立体车库控制系统

大连民族学院机电工程学院
课程设计报告
题目：基于plc的立体车库控制系统设计
专业：机械设计制造及其自动化
学号：2014022418
学生姓名：齐冬宇
指导教师：孙禹辉
设计完成日期：2017年12月10日
目录
1引言............................................................. - 3 -
1.1立体车库的研究背景......................................... - 3 -
1.2立体车库发展状况........................................... - 3 - 2多层立体车库组成及功能........................................... - 4 -
2.1停车库模型................................................. - 4 -
2.2升降横移式立体车库的特点................................... - 4 -
2.3升降横移式立体车库的工作原理............................... - 5 - 3立体车库电气控制系统设计......................................... - 6 -
3.1 plc控制系统设计........................................... - 6 -
3.2 plc控制系统程序设计....................................... - 7 -
3.3 S7-300PLC的特点........................................... - 8 -
3.4车位检测部分............................................... - 8 - 4结束语........................................................... - 9 - 5参考文献........................................................ - 10 - 6附录............................................................ - 11 - 立体车库主电路图.............................................. - 11 - I/O分配地址表：.............................................. - 13 -
1引言
1.1立体车库的研究背景
随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。

停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，
随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题[1]。

数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。

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，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，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。

在这种背景下立体停车库应运而生。

1.2立体车库发展状况
立体车库发源于上世纪20年代的美国，是在繁华拥挤的都市里为解决停车难而采取的一种措施。

其中，发展较早、较好的日本公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等欧洲有意大利SOTefin、Interpark、德国Palis等。

这些国家和公司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展，机械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断地更新换代，日趋完美。

但若要良性发展，就要解决现存问题。

当前，我国设计制造的立体车库大多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。

由此可见研究如何降低立体车库设计制造成本及进一步提高控制系统自动化程度实现快速、准确地存取，具有重大的现实意义。

2多层立体车库组成及功能
2.1停车库模型
下图就是我们这次课设所研究的四层16位升降横移式立体车库模型
图1实物图
2.2升降横移式立体车库的特点
升降横移式我们这次研究的是停车位四层16位，有若干层的同层置车板可左右横向移位，通过升降机构改变置车板的高度。

可为地上式或带地坑式。

特点：
①有效利用空间，提高空间利用率达数倍。

②存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。

③采用PLC控制，自动化程度高。

④环保节能，低噪音。

⑤人机界面好，多种操作方式可选配，操作简便
2.3升降横移式立体车库的工作原理
升降横移式立体车库每个车位都有载车板，车辆就停在载车板上，最下层的载车板只做左右横移，不能升降，中间层车位可以左右横移和升降，上层车位只能升降，不能横移，若中间层车位需要存取车，则需下层车位移出空位，才能降至底层，上层车位需要存取车，则需要中间层车位和下层车位移出空位方能下降至底层，存车时，当载车板到位后，驾驶员将车开上载车板后下车离开，中间层和上层载车板自动升至所在层位，取车时，下层车位直接开出，上层和中间层则是载车板降至底层后，等驾驶员进入车库开走汽车后，载车板自动回至所在层位。

3立体车库电气控制系统设计
3.1 plc控制系统设计
PLC是车库控制系统的核心，其操作大致分为3类:(1)以故障诊断和处理为主的操作;(2)联系现场状况的数据vo操作;(3)执行用户程序和服务及外部设备的命令操作。

当进行存取操作时，PLC接收和分析操作人员在控制面板按钮(或上位机)输人的指令，做出合理的工控安排:判断检测元件的状态，读取车库机械驱动部分的信息，反馈信息到执行元件，拖动车位板，实现其位置移动，完成车辆的存取操作和信号显示(指示灯)。

整个动作区域配有光、电检测及多重安全系统，以防异常情况发生。

通过光电检测、软硬件信号联锁、限位、防坠保护、过载保护等装置，来确保整个系统的安全、平稳运行。

其控制原理图见附录。

该系统中PLC主要完成对托盘、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、继电器控制拖动电机的起停。

对车位的操作即控制横移小电机和升降大电机，使它们在不同时间实现正反转。

而且上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的，即当上层泊位在升降时，下面各层泊位不能移动，反之亦然。

并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动。

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托板能平移到预定位置以及托盘能上升或下降到准确位置，但行程开关逻辑要严格互锁。

例如1, 2水平限位开关在静态情况下只能有一个是断开的，如果2个以上开关闭合即表示托板不到位。

在车库静止时，所有固定托板的挂钩信号均应断开(负逻辑)，2层上限位开关断开，3层上限位开关闭合。

为了保证载车板运行过程的安全性，必须采取传动系统自锁保险设计和安全挂钩保险设计:链传动采用制动电机，无论发生什么情况，都处于自我保护状态;控制安全挂钩动作的电磁铁上必须有一反馈信号，可用于指示挂钩是否已把托盘挂好。

光电开关布置在不同的位置有不同的功能:安装在托盘底层左右2边的光电开关，可以检测托盘上汽车停放是否到位;在托盘对角线上安放的光电开关可以检测托盘上有无车;装设于停车库车辆人口处左右2侧的光电开关还可以用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况等。

若遇车辆未停妥、动作区域有人或物、运行过程中有车想开进等意外情况，光电开关光线被遮，会给PLC一个电平变化信号，从而改变PLC的输人，蜂鸣器发出长音并报警，设备不运行或停止运行。

在车库中还运用了一些传感器，如烟温传感器、检测断绳松绳或断链报警的位移传感器，以及警示装置、紧急停车开关、手动按钮、复位开关等
3.2 plc控制系统程序设计
（1）控制程序流程图
该系统存取车控制只针对上层(2,3 ,4 层)车位，而对于下层车位，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4，需要说明的是，托盘用钢丝绳或链条依靠托盘上的吊点悬吊在托架上，在静止状态时，防坠(安全)挂钩挂住托盘，托盘要下降时，必须先上升到最高点，移开安全挂钩，才能下降。

在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧，所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行，待各流程动作全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动作。

即如果选择第3层托盘进出车，可以使一层二层同时平移(左移或右移)，这样，控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出，而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间，提高工作效率。

(2) 控制程序优化
由于上层托盘的升降必须使其下层车位为空车位之后才能进行，以地上3层车位运动为例，1层空车位位置有N种，2层托盘升降涉及的运动方式有N2种，3层托盘可能的运动方式有N3种，随着车位和层数的增加，程序会出现剧烈膨胀，因此，如何寻求简便方法，使程序得到优化将是该系统程序设计的难点。

以第2层为例，在变量刀阴中存放第2层需要存取的车位号1一N，如进行上层X (1≤X≤N)号车位存取，则Dm=X;在Dn中存放下层空车位号，如空车位号为Y，则Dn = Y;在进行存取车时，把Dm和Dn 中的数值进行比较，其结果为零，则上层车位的托盘可以直接下移;如果结果大于零，则先把空车位右边第1个托盘左移到空位上，之后重复上述过程，直到空车位在上层需要存取的车位正下方时，上层车位上的托盘才能进行升降运动。

3层和4层存取车的处理方法和第2层类似。

（3）模块化程序设计
PLC控制程序采用模块化编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且为车位的拓展提供了便利条件。

整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、托盘平移运动程序模块、光电开关子程序模块、托盘升降运动程序模块和故障报警子程序模块。

（4）软件设计中几个关键问题的处理
程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件，当系统掉电时元件保持掉电前的状态，以保存现场信息，待上电后继续完成被中断的动作;当发生意外情况时，按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息;当出现电气或机械故障时，如电机过载、过热时自动中止系统运行，并发出声光报警，同时系统转人手
动方式进行故障处理。

3.3 S7-300PLC的特点
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有种类齐全的各种硬件装置供选用，能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统本设计所选的西门子S7-300PLC具有以下优点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强。

（2）通用性强，控制程序可变，使用方便。

（3）功能强，适应面广。

（4）编程简单，容易掌握。

（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量。

（6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便。

3.4车位检测部分
S7-300PLC可编程控制器采用直流输入形式，车库所有车位到位及限位检测采用了光电对管，检测电路电源使用PLC内部提供的24V直流电源，其最大驱动电流可达400mA.光电对管的导通电流在30mA左右，内阻为600Ω，总驱动电流小于可编程控制器24V 直流电源的最大输出电流，满足设计要求。

4结束语
本设计的控制系统通过采用PLC和机柜总线控制,使整个控制系统的可靠性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,完全实现了进出车的智能控制。

系统还在硬件设计上采用了手动、半自动和全自动多级控制方式,配合软件/硬件连锁保护,大大提高了系统的可靠性;同时,由于PLC软件设计上的优化处理,使得本系统对于车位的扩展实现较为简便;此外,软件设计还采用了“并行分支与汇合”的技巧,从而大大缩短了进出车时间,提高了工作效率。

同时，本文还介绍了基于可编程控制器(PLC)的车库控制系统,简述了多层升降横移立体停车库工作原理和结构特点，通过PLC软件设计及其优化,实现了立体车库的自动控制。

升降横移类立体车库的控制系统通过采用PLC和机柜总线控制,使整个控制系统的可靠性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,完全实现了进出车的智能控制。

在现实生活中立体停车库中的车辆是比较贵重的，车位车盘的升降以及左右移动应该是比较平稳的，而本设计调试时在车盘移动过程中存在中断和轻微摇摆，停车时有一定的冲击。

如果合理的接入变频器就能解决这一问题。

变频器是通过调节交流电的频率来达到调节电动机的转速的一种设备。

本设计中把传感器的模拟量信号转变成数字信号传给PLC，再用程序运算后用PLC传递变频器运行频率给变频器，就能达到平稳的目的。

5参考文献
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[2] 任伯淼. 机械式立体停车库[M].北京:海洋出版社, 2001：
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[4] 李壮辉，沈利华.机械立体车库设计概论[J].中国电梯，2003：
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[6] 张广明，李果.机电系统PLC控制技术[M].国防工业出版社，2009：
[7] 郁汉琪，郭健. 可编程序控制器原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2004：
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[10] 张寿明等多层升降横移式立体停车库及其控制仁77 .电气自动化，2003, 25 (1): 56-58
实用文档
6附录立体车库主电路图
I/O分配地址表：。