升降横移式立体车库的设计电子信息和电子科学技术专业论文设计

-图27）。其中应用较为广泛为安全防坠装置，即载车板上升到指定位置后，为防止载车板因故障突然坠落而设置的防护装置[9]。安全防坠装置具有结构简单、成本低廉、控制操作简便、安全可靠性高等特点。选用挂钩式防坠，通过电磁铁驱动来实现其工作过程：默认状态下安全挂钩被弹簧片弹向右侧，防止载车板坠落，电磁铁通电后挂钩被拉向左侧释放载车板。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s110安全防护装置（5）控制系统控制系统设计是立体车库的核心部分，其作用相当于人类的大脑。本设计的控制系统选择在PLC控制下进行，可以对各个传感器信号进行采集分析，发出控制指令[10]。立体车库控制方式当前立体车库常用的控制方式有PLC控制方式、继电器控制方式、单片机控制方式[11]。这些控制方式具有不同的特点，因此适用的场合也不一样。具体区别如下REF_Ref37081958\h表2。表SEQ表\*ARABIC2三种控制方式的主要区别控制方式优点缺点PLC控制与继电器逻辑电路相比不用重新组装硬件，只需要重新编写程序并下载至PLC中即可，具有灵活、通用、可靠性高等特点对智能化要求较高，成本相对较高继电器控制只使用继电器来操控，电路简单，售价低不适用于大规模的立体车库，规模越大，逻辑电路越复杂单片机控制使用方便，可以直接装载到设备上，体积小，性价比较高抗压能力不高，系统使用汇编语言，需要专业人员从成本以及实现程度方面考虑，选择PLC控制方式。PLC经过多年在工业领域的运用后,按其功能，它主要应用在以下几个方面[12]：(1)数据处理:PLC是具有微处理器的一种智能电子产品,它具有数值运算、数据比较、数制转换、以及数据传输通信等功能。(2)逻辑控制:PLC具有逻辑运算功能,可实现多种通断控制。(3)定时控制:由于PLC为用户提供了很多计时器,且时间设定值可由用户程序设定修,所以有很强的定时功能。(4)计数功能:同时PLC为用户提供了很多的计数器,也可通过软件进行计数值的设定。(5)顺序控制:可依据生产加工过程,实现定位输出、顺序启动等控制。(6)通信联网:可以对调节器、变频器等实现远程控制。本章小结本章主要介绍了立体车库的概念、主要类型和各自的特点以及车库类型的选择，简述了升降横移式立体车库的工作原理、车位规划、车库构成，通过PLC控制方式、继电器控制方式、单片机控制方式的优缺点比较确定PLC作为车库的控制系统，并简述了PLC的几个应用方面。系统硬件电路设计硬件组成电源部分在第一个空气开关前设有熔断器，以防止过高的电流流入电路而烧坏电器元件，起到保护整个电路的作用。取220V的交流电供给PLC，而这个220V的交流电又并接到一个PSW上，从而得到24V的直流电供给行程开关等低压元件。电机部分电机部分主要由升降电机和横移电机两部分组成。二层载车板做升降运动时，只需启动升降电机：从主电路上引出一条电路，先在电路上安装热继电器FR，保证使用安全，通过继电器KM1接入电机，让电机正转，同时并联上KM2，让电机反转来完成载车板的升降。底层载车板左右横移，只需要启动横移电机，通过KM3和KM4让电机正反转实现载车板的左右横移，故使用三相交流电机控制。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11电机控制原理图安全防坠部分上层载车板装有上下行程极限开关和防坠落安全装置[13]。安全防坠装置主要在纵梁和上载车板之间，在纵梁两侧各装有两只挂钩，上层载车板的两侧相应位置处各装有两只耳环，当载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环，以防止升降电机发生故障时，载车板上的汽车和载车板慢慢下滑，压坏下层汽车。下层载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板[14]。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层载车板移动时，如果碰到人、遗留行李或车主宠物时切断横移电源，横移停止。升降机构的选择目前升降横移式立体车库主要有以下几种传动方案：表SEQ表\*ARABIC3升降机构的选择传动方式优点缺点配置方法钢丝绳传动承载能力强，结构简单便于维护，载车板提升高度不加限制，跳丝、断丝容易判断提升晃动幅度大，需要外卷筒和刹车盘，成本较高，易损坏电机、减速机、卷筒、滑轮、钢丝绳链传动稳定性好，传动简单可靠，维护简单，造价低廉，环境适应性好，传动效率高冲击比较大，有提升速度的限制电机、小链轮、大链轮、主轴、提升链、载车板液压传动有很大的功率质量比，适合大负载的情况，工作平稳，具有高精度、高灵敏度和高安全性造价高，不能保证准确的传动比，传动效率不高压力机、导向块考虑到所列传动方式的优缺点以及价格问题，本设计采用链传动的方式（如REF_Ref37083510\h图32）。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s12链传动方式原理图传感器的选择光电传感器（光电接近开关的简称）是利用被检测物对光束的遮挡或反射由同步回路选通电路，从而检测是否存在物体。立体停车库中，光电开关不仅能检测车辆，当载车板上有人员、杂物或者其他影响车库运动安全的物品时，光电开关会检测到，从而避免因为上述物品造成的损失。本设计使用欧姆龙E3JK-5M1对射式，检测距离为5米。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s13欧姆龙E3JK-5M1对射式光电传感器行程开关行程开关又称为限位开关，当其与生产机械的运动部件产生碰撞时，行程开关便发出控制信号，将机械位移转变为电信号，以实现对机械运动的电气控制。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载车板能平移到预定位置，但行程开关逻辑要严格互锁。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s14行程开关驱动元件驱动元件是完成载车板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>12m/min；最大提升重量2500kg；升降机构电机功率为5-8kW；横移机构电机功率为0.37-0.55kW。为此，本文横移机构电机选用Y8012-2三相异步电动机，升降机构电机选用Y132S2-2三相异步电动机[15]。系统软件设计输入/输出口资源配置输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。本次设计选用S7-200系列中的CPU226DC/DC/DC，它的可用输入点数为30，可用输出点数为16。（1）输入点分配如REF_Ref36842416\h表4所示：表SEQ表\*ARABIC4输入点分配表限位开关10存取车开关4光电开关6烟雾检测传感器1启动、停止、急停开关3总数23其中：X3-X4为限位开关；X15-X17及X23为操作开关；X20-X22和X24-X27为光电开关；X25为烟雾检测开关；X0为启动开关；X1为停止开关；X2为急停开关。输入I/O分配表如REF_Ref36842399\h表5所示表SEQ表\*ARABIC5输入I/O分配表1号车上限位开关X3检测车辆是否停好的光电开关X202号车上限位开关X4检测1车位是否有车的光电开关X213号车上限位开关X5检测2车位是否有车的光电开关X261号车下限位开关X6检测3车位是否有车的光电开关X242号车下限位开关X7检测4车位是否有车的光电开关X223号车下限位开关X10检测6车位是否有车的光电开关X274号车左限位开关X111、2、3号车位上升开关X236号车左限位开关X12X234号车右限位开关X13启动开关6号车右限位开关X14急停开关X01号车位存取车开关X15停止开关X12号车位存取车开关X16X23号车位存取车开关X17（2）输出点分配如REF_Ref36842662\h表6所示：表SEQ表\*ARABIC6输出点分配表升降台电动机线圈6水平横移电机线圈4正常运行、车满位、报警信号灯7防坠电磁阀3总数20输出I/O分配表如REF_Ref36843046\h表7所示：表SEQ表\*ARABIC7输出I/O分配表1号车平台上升Y01号车平台下降Y32号车平台上升Y12号车平台下降Y43号车平台上升Y23号车平台下降Y54号车平台上升Y104号车平台下降Y126号车平台上升Y116号车平台下降Y13烟雾报警信号灯Y141号车位指示灯Y201号防坠电磁阀Y152号车位指示灯Y212号防坠电磁阀Y163号车位指示灯Y223号防坠电磁阀Y174号车位指示灯Y23满车位指示灯Y256号车位指示灯Y24升降横移式立体车库的梯形图PLC作为控制器，需要相应的程序来实现系统的运行，在PLC所有编写的程序中，梯形图是用的最广泛的一种，被称为PLC的第一编程语言。类似于电器控制系统的电路图，易被工厂电气人员掌握，适用于开关量逻辑控制。故在此次设计中，使用梯形图来编写。启动停止程序：烟雾报警程序：是否有车指示程序：车位跳转程序：在系统启动时，车位存取车跳转程序就随之启动，当按下相应的车位存取按钮时，会跳转到相应的子程序。在存取车位时，需要先打开相应的防坠电磁阀，在延时时间到后，判断下层的车位是否有车，若有车则需要县移动下层的车位，待到下层车位移动到位后上层车位才能下降；但是下层没有车时，上层车位可以直接下降。上层车位下降到位后，若是存车，则存车驱动继电器通电，进行存车；若是取车，则取车驱动继电器通电，进行取车。除上面的程序外，整体梯形图见附录一。程序指令表见附录二。系统的运行调试调试PLC外部接线，确保接线是正确的(PLC外部接线图如附录三)，通过电子扫描识别连接错误。在安全的情况下，断开主电路电源，当确认正确的连线后接通电源，测试。如按下了X0、Y0，启动按钮X0，Y0运行，按下取车按钮X4后，Y2运行。运行情况如REF_Ref36923341\h图51所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s11运行图当碰到2号车位的右限时，X34开关M1停转，3号电机右转，3号车位下降，如REF_Ref36923355\h图52所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s12运行图当碰到1号车位的下限位开关X15时，表示电机下降到位并等待车主取车。取车完成后3号车位复位，如REF_Ref36923497\h图53所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s13运行图碰到3号车的上限位开关，电机停转表示复位完成，如REF_Ref36923590\h图54所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s14运行图总结与期望总结本课题是关于两层5车位的升降横移式立体车库的简单设计，用PLC控制编程，来实现存取车的半自动化控制。结合国内汽车拥有量、市场对立体车库的需求以及进一步缓解停车难的问题，进行了立体车库的结构分析与控制系统硬件与软件设计。首先，本文介绍了国内外立体车库的发展历史和现状、立体车库的类型及各自特点、升降横移式立体车库的概念及特点，并着重介绍了其发展前景。其次，在分析各种研究资料的基础上，初步确定了升降横移式立体车库的总体设计方案，明确了研究的立体车库的主要类型，阐述了几种常见的控制方式，加以比较确定基于PLC控制的升降横移式立体车库的设计。再次，结合立体车库要实现的实际功能，分析了升降横移式立体车库的工作原理、车位规划和结构组成。分析了系统硬、软件设计的组成，包括电源部分、PLC部分、电机部分以及传感器的选择等方面。最后，利用BASP-SP完成了对PLC梯形图的绘制，添加了部分程序的注释，并转化了指令表。利用MCGS实现了对立体车库控制系统的仿真。期望本次设计初步完成，但仍存在不足之处。虽然在立体车库的控制方案、结构设计、功能实现等方面进行了分析，并通过仿真验证了系统运行的可行性，但是并没有具体对立体车库的触摸控制面板进行深入研究，其中涉及的一些车辆存取优先算法也没有明确说明，查阅相关资料文献知道，还可以将车牌智能识别、IC磁卡识别、语音智能服务、智能化收费等内容应用于车库中。由于初次尝试，设计经验不足，完成设计的时间和能力有限，所设计的内容需要更进一步的改进和完善。以下列出几点希望可以改进和完善的方向：（1）面对系统运行过程中不可预测的故障，还需要设计一套完善的应急系统。如本系统设计只考虑了正常供电情况下的系统运行，而没有考虑停电情况等下的系统的应急处理及运行，能否增添停电状态下的手动控制或者备用电源给其系统供电的方案。（2）面对突发灾情，还需要设计一套合理高效的应对措施。如车库突发火情、车辆自燃等灾难，可以在原控制系统的基础上，添加自动消防灭火功能，高效的保证客户车辆的安全。（3）利用更先进智能的技术，提升系统的智能化水平。如利用图形处理技术（车牌识别），减轻工作人员的任务量。（4）车库信息网络化。通过网络传递和共享车库信息（车库位置、停车状况等），提高车库的总体利用率。（5）智能化收费。车主只需要根据车库收费说明在手机上支付即可，无需下车支付，既节省了时间又减少了人力。随着计算机技术的发展以及各种高新技术的引入，立体车库的发展将越来越多样化，在未来必将有着广阔的发展前景。参考文献[1]鲁武林.基于PLC的自动化立体停车库控制设计，南昌大学，2016.[2]孙丽玲.基于PLC的智能车库管理系统，东北石油大学，硕士论文，2011.[3]宋振源.基于PLC的升降横移式立体停车库的控制系统设计，河北科技大学，河北，硕士论文，2017.[4]李德福.基于PLC的智能立体车库控制系统研究与设计，江西理工大学，江西，硕士论文，2017.[5]李国银.多层升降横移式智能立体车库控制系统的研究与设计，安徽工业大学，安徽，硕士论文.2018[6]李振良.智能立体车库的研究，武汉大学，2005.[7]麻锡林．智能车库管理系统的研究与实现,西南科技大学,2017.[8]孙博.智能车库系统的研究与实现，昆明理工大学，2014．[9]张育斌.智能立体车库控制系统开发及排队模型的优化，兰州理工大学，2010．[10]许峰.升降横移式立体车库控制系统的研究，扬州大学，2006.[11]陈婷婷.机械式立体停车库的设计研究[D].兰州大学，2013[12]王康康.升降横移式立体车库的设计研究[D].长安大学，2015[13]张启君.立体车库的主要形式及技术特点[D].西安交通大学，2007[14]RoodbergenKJ.Asurveyofliteratureonautomatedstorageandretrivevalsystems[J].EuropeanJournalofResaerch,2008.[15]Lan,KC.shih,WY.Anintelligentdiverlocationsystemforsmartparking[J].Int