自动立体车库PLC控制系统设计论文

摘要

立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市里面汽车数量的不断增加，停车困难的问题己经成为大中型城市的普遍现象。自动立体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，成为解决城市停车困难问题的重要途径。本课题以最为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率等因素进行设计。

本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层十车位式自动立体车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构特点和传动机构部分。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用西门子公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器(PLC)作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。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、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体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。

关键词：自动立体车库；控制系统；可编程序控制器。

Abstract

Stereo garage is specifically implement check of vehicles automatic parking and scientific storage facilities. With the increasing of urban car ownership, parking problem has become a common phenomenon of large and medium-sized cities. Mechanical stereo garage can make full use of land resources, give full play to the advantage of the play maximum parking vehicles becoming the important way to slow the problem of urban static traffic. This topic was typical to lift move transversely type parking equipment as the research object, considering the three-dimensional garage dual factors of manufacturing cost and operation efficiency.

In the garage at home and abroad present situation and the development trend on the basis of investigation and choose three layers of ten parking type automatic stereoscopic garage structure as the research model. Lifting and moving type stereo garage in terms of their component parts, can be divided into three parts: the garage structural parts, transmission parts and control system. This article simply introduces the main structural characteristics and transmission mechanism parts of the garage. In three-dimensional garage for lifting and moving the design of control system, adopt advanced PLC control, using Siemens programming software of the control system of three-dimensional garage for lifting and moving type, and the debugging and running, prove that using programmable controller (PLC) as control system is simple. Its stable, reliable, rapid, cost-effective features makes the control system very perfect. In order to make the parking equipment meets the requirement, according to the state of mechanical parking equipment general safety standards, lift the lateral movement type parking equipment and actual using some necessary safety technology in the lift move transversely, so that ensures the complete safety of the vehicle, make the whole garage can be safe and smooth operation.

Keywords：automatic stereoscopic garage；control system；PLC.

目录

摘要.............................................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 目录............................................................................................................................................ V 1 绪论 (1)

1.1自动立体车库的研究现状及发展趋势 (1)

1.1.1 自动立体车库的研究现状 (1)

1.1.2 自动立体车库的发展趋势 (1)

1.2课题设计的目的和意义 (2)

1.3课题设计的内容 (2)

1.4自动立体车库的定义与简介 (2)

1.5动立体车库的结构及组成部件 (5)

2 总体方案设计 (7)

2.1整体方案设计 (7)

2.1.1 确定自动立体车库的架构 (7)

2.1.2 三层十车位升降横溢式自动立体车库工作原理 (7)

2.1.3 整体设计方案 (8)

2.2控制方式选择 (8)

2.3自动立体车库PLC控制系统的基本结构 (8)

3 可编程控制器概述 (9)

3.1可编程控制器的产生及发展 (9)

3.2可编程控制器的定义及特点 (9)

3.3可编程控制器的结构 (11)

3.4可编程控制器的组成及其工作原理 (12)

3.4.1 可编程控制器的组成 (12)

3.4.2 可编程控制器的工作原理 (14)

4 自动立体车库控制系统的硬件设计 (15)

4.1控制系统总体架构 (15)

4.2自动立体车库控制系统设计分析 (15)

4.3输入输出点分配 (16)

4.4载车板的参数 (19)

4.5电机的选择 (19)

4.5.1 升级电机的选择： (19)

4.5.2 横移电机的选择 (19)

4.6自动立体车库主电路图 (19)

5 自动立体车库可编程控制系统的软件设计 (20)

5.1自动立体车库运行流程图 (20)

5.2PLC梯形图 (20)

5.2.1 PLC仿真软件的选择 (20)

5.2.2 PLC梯形图的绘制 (21)

6 结论与展望 (29)

6.1结论 (29)

6.2不足之处及未来展望 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

1 绪论

1.1自动立体车库的研究现状及发展趋势

自动立体车库作为现代城市存放汽车的工具，在人们生活中得到越来越广泛的应用，为此，催生了自动立体车库控制技术的发展。自动立体车库控制技术中出现过继电器逻辑控制、计算机控制、可编程序控制器控制等方式，由于可编程控制器（PLC）是利用计算机技术专门针对机电控制而开发的一种控制器，其组成的控制系统内的软逻辑开关可以替代传统的继电器逻辑控制，而且运行非常可靠又由于它可现场编程控制且编程易学，故其具有使用灵活及产品开发周期短，在实际应用中维修方便，抗干扰性强等优越性。现代可编程控制器组成的控制系统己成为目前自动立体车库控制的发展方向之一。

1.1.1 自动立体车库的研究现状

早在50多年前，自动立体停车在国外就已经有所发展，先后分别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。以美国、德国和日本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、台区域的停车业也通过引进移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了停车难的问题，并开始向外输出技术和出口产品[1]。

我国自动立体车库的研发工作是从上世纪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。参照德国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。机械式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、建筑结构、供电照明、通讯监视、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，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求[2]。

1.1.2 自动立体车库的发展趋势

随着自动立体车库技术的发展，绿色化、低能耗和智能化将成为一段时间内的发展趋势。

（1）绿色化。绿色理念是自动立体车库的发展总趋势。不断改进产品的设计、生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的自动立体车库。

（2）降低能耗。减少自动立体车库能耗的措施是多方面的。主要包括：选择减小电梯机械系统的惯性和磨擦阻力；驱动系统使用永磁同步无齿轮曳引机等技术。可以利用太阳能作为自动立体车库的补充能源也将是新的研究课题。

（3）智能化。随着计算机技术，讯技术与控制技术的发展使大厦的智能化成为现实。

1.2 课题设计的目的和意义

伴随着经济的快速发展以及汽车数量的明显增加，“停车难”的问题日益突出起来，尤其是以国土面积小且经济发达的国家和地区特别显著（例如日本、台湾等），在我国的一些大中城市情况也不容乐观，如图1.1所示。在城市化发展寸土寸金的今天，要解决“停车难”的问题，最好的方式就是建造自动化立体车库。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，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，平均每辆车要占据40平方米的面积，而如果采用双层的立体车库，可以使地面效率提高将近90%，如果采用地面上多层（20层以上）立体车库的话，五十平米左右便可存放至少40辆的车，这样可以大大的节省我们有限的土地资源。其次，与地下车库相比，自动立体车库可更加有效地保证人和车辆的安全，人在自动立体车库内或者汽车没有停准位置，由可编程控制器控制的整个设备就会停止运转。从某种意义上说，立体车库从管理上已经彻底的做到人车分流。

图1.1 城市停车困难

1.3 课题设计的内容

（1）主要包括以下几个方面

（2）自动立体车库基本机构及工作原理，简明介绍电梯基本结构和工作原理。

（3）可编程控制器结构及原理。

（4）重点分析了可编程控制器自动立体车库的硬件设计。

（5）重点分析了可编程控制器自动立体车库的软件设计。

（6）结合以上设计思想，提出自动立体车库控制系统设计的实现方案。

1.4 自动立体车库的定义与简介

一种用来存取储放车辆的机械或者机械设备系统，俗称立体车库。自动立体车库是机

电合一的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一，使自动化停车库成了现代科学技术的综合产品。

目前市面上常见的机械式立体停车库有:升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种，这些类型中升降横移类自动立体车库以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在国内自动立体车库市场上占有绝对的优势。本设计就升降横移类自动立体车库的控制系统，采用可编程控制器设计自动立体车库，实现PLC系统对自动立体车库的运行状态的控制效果[3]。

（1）升降横移式

升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数量也随层的数增加而增加。这种立体车库节省占地，配置灵活，建设周期短；价格低廉，消防、外装修、土建地基等投资少；可采用自动控制，构造简单，安全可靠；并且存取车迅速，等候时间短；运行平稳，工作噪声低；适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。图1.2是升降横移式自动立体车库。

图1.2 升降横移式自动立体车库

（2）垂直循环式

垂直循环式自动立体车库是采用垂直方向作循环运动的停车系统来存取车辆的停车设备。这种停车设备的工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引机构—链条上，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架随链条起做循环运动，达到存取车的目的。图1.3是垂直循环式自动立体车库。

图1.3 垂直循环式自动立体车库

（3）水平循环式

采用一个水平循环运动的车位系统来存取停放车辆的停车库叫水平循环类停车库。其工作原理是存取停放车辆的车位系统在水平面上作循环运动，将所需存取车辆的载车板移到出入口处，驾驶员再将汽车存入或取出。图1.4是水平循环式自动立体车库。

图1.4 水平循环式自动立体车库

（4）多层循环式

多层循环式停车库是通过使载车板作上下循环运动，而实现车辆多层存放的多层循环式停车设备，减少了占地面积，提高了存取车的自动化程度。图1.5是多层循环式自动立体车库。

图1.5 多层循环式自动立体车库

（5）巷道堆垛式

巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。图1.6是巷道堆垛是自动立体车库。

图1.6 巷道堆垛式自动立体车库

1.5 动立体车库的结构及组成部件

升降横移类自动立体车库通过操作面板或上位机操控载车盘（载车盘或者载车板）的升降或横移来存取车辆，它的主要结构是由主体框架、载车盘、传动机构、控制系统及安全防护设备等部分组成。具体组成及作用如下：

（1）主体框架

主体框架式自动立体车库的支撑结构，通常采用钢结构。

（2）载车盘（载车盘或载车板）

载车盘主要作用是承载车辆，通过其上的横移电机和升降电机，带动载车盘作水平横移运动和上下升降运动，载车盘上的搬运器由4根钢丝绳与框架连接，可以实现上下升降运动。

（3）传动机构

传动机构主要由升降传动机构和横移传动机构组成，它是整个自动化立体车库的关键部分，是系统控制的主要执行部分。

（4）控制系统

控制系统是车库系统大脑部分，可以采用可编程控制器（PLC）、单片机等硬件控制器控制继电器或接触器完成升降、横移动作，通过下位机控制器不仅实现对现场设备的控制，而且可以将现场各设备状态传送到上位机，以便对现场状态进行监控和管理。

（5）安全设备

安全设备主要有急停开关、超限装置、车长检测、阻车装置、防坠装置、报警装置等，以便使车库能安全、可靠运行。