垂直升降式立体停车库讲解

洛阳理工学院课程设计垂直升降式立体停车库摘要立体车库是专门实现各种车辆的自动存取的车库设施。随着社会发展，汽车不断增加，与日俱增的车与有限的停车空间两者的矛盾越来越深化。针对这一问题，我认为立体车库的研究是必要的。立体车库能够很好的利用地面以上的空间，成为解决城市静态交通问题的有效的途径。本文是以四层十六车位的立体停车库为研究模型，简述其工作原理即实现功能，然后着重分析库层感应电路、车位指定电路、升降机的选向电路以及横向左右移动控制电路。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，在垂直提升式立体停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。关键字：立体停车库；垂直升降；PLC自动控制系统洛阳理工学院课程设计 I 11.1选题的背景与意义 11.2立体车库在国内外的发展现状 11.3立体车库的特点 21.4立体车库的主要类型 3 42.1设计方案的分析及比较 42.1.1方案一：出入口独立的垂直升降式立体车库 42.1.2方案二：出入口混合无换向的垂直升降式立体车库 52.1.3方案三：出入口混合带换向的垂直升降式立体车库 52.2立体车库总体方案系统分析 6 83.1检测传感器的选择 83.1.1中间继电器 83.1.2接触器 83.1.3按钮开关 93.1.4行程开关 93.2电动机的选择 93.2.1升降电动机的类型选取 3.2.1升降电动机的型号选取 3.3PLC的选型 3.4汽车自动识别系统的选取 4.1立体车库控制系统的组成 4.2立体车库控制系统的工作原理 4.3立体车库主要线路的PLC程序设计 4.3.1立体车库主要控制线路的PLC程序设计 4.3.2立体车库主要控制线路的I/O外部接线图 4.4立体车库主要线路的模块分析 4.4.1车位指定线路 4.4.2升降台选向电路 4.4.3库层感应控制电路 4.4.4横向移动取车控制电路 2洛阳理工学院课程设计第五章仿真调试 5.2软件调试 24 25 3洛阳理工学院课程设计第一章绪论1.1选题的背景与意义近几年来，随着我国国民经济和汽车制造业的迅速发展，汽车保有量快速增长。北京、上海等大城市以每年15万辆的速度增加，而停车位的发展速度却远远滞后于汽车发展速度，停车难已成为大中城市发展的社会问题。而立体停车库以其突出的特点赢得了人们越来越多的青睐，如：以狭小的空间，争取最多的停车空间，运转平稳、无噪音，运行速度快，存取时间短，符合城市环保要求；光电检测库内的存车状态，智能化的按键操作，使操作者全过程掌握车辆存取的每一个动作；多路安全保护，设有防坠落、防碰撞、防过载等一系列安全保护装置。诸多因素表明，我国立体车库停车产业与其配套产业目前正在成为潜力巨大的前途性产业。停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高科技、高安全性、高可靠性、高效率的垂直提升式立体停车库将具有巨大的发展前景。1.2立体车库在国内外的发展现状国外立体车库发展状况：早在20世纪50年代中期，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，韩国立体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，经过消化生产和本土化，90年代开始为推广使用阶段。2洛阳理工学院课程设计国内立体车库发展状况：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。产品经引进技术和自我研制开发，生产技术水平有了很大的提高。目前我国已经形成了新兴的停车行业，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。现在从事立体停车设备制造企业已有30余家。立体停车场国产化率达到50%以上，一些科研机构和大专院校也开始研究和开发符合国情的立体停车场。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立体车库的特点立体停车库属于仓储设施，专门为各类车辆自动停放，是一种技术密集型机电一体化产品，发展潜力较大，具有很多优点：占地面积小。可向地下和高空发展，以最小的占地面积达到最优的存储。建筑成本低。经济效益高，使用地皮面积的缩减极大的减少了资金投入，比相同规模的平面停车场要节省的多。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。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3洛阳理工学院课程设计1.4立体车库的主要类型机械式车库种类较多，主要有以下形式：升降横移类、垂直循环类、巷道堆垛类、垂直升降类、水平循环类、平面移动类、简易升降类等。下面介绍其中几种类型及其特点如表序号类型特点及使用比较各种车库的优缺点，垂直升降类车库具有占地面积小、空间利用率高、技术性能好、节能、噪声低，速度高，出入车快，进出入车方式自由、安全装置齐全可靠、操作简单易维护等独特优点。垂直升降式立体车库时一种综合性能比较优良的车库，自动化程度价高，具有广阔的发展前景。本文选定立体车库类型为垂直升降式立体车库。4洛阳理工学院课程设计第二章升降式立体车库的系统总体设计2.1设计方案的分析及比较2.1.1方案一：出入口独立的垂直升降式立体车库出入口独立垂直升降式立体车库，就是车库的出入口独立设置，存车时车辆由入口驶入车库，取车时车辆由出口驶出车库，车库的每个车架里面只能容纳一辆车。(1)系统构成：整体框架、升降机构、自动控制系统。(2)功能分析可对车辆起到支撑、保护、传输、自动存取的作用。此种车库不设换向机构，不具有该种设计方案，将车库的出入口独立设置，可以保证车辆的驶入方向和驶出方向一致，避免了车辆的调头工作，减少了存取车的等待时间。该种设计方案，由于每个车位内只能容纳一辆车，整个车库的容量不会很大。如果想增加容量，则必须将车库加高，但是势必会对周围的建筑物产生影响。车库出入口独立，不配备换向设备，则必须在车库出口前面留有足够的空间给车辆行驶，这样就增加了车库的附属建筑面积。车库具有两个口，增加了车库控制系统的设计与编制难度，增加了控制设备。对于内部建筑面积紧张的小区来说，这种设计方案并不是一个最优秀的方案。2.1.2方案二：出入口混合无换向的垂直升降式立体车库5洛阳理工学院课程设计出入口混合无换向垂直升降式立体车库，就是车库只有一个口，既作为入口，也作为出口。车库没有换向机构，车辆自己进行调头，车库的每个载车板面只能容纳一辆车(1)系统构成：整体框架、升降机构、自动控制系统。(2)功能分析可对车辆起到支撑、保护、传输、自动存取的作用。此种车库不设换向机构，不具有换向功能。(3)优点该种设计方案，不配备换向机构，减少了车库的设计难度，建造费用和复杂程度。由于只有一个车库口，该车库适合于建设在小的边缘处，不会对小区内的住宅楼产生过多的遮挡或者噪声等影响，只具有一个车库口，同时也减少了车库控制系统的设计与编制难度，减少了控制设备。该种设计方案，由于只有一个车库口，在存取车辆高峰时会增加车辆的等待时间和存取时间。由于不配备换向设备，则必须在车库口前面留有足够的空间给车辆进行调头，这样就增加了车库的附属建筑面积。该种方案比较适合内部建筑面积宽松的小区。2.1.3方案三：出入口混合带换向的垂直升降式立体车库出入口混合带换向垂直升降式立体车库，就是车库只有一个口，既作为入口，也作为出口。车库具有换向机构，车辆驶出车库时在换向机构上换向驶离车库。车库的每个车架里面只能容纳一辆车。(1)系统构成：整体框架、升降机构、换向机构、自动控制系统(2)功能分析可对车辆起到支撑、保护、传输、自动存取的作用。此种车库设有换向机构，具有换向功能。车库具有换向机构，则车库口不用预留出车辆调头的空间，可以相应的减少车库的附属建筑面积。由于只有一个车库口，该车库适合于建设在小区的边缘处，不会对小区内的6洛阳理工学院课程设计住宅楼产生过多的噪声等影响，同时也减少了车库控制系统的设计与编制难度，减少了控制设备。故该种方案非常适合建筑在内部建筑面积比较紧张的小区内。该种设计方案，虽然功能较多，但由于只有一个出入口，在存取车辆高峰时车辆的等待时间和存取时间会有所增加，并且会造成秩序混乱。由于设计了换向机构，在一定程度上增加了车库的设计难度与建筑成本。2.2立体车库总体方案系统分析通过综合分析上述三种方案，从占地面积以及建筑成本考虑，出入口混合无换向垂直升降式的立体车库最适合大部分城市住宅小区，因此确定为本设计的总体方案。本文所设计的垂直升降式立体车库适用的车型为中小型轿车。占用空间小，操作方便安全性能好，可广泛用于住宅小区及停车场。其设计参数如下:所停放车辆总长5.2m,总宽2.0m,总高1.9m。对总体功能进行分析，可知升降功能、支承功能可由机械系统来实现，如升降机构实现升降功能，而控制功能要由自动控制系统来实现。采用交流双速电动机作为主拖动系统和可编程控制器PLC实现控制系统。系统功能结构图如图2-1所示。7洛阳理工学院课程设计存放中小型轿车升降功能控制功能支承功能提供传动定位控制管理安保储存保护8洛阳理工学院课程设计第三章立体车库系统硬件设计3.1.1中间继电器它是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位接点装置电气参数及控制形式：触头功率30VA(阻性负载)最高工作电压220VA.C最大工作电流10A控制形式：上下限、双上限、双下限其内部结构图如图3-1所示。3.1.2接触器交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。主接点一般是常开接点而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良9洛阳理工学院课程设计好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个「山」字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。20A以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时，最高操作频率可达每小时1200次。接触器的使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百根据本设计的需要以及接触器的特点，我选择400V63A线圈220V三相接触器BLB87额定工作电压：250VAC额定工作电流：10A。3.1.3按钮开关按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电气自动控制电路中，用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、电磁起动器等。选择型号为LA19—11A/D的额定工作电压：380VAC额定工作电流：5A,的按钮开关。3.1.4行程开关滚轮式行程开关。其结构原理，当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。选择型号为JLXK1—311制动防护式的行程开关。额定工作电压：500VAQ额定工作电流：5A,一个常开一个常闭触头。3.2电动机的选择本设计的立体停车库是四层16车位，每层4库位。其控制结构主要由一台交流双速电动作为主拖动升降电动机，4台的交流电动机作为四角平层的补偿电动机，1台开门电动机，1台纵向移动电动机，2台横向移动电动机组成。洛阳理工学院课程设计3.2.1升降电动机的类型选取在车库运行过程中，升降电动机需频繁的启动、制动、正转、反转，而且负荷变化大，经常工作在重点短时状态、电动状态、制动状态下，对电机要求较高。根据工作性质，也因电动机应该有以下特点：(3)要有发电制动的特性，能由电动机本身的性质来控制曳引系统在满载下行和空载上行时(4)要有较硬的机械特性，不会因升降架载重的变化而引起提升速度的过大变化。(5)电动机运转平稳，工作可靠，运行噪声低。普通交流感应电动机的转子电阻低，机械特性好，转差率S小，运行效率高。可是这类交流感应电动机的启动电流大，一般为额定电流的4—7倍，同时启动转矩也较大，一般为额定转矩的3—5倍。如果选用为曳引系统的电动机，会因为也因系统的频繁启动，它的启动电流会造成电网电压的大幅度波动，还会增加电动机的发热量，使得温度超过允许的限度，所以普通交流电机不适合用做车库升降电动机。在此，车库的升降电动机选用交流双速电动机，其性能满足上述拖动系统的各项要求。3.2.1升降电动机的型号选取功率：由式P-KQV“102i式中：K为车库的平衡系数，一般为0.4-0.5C为额定载重量(kg)V为车库的运行速度为车库的效率i为钢丝绳索绳倍率根据前面设计，取Q=1600kgv=2m/s,考虑导向轮、导轨与导靴的摩擦阻力以及钢丝绳的僵性阻力，取n=0.85,计算得，P=20.2kW选取电机功率P=22kW选用YTD225M—4/16的主交流双速电动机。其参数如下：功率：22KV,电压：380V,电流：23A。具有噪声低，振动小，运行平稳的特点。同理选择YDF-2111的7.5kw的交流电动机作为四角平层的补偿电动机。其参升降主电机的主电路图如图3-2所示。3.3PLC的选型本设计采用西门子S7-200系列的的CPU226空制，有24输入点和16个输出点。另外选用五个扩展模块，其中2个数字量输入模块EM221其类型为16点24VDC输入；3个数字量输入/输出模块EM223其类型为16点24VDC输入/16点24VDC俞出。PLCCPU22参数：2洛阳理工学院课程设计晶体管输出输入电压：20.4-28.8VDC;输出电流：0.5A;功耗：11W数据存储器：24KBI/O特性：24输入/16输出；模块扩展：最多扩展7个；定时器总数：256个；接口：两个RS-485接口；运算器腔制器存储器口输入部件驱动元件葡出部件单PLC系统的结构框图如图3-2所示。PLC与计算机的通信图如3-3所示洛阳理工学院课程设计时钟发器上电复位电路复位信号解调，解码电源产生电路电荷汞第四章立体车库系统的软件设计4.1立体车库控制系统的组成图3-5非接触式IC卡系统结构框图B洛阳理工学院课程设计自动收费管理系统是在车库管理设立收费机，无需操作员即可完成其收费管理工作，用户直接在收费读卡机上刷缴费卡即可。监控安保系统是指在中央控制室进行监视控制车库现场的运行状况。它具有运动检测、视频监控、出入口控制、防盗识别报警等功能，可以实现无人看守。自动存取车系统由出入口管理站、计算机监控中心等部分构成。它具有车位管理功能、运行监控功能、自动门及远程诊断功能等。出入口管理站设有光电开关、限位开关、库门、存车卡阅读器、显示器、指示灯等。计算机监控中心设有车位管理系统，可以查询当前车库的存取车情况和车位状态等，并可查询车库存取车的详细记录档案。若车库内没有存车位，出入口管理站的显示器上会显示车库已满，并且指示灯同时会亮起，此时拒绝任何车辆入内。若车库并未存满，则依据当前的车位状况，系统还可以提供最佳的存取车路线，节省时间，提高存取车效率。本设计着重分析自动存车系统。4.2立体车库控制系统的工作原理当有车辆要进入车库存车时，自动存取车系统的车位管理子系统确认是否有车位，若无则需等待；若有，则读缴费卡，记录时间，同时监控安保系统自动捕捉车辆图像，确定信息并与缴费卡信息相对应，以备车辆出库时核对，保证车辆安全，同时检测器检测信号告知PLC要增加一辆汽车的数量，并在车库门前指示板上的数码管显示，最后控制门关闭。车辆出库时，如果车辆自然信息与缴费卡信息不符，则控制系统不允许车辆出库：如相符，则自动收费系统按停车时间在卡中扣除费用，门开启，车辆出库，同时要使车辆数量减少，用DEC功能指令使记录车辆数的数据寄存器D(减1,在显示器上显示出来，最后库门关闭存、取车流程图如图4-1所示存车选择存车车位程序开始存车/取车取车设定取车目标升降台上升升降台上升库层感应器库层感应器升降台停在指定层升降台停在指定层升降台取载车板轿厢升降至人车交接处升降台升至指定车位电机带动载车板存入车位升降台升降至目标位置电机带动轿厢取出轿车升降台升降至出口平层取出轿车轿厢复位*完毕等待呼叫4.3立体车库主要线路的PLC程序设计4.3.1立体车库主要控制线路的PLC程序设计图4-2存、取车流程示意图立体车库洛阳理工学院课程设计定义元器件名和分配I/O号PLC控制的立体车库I/O对应关系如下表。平层控制线路，采用四角平层方式，由四台平层补偿电动机各自控制，占四个减速感应器，位于每层主行程开关(除顶层、底层外，上下各一个)400口横向、纵向控制线路，升降台在上升的过程中，同时向后移动。PLC控制的I/O分配表如表4-1所示。(输入)元件器名符号对应PLC的I/O号紧急制动按钮一至四层B区呼叫按钮一至四层C区呼叫按钮一至四层□区呼叫按钮1--4层4个1角平层行程开关1--4层4个2角平层行程开关1--4层4个3角平层行程开关ST13、ST23、ST33、ST431--4层4个4角平层行程开关1--4层4个减速行程开关下限位开关(输出)元件器名符号对应PLC的I/O号上行接触器KM1Q0.0下行接触器KM2Q0.1低速接触器KM3Q0.2高速接触器KM4Q0.3洛阳理工学院课程设计由上表可知PLC有40个输入点64个输出点，因此选用PLC时可选用西个，输入点24,输出点数16;一个扩展模块EM22332数字量输入，32数字量输出，二个扩展模块EM222为16数字量输出。洛阳理工学院课程设计432立体车库主要控制线路的I/O外部接线图由I/O资源的分配表可以绘出立体车库控制系统的外部接线图。均茫壶SEB2山SBC2山SEC3山LQ0.0m.i心53乾599345口的公了且NnNn22VT的赵341235341235似亚能923KA34Q01257TKA22KA23KA24ST12ST222ST32AST42ST13ST23ST33ST43XST14ST24ST34XST44ST10ST20ST30ST40COM06.0Q6.1Q6.2Q6.306.4Q6.5Q6.696.74KAA2KAA3KAA4KAB1KAB2KAB3KAB4KAC107.0Q7.107.207.307.4Q7.507.6Q7.7KAC2KAC3KAC4KAD1KAD2KAD3KAD44.4.1车位指定线路在立体车库的门厅呼叫电路中，门厅的控制只有一个，置于车库库门入口处因为车辆的入库操作都在库门入口处进行，其他库层无操作按钮。但车架移到指定层并平层后，自动起动横向左或右移动电动机，将载车板推入指定位置(A区或C区)并锁住。在此仅列出指定A区一至四层车位时的控制梯形图。其梯形图如图4-4所示。洛阳理工学院课程设计442升降台选向电路升降台运行过程，存在上行和下行状态，当升降台完全处于整个运行周期时，即一个运动周期起始于初始位置、终止于初始位置，平时处于静止状态，此时载重箱的选向电路无关紧要。但当在运动中需要选向时，如：将车存在3层A区，同时想取4层C区车时，升降台不需返回，完成存车操作后，直接到4层C区取车，此时，选向电路起作用，该电路类似电梯的选向电路。控制梯形图如下图4-5所示，本设计给出了A区的呼叫选向。对于C区呼叫，只需将C区呼叫中间继电器触电并联在同层A区呼叫触点上即可。443库层感应控制电路库层感应由每层4角主平层行程开关的闭合与断开完成，感应出库层信号，用于指层、选层、选向、门厅呼叫的信号等。感应信号信号只有在升降台移动至上层或下层时才消失。升降台的上下感应信号都来自每层4角主平层行程开关的触点。当升降台在1层时，1层4角主平层行程开关闭合，则1层库层感应中间继电器接通并保持，同时接通指质层中间继电器。可见，升降台上升至某一层时，相应的库层感应中间继电器接通指层中间继电器。当升降台下降时，原理同上，该电路梯形图如图4-6所示。Q5.B5.0p5.94Q5.34Q5.11图4-6库层感应控制梯形图444横向移动取车控制电路当某区呼叫时，升降台首先响应库层信号，降台到达该层时，断开库层感应信号，然后判断哪一区呼叫，待四角均平层(每角行程开关到位)以后，起动横向左右移动电动机，将载车板送入相应车位，现以A、C两区?Q6.3QCL6Q4·7Q7.Q7.212.51ll3.Il113,511114.11|Q6.1洛阳理工学院课程设计第五章仿真调试5.1硬件调试硬件实施方面主要是进行控制柜等硬件设计及现场施工。主要内容：1.设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。2.设计系统各部分之间的电气互联图。3.根据施工图纸进行现场接线，并进行具体检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩5.2软件调试将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。5.3系统联调联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，假如工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPRO中，洛阳理工学院课程设计以防程序丢失结论在参阅了国内外有关立体停车库的大量资料的前提下，对垂直提升式立体停车库的控制系统进行了细致研究，得出了以下