立体车库PLC控制系统

河南科技学院新科学院2015届本科毕业论文（设计）

立体车库PLC控制系统

学生姓名：&&&

所在院系：电气工程

所学专业：电气工程及其自动化

导师姓名： &&&

完成时间：2015年4月19日

立体车库PLC控制系统

摘要

目前，中国城市的机动车保有量的迅速增长与城市停车场建设滞后的矛盾十分突出，“停车难”的问题将越演越烈，为满足广大车主的停车需求，立体车库应运而生。全自动立体车库作为智能建筑的一部分以其高效、快速、安全等特点成为解决都市停车难问题最有效的途径，立体车库控制系统是实现车库安全、高效率运行的关键。本文将PLC 控制技术应用于升降横移式立体车库，设计了升降横移式立体车库自动存取车系统，并就其机械结构、工作原理、硬件结构做了研究。本文对升降横移式立体车库的机械机构及其控制策略进行了分析和研究。阐述了升降横移式立体车库自动存取车系统的工作原理控制功能，设计了升降横移式立体车库的自动控制系统，给出了升降横移式立体车库的硬件接线图，并对一些开关元件进行了介绍与选择。介绍了升降横移式立体车库的软件设计思想，并给出了PLC 的硬件配置图、程序流程图和程序。

关键词：立体车库，PLC，控制系统

Stereo garage PLC control system

Abstract

At present, the rapid growth of urban parking contradictory city in China lags behind the vehicle population is very prominent, "parking difficult" issue will be intensified, in order to meet the parking needs of the majority of owners, parking emerged. Automatic parking system as part of its intelligent building efficient, fast, and security features to solve urban parking problem has become the most effective way, parking garage control system is to achieve safe, efficient operation of the key. This article PLC control technology for lifting and transferring parking garage, designed lifting and transferring parking automatic vehicle access system, and its mechanical structure, working principle, hardware structure to do the research. In this paper, lifting and transferring parking mechanical mechanism and control strategy analysis and research. Describes the automatic lifting and transferring parking access works vehicle system and its PC functionality, design the lifting and transferring parking automatic control system, given the lifting and transferring parking hardware wiring diagram, and a number of switching elements are introduced and choice. It describes the lifting and transferring parking software design, and gives PLC hardware configuration diagram, program flow and procedures.

Keywords: three-dimensional garage；PLC；Control system

目录

绪论 (1)

1立体车库概述 (1)

1.1课题的研究意义 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.2.1 国外现状 (1)

1.2.2 国内现状 (2)

1.3立体车库简介 (2)

1.3.1 立体车库分类 (2)

2硬件系统设计 (3)

2.1PLC简介 (3)

2.1.1 PLC的结构 (3)

2.1.2 PLC工作原理 (4)

2.1.3 FX3U系列PLC性能简介 (5)

2.2检测器件介绍 (5)

2.2.1 光电开关 (5)

2.2.2 行程开关 (7)

2.3电机选择 (7)

2.4变频器 (8)

2.5升降横移式立体车库机械结构 (9)

3控制系统设计 (10)

3.1控制系统整体设计 (10)

3.2电气系统主要部分设计 (11)

3.3主电路图 (11)

3.3控制系统软件设计 (12)

3.3.1PLC的I/O口分配 (12)

3.3.2流程设计 (13)

3.3.3梯形图设计 (14)

4结束语 (16)

参考文献 (18)

致谢 (20)

附录I 主电路图及其拆解 (21)

附录II 程序清单 (23)

绪论

目前我国各主要城市停车设施的建设远远落后于道路建设和汽车工业的发展，近年来，城市的不断发展、人口迅速增长及人们生活水平的提高再加上汽车价格逐渐下降，使汽车行业飞速发展，中国正以前所未有的速度进入汽车时代。随着汽车数量的日益增加，伴随着建筑业的飞速发展，使城市中的用地越来越紧张，交通拥堵和停车困难的问题已成为现代都市的一大难题，由此带来的一系列问题令人担忧。特别是居民小区、大中型公共场所，土地价格高昂停车成本不菲，传统的平面停车场必须向空间发展才能缓解这一难题。由于机动车有百分之九十以上的时间处于停泊状态，所以解决停车难的问题显的比解决行车难的问题更为重要。

1立体车库概述

1.1课题的研究意义

有统计资料表明，现有停车位数低于所需停车位数的7%左右，停车问题也就逐渐成为现代大都市的一大难题。近年来在国内，立体车库存车设备逐渐兴起，己经在许多城市建有不少立体车库，生产立体车库的公司也越来越具有实力。其中杭州西子石川岛停车设备有限公司、大洋泊车股份有限公司等都以紧跟时代的步伐，引领者我国立体停车设备及其技术的发展。我国立体车库经过长时间的发展，在一些方面已经接近世界先进水平，并已经开始走出国门，例如升降横移立体车库横移结构等。但是在其他软件方面，尤其是控制管理系统距世界先进行列还存在着一定的差距。因此研究立体车库并推广应用，才能在市场竞争中处于有利地位并能促使改善城市面貌。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外现状

立体车库的应用已有30多年的历史了。发展较早、较好的有日本、韩国、德国等。在亚洲，立体车库采用较早应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。

韩国立体车库行业的发展历程比较平稳。韩国立体车库行业起步于二十世纪七十年代，之后的10年里不断引进国外先进技术，到了九十年代已经开始推广和使用。由于在此期间受到了政府的高度重视，各种立体车库得到了普遍的开发和利用，年递增速度达到30%；2000年以来为发展阶段，立体车库将随供应量

不断的扩大而迅速发展。

1.2.2 国内现状

我国立体车库的研究起步比较晚，上世纪末才引进国外设备与技术并渐渐开始使用立体车库，步入新世纪后科学技术飞速发展，人民生活水平不断提高，越来越多的汽车走进人们家中。城镇化提高，大都市不断发展的同时，车位已经远远不能满足人们的需求，在社会需求的刺激下中国立体车库等停车设备发展迅速，自我研发水平有了很大的提高。现在有100多家企业从事停车设备制造，其中生产主机的企业超过50家。其产品遍布广州、西安、杭州、济南、北京、天津、甘肃、昆明、青岛等国家一二线城市。产品从引进技术到自我研制开发，短短的几十年里技术有了很大的提高。目前停车设备品种满足率已达到百分之九十，有的产品创造了先例，国产化达到百分之五十以上，一些创新专利停车设备已出口。

立体车库具有较高的安全性，与地下车库相比，人不占用存取车通道，不参与停车过程，停车时若在设备运转范围内，设备不能够动作，利用电子元件的感应及控制单元的处理，可以实现真正意义上的人车分流。立体车库一般采用模块化生产，这样车库便于扩展，可以根据场地需要配置，适应性极高。其既可以在住宅小区设立大型停车库也可以在商店门口设立小型车库，充分发挥其节约用地优势，这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。

1.3立体车库简介

立体车库全称“自动立体停车装备系统”属于仓储设施，它是集电子、电气、机械控制一体的停车存车系统，它能将车不受人干涉自动存放到空缺的车位，是一种多空间立体化的机械式车库。其集自动化技术、机器人技术微机技术与一体，是现代化的智能立体物流储运系统。其自动化系统能可靠地完成存储车辆和相关信息管理，是目前停车场等存车方式的发展方向。

1.3.1 立体车库分类

立体停车库的主要类型有：垂直升降式，升降横移式，巷道堆垛式，水平循环类机械式和垂直循环式等。它们的类型各式各样，设计千姿百态，库容量大小不一，基本可满足不同用户不同要求。但它们有一个共同的优点，充分利用土地和空间。

（1）升降横移式

升降横移式立体车库采用模块化设计，理论上每个单元可以设计多层，根据

需要可以组合成M×N小型、中型、大型立体停车库，但国家政策限制，为了安全升降横移式立体车库被允许设计不高于四层，这样立体车库的配置最大规模为4×N列结构，但此车库依然使用于地面、地下、半地面半地下停车场，其灵活的配置，低廉的造价受到许多客户的青睐。

（2）巷道堆垛式

巷道堆垛式立体车库主要结构为堆垛机，只要进入车库的车辆均需要堆垛机进行存取，其系统对堆垛机要求较高，成本也比较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于汽车生产商等车位需求较多的客户使用。

（3）垂直升降式立体车库:

垂直升降式立体车库像电梯那样，把车提升到一定高度，再用横移机构（又称机械手）把车存入泊位中。这样的立体车库有几层楼高，每层有几个泊位。按规模大小，垂直升降式车库分为塔形垂直升降式和多层垂直升降式两类。

本设计基于3x3七车位升降横移系统。

2硬件系统设计

2.1PLC简介

可编程控制器的英文名称是Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器，简称PLC。

现代制造业为抢占商机，提高自己的竞争力必须快速响应市场需求。生产规格多、品种丰富、批量较小的需求使得制造业必须改善以往的生产工艺，相对应的控制系统必须得到简化。这便要求生产设备和自动化生产控制系统必须有较高的可靠性、可扩展性、灵活性。生产的需要催生出了可编程控制器，以微处理器为基础进行工业控制。

可编程控制器具有编程简单、维护方便、可靠性高、体积小、易于扩展、信息处理能力强等，它的应用范围逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、模拟量处理与PID控制、数据处理、通信和联网等七个主要方面。

2.1.1 PLC的结构

不同厂家生产的PLC，结构不尽相同，但基本结构都是采用计算机结构，图2-1所示，都以微处理器为核心，通过软硬件的共同作用来实现其控制功能。PLC 主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。

图2-1PLC结构图

2.1.2 PLC工作原理

可编程控制器接通电源后，初始化系统。初始化系统后PLC要重复地按照程序处理任务以及时响应输入输出各种信号，其周而复始的扫描与执行，这种工作方式为扫工作方式。

图2-2 PLC的扫描过程

PLC工作时的扫描过程如图2-2所示，经历五个阶段：内部处理、通信处理、

输入扫描、程序执行、输出处理。可编程控制器完成一次扫描过程所使用的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关

2.1.3 FX3U系列PLC性能简介

本设计采用三菱FX3u-80MR基本模块PLC。FX3U系列产品为FX2N替代产品，FX2N系列产品自2012年底三菱公司不再供货。以后我们将不能选用FX2N 系列产品。FX3U系列PLC内置业界最高水平的高速处理0.065μS/基本指令；控制规模:16~384(包括CC-LINK I/O)点；

2.2检测器件介绍

升降横移立体车车库的精确运行离不开检测装置，本设计的检测装置有光电开关和限位开关。

2.2.1 光电开关

（1）对射式传感器。在该立体车库中采用施耐德HUL J083534紧凑型、对射型接插件式传感器作外围安全传感器，其探测距离达10m，它是法国施耐德公司的产品，采用红外线对射与直流光式比，不易受外来光干扰的影响；电源电压为DC12-24V的大量程电压输出型；带三线极性反接保护；带有输出状态显示灯；其结构如图2-2所示。

图2-2对射式传感器结构图

工作原理：输出晶体管的动作可以分为如果时输出或遮光时输出，此图为入光时有输出，当电压加到发光二极管LED1上式，LED2接收光导通，三极管导通，输出高电平，而当物体挡住光线时，LED接收不到所以不导通，三极管也不导通，无输出。

（2）反射式传感器

反射式传感器用于货物检测，其工作原理为当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。其结构如图2-3。

红

电源正

输出

电源负

图2-3反射式传感器

（3）NPN 型传感器接法

传感器有NPN 型和PNP 型之分，本设计所用为NPN 型传感器，其接法如图2-4所示。

图2-4传感器与PLC接线图

2.2.2 行程开关

行程开关又名微动开关或限位开关，可以安装在需要定位运动的机构上当物体碰触时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合。根据需要选用YKXX1-111(T)适用用于热电流为5A的控制电路中。行程开关属于开关量输入，其接入PLC的方式可以是漏型输入或源型输入，示意图如2-5所示。

图2-5漏型输入与源型输入接线

2.3电机选择

电机是最终的执行机构，最终功能的实现要依靠电机。本设计选用三相异步电机带动，并设有失电电磁抱闸装置，便于车库精确运行。电机掉电抱闸制动原理图如图2-6所示。

车库升降电机一般要求功率为2.2KW.根据功率选择三相异步电机Y90L-2，额定功率2.2KW，额定电流4.83A。横移电机一般要求功率为0.2KW，选择三相异步电机Y801-2额定功率0.75KW，额定电流1.83A。

另外为了达到力矩需求，需要加入减速机。减速机不仅能够有效地降低速速而且能够增大力矩提高稳定性。

图2-6电机制动原理图2.4变频器

图2-7变频器接线图

升降横移立体车库中，为提高存取效率，当载车盘空载移动是高速运行，负载时低速运行，这就需要一个变速装置，由于单单依靠减速器机械变速，变速比不可调，所以本设计加入变频器。系统采用三菱FR-700系列变频器控制三相异步电机的正反转从而实现托盘的移动。变频器的PLC接线图如图2-7所示

2.5升降横移式立体车库机械结构

车库主要有固定基本架构，载车托盘，同步轮，传动链等组成。本例车库为3行三列结构，除最高行外，每行留一个空车位供车辆周转平移。构成示意图如图2-8所示。立体车库的主框架采用H型钢结构设计，每个车位都有存放车辆的托盘，托盘在传统系统驱动下做相应的上升或水平左右运动。

图2-8立体车库构成示意图

它的结构特点是：当底层空闲车位存取车辆时，不移动其他托盘直接存取；其它层需要停车时，要检测其下方是否有空位，没有空位时需要下层车位移动让出空位产生垂直通道，然后车盘下降，存取车后上升复位。

3控制系统设计

3.1控制系统整体设计

图3-1系统结构框图

立体车库控制系统以PLC为信息处理中心，期控制系统结构框图为图3-1。

车库控制方式非常人性化，具有手动、半自动和全自动三种操作方式。手动操作方式主要用于现场设备调试，通过点动控制实现对每个托盘的运动操作，进行维修或处理异常等；半自动为无计算机链接情况下，直接使用控制面板选择存取车辆选择，系统自动完成存取操作；全自动方式是由计算机下达存取命令由PLC处理执行，同时车库的运行状态通过组态实时反映在计算机上。

选择开关可以实现三种方式意选择，但同时只能运行一种方式，手动、半自动、自动控制按钮互锁。正常情况下，车库以全自动方式运行。

立体车库的自动存取车控制系统主要包括：

(1)各种信号的采集和控制输出

(2)车库每个车位都有检测装置，不用人工寻位，用升降装置输送汽车到位。系统控制面板中装有急停按钮，其常闭触点与plc链接，当出现危险或PLC失灵时能够按下急停开关，停止车库运行，避免造成危险。

3.2电气系统主要部分设计

1号与2号只能平移各用一台电机控制，3号4号能横移与升降各用2台电机控制，5号6号7号只能升降各用一台电机控制。总共4台横移电机和5台升降电机。1号、2号、3号、4号横移电机共用一个变频器，3号、4号、5号、6号、7号升降电机公用一个变频器。且横移电机都不使用抱闸装置。这样共需要9个电动机和一个变频器，5个掉电抱闸装置保证系统的机械运动能够准确稳定。

3.3主电路图

主电路它包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分和可编程控制器的输出端线路连接着。如图3-2。其具体部分的链接见附录。

9台电动机，M1控制1号车位托盘的左右移动，M2控制2号车位托盘的左右移动，M3控制3号车位托盘的左右移动，M4控制4号车位托盘的左右移动，M5控制3号车位托盘的上下移动，M6控制4号车位托盘的上下移动，M7控制5号车位托盘的上下移动，M8控制6号车位托盘的上下移动，M9控制7号车位托盘的上下移动。

图3-2控制系统主电路图

3.3控制系统软件设计

3.3.1PLC的I/O口分配

表3.1PLC系统I/O口分配表

PLC 的输入信号包括按钮信号、开关信号、传感器信号等；输出信号包括电动机驱动信号、指示灯驱动信号、变频器控制信号、电磁铁控制信号和报警信号等。系统具体的控制点分配见表3.1

3.3.2流程设计

PLC 控制程序流程图如图3-3 所示。

图3-3PLC控制程序流程图

系统上电后PLC初始化并检测程序，以一定频率连续循环读取存取车信号，当有存车或取车信号是，程序执行下一步，判断系统是否异常，如果异常，终止运行，发出相应报警信号，如果系统正常，则根据存取车车位信息，执行相应的子程序，完成存取车操作。

3.3.3梯形图设计

系统的控制过程：立体车库上电后，PLC系统也开始供电，系统中自动初始化，按下启动按钮开关，系统开始循环扫描状态信息，等待存取车信号。一旦收到存取车信号，判断该层与其它层的状态，运行对应的子程序。

（1）启动及存取车信号

按下启动按钮，系统供电等待存取车信号，如图3-4