V单色按钮式不自锁开关，用双色发光二极管进行改造，使之适合单片机控制。图3.15改装示意图（1）拆开按钮开关，去掉原有的24V单色灯泡和原有灯泡的引脚铁片，把三引脚两色发光二极管的引脚弯成如图所示的形状，（2）用电烙铁在按钮开关底座上烫一个洞，这样连上原来灯泡的两个引脚的引出通道，就有三个引脚引出通道，三引脚发光二极管就能通过此通道引出。（3）把发光二极管插到通道里面，在看看按键是否挡住，能否正常按下。（4）然后安装外壳。然后拆开开关按键顶盖，在卸下顶盖上的白塑料片，在用黑色彩笔在顶盖白塑料片上写上相应的车位号，或者功能，在安装好。图3.16安装改造好的就如图所示3.3.3控制面板硬件介绍使用上一小节所制作的开关按钮,和单片机最小系统,,和光电开关电磁继电器组成了控制面板的硬件部分,实现车位显示和存取车操作,LCD液晶显示屏显示当前空车位情况,和建议从底层开始存车等等.图3.17显示控制面板硬件实物图每个车位车板上用来检测车辆有无的对射型光电开关信号线和COM端接到12V电磁继电器线圈端，继电器常开触点一端接地，一端接单片机输入端，当车位有车时，对射型光电开关信号端与COM端会产生一12V电压信号，使继电器线圈通电，电磁继电器常开触点就闭合，输入单片机输入端子就为低电平，相应的输出端子输出一组高电平和一组低电平，用来控制信号灯的显示，在控制液晶显示器显示此前空车位情况和对司机同志的建议。 显示屏为T12864E蓝屏液晶显示，LCD显示时注意本显示控制面板LCD只写入程序，不用读入程序，所以R/W为低，PSB为高表示当前LCD数据通信选用并行口通信，共有8位数据端口，DB0~DB7 接单片机P3口，并且注意8位并行时序连接图。 发光二极管为双色共阴极发光二极管，点亮电流为20mA，由于STC89C51端口驱动能力一般，输出端口接的发光二极管比较多,,加74LS04反向器点亮7组发光二极管,74LS04IOL16mA(最大16mA的驱动能力)，基本可以使双色共阴极发光二极管正常点亮。下图为显示控制面板电路整体连接图：图3.18控制面板硬件电路图3.3.4控制面板显示程序设计开始开始程序初始化按键扫描获取按键信息循环扫描按键LCD显示和二极管显示判断按键情况图3.19控制面板显示程序流程图程序主要介绍：本显示控制面板使用继电器开关量信号作为单片机的输入信号，信号属于电平信号，要加按键防抖动程序的话，只需要给按键按下的瞬间加一个5ms的延迟，然后在重新扫描按键是否按下，不用加按键弹起扫描程序。 if(key1==0) { delay(5);if(key1==0) { d1=1; d11=0; } } （2）为了使单片机循环扫描各个电磁继电器常开触点的接通情况，我们加入一个while（1）语句，进行大循环，让程序一直在while（1）语句里面执行程序。（3）延时子程序voiddelay(unsignedintt){ unsignedinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}（4）LCD显示时注意本显示控制面板LCD只写入程序，不用读入程序，所以R/W=0PSB=1表示当前LCD数据通信选用并行口通信，让单片机P3口作为数据通信口，并且注意8位并行时序连接图。程序清单如下:程序见附录表1。3.4PLC控制系统设计3.4.1PLC控制系统接线设计图3.20电气线路图PLC接线设计：在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了对射型光电开关。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器，其简化接线图见图3.21。图3.21简化PLC接线图电机控制及接线设计：在存取车时两个车位的升降不能同时进行，某个车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。这些在程序中可采用连锁和互锁的方法来解决。如图3.22所示。图3.22电机控制原理图由于学校实验室设备有限,我选用欧姆龙40点CPM1APLC（24点输入16点输出）进行一个车位存取的演示，其他车位存取程序类似，只是输入输出点地址不同，所使用的主要器件另行介绍，只使用一组对射型光电开关连接电路，其他用一个开关代替，旨在说明原理和可实现性。下图为PLC端子连接图(3号车位存取情况)图3.23号车位端子连接图3.4.2PLC程序设计本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位，而对于1层车位，存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程见图3.24。图3.24存取车程序流程图需要说明的是，载车板用链条依靠载车板上的吊点悬吊在托架上，在静止状态时，防坠（安全）挂钩挂住载车板，以存取三号车位的汽车为例，开机情况下首先按下存取车号码按键，（按键显示灯是红时，表示此时车位已有汽车停入，按下按键，表示取此车位的汽车。按键显示绿灯时，表示此时车位为空，按下按键，表示存车），然后PLC控制一号车位横移电机正转（正转，则车位右移），一号车位右移一个车位后出发行程开关后停止，然后三号车位防坠落装置打开，三号车位的提升电机反转（提升机电反转则载车板下移），到达一号车位为止后触发行程开关，停止，存车时，车辆停入，光电开关检测车辆是否停好确定存好后有10S延时。取车时，直接取走车辆在衬板复位。其中检测车位有无车辆使用对射型光电开关，将对射型光电开关的信号线接到电磁继电器线圈两端，将有无车信号转变成PLC输入端口的开关信号。当然还要多安装几个光电开关，用来检测车辆是否停好，停车人员是否按时撤离等等。根据车库的运行控制要求，程序设计方案如下：（1）初始化程序提出系统的控制信息，扫描各到位开关信号；（2）主控制程序按照进车优先的原则，将最多的车位保持在进车位置。每个载车板运动之前，需要先判断目的地是否有空位，有空位才可以动作，前后动作互锁。判断是否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定的。液压升降系统启、停动作也是根据相应的到位行程开关来确定；（3）故障报警程序故障报警程序能够实时地采集设备异常信息，及时发出声光报警信号，提醒司机和管理人员进行处理。若在程序执行过程中，有人、物侵入车库空间或车辆超长，PLC将按照闭锁关系停止设备运行，同时发出故障报警。该程序完整而高效的完成了二层升降平移式车库全部动作，具有安全可靠性。完全达到了作为民用机电一体化设备所应具备的条件，充分发挥了它的作用。所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称定义，它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系统输入端有开关、暂停、复位、和各车位按键，输出端需要控制9台电机(4台横移小电机和5台升降大电机)，加上一些用于人机交流及安全检测的数字量输入输出，如数字键盘输入、LCD数码显示、安全检测、及各种操作按钮等。再考虑到系统的可扩展性，选用OMRON公司的CZOOH系列的160点可编程序控制器(96个信号输入点，64个继电器输出点)完全满足容量的要求。我们在分配输入输出点时按照控制功能分段，相同功能的输入板和输出板组成一组。一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一一对应。分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。升降横移式立体停车库的输入点、输出点的具体分布可按表3.1和表3.2进行，该表按照输入、输出部分不可重叠来排列的。0000启动按钮0113-01153-4号车右限位开关0001紧停按钮0202-02043-4号车上限位开关0002-0063-7号车位按钮0207-02093-4号车下限位开关0013门前光电开关0210-02125-7号车上限位开关0014-00151-2号车左限位开关0213-02155-7号车下限位开关0103-01041-2号车右限位开关0301-03071-7号车光电开关0108-01103-4号车左限位开关0401-0600安全检测型号若干表3.2输入点分配01900-019011-2号电机左转01912-019145-7号电机提升01902-019031-2号电机右转01800-018025-7号电机下降01904-019053-4号电机左转01710报警灯01906-019073-4号电机右转01711运行灯01908-019093-4号电机提升01717可存车信号灯01910-019113-4号电机下降01718可取车信号灯表3.3输出点分配根据实际控制所需要的输入输出点数，选用欧姆龙公司CZOOH系列160点可编程序控制器的存储容量完全能满足升降横移式立体停车库控制系统的要求。本升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式：全自动方式和急停方式，有紧急情况时，按下急停按键，全车库电动机断电并启动自锁装置，使载车板不在移动，当紧急情况解除后，按下复位按键，电动机自锁装置打开，电机继续工作。全自动方式是立体停车库的正常工作方式，当输入某载车板车辆进入命令后，系统可自动判断路径并移动载车板，自动完成进出载车板动作，刷新载车板有无车信息。当有人进入车库时，由于人挡住了光电开关，运行灯停止，车库自动停止运行;还有每个车位和立柱两侧的光电开关用它们来检测车辆，当检测到不符合规定的项目时，车库不能运行。使用欧姆龙40点CPM1APLC（24点输入16点输出）进行一个车位存取的演示，输入输出点分配情况如下表:0000启动按钮00041号左行程开关00013号车位按钮00053号右行程开关00023号车位光电检测00063号左行程开关00031号右行程开关表3.3输入点分配010011号车位电机右移线圈01005存车指示灯010021号车位电机左移线圈01006防坠落电磁铁线圈010033号车位电机下移线圈01007取车指示灯010043号车位电机上移线圈表3.4输出点分配3号车位存取程序如下所示：由于篇幅有限，其他车位存取程序不做详细介绍。以上程序已经经过老师验收，可以实现3号车位的存取操作。1、2号车位直接进行车辆存取，只做显示车位有无车情况。5号车位车辆存取,平移时是1、3车位载车板整体向右平移一个单位，然后触发车位右行程开关停止，然后打开5号车位防坠落装置，5号载车板开始下降，到达一层时触发下行程开关停止，进行存取车操作，判断车辆是否已经停好或者已经取出，然后载车板上移触发上行程开关停止，放坠落装置自动松开，1、3车位载车板复位，这就是5号车位存取车过程。4号车位与3号车位对称，开始时只需2号车位载车板向左平移一个单位，最后在平移回来进行复位。6号车位载车板直接下移两个车位即可。可见车位存取程序具有很多相似性，每个车位载车板都配备自己的检测位置的行程开关和判断车辆有无的对射型光电开关，因此不存在输入点数的重复性，只需要给每个车位按键进行互锁。3.5电气安全设计1、设有断电、缺相、断相和相序保护：在主电源发生缺相，设备发生断相、反相时，保护器动作切断设备主电源。由于自动化立体车库主要设备就是三相交流电机，所以必须设置三相交流电机保护电路。（1）短路保护短路是由于绝缘损坏、接线错误等原因导致电流从非正常路径流过的现象。瞬时短路电流可能达到电机额定电流的几十倍甚至上百倍，如果不能及时切断电源，则有可能造成电机不可修复的损坏，还有可能导致触电、火灾等危险。三相交流异步电动机短路保护应该满足以下要求：一是必须在很短的时间内切断电源；二是当电机正常启动、制动时，保护装置不应误动作。常用的短路保护装置有熔断器和断路器。（2）过流保护过电流是指电动机的工作电流超过其额定值，如果时间久了，就会使电机过热损坏电机，因此需要采取保护措施。过电流时，电流仍由正常路径流通，其值比短路电流值要小。过电流一般是由于负载过大或是启动不正确。为了避免影响电动机正常工作，过电流保护动作值应该比正常启动电流略大一些。过电流保护也要求保护装置能瞬时动作。过电流保护采用过电流继电器。（3）过载保护电动机过载是指其工作电流超过额定值使绕组过热。引起过载的原因很多，如负载的突然增加、电源电压降低、电动机轴承磨损等。过载与过流类似，但也有差别。主要的不同在于动作效应的不同。过电流是由电磁效应来引发保护装置动作，针对电流的瞬时大小；而过载保护则是由电流的热效应，即电流对时间的累积结果来引发保护装置动作。一般情况下同一电路中，过载保护动作电流值要比过电流小，而这两者又均比上面提到的短路保护动作电流值小。值得注意的是，短路保护、过电流保护和过载保护是不能互相代替的。过载保护应采用热继电器或电动机保护器作为保护元件。（4）断相保护异步电动机在正常运行时，如果电源任意一相线路突然断路，电动机就处于断相运行。此时电动机实际上是在单相电源下运行，电动机定子电流会增大，转速要下降甚至会堵转，时间一长就会烧坏电机。实践表明，断相运行是使电动机损坏的主要原因之一，因此应进行断相保护。引起电动机断相运行的原因很多，如熔断器一相熔体烧断，电动机绕组一相断路、一相接触不良或松脱，电源一相线路断开等，其中尤以熔断器一相烧断的情况最为常见。断相运行时，线路电流和电动机绕组连接因断相形式不同而不同；电动机负载越大，故障电流也越大。断相运行时，通常可以根据电流或电压发生的变化特征检测出断相信号来构成断相保护装置。断相保护有很多方法，如下：1）用带断相保护的热继电器2）采用电压继电器3）采用欠电流继电器4）断丝电压保护5）采用专门为断相运行而设计的断相保护继电器（5）温度保护在电动机电流没有超过额定值时，由于车库通风不良、环境温度过高、启动次数过于频繁等原因，电动机也会过热。这种情况下用以上的过流保护或过载保护都不能解决问题，因此需要直接反映温度变化的热保护器。温度保护通常可采用温度继电器。温度继电器主要有双金属片和热敏电阻式两种，它们都被直接埋置在发热部位。温度保护与过载保护都是利用温度来触发保护，但并不完全相同。过载保护是因为电流长时间超出额定值使得继电器升温触发保护；而温度保护是由于散热不良，环境温度过高等因素使得电机过热从而触发保护。温度保护被触发时，电动机中的电流值有可能是正常的，因此过载保护不一定会起作用。温度保护与过载保护也是不能互相替代的。2、延时保护：当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作。试进入（设定）三次自动停止，处于保护状态，停止任何操作。3、防人、异物误闯入红外线检测装置：先进行声音警报，并且设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会紧急报警，人员或者人员没有按时撤离车库设备就会自动急停。待人员或异物离开设备后，按动“复位”按钮，设备将恢复运行。保证设备安全运转，以防误伤人员。用光电开关检测。4、车辆定位：载车板的末端装有前、后、左、右限位装置。载车板上有汽车车轮双边桥，载车板前端有前轮横杠，这样就能使汽车停放在载车板大概重心位置。载车板末端有一对光电开关，检测车辆长度是否满足自动化停车库的长度要求。5、防止载车板坠落装置：设置防坠落装置，载车板运行到停车位后，为防止载车板因故突然落下，设防止坠落装置，保证入库车辆安全，二层和三层的每个车位都安装有防坠落装置，用以电磁铁连接两个挂钩，当载车板上升时候，会自动跟挂钩相连，挂钩锁死防止载车板因外力突然下降，砸坏下层车辆或者人员，在衬板的防坠落装置正常情况下市不承重的，只有在载车板突然意外下降时起到承重作用。6、汽车长度限制装置：设置超长光电检测装置。当进入设备的车辆的长度超过停车辆适量尺寸时，设备自动锁闭并报警提示。7、紧急停止装置：设置紧急制动开关，当出现异常情况时，能使停车设备立即停止运转。按下复位按钮后，车库继续工作。8、防止超限运行装置：设置限位开关，包括，上限位开关，下限位开关，左限位开关，右限位开关，极限开关等。当到位开关出现故障时，超限位开关能使设备停止工作，每个车位都有自己的限位开关，相互不共用，再在车库整体左右滑道两边各安装一组限位开关，防止各车位载车板限位开关失效引起车辆碰撞，用于紧急情况。9、警示灯及警示蜂鸣器：设置设备运转信号显示。提示设备处于运转状态及对异常情况报警。10、电机自带刹车装置：防止载车板自动滑。电磁抱闸：电机与电磁抱闸的电源是同步的，电磁抱闸的电源从电动机的接线盒或接触器下端引出，电磁抱闸的工作原理：通电时,电磁力使得抱闸装置分开,电机可以转动,停电时,由于内部失去磁力，弹簧使得抱闸装置合上，电机停转。第四章结论与展望4.1结语我国立体车库发展虽经历了十来年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。本文在参阅了国内外有关立体停车库的大量资料的前提下，对升降横移式立体车库设计机构装置和控制系统进行细致研究，得出了以下重要的结论：1.通过大量的网上调研工作，对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况，分析了智能立体车库广阔的市场前景和趋势。2.使用很多简单器件，完成复杂功能。使用双色发光二极管（共阴极）改装，控制面板简单方便，直接明了，功能使用。3.使用单片控制LCD显示和发光二极管显示车辆有无，力求设备最简，功能实用，操作方便等优点。使用红绿共阴极发光二极管显示车位有无汽车，红灯表示此时车库有车，按下按键表示取车；绿灯亮的时候表示此时车位为空车位，按下按键表示存车。4.针对智能立体车库的功能要求，提出了控制系统的详细方案。为达到车库中的检测要求，确定了经济而适用的传感器。在车库自动控制系统中，选用了欧姆龙公司的CZOOH型PLC可编程控制器，并对PLC功能和特点进行详细的分析，给出了接线图和控制程序。演示时使用欧姆龙40点位CPM1APLC（24点输入16点输出）进行一个车位（3号车位）存取的演示，已经经过老师检验，功能可行，程序通过。5.自动化立体车库作为一个大型用电设备，其主要设备为三相交流电机，所以必须设置三相交流电机保护电路。对三相交流电机进行了短路保护、过流保护、过载保护、断相保护、温度保护等等。车库作为一种成熟工业产品，还必须加一些安全装置，如防人、异物误闯入红外线检测装置，电机自带刹车装置，警示灯及警示蜂鸣器，紧急停止装置，汽车长度限制装置等等。4.2展望目前世界上自动化立体车库技术已经非常成熟，欧美、日本、韩国等发达国家早于中国开始研制自动化立体车库技术，在他们国家已经形成比较完善了自动化存取车技术，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等等，我们完全可以先学学鲁迅先生，先拿来用用，然后结合自己的实际国情进行本土化推广。“师夷长技以自强”，当年超级大国美国和苏联就是在相互学习模仿中双双强大，相互赶超的。我国在自动化立体车库项目上也可以和先进国家相互学习，相互赶超。目前在我国虽然立体车库应用还较少，但我国城市人口密度较稠，随着家庭轿车的增加，但我们有巨大的市场。对产品的需求，将会向两个极端发展：一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，这一部分的市场份额预计将达到50%-70%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。通过国内外机械停车设备使用经验的总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车时，比较追求的是存取车速度、等待时间以及方便的程度。此外，未来的机械停车设备市场，也会更加注重完善的售后服务系统、远程监控系统、远程故障处理系统。自动化立体车库的种类繁多，我们必须通过详尽的技术分析才可以有明智的决断，利用一切可以利用的因素，建造出经济技术合理和适应市场要求的机械立体停车库。总之，在我们面临着建设现代化大都市的重任和土地资源异常奇缺的情况下，使用机械立体停车库是可行、明智的选择，它的前景将是无限美好的。致谢 行文至此，我的这篇论文已接近尾声；岁月如梭，我四年的大学时光也即将敲响结束的钟声。离别在即，站在人生的又一个转折点上，心中难免思绪万千，一种感恩之情油然而生。 在此论文撰写过程中，要特别感谢我的导师李磊老师的指导与督促，同时感谢她的谅解与包容。没有李磊老师的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历程是艰苦的，但又是快乐的。感谢我的院系领导，尤其是付院长，谢谢他在这四年中对我的严厉教导，他独特的做事方式，和幽默诙谐的语言风格很让我感动，还记得那是因为犯错误被老师教导办公室，付院长没有骂我们，只是和我们谈了谈家常，说了他一位学生的经历，让我们读了那位学长写的一份很真挚的检讨信，我深感愧疚，这件事至今还深深的影响着我。再次向他表示由衷的感谢。也感谢李忠老师，赵永秀老师，马莉老师，鲁坚秋老师等等，在课程设计中对我无私的帮助，衷心的感谢他们。在这四年的学期中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢。谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！参考文献【1】郑宝举、袁永康、员超.智能立体停车库控制系统设计与实现【J】计算机测量与控制.2003（6）【2】张炜立体车库中自动搬运小车的研究机械电子工程20080201【3】樊晓兵霍罡《欧姆龙CP1HPLC应用基础与编程实践》机械工业出版社【4】喻乐康，左东晓《机械停车库的技术发展[J]建设机械技术与管理》1999,1:30-32【5】黄向慧杨世兴《现代电气自动化控制技术》人民邮电出版社【6】王永华《现代电气控制及PLC应用技术》（第二版）北京航空航天出版社【7】杨可桢程光蕴《机械设计基础》高等教育出版社【8】查蔓莉，林明星，ChaManli，LinMingXing立体停车库监控系统[期刊论文]ISTICEIPKU-2006年z1期【9】居荣，鞠勇，JuRong，JuYong基于PLC的通用多层升降横移式立体车库控制系统的设计[期刊论文]《电气自动化》ISTICPKU-2007年2期【10】张启君.立体车库的主要型式及技术特点[M].机电产品开发与创新，1999；【11】付翠玉，关景泰.立体车库发展的现状与挑战[M].机械设计与制造，2005；【12】任伯森等，机械式立体车库.海洋出版社，2001；【13】国家机械工业局，机械行业标准《简易升降类机械式停车设备》1999；【14】中华人民共和国机械工业部，机械行业标准《机械式停车设备类别、型式与基本参数》.1998；【15】国家机械工业局，机械行业标准《升降横移类机械式停车设备》.1999；【16】李正吾等编著.机电一体化技术及其应用[M].机械工业出版社，1990；

【17】卢金鼎，山静民主编.机电一体化技术[M].中国轻工业出版社，1996；【18】王芳卿.立体停车库及其控制.电器传动，1998；【19】中华人民共和国机械行业标准，升降横移类机械式停车设备.北京:国家机械工业局发布，2000；【20】朱善君，翁樟，邓丽曼等.可编程序控制器的系统原理·应用·维护.北京:清华大学出版社，1993；【21】郝艳芳，赵武，毕建中.自动化立体停车设备的安全技术.山西太原华北工学[20]孟荣光.旋转车蓝式自动控制立体车库.北方工业大学学报，2000；【22】徐世许等编著.可编程序控制器原理·应用·网络.合肥:中国科技大学出版社，2000；【23】顾战松等编.可编程控制器原理与应用.北京:国防工业出版社；【24】王也平等编.可编程控制器原理与应用.成都:西南交通大学出版社，1994；【25】林小峰编.可编程控制器原理及应用.高等教育出版社，1991；【26】OMRONSYSMACC200H可编程序控制器操作手册，1995；【27】OMRONSYSMACCPMIA可编程序控制器操作手册，1997；【28】杜桂荣，彭斌，邵兵，刘振全.多层升降横移式立体停车库的结构和控制系统.甘肃工业大学学报，2003；【29】刘豪.高强度螺栓连接钢结构的制作与安装.北京:化工施工技术，2002；【30】王也仿等编.可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社；【31】龙驭球，包世华等编.结构力学(上、下册).北京:高等教育出版社；【32】万舟，刘龙，许晓平.实现立体车库智能化的构想.昆明理工大学学报，1998；【33】蒋圣平等.PLC在立体停车库系统控制中的应用.华北工学院测试技术学报，2000．【34】朱林主编石油工业出版社《机电一体化系统设计》(第二版)2008;【35】楊有启钮英建编著首都经济贸易大学出版社《电气安全工程》2008；附录表1#include<reg51.h>#include<intrins.h>unsignedchari;sbitd1=P1^0;sbitd2=P1^1;sbitd3=P1^2;sbitd4=P1^3;sbitd5=P1^4;sbitd6=P1^5;sbitd7=P1^6;sbitd11=P1^7;sbitd12=P2^0;sbitd13=P2^1;sbitd14=P2^2;sbitd15=P2^3;sbitd16=P2^4;sbitd17=P2^5;sbitkey1=P0^0;sbitkey2=P0^1;sbitkey3=P0^2;sbitkey4=P0^3;sbitkey5=P0^4;sbitkey6=P0^5;sbitkey7=P0^6;sbitRS=P0^7;sbitRW=P2^6;sbitE=P2^7;#defineFIRST_ADDR0//定义字符/汉字显示起始位置//延时子程序voiddelay(unsignedintt){ unsignedinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}//测忙voidchk_busy(){RS=0;RW=1;E=1;while((P0&0x80)==0x80);E=0;}//写数据voidlcdwd(unsignedchardispdata){ chk_busy(); _nop_(); RS=1; RW=0; E=1; P3=dispdata; delay(5); E=0; P3=0xff;}//写指令代码voidlcdwc(unsignedch