PLC立体车库课程设计----升降横移式立体车库

PLC立体车库课程设计----升降横移式立体车库

PLC设计与调试

课程名称电气控制与PLC应用技术

设计题目升降横移式立体车库

课程设计考核和成绩评定办法

1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给

出各项权重，综合评定。该设计考核教研室

主任审核，主管院长审批备案。

2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。

3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处

理。

4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。

5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。

课程设计报告内容

课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、

主管院长审批备案。

注：1. 课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。

2. 为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打

印（正文采用宋体五号字）或手写。

2009/2010学年第二学期

PLC应用技术课程设计任务书

指导教师：蔡长青冯雷班级：自动化0841、2班地点：实训中心512 课程设计题目：基于PLC的立体车库控制系统

一、课程设计目的

本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基

本理论，加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握运用PLC 进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤，为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。

二、课程设计内容（包括技术指标）

1、立体车库的工作原理

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。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。图2.0 为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1 、2号车位可以直接存放车辆;7 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需先将1 号和2号载车板右移，再将3号载车板下降; 4 号车位，则需先将2 号载车板右移，再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此，应用非常广泛。

三、课程设计原则

1.尽可能地满足被控对象的控制要求；

2.在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；

3.保证控制系统安全可靠；

4.考虑到被控对象的改进，在选择PLC的I/O数量时，应适当留有余量。

四、课程设计步骤

1.对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务：

2.选择和确定用户I/O设备：

3.根据传统控制线路，确定出PLC改造所需的各种输入/输出设备，即各种

按钮、开关、继电器和接触器等。

4.确定系统整体设计方案，选择PLC型号

确定系统整体设计方案十分重要，要在全面了解控制要求的基础上确定电气控制方案。根据所选用的电器或元件的类型和数量，计算所需PLC的输入/输出点数，选择合适的点数。由于本设计中只涉及到开关量，因此在选择PLC型号时，只需考虑I/O点数，并有一定的余量（10%～15%）选择小型PLC。

5.控制系统的硬件设计

(1)主电路的设计；

(2)确定出输入、输出信号，画出PLC的I/O接线图。

6.控制系统的软件设计

(1)首先分别设计出系统各部分的控制软件梯形图；

(2)整体控制软件梯形图设计。

7.联机调试。

8.撰写设计说明书。

五、时间安排

时间内容备注

第14周周一集中讲解课程设计要求，

XJ3-203 8：00-10：00

分配设计题目，明确任务

和具体安排

周二调研、查阅资料、给出设

XJ3-203 8：00-10：00

计方案

周三检查设计方案，XJ3-203 8：00-10：00

周四上机调试工训512

周五上机调试工训512

第16周周一上机调试工训512

周二上机调试工训512

周三上机调试工训512

周四写课程设计报告XJ3-203

周五答辩工训512

六、基本要求

（一）课程设计报告

1.控制流程图一张（A4）

2.控制系统硬件设计图一张；（A4）

3.控制系统软件梯形图一张；（A4）

4.设计说明书一份，包括以下内容

(3)写出设计计划和基本步骤。

(4)写出控制要求并画出设计流程图。

(5)画出I/O分配表和I/O接线图。

(6)画出具体设计的梯形图，并加以注释。

(7)写出调试过程和结果。

(8)写课程设计小结。

（二）成绩评定标准

对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立思考、独立工作能力，综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。

最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0.2、0.4、0.4综合

评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。

组长: 孟祥梅

组员:谭建一，王晓明，曹舒扬，黄旭，王翎浩，陈浩，刘远飞任务分配:

任务一

梯形图的设计

任务二

系统的调试

任务三

程序框图

王晓明刘元飞孟祥梅谭建一

王翎浩

陈浩

曹舒扬，

黄旭，

摘要

车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式。

关键词:立体车库，升降横移式，优势

Abstract:

Vehicles parked nowhere is the problem of the urban social, economic and transport development to a certain extent the result, Garage Equipment development in foreign countries, especially in Japan nearly 30-40 years.

Whether technically or in terms of experience had been a success. China is also in the beginning of the 1990s developed mechanical parking equipment, which was 10 years in the past. Because a lot of new residents in the district with the ratio of 1:1. To address the size of parking spaces for tenants and business areas contradictions 3D mechanical parking equipment with an average size of a small motorcycle's unique characteristics, the majority of users have been accepted.

Currently, three-dimensional garage mainly in the following forms: lifting and transferring,aisle stacking garage, vertical garage, vertical cycle, box-level cycle, the level of circulating round.

Keywords：Stereo garage Lifting and transferring superiority

目录

1 绪论 (1)

1.1 立体车库的发展 (1)

1.2 国外研究现状 (1)

1.3 国内研究现状与趋势 (2)

2 升降横移式立体车库的设计 (4)

2.1 立体车库的工作原理 (4)

2.2 立体车库初步设计思想 (6)

2.3 立体车库自动控制系统 (6)

2.4 升降横移式立体停车设备的泊车流程 (8)

2.5 立体车库机械部分部件结构和功能 (8)

3 立体车库电气控制系统设计 (10)

3.1 电气控制系统整体设计 (10)

3.2 电气系统关键部分设计 (11)

3.3 PLC控制程序设计 (12)

3.4 控制程序时序图 (16)

3.5 系统硬件连接图 (16)

4调试 (16)

4.1 调试环境 (17)

5 总结 (17)

6 参考文献 (18)

7 附录 (19)

7.1 T型图 (19)

1 绪论

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式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，成为解决城市静态交通问题的重要途径

1.1 立体车库的发展

现在所知的最早的立体车库建于1918年，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大街215号的一家宾馆(Hotel La Salle)的停车库，设计师是Holabird 和 Roche，该车库于2005年被推到，在该原址上，后来由Jupiter Realty Corp.兴建了一座49层的公寓大楼。在第十五届全国发明展览会项目中交通、建筑类提到不占地立体车库的第一发明人：刘玉恩，该发明是一种不占地位立体车库，包括：通行架，其可允许车辆正常通行；固设于通行架上的车库群，其为多层结构，每层至少包括有两个或两个以上可存放车辆的单元车库；纵向升降机，其设于车库群及通行架中；横向移动架，其可在升降机与单元车库之间移动；推举式交换装置，其可将横向移动架上的车辆放置于单元车库上或可将单元车库上的车辆取回于横向移动架上；控制机构，其控制存放或取出车辆。

1.2 国外研究现状

日本从20世纪50年代中期开始停车场问题研究，1960年建成了一座四个车位的二段式立体停车场，60年代末，仅东京市就引进西欧技术建成了各种形式的立体停车场40座，1971年开始发展装配自行式立体停车场。据日本建设厅调查统计，在日本从事立体停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家。目前日本已经投入使用立体停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产发、制造、使用相结合的初步发展阶品上。韩国立体停车设备技术是日本段。现在从事立体停车设备制造企业技术的派生。产业从20世纪70年代中已有30余家。产品经引进技术和自我期开始起步，80年代开始引进日本技研制开发，生产技术水平有了很大的术，经过消化生产和本土化，90年代提高。如杭州西子石川岛停车设备有开始为推广使用阶段。由于得到政府限公司的PCS曳引式车库属于垂直升的高度重视，各种立体停车设备得到降立体停车

场，变压变频(VVVF)驱普遍开发和利用，韩国近几年增长速动和微机控制方式使整座车库实现低度都在30％左右。德国和意大利等欧振动、低噪音、低成本和高效率的运洲国家从事停车设备开发和生产比较行；采用标准设计，内置自动升降旋转早。较好的公司有意大利Sotefin、装置，配以先进的导航指示，无需司机Interpark、德国Palis等。由于欧洲国倒车，存取方便、简易，即使是新手驾家土地资源比较富余，停车问题表现驶也可放心使用。目前立体停车场国不很突出，停车设备应用量不是很大。产化率达到50％以上。一些科研机构多数为巷道堆垛式产品。国外高容量的立体车库如下图所示。

1.3 国内研究现状与趋势

我国在20世纪80年代初开始研制和使用立体停车场。90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，立体停车场的应用逐步推广。到2003年底，我国已有31个省份的56个城市，兴建了879个立体停车库，车位8万多个，其中有一半是用于住宅小区配套设施。而且，这些停车库更多地集中

在北京、上海、江苏、浙江和广东等地。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。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。如杭州西子石川岛停车设备有限公司的PCS曳引式车库属于垂直升降立体停车场，变压变频(VVVF)驱动和微机控制方式使整座车库实现低振动、低噪音、低成本和高效率的运行；采用标准设计，内置自动升降旋转装置，配以先进的导航指示，无需司机倒车，存取方便、简易，即使是新手驾驶也可放心使用。目前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。

由于计算机技术和电力电子技术的飞速发展，由全电脑自动控制，采用变频调速技术的新一代立体停车场首先在日本、德国及美国兴起。英国、法国、瑞士和韩国紧跟其后开始仿效。现在日本在停车场的技术研究与开发、制造、管理等方面的水平都处于国际领先地位，所建成的立体停车场的数量和容车量也居于世界前列。当前立体停车场中有以下几个关键技术：

（1）变频调速。变频调速技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制等。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。

（2）PLc程控器。此控制系统负责停车设备一切动作。自车辆进入动作区域泊车过程开始，在触摸屏输入载车板号码，系统对入库车辆进行车高、车长、车重全面检测，确认符合容车尺寸，动作区域无异常，系统开始运行，载车板垂直升降和水平运输，取车时由停车系统把汽车从泊车位取出并运送到地面交付司机开走，整个操作过程的所有动作完全由PLC自动控制。可避免人员操作失误而发生意外事故。

(3)光电开关(侦测电眼)。光电开关装设于停车设备车辆入口处、左右两侧、前后方向、横移载车板上等处。入口处检测车辆是否停妥，车辆尺寸是否符合规定的容车尺寸，入口处有无人、物逗留；左右两侧的光电开关是检测升降载

车板在升降过程中是否有人、物从设备两侧进入动作区域；设备中部设置的光电开关是检测车辆高度；通过它们严格监控动作区域，并将检测信息输入计算机对车辆泊取作业进行严格管理。在运行过程中如有意外进入动作区，设备即自动停止运行，排除意外后重新启动才可再作运行，确保安全。

停车问题是一种社会环境问题，是城市发展过程中客观出现的社会现象。我国立体停车场的应用与研究正处于起步阶段，立体停车场行业在我国还是新兴行业，建设的数量远远不足，规模也不大，大型的主要靠进口，小型的应用还不广泛，综合国内外市场的需求，可以断定拥有高技术含量、高附加值、采用机电一体化技术的立体停车场具有广阔的市场前景。在我国广泛使用的升降横移式立体车库，如下图：

2 升降横移式立体车库的设计

2.1 立体车库的工作原理

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，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。

1. 产品特点：

1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。

2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。

3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。

4) 存取车迅速，等候时间短。

5) 运行平稳，工作噪声低。

6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。

2. 安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。

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。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。下图为一个地上7车位的升降横移式停车设备，其工作原理是：三层三个车位可以升降，二层两个车位可以升降和平移，一层的两

个车位只能横向横移，空车位供三层和二层的车位下降时借用。1 、2号车位可以直接存放车辆;7 号车位需下降后再存放车辆;3 号车位，则需先将1 号和2号载车板右移，再将3号载车板下降; 4 号车位，则需先将2 号载车板右移，再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。由于升降横移式停车设备对场地的适应性强，介绍系统各机械部分部件结构和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列，规模可大可小，对土建的要求

比较低，因此，应用非常广泛。

2.2 立体车库初步设计思想

根据升降横移式立体车库的工作过程设计控制程序。本次所设计的车库只有三层七个车位，其中底层的两个车位的停取车过程不需要控制，直接进行停取车就行。因此设计过程主要针对的上面两层的停取车过程，包括3,4,5,6,7五个车位。以3号车位的设计过程为例：当来车需要将车存到3号车位时，需由工作人员按下3号车位按钮，则1,2车位由电动机控制右移，由限位开关确定停止位置。停止之后，3好车位才启动下移，同样由限位开关控制停止位置。停好之后就可以进去存车了，将车开到载车板上，由红外线扫描停车是否符合标准，确定标准之后，当人员停车完毕离开之后，在启动复位按钮，3号载车板自动上升复位，1,2左移复位。其中的过程都是用电机的正反转来实现。编程思路就是先一个车位一个车位的实现控制，也就是分成5部分程序，最后再组合到一起，实现统一控制.程序的调试也可以先分部分调试，确定正确后在整体调试。

由于实验设备有限，在实现方面不可能做到实物，所以整个过程我们在试验台上模拟演示，用指示灯来表示载车板的方向性运动，用灯的发光时间来表示载车板运行的距离，用按钮来控制存取车过程和载车板复位过程。

2.3 立体车库自动控制系统

立体车库自动化控制系统主要包含以下五个子系统：自动收费管理系统，自动存取车系统，远程诊断系统，自动道闸，监控安保系统。

1) 自动收费管理系统

自动收费采用非接触式IC卡。IC卡分长期卡与储值卡两种。对固定用户，发行长期卡，费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳；对临时用户，发行储值卡，即：用户交纳的费用存在卡内，每次停车读卡自动从卡中扣除费用。

2) 自动存取车过程

自动存取车系统由小型可编程控制器PLC控制，包括卡号识别与移动载车板两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到PLC控制系统，PLC系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置，开启车库门，缩短存取车的时间。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。存取车完成后，车库

门自动关闭。移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载车板运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行动作，若检测到急停信号，将停止一切动作，直至急停信号消失。以上信号均为硬件信号，除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时保证主体设备及车辆的安全。

3) 远程诊断系统

现场控制器可以通过网卡、Hub等网络设备与控制中心的局域网相连接，可以通过MODEN实现远程管理，监测现场运行情况，当现场出现故障时，在控制中心即可进行解决，方便管理人员、安保人员异地办公。

4) 自动道闸

在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈及道闸，用户在车库出入口处刷卡后，系统自动判别该卡是否有效，若有效，则道闸自动开启，通过感应线圈后，自动栅栏自动关闭；若无效，则道闸不开启，同时声光报警。

5) 监控安保系统

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、车牌识别、网络连接、各种类型的报警系统实现连动等功能，可以实现无人看守。

系统简介：

视频监控功能：在车库各出入口，值班室和车库内主要区段安装定焦摄像机，在大范围车位区安装球形云台，以便实现对车库全方位的实时监控。如果在车库光照条件不好的情况下，可选用黑白摄像机。

运动检测功能：可以在夜间设置车库的运动检测区域，当检测区有移动目标时，运动检测功能发出报警信号，提醒值班人员。

车牌识别功能：它能够设置车库参照车辆的车牌、车型。当参照车辆进入车库监视区域，系统自动对比参照车辆图像，有异常情况，发出报警信号，并自动切换和记录相关图像。

报警连动功能：可以连动各类报警主机，如启动继电器发出声光报警通知安保人员自动放下道闸拦截车辆出入。

数字录像功能：可以连续记录一个同在车库所发生事件，可以同步回放多个图像，可选择任意图像进行整体放大和局部放大，记录、回放、备份可同步进行各种信息。

据介绍，已经开始有越来越多的居住小区开始采用机械停车库了。考虑到成本及维修，目前多数小区采用的是多层升降横移式立体停车设备，大规模的仓储式机械停车库还很少。

2.4 升降横移式立体停车设备的泊车流程

1、红绿黄指示灯指示车库运行状态

红色指示灯指示有人正在进行操作，请稍候；绿色指示灯指示目前无人操作，可进行操作；黄色指示灯指示有故障发生，车库不能工作。

2、存车操作

司机驾驶车辆从车库入口进入。在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃以下自己的IC卡，感应过程完毕，栅栏自动升起，司机开车进入车库。车辆进入后，栅栏自动关闭。划卡的同时，控制器读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交接的位置，车库单元门自动打开。司机开车进入，停车到位，拉手刹，下车走出车库，用IC卡在车库出口处晃一下IC卡，车库单元门自动关闭。完成存车操作

3、取车操作

司机进入车库时，在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃以下自己的IC 卡，控制器自动读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交接的位置，车库单元门自动打开，司机进入车库，开车出来，在车库出口处的自动读卡机前感应区域晃一下自己的IC卡，感应完毕，读卡机接受信息，上位控制机自动记录、扣费，栅栏自动升起，司机开车出场，出场后，栅栏自动关闭；同时，控制器自动读取车位号，对应的车库单元门自动关闭。取车操作完毕。

车库在运行过程中，有完备的自我保护装置。一系列光电开关、接近开关、行程开关等对载车板准确运行到位起着决定性的作用；独特的防坠落装置、断绳报警装置、超速保护装置对车辆的安全起到保护作用。车辆超长检测、车辆停车不到位检测、以及人员误入检测等信号对车辆及人员的安全起着决定性的作用。

2.5 立体车库机械部分部件结构和功能

升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(图2-1所示)进行分析。

图2-1 升降横移式立体车库主要组成

①结构框架

立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选用钢架结构(如图1所示)。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点：

a.可靠性高

b.材料的强度高，钢结构自重小

c.材料的塑性和韧性好

d.钢结构制造简便，施工工期短

e.钢结构密闭性好

f.钢材的耐锈蚀性差

②上载车板及其提升系统

每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工作原理如图2.1.1 ，电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链条的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。

③下载车板及其横移系统