plc控制的立体化停车库系统毕业设计

PLC控制的自动化立体停车库
系统设计
The Design of PLC Control of Automatic Stereo Garage System
2013届电气工程系
专业电气工程及自动化
学号
学生姓名
指导老师
完成日期2013年5月27日
毕业设计任务书
题目PLC控制的自动化立体停车库系统设计
学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化
承担指导任务单位电气工程系导师
姓名
导师
职称
一、主要内容
升降横移式立体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，可设计维多层和多列。

由于受收链装置及进出车时间的限制，设计一个3×3立体停车库。

二、基本要求
1、底层只能平移，顶层只能升降。

除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。

当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可以直接进出车；
2、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空时才可以进行下降动作，进出车完成后在上升回到原位置。

3、运动的总原则是：升降复位，平移不复位。

4、全部逻辑控制由PLC实现。

三、主要技术指标
1、设计应贯彻最新国家标准；
2、根据控制选择PLC型号，分配I/O端口；
3、设计I/O电路，选择电器元件；
4、绘制电气控制系统图，梯形图，绘制用户程序短语表并模拟调试；
5、编制元件清单；
6、编写设计、使用说明书。

四、应收集的资料及参考文献
[1]《小型可编程序控制器原理与实践》辽宁科技出版社
[2]《可编程控制器应用技术》机械工业出版社
[3]《建筑电气控制技术》窦晓霞高等教育出版社
[4]《现代建筑电气控制技术应用》陈志新机械工业出版社
五、进度计划
第1周—第2周：收集资料，完成开题报告；
第3周—第4周：分析、确定方案；
第5周—第7周：系统软、硬件设计；
第8周：中期检查；
第9周—第12周：模拟调试；
第13周—第14周：论文审核定稿；
第15周—第16周：答辩
教研室主任签字时间年月日
摘要
随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是改革开放以来，城市汽车量的不断增加。

以往那种单层平面的停车场也越来越不能满足市场的需求。

对多停车位、少占空间、使用造作简单、安全可靠的立体停车库的建设是解决目前寸土寸金的大城市内停车难的有效办法。

立体车库是一种多平面的空间停车库，通过可编程控制器PLC控制车位的空间位置变动，使车位能够实现空间停车的功能。

升降横移立体车停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来取车辆。

本文介绍了基于可编程控制器(PLC)的车库控制系统，简述了3层3列式7车位升降横移式立体停车库的工作原理、结构特点、并通过PLC软件设计及其优化，实现了立体车库的自动控制。

整个系统由载车部分、传动系统、控制系统等组成。

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实现存取车的自动化。

该系统又具有以下保护功能：急停、断电保护。

关键词：立体停车库可编程控制器PLC自动控制
Abstract
With the rapid development of China's economy,the city of the growing population, especially since the reform and opening up,the increasing amount of city car.The parking lot of the kind of single-plane increasingly unable to meet the needs of the market.For multiple parking spaces,less space,use the pretentious is simple,safe and reliable three-dimensional construction of the parking garage is the solution to the current high cost of land big city parking is difficult in an effective way.
The three-dimensional space parking garage garage is a multi-plane,programmable logic controller PLC control changes in the spatial location of parking spaces,parking space parking.Lifting and transferring three-dimensional car parking garage the tray shift vertical channel,multi-storey car parking spaces lift to take the vehicle.
This article describes the the garage control systems based on programmable logic controller(PLC),outlined three three in seven parking spaces lifting and transferring garage working principle,structural features and PLC software design and optimization,to achieve the automatic control of the three-dimensional garage.Part of the entire system is contained by a vehicle,the transmission system,control system,etc..With the the preset program within the PLC to control the operation of the system as a whole,motor reversing control the automation of parking up and down and move around to achieve access to the car.The system also has the following protection features:emergency stop,power protection.
Keywords:Parking L ibrary Programmable Controller PLC Automatic control
目录
第1章绪论 (1)
1.1课题设计的目的及意义 (1)
1.2国内外研究现状 (1)
1.2.1国内现状 (1)
1.2.2国外现状 (2)
1.3课题设计的内容 (2)
第2章PLC的简介与立体车库的概述 (3)
2.1可编程控制器的介绍 (3)
2.1.1可编程控制器的概述 (3)
2.1.2可编程控制器的结构 (3)
2.1.3可编程控制器的的特点及应用 (4)
2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (4)
2.2.1PLC控制系统设计的基本原则 (4)
2.2.2PLC控制系统设计的一般步骤 (4)
2.3立体停车库概述 (6)
第3章升降横移立体车库硬件的设计 (8)
3.1升降横移式立体车库的基本结构 (8)
3.2.2电气控制系统整体设计 (9)
3.2.3电气系统关键部分设计 (9)
3.3主电路图 (10)
3.4器件选型 (11)
3.4.1PLC的选型 (11)
3.4.2光电开关 (12)
3.4.3行程开关的选型 (12)
3.4.4电机的选型 (13)
3.4.5其他硬件的选择 (13)
3.4.6主要电气元件目录表 (15)
第4章立体车库控制系统软件的设计 (15)
4.1PLC设计流程图 (16)
4.2PLC的端子接线图 (17)
4.3立体车库的I/O分配表 (19)
4.4梯形图设计 (20)
4.4.1启动及存取车信号 (20)
4.4.2车位状态显示 (20)
4.4.3取车程序 (21)
4.5程序仿真 (22)
第5章结论与展望 (24)
5.1结论 (25)
5.2展望 (25)
参考文献...........................................................................................错误！未定义书签。

致谢.................................................................................................错误！未定义书签。

附录.................................................................................................错误！未定义书签。

附录A外文资料............................................................................错误！未定义书签。

附录B梯形图.. (25)
附录C指令表···············································································错误！未定义书签。

第1章绪论
1.1课题设计的目的及意义
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，截至2011年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。

其中，汽车保有量首次突破1亿辆。

而早在2000年，全国机动车保有量仅为1249万辆，汽车保有量为625万辆。

通过以上数据可以看出，短短10年里，中国的机动车辆增加了17倍汽车增加了16倍。

而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。

以北京市为例，截止2007年底，市区仅有公共停车场828处，共计车位5.7万个，仅占市区机动车拥有量的8.6万，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。

上海的情况也让人无法乐观，仅有的229个地下车库使用面积不足60万平方米，只能满足1.3万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高达64，而且还有继续上升之势。

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。

停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。

上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万—80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。

面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。

据建设部停车技术开发推广中心介绍 北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为20%—30%[1]。

停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通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。

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[1]。

1.2国内外研究现状
1.2.1国内现状
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。

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。

机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，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，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。

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。

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[2]。

1.2.2国外现状
日本是最早应用机械式车库的国家之一，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[2]。

1.3课题设计的内容
介绍了基于可编程控制器的车库控制系统，简述了3层3列式7车位升降横移式立体停车库的工作原理、结构特点、并通过PLC软件设计及其优化，实现了立体车库的自动控制。

整个系统由载车部分、传动系统、控制系统等组成。

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实现存取车的自动化。

该系统又具有以下保护功能：急停、断电保护。

第2章PLC的简介与立体车库的概述
2.1可编程控制器的介绍
2.1.1可编程控制器的概述
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC[3]。

2.1.2可编程控制器的结构
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。

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映象区，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映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区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。

(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：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。

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[4]。

2.1.3可编程控制器的的特点及应用
(1)PLC的特点
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。

(2)PLC的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：
①开关量的逻辑控制②模拟量控制③运动控制
④过程控制⑤数据处理⑥通信及联网
2.2PLC控制系统设计的基本原则和步骤
2.2.1PLC控制系统设计的基本原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点：
(1)完整性原则：最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。

(2)可靠性原则：确保计算机控制系统的可靠性。

(3)经济型原则：力求控制系统简单、实用、合理。

(4)发展性原则：适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地[5]。

2.2.2PLC控制系统设计的一般步骤
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。

整个系统的设计分以下5步进行：
(1)熟悉被控对象
深入了解被控系统是设计控制系统的基础。

设计人员必须深入现场，认真调查研究，
收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。

这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护；电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系；PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网；系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。

(2)硬件选择
①系统I/O设备的选择:输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等；输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。

②选择PLC：PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。

③PLC的I/O端口分配：在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。

④绘制PLC外围硬件线路图：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图,到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

⑤计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。

(3)编写应用程序
根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。

程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。

程序通常还应包括以下内容：
①初始化程序：在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。

初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

②检测、故障诊断和显示等程序：这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

③保护和连锁程序：保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。

它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

(4)程序调试
程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。

程序模拟调试：以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。

根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

①硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

②软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。

模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

现场调试：当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题[6]。

2.3立体停车库概述
根据立体车库的修建位置在空间伸缩方向的不同，立体停车库的主要类型有：升降横移式，垂直升降式，巷道堆垛式，水平循环类机械式和垂直循环式等。

它们的类型众多，设计各有不同，库容量变化比较打，可满足不同用户要求。

但它们都具有建筑面积小，停车层数多，地上河底下空间利用率高的优点。

听相同数量车的情况下，在车辆流量打的繁华地段建一座立体停车场比建一地面停车场节省将近50%—70%的投资。

严格的车库管理还保证了车库运行的安全性和可靠性，为存车人提供了最大的方便，存车人只需把车开到指定的位置，下面的事都可以由车库控制系统来完成。

(1)升降横移式立体车库
升降横移式立体停车库是指利用载车版在升降或横向平移存取停放车辆在机械式停车设备。

升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆在载车板通过升、降横移运动到地面层，驾驶员进入车库，存取车，完成存取过程。

停泊在这类车库地面的车只做横移，不必做升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位。

将载车板升货降到地面层，驾驶员才可以进入车库将汽车开进货开出车库。

其形式较多，规模可大可小，对场地的适应性较强。

(2)垂直升降式立体停车库
垂直升降式立体停车库习惯上称为电梯式立体停车库亦称为塔式立体车库，它是通过提升机的升降和装在提升机升的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。

(3)垂直循环式停车库
垂直循环式立体车库，采用了链传动带动轿厢在垂直方向上循环运转，汽车停在轿厢上，轿厢随传动系统做升降运动，或者将所要存车的空间降到地面，循环往复地将轿厢或空车位送到车库出入口，完成车辆的存取工作。

该类型车库非常适用于土地资源比较紧张，而停车位需求却很大的场所使用。

(4)巷道堆垛式停车库
巷道堆垛式停车库由三个系统组成，即机械系统，堆垛机搬运系统和计算机监控管理系统。

采用以巷道堆垛机或桥式起重器将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到村车
位，是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停车库，它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题：全封闭车库，存车安全等特点。

巷道堆垛式立体停车库主要适用于大型密集式存车的地方。

(5)水平循环式立体车库
水平循环立体停车库主要由机械系统、电气系统两部分组成，机械系统由起升机构、交接机构、评议机构、和车位载车板等组成。

电气系统由出入口检测系统和搬运控制系统等组成，分别完成汽车停车位置检测和载车板搬运工作。

(6)多层循环式立体停车库
多层循环式立体停车库主要由钢结构框架，车板旋转机构，车板升降机构，载车板，载车板横移机构，自动控制系统组成。

是采用了同U哦使载车板做剩下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，从而实现减少占地面积，提高存取车自动化程度的机械式停车库。

此类停车库最适宜建于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所。

(7)平面移动式立体停车库
平面移动式立体车库中放置轿车的托盘是一种横向小车，通过控制台操作移动，轿车可以自由出入，自由移动的停车托板将轿车从中央通道的平台运到车位的电梯或出口。

通过增加升降机可多层设置平面往返式停车场，停车量大出车速度快。

(8)简易升降式立体停车库
简易升降式立体车库主要由钢结构，载车板，传动系统，控制系统，安全防护系统组成，适用于家庭，小团体单位停车。

把车位分成了上下两层或两层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出。

结构简单、紧凑、是最经济的一种停车设备。

目前最受人们关注的就属升降横移立体车库了，升降横移式立体车库有效利用空间，提高空间利用率达数倍。

存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无故障。

它采用了PLC控制，自动化程度高。

尤其环保节能，低噪音的设计更是满足现代人的需求[7]。

第3章升降横移立体车库硬件的设计
3.1升降横移式立体车库的基本结构
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。

本次设计一个3层3列7车位的升降横移式立体车库，顶层只能进行升降动作，底层平面只能进行平移动作。

立体车库中总共有9个车位，中间和底层各预留一个空位向载车盘提供上升和下降的通道,另外七个车位用于存放车辆。

当底层平面车位进出车时，不需要移动其他托盘就可直接进行进出车处理。

当顶层车位进出车时，首先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作到达下层平面，进行进出车处理，进出车完毕后上升回到原位置。

根据运动的规律存取车的过程主要包括3个步骤:
(1)为了让出空位载车板需要横移;
(2)为了存取车需要载车板的升降;
(3)载车板左右横移一个准确的停车位行程和升降到准确的位置。

下图为平面示意图：(102与202是空车位)
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图3-1七车位升降横移式立体车库平面图
3.2立体停车库的原理框图。