基于plc的垂直升降类立体车库的设计

摘要随着社会的进步，轿车进入家庭已不再是什么新鲜事了，而人们买车后却发现他们辛苦买来的车竟然找不到停车的地方，那是因为与日俱增的车与有限的停车空间两者的矛盾越来越深化。针对这一问题，我认为立体车库的研究时必要的，所以在此次毕业设计中，我选择了公共场所停车用立体车库的设计。目前社会上有很多成熟技术的停车设备比如升降横移类；垂直循环类；水平循环类；平面移动类；巷道堆垛类；垂直升降类；简易升降类。通过对这些车库类型特点的比较与分析，我最终选择了垂直升降类作为设计的车库类型。论文以研究工作的进展顺序为序，分章、节逐一论述了课题的背景，国内外研究现状，目的意义，设计过程。在设计过程部分，详细论述了设备总体结构设计、控制系统设计、PLC程序设计和安全防护设计等。关键词立体车库，控制系统，PLC，安全性ABSTRACTWITHTHEADVANCEMENTOFOURSOCIETY,INTOTHEFAMILYCARISNOTHINGNEWANDPEOPLEBUYACARONLYTOFINDTHATTHEIRHARDWORKHASNOTBOUGHTTHECARPARKINGPLACETHATISBECAUSETHEGROWINGANDTHELIMITEDCARPARKINGSPACETODEEPENTHEGROWINGCONTRADICTIONSBETWEENTHETWOTOSOLVETHISPROBLEM,ITHINKTHATTHEPARKINGSTUDYISNECESSARYTHEREFORE,INTHEGRADUATIONPROJECT,ICHOSEAPUBLICPLACEPARKINGGARAGEWITHTHREEDIMENSIONALDESIGNATPRESENTINTHESOCIETYHASVERYMANYMATURETECHNICALPARKINGFACILITYFORINSTANCERISESANDFALLSHORIZONTALLYMOVESTHEKINDVERTICALCIRCULATIONCLASSLEVELCIRCULATIONCLASSPLANEMIGRATIONCLASSTHETUNNELPILESUPTHEKINDVERTICALFLUCTUATIONCLASSSIMPLEFLUCTUATIONCLASSTHROUGHTOTHESEGARAGETYPECHARACTERISTICSCOMPARISIONSANDTHEANALYSIS,IHASFINALLYCHOSENTHEVERTICALFLUCTUATIONCLASSACHIEVEMENTDESIGNGARAGETYPETHEPAPERTAKERESEARCHWORKPROGESSORDERASFOREWORD,DIVIDEDCHAPTER,THEFESTIVALELABORATEDTHETOPICBACKGROUNDONEBYONE,COMPARINGWITHFOREIGNRESEARCHANDDOMESTICRESEARCH,THEGOALANDTHESIGNIFICANCE,THEDESIGNPROCESSATPARTIALINTHEDESIGNPROCESS,INDETAILELABORATEDTHEEQUIPMENTOVERALLSTRUCTURALDESIGN,THECONTROLSYSTEM,PROCEDUREDESIGNOFPLCANDTHESAFEPROTECTIONDESIGNKEYWORDSMECHANICALPARKINGSYSTEM，CONTROLSYSTEM，PLC，SECRITY目录摘要1ABSTRACT2第一章绪论511课题的背景和意义512课题的关键技术及其国内外研究发展现状7121国外现状分析7122国内研究现状713车库选型9131立体车库的主要技术指标9132车库选型914本课题研究内容11第二章系统介绍1221垂直升降式停车设备概况1222钢架结构1323升降装置1424立体车库车位1425存取装置15251存取方式的选择16252链动载车板式16253载车板结构1626回转升降装置1727存取车过程1828安全防护装置设置22第三章升降机构拖动系统2231升降机构的总体布置2232升降机构驱动系统25321升降电机的选择25322曳引电机容量计算25第四章控制系统设计2641立体车库控制系统的主要要求2642立体车库控制系统的总体设计2643控制系统的硬件构成27431升降机驱动系统主电路27432垂直立体车库控制系统保护2744控制系统的核心元件30441PLC型号选择要求30442西门子S7200PLC简介31444本系统PLCI/O分配点布置3445电气安全装置3646电气设备选型39461升降机构主电机的选择39462断路器选择40463车位、车架电机及转盘电机的选择40464熔断器选择4047控制程序41471主程序41472部分子程序42第五章结论与展望4351结论4452展望44致谢45参考文献46第一章绪论11课题的背景和意义近几年来，随着我国国民经济和汽车制造业的迅速发展，汽车保有量快速增长。北京、上海等大城市以每年15万辆的速度增加，而道路建设及停车位的建设远低于此。停车难所导致的占道停车、占用绿地停车，不仅使交通堵塞问题更加严重，而且涉及到投资环境和城市现象，日益引来各方人士的关注。如果停车难问题和交通拥挤问题得不道妥善解决，将同时影响了轿车进入家庭的步子，影响汽车制造业的迅速发展，影响国民经济的稳步持续发展。以西安为例，目前西安市区的停车难问题，一部分是因客观上车位过少以及车场缺乏造成的。比如钟楼商业核心街区，周边道路拥挤，商场改造后虽然建了地下车库，但仍难以满足需要。随着汽车数量日益剧增，解决停车问题日益严重，尤其是居民小区、人型公共消费场所等，寸一上如金，停车场向空间发展，己势在必行。根据有关市场调查，目前在大中型城市对立体车库的年需求量至少为10万个车位，但该类产品供应量很少，国内只有30家左右企业的少量产品供应市场。外国的相关公司吞好这一巨大的市场，目前开始有产品向中国出口，但足其价格高，使用成本与收费高，使国内市场难以接受，限制其推广使用在我国，除北京、上海等特大城市外，沿海工业发达、人口密集的城市和地区也已经陆续开始安装和使用立体停车库，表现出强劲的市场需求。所以从技术、市场、政策等诸多因素分析，该项目已经具备了良好的开发条件就有重要的现实意义。随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。机械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，机械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，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。立体车库与传统的自然地下车库想比，有许多方面多显示出优越性首先，立体车库具有突出的节地优势。以往的底下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，如果采用双层立体车库，可以使地面的使用率提高8090。例如采用地上多层立体车库，50平方米的地面积上便可存放放10辆车，这可以大大地节省有限的上地资源，少量节省建设开发成本。其次，立体车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设条便不会运转。应该说，立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流。在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。立体车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立立体车库。这对目前车库短缺的小区解决停车难的问题提供了有效途径。近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的国家计委6号令把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。12课题的关键技术及其国内外研究发展现状121国外现状分析早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起24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。以日本、美国、德国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、台地区的停车业也通过引进移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。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。由于欧洲国家土地资源比较丰富，停车问题表现不是很突出，停车应用设备不是很多，产品形式多为垂直升降式，多层升降横移式应用也不错。德国的停车业比较发达，生产设备的厂家有30家左右。德国和意大利等欧洲国家的停车库优势在垂直升降式产品上。122国内研究现状我国立体车库设备的产品经引进技术和自我研究开发，生产水平有了很大的提高，许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，如采用交流变频调速系统，使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声；控制形式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各种传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机械结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期；还采用一些新材料、新工艺，如采用“H”型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板做载车板；安全保护方面采用了声光引导及定位装置，自动消防灭火系统等。目前品种的满足率已达90左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50以上。目前，立体停车设备的研究工作在国内也得到逐步的重视，国内许多研究院所和高等院校都投入技术力量，对立体停车设备的各个方面，例如结构设计、控制系统、存取策略、可靠性分析、以及生产工艺等方面进行研究，取得了一系列的成果。与此同时，国家也进一步发展和完善与停车产业相关的法规和各项标准，先后制定了多项停车设备的行业标准和行业规范，加强规划引导、技术开发和标准化工作。同时，从中央到地方，都颁布了一系列的法规条文，对停车行业的发展进行规划管理。从2004年起，国家质量监督检验检疫总局对停车设备生产企业进行许可证评审工作，规定在2005年3月31日前未取得生产许可证的企业，不得从事停车设备的生产工作。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。参照日本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。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。政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。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。13车库选型机械式车库在设计和选择库型时应考虑以下因素停车库的容量、停放车的规格、停车库的存（取）车时间、停车库所服务的区域半径、车位周转率等。同时必须考虑土地价格、土建成本，设备投资及投资回报率等因素。一般情况下，不同类别的机械式停车库都有其独特的优点和特点，只有正确选用才能充分发挥停车设备的作用。131立体车库的主要技术指标（1）适用车型大多数汽车都是按标准外形来生产的，根据汽车尺寸的不同，选择适用车型，设计时可采用标准车型尺寸，参考下表11，根据存取设备的运动精度在各个方向上加大安全余量，一般取200300MM，由此而算出车位空间。表11汽车设计车型外廓尺寸及重量外型尺寸（M）车型长宽高重量（T）小48171615中5051851616小型车大50620516522轻型车50518522（2）库容与库容利用率和存取时间利用有限的占地面积停放更多的车辆即库容最大是立体车库最根本的设计目标，同时尽可能缩短停车库存取时间。132车库选型各种机械式立体车库适用场合及特点见下表12。表12各种机械式立体车库特点及使用序号类型特点及使用1升降横移式结构简单、操作简便、能耗造价低、设置灵活、自动化程度较低、因受力链绳及存取时间的限制，可建停车规模有限，一般层高不超过5层，占地面积大。2垂直循环式占地面积小，存取自动化，存取车速度慢，产生噪音，震动大，能耗高，工作机动性较差，结构易变形，存取室狭小，存取车不方便，目前较少使用。3水平循环式结构简单，与垂直循环式比较，产生的噪音低震动小，能耗低，占地面积大目前较少使用。4多层循环式自动存取，方便快捷，具有较广的适用性，地下利用率较高，适合地下室安装。5平面移动式形式多样，适用范围广。6巷道堆垛式低噪声，低能耗，自动化技术高，等待时间长，进出口少。7垂直升降式占地面积最小的一类，耗能低，存取高速智能化，环境影响小，对地基消防要求高，平均车位成本较高。8简易升降式结构简单，操作容易。9汽车升降机节省空间，提高车库利用率，但仅起搬运作用。比较各种车库德优缺点，垂直升降类车库具有占地面积消、平面和空间利用率高、技术性能好、节能、噪声低，速度高，出入车快，进出入车方式自由、安全装置齐全可靠、操作简单易维护等独特优点。垂直升降式立体车库时一种综合性能比较优良的车库，自动化程度价高，具有广阔的发展前景。本文选定垂直升降式立体车库如图11，重点讨论控制系统设计的关键技术。侧面图正面图图11垂直升降式车库14本课题研究内容论文在查阅大量资料的基础上，完成了一套实用有效的垂直升降式机械停车设备整体结构的设计工作，并在文中一次阐述停车设备中各个重要环节的设计过程。主要有以内容1、垂直升降式立体车库总体结构的设计与研究在对国内外同类产品进行分析的基础上，结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的指标，确定垂直升降式立体停车库的总体布局、运行方式，然后进行存取车方式、提升系统、钢结构、控制系统等部的总体设计。2、垂直升降式立体车库的升降机构拖动系统研究首先通过比较，选定曳引驱动方式作为整个车库的升降方式。然后设计升降平台、安全机构、配重系统等。并计算升降系统所需的曳引能力、平很配重的重量等。3、垂直升降式立体车库控制系统的设计通过确定立体车库的控制系统，利用西门子S7200完成对立体车库控制系统的设计与实现。计算并选择其中涉及电气器件4、西门子S7200PLC介绍。第二章系统介绍21垂直升降式停车设备概况垂直升降式停车设备习惯上称为电梯式立体车库，同时亦可称为塔式停车库，它是将存车位分布在井道周围，然后通过提升机构在井道内做升降运动，实现该车辆存取功能的机械式停车设备。此类车库一般每层可存两辆车，整个车库一般在10层以上，可以停放2060辆汽车，而占地面积不到50平方米，所以具有很高的平面和空间利用率，具有高效节能、噪声低、安全可靠、操作简单、维护方便等特点。最适合建在寸土寸金的城市中心区。在20世纪20年代，已经出现了电梯式立体停车库。当时是以汽车专用电梯作为提升工具，驾驶员（或泊车员）需随车升降存取车辆。到60年代后期，欧、美、日等发达国家的大都市都出现了停车难问题，这使得立体车库开始发展和普及。欧洲的德国、意大利等国家开始建造大型的电梯式立体停车库，此时已经实现机械横移存取车辆，无需驾驶员跟车上下。到80年代末90年代初，随着微机技术、可编程技术以及交流变频技术的发展和成熟，以电梯位核心的电梯式立体车库开始在日本、欧、美、韩国、台湾等地大量兴起，称为机械式立体车库的一大主流。垂直升降式停车设备主要由钢结构骨架、提升装置、横移装置、停车检测系统、电控系统、安全保护系统、自动消防系统等组成，是一种技术含量很高的科技产品。垂直升降式停车设备的工作原理是存车时，用提升机构将车辆和载车板提升到指定的楼层，然后用安装在提升轿厢的横移机构将车辆和载车板存入村车位；取车时，通过横移机构将指定车位上的车辆和载车板取出送入提升机构，提升机构下降到出口处，车辆离去。本文研究的垂直升降式立体车库以8层16车位为例如图21，每层2个车位，分A区，B区。22钢架结构整个停车库钢结构骨架的实际问题非常复杂，要建立它受力情况的基本方程很难，甚至不可能。为此，必须应用有限单元法进行分析，这样才能对整个停车库钢结构骨架的受力做出正确的分析。有限单元分析的基础就是弹性连续体的离散化，即把整个连续停车库钢结构骨架分割成有限个单元组成的集合体。停车库钢结构骨架主要由一些型钢通过螺栓连接或焊接而成，对它进行单元划分时比较容易，通常以连接点作为节点。钢架结构包括1）主结构架，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量；2）内部结构支架，用于构成存车室和支撑停车库内一些机械和电气部件。钢结构的设计应符合GB/T3811起重机设计规范的规定。必要时可以对一些钢结构架侵锌或电镀锌。28层7层6层5层4层3层2层1层1升降装置2钢架结构3回转装置4存取装置图21垂直升降式立体车库示意图23升降装置升降装置包括（1）曳引驱动电机；（2）传动部件，包括钢丝绳和滑轮、传送履带等；（3）搬运器，由载车台组成，载车台是左右竖框和前后横梁组成的巨型框架，用于升降时支托车辆；（4）对重和平衡链；（5）升降导轨和对重导轨。曳引驱动级通过钢丝绳使载车台升降，同时对重也相应运动，平衡重量，这样有利于减小电机功率。24立体车库车位国际中机械式停车设备中用来停放车辆的各具体位置称为车位，一般称为停车位。停车位的尺寸和布置形式直接影响车库的占地面积、车库车辆存取时间和车库成本。位了合理利用土地面积、减少车辆存取时间和降低车库的成本，需要合理布置停车位。垂直升降式停车设备的停车位置在提升井道的两侧。按载车板沿进入停车位方向，布置方式有串列车位布置和并列车位布置两种。串列车位布置方式是指载车板沿车身纵向进入停车位，停车位与提升井道纵向并列。串列车位布置的平面界面是一个狭长的长方形，存取车辆时，移动行程需大于车身纵向长度，一般超过5米。并列布置方式是指载车板沿车身横向进入停车位，停车位与井道横向并列，车位布置的平面截面近似于一个正方形，其存取行程约2米。与串列布置形式相比，并列布置具有存取行程短，存取时间少，布局合理的优点，而串列布置形式一般应用于对平面截面形状有特殊要求的场合。垂直升降式立体车库的停车位采取并列布置形式，沿车辆横向方向布置在提升井道两边。按国家标准并结合其他要求考虑，将车库的停车位宽度定2600MM，长度位5600MM，高度1800MM。停车位结构如图22（停车位等轴侧视图）所示，停车位上演横向中心线对称布置两根钢梁，用以支撑载车板，钢梁上安装有滑轮，减少载车板在进入停车位时的抹茶。承载钢梁并不是水平安装在停车位的钢结构上，而是稍微向提升井道方向倾斜一个很小的角度，以保证钢梁上的载车板不会因为各种因素影响而向停车位外侧滑动。为确保载车板不会因为各种不确定因素从停车位上向井道滑动，在停车位外侧的横梁上，安装两个保险钩。在停放车辆时，保险钩卡住载车板，防止在载车板滑动。在存取车辆时，横移机构压下保险钩，存入或取出载车板。动作完成后，保险钩在弹簧力的作用下自动复原，勾住载车板。保险钩示意图见图23所示。图22停车位等轴侧视图保险钩弹簧图23保险钩结构示意图25存取装置在立体车库中要完成的主要任务就是如何在最短的时间内安全地完成车辆的存取，而立体车库中曳引升降机的速度已经设定，因此设计一套合理而安全的存取装置和一套旋转装置将成为本车库设计的重要任务。如果设计合理，不仅可以减少存取车辆的时间，还可以增加车辆存取过程中的安全性。251存取方式的选择垂直升降式立体车库存取方式主要有（1）滑叉载车式车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由三级滑叉装置横移至存车室。（2）链传动载车式车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由链传动横移至存车室。（3）叉梳载车式车辆由升降装置的梳叉提升，且通过梳叉横移把车辆送至存车室相交错的叉齿上。（4）履带输送式搬运器在车辆前后轮处有两个主动履带，横移时由这两个主动履带带动存车室上的被动履带，将车辆送至存车室。其中滑叉载车式和链传动载车式存取车方式是指每个停车位都有一个放置车辆的载车板，通过对载车板的存取实现存取汽车。而本文研究对象为滑叉载车式与履带输送式的结合，即车位上有一履带还有一载车板。每次存车之前，升降装置先到车位取载车板；每次取车之后，升降装置再把载车板送回车位。252链动载车板式本文研究对象是一个链传动载车板式，升降机中有一个电动机驱动升降机中的履带，每个车位中也有一个电机驱动车位履带传送载车板。每次存车之前升降机先到相应车位取载车板，而每次存车结束之后升降机会将载车板放回相应车位。253载车板结构载车板放置在钢结构架中的载车板架上，用于搬运和支托车辆。载车板应采用非燃烧材料制造，质量要轻但应有足够的强度和刚度，且应能防止液体滴漏。载车板按结构形式可分为框架式和拼板式。拼板式载车板是用镀锌钢板一次冲压或滚压整体形成，然后拼装成载车板，最后用螺栓紧固连接。在拼装前，先对组件进行各类表面处理（如电镀、烤漆等），使载车板轻巧、美观。整体折弯成型的载车板运输方便、通用性互换性号，强度大、刚度好、重量轻、减少基础承力；而且由于是整体折弯成型，车板厚度小，一般厚度为5055毫米，对建筑净空高度要求最小；可以保证载车板同地面零坡度，倒车无需加油门，适应新老司机。整体折弯成型结构适合于批量生产。框架式载车板是先用型钢和钢板焊接成承载框架，然后再两侧停车通道和中间突起的顶面铺设不同厚度的钢板，多数采用中间突起结构。这种载车板的优点是可按需设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，这种结构形式适合车型变化较多的小批量生产。载车板等轴示意图如图24所示。拖钩滑动罩图24载车板等轴示意图26回转升降装置（1）不设水平回转台，这样车辆必须入车前进（后退）、出车后退（前进），而且要求存车室的长度方向应与出入口通道方向平行；（2）外置水平回转台，这样做主要解决车辆因停车库与道路的相对位置不便引起的出入库转弯半径过小而难于驾驶的问题；（3）内置水平回转台，这样做可以实现前进入库、前进出库操作，并允许存车室的长度方向与出入口通道方向垂直。升降回转装置由螺旋幅、升降架、回转台等部分组成。通过比较分析现存同类立体车库的横移与旋转机构的优缺点，把旋转装置放在底盘把横移装置放在升降机上，采用外置式转盘。旋转台结构示意图如图26、图27所示。1导轨槽2横梁3纵梁4弧形梁5连接法兰6加强筋图26转台示意图（俯视图）图27台示意简图（主视图）27存取车过程立体车库控制系统通过操作操作面板来实现。存车时，在操作面板上直接选择所需空车位（按“取消”可重新选择车位），判断无误后，按下确定，自动完成存车过程；取车时，通过操作面板直接选取所需车位（按“取消”可重新选择取车车位），判断无误后，按确定，自动完成取车过程。用户存车时，选择空车位并按下车号（按“取消”可重新选择存车车位），此时PLC控制升降电机正转快速上升，当升降电机升至换速限位开关时，升降机切换为低速上升，到达车位所在层时碰到平层开关，主电机报闸制动停机，主电机停机后启动升降架内电机和车位电机，此时车位电机正转、车架电机正（反）转将载车板传送至车架内，当载车板到达升降架内限位开关时，车架电机和车位电机同时停机，此时升降机启动并快速下行，当升降机下降至一层换速限位开关时，升降机切换为慢速下行，到达下限位开关时，主电机报闸制动停机。升降机停机后，升降架车门打开并延时，此时司机将车开入升降架内，出车架。车架内红外感应器感应到车后延时20S之后旋转电机得电启动并旋转180之后停机，旋转电机停机后，启动升降机正转快速上行，上行至车位所在层时，触动平层开关，主电机报闸制动停机。主电机停机后，由车架内红外感应器及平层开关联动车位电机反转、车架电机反转（正转），将车连同载车板送至车位，到达车位内红外限位开关时，车位电机和车架电机同时停机并启动升降机快速下行。当行至一层换速限位开关时，主电机切换为低速下行，行至下限位开关时，主电机报闸制动。升降机停至旋转台上。至此存车过程全部结束。存车过程流程图如图28所示。用户取车时，选择所需车位并按下车号（按“取消”可重新选择存车车位），此时PLC控制升降电机正转快速上升，当升降电机升至换速限位开关时，升降机切换为低速上升，到达车位所在层时碰到平层开关，主电机报闸制动停机，主电机停机后启动升降架内电机和车位电机，此时车位电机正转、车架电机正（反）转将汽车连同载车板传送至升降架内，当汽车到达升车架内红外限位开关时，车架电机和车位电机同时停机，此时升降机启动并快速下行，当升降机下降至一层换速限位开关时，升降机切换为慢速下行，到达下限位开关时，主电机报闸制动停机。升降机停机后，升降架车门打开并延时，此时司机将车开出升降架。车架内红外感应器感应到无车后延时20S之后再次启动升降机正转快速上行，上行至车位所在层时，触动平层开关，主电机报闸制动停机。主电机停机后，由车架内红外感应器及平层开关联动车位电机反转、车架电机反转（正转），将载车板送至车位，到达车位内红外限位开关时，车位电机和车架电机同时停机并启动升降机快速下行。当行至一层换速限位开关时，主电机切换为低速下行，行至下限位开关时，主电机报闸制动。升降机停至旋转台上。至此存车过程全部结束。取车过程流程图如图29所示。存车升降机上行平层感应器升降机停机车位、升降架电机启动载车板传送至车架限位开关车位、升降架电机停机升降机反转下行选择车位确定升降至下限位停机司机将车开入升降架升降架关门旋转台转动180升降机正转上行平层停机车位、升降架电机启动车位内红外感应器启动车位、升降架电机停机升降机反转下行行至下限位开关停机存车过程结束图28存车过流程图取车升降机上行平层感应器升降机停机车位、升降架电机启动载车板汽车传送至车架红外限位开关车位、升降架电机停机升降机反转下行选择车位确定升降至下限位停机司机将车开出升降架升降架关门升降机正转上行平层停机车位、升降架电机启动送载车板至车位车位内限位开关启动车位、升降架电机停机升降机反转下行行至下限位开关停机取车过程结束图29取车过程流程图28安全防护装置设置车库的安全防护措施非常重要，在众多的车库中车辆的高价性与车库自身的价值相差很大，并与客户对车库的信任度有着密切的联系。对于升降横移式立体车库，它的安全防护措施要做到以下几点，并配备有相应的防护装置。1防火措施在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把监控信号传给中央控制系统。2急停措施在发生异常情况时能使停车设备立即停止运转，在操作盒上安装有紧急停止开关，并设为红色，以示醒目。3阻车装置在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上，一般在载车板的后端一侧安装上一高25MM以上的阻车挡铁。月防止超限运行装置停车设备在升降过程中，在定位开关上方装有限位开关，当定位开关出现故障时，由限位开关使设备停止工作，起超程保护作用。4人车误入检出装置设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全，一般采用红外装置。一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使这个车库停止运作。为安全起见，本文研究对象还设置多个限位开关和红外感应器。在升降机的顶端和底端均设置有限位开关，分别为上限位开关，下限位开关。每个车位中设置红外感应器限位，车架分别设置有左右限位开关和红外感应器。每个电机都设置有相应各种保护。第三章升降机构拖动系统升降机构是垂直升降式立体车库设备中非常重要的一个子系统，负责将存取机构及存入的车辆提升到指定楼层，或者将出库的车辆及存取机构带到地面。它在整个立体车库中安全要求最高，不能发生意外，造成车辆或者人员损失。同时，它还决定垂直升降式立体停车设备的整个运行速度和可靠性。而且升降系统的安全要求最高，关系到整个车库的安全。31升降机构的总体布置立体车库的提升系统的具体结构由驱动方式决定，驱动方式有曳引驱动、液压驱动、卷筒驱动以及齿轮齿条、螺杆驱动等方式。对于高层车库，受上下行程的限制，主要采用的驱动方式包括曳引驱动和卷筒驱动两种。卷筒驱动是一种早期的电梯驱动方式，这种方式存在以下方面的问题（1）提升高度低；（2）额定载重量低；（3）行程不同时，必须配用不同的卷筒；（4）能耗大。曳引驱动就是借牵引钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦来传输牵引升降架及对重垂直运行的传动力。这种驱动方式具有很大的适应性，可以只将曳引钢丝绳的长度改变就能适应不同的提升高度的要求，同时与卷筒式相比，还可以使曳引钢丝绳的根数怎多，加大了传动的可靠性。在电梯中曳引驱动形式运用得比较多，而在停车设备中，因为搬运输送的车辆尺寸较大，有其自身的特殊性，垂直升降式停车设备的曳引驱动机构形式主要有以下几种设置形式。定滑轮机构曳引驱动形式动机房设置在停车设备上方，传动形式曳引比位1。如图31所示，钢丝绳的一段连着升降架，钢丝绳绕过定滑轮或水平定滑轮后，再绕过曳引轮与导轮，使钢丝绳的另一段连着对重，当曳引电机驱动曳引轮旋转，带动钢丝绳使升降架与对重上下运动。动滑轮曳引机构驱动形式曳引驱动机构设置在停车设备上方的机房内，传动形式的曳引比为2。如图32所示，钢丝绳的两端连接在机房的顶部，钢丝绳则分别绕过升降架横梁上的动滑轮和曳引机房上的曳引导轮和对重上的动滑轮。增加导轮是为了拉开升降架与对重装置之间的距离，便于升降机构的总体布置。曳引驱动机构下肢驱动形式曳引驱动机构设置在停车设备下方的低坑内，其传动形式的曳引比也是1。如图33所示，钢丝绳的一端悬挂连接着升降架，另外一端绕过定滑轮、导轮和地坑内曳引轮之后，再绕过上方的导轮连接对重。1、定滑轮；2、钢丝绳3、导轮4、曳引轮；5对重；6定滑轮7、升降架；8、曳引机图31定滑轮机构曳引驱动方式1、升降架；2、动滑轮；3曳引轮；1、定滑轮；2、升降架；3、钢丝绳；4、钢丝绳；5、导轮；6对重；4、曳引轮；5、导轮；6、对重图32动滑轮机构曳引驱动形式图33曳引驱动机构下置驱动形式车库升降系统驱动形式设计采用定滑轮机构曳引驱动形式，曳引电机上置，机房设置在升降设备的上方，升降架四点起吊，曳引机选用双伸出轴的曳引机，对重布置在升降架的前方，位了增加钢丝绳与曳引轮之间的包角（一般要求包角135）而增设压向导轮，升降系统的布置形式如图34所示。1、对重；2、动滑轮；3、曳引轮；4钢丝绳；5、导轮；6、对重；图34升降系统布置形式示意图32升降机构驱动系统321升降电机的选择曳引电机性能的优劣，直接影响到车库提升系统性能的好坏。提升系统的启动加速、平稳运行及制动减速由曳引电机控制着，所以曳引电机性能直接影响提升系统的启动、制动性能。另外，升降系统的平层准确度既与制动距离、制动力矩有关，又与曳引电动机的性能有关。曳引电机的机械特性必须能在四个象限中运行，而速度是可调的。在车库运行过程中，曳引电动机需频繁的启动、制动、正转、反转，而且负荷变化大，经常工作在重点短时状态、电动状态、制动状态下，对电机要求较高。根据工作性质，也因电动机应该有以下特点（1）能频繁的制动启动。（2）启动电流较小。（3）要有发电制动的特性，能由电动机本身的性质来控制曳引系统在满载下行和空载上行时的速度。（4）要有较硬的机械特性，不会因升降架载重的变化而引起提升速度的过大变化。（5）电动机运转平稳，工作可靠，运行噪声低。普通交流感应电动机的转子电阻低，机械特性好，转差率S小，运行效率高。可是这类交流感应电动机的启动电流大，一般为额定电流的47倍，同时启动转矩也较大，一般为额定转矩的35倍。如果选用为曳引系统的电动机，会因为也因系统的频繁启动，它的启动电流会造成电网电压的大幅度波动，还会增加电动机的发热量，使得温度超过允许的限度，所以普通交流电机不适合用做车库曳引电动机。在电梯上常用的曳引电机有交流单速电动机、交流双速电动机、直流高速电动机、直流低速电动机等。其中直流电机用于直流拖动系统、交流单速电机用小型货梯上。在此，车库的曳引电动机选用交流双速电动机，其性能满足上述曳引系统的各项要求。322曳引电机容量计算曳引电机容量的初选可按静功率进行计算，即NQV（1）/102I，式中Q额定载重量（KG），V曳引轮节径线速度，电梯平衡系数，一般取0405，电梯机械传动总效率，I钢丝绳绕绳倍率。根据前面设计，取Q1600KG，V2M/S，考虑导向轮、导轨与导靴的摩擦阻力以及钢丝绳的僵性阻力，取085，计算得，N202KW。选取电机功率P22KW。第四章控制系统设计41立体车库控制系统的主要要求立体车库动作复杂，要求控制系统实现顺序动作控制、速度控制、定位控制及安全互锁控制。操作简单迅速，使用方便，安全可靠，维护量小，使用环境安全。这是自动化立体停车设备的基本特点。立体车库对控制系统主要有以下几个方面的要求安全互锁控制立体车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所以必须要有如光电检测等安全设施，及时检测车库状况，避免事故发生。高速、平稳为了缩短存取时间，要求传动装置以高速运行，同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、低噪声与平稳启动和制动。42立体车库控制系统的总体设计车库设计由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。立体车库时一种机电结合的产品，在控制系统的管理下来完成各种车型的存储和取出。一般来说，基于可编程控制器PLC的控制系统能够适应和满足立体车库高性能的使用要求。为满足系统要求的自动加、减速以及快慢速，升降电机选用交流双速电机。43控制系统的硬件构成431升降机驱动系统主电路当绕组为丫丫联结时，电动机转速为1000R/MIN。当绕组为联结时，电动机转速为250R/MIN。绕组接线原理图如图41所示。采用这种电机作为曳引电机的升降机，快速运行时，通过快速运行接触器KC把电动机给电动机引出线D4、D5、D6输入3X380V的交流电源，通过快速运行接触器1KC把电动机引出线D1、D2、D3短接起来，绕组为丫丫联结。电梯由快速运行切换为慢速运行时，KC、1KC复位，与KC、1KC有电连锁关系的慢速接触器MC吸合。由于KC和1KC复位，电动机引出线D4、D5、D6失电，D1、D2、D3短接状态被解除。由于MC吸合，3X380V交流电源从D1、D2、D3输入电动机定子绕组，绕组成为丫联结，电动机进入慢速运行。升降机主电路控制图如图42所示。图41双速单绕组接线原理图432垂直立体车库控制系统保护垂直升降式立体车库的控制系统采用高性能光敏元件、传感器，检测升降机移动位置、车位状态、旋转台上汽车停放位置等，然后把检测到的数据传送给PLC作为控制的输入信号。该立体停车车库的控制核心是PLC，当用户进行操作时，PLC接收用户的指令，发布操作流程，判断检测元件的状态，读取执行元件的信息，然后通过软件控制合理的时序安排，反馈信息，指挥执行元件动作。为保证立体车库运行稳定、安全，主电机为断电报闸型，避免突然掉电时升降台滑落；同时适当加配重，以减小主电机的提升转矩；为减少磨损和增加安全保障，升降台升降、旋转台旋转、停车位、车架传送带都有限位保护开关。在主电路上，为防止电源的干扰，增加外部保护器件，如自动空气开关、隔离变压器等，避免因过电流信号而损坏PLC。车库控制系统的逻辑控制部分则是车库运行安全可靠的关键。变频器是利用继电器接点和PLC联结，为防止因接触不良而带来的误动作，选择使用高可靠性的控制继电器，以达到提高系统可靠性的目的。图42升降主电机主电路图44控制系统的核心元件整个车库设计由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。垂直升降式立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。国内外现有的垂直升降式立体车库中，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化垂直升降式立体车库中。PLC的可靠性、抗干扰能力强。441PLC型号选择要求随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、变成方式、价格等也各不相同，适用的场合也各有侧重。因此，合理的选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信连网能力等方面加以综合考虑。PLC机型的选择是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格。选择时主要考虑以下几点（一）合理的结构形式PLC主要有整体式和模块式两种结构形式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数，输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。（二）安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC的联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O分散安装在现场装置附近，连线短，但需增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。（三）相应的功能要求一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或者高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。（四）响应速度要求PLC是工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。（五）系统可靠性要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。（六）机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面问题（1）机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；（2）机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。（3）机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。442西门子S7200PLC简介SIMATICS7200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7200系列具有极高的性能/价格比。S7200系列出色表现在以下几个方面极高的可靠性极丰富的指令集易于掌握便捷的操作丰富的内置集成功能实时特性强劲的通讯能力丰富的扩展模块S7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU。CPU单元设计集成的24V负载电源可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180MA输出，CPU224，CPU226分别输出280，400MA。可用作负载电源。不同的设备类型CPU221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。本机数字量输入/输出点CPU221具有6个输入点和4个输出点，CPU222具有8个输入点和6个输出点，CPU224具有14个输入点和10个输出点。CPU226具有24个输入点和16个输出点。中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。高速计数器CPU221/2224个高速计数器（30KHZ），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器CPU224/2266个高速计数器（30KHZ），具有CPU221/222相同的功能。CPU222/224/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。模拟电位器CPU221/2221个CPU224/2262个CPU221/222/224/226还具有脉冲输出2路高频率脉冲输出（最大20KHZ），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。实时时钟例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。EEPROM存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。编程CPU221/222/224/224XP/226STEP7MICRO/WIN32V31编程软件可以对所有的CPU221/222/224/224XP/226功能进行编程。同时也可以使用STEP7MICRO/WIN16V21软件包，但是它只支持对S721X同样具有的功能进行编程。图43PLC硬件系统结构图STEP7MICRO/DOS不能对CPU221/222/224/224XP/226编程。如果使用PG/PC的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。如果使用STEP7MICRO/WIN32V31编程软件，则也可以通过SIMATICCP5511或CP5611编程。在这种情况下，通讯速率可高达1875KBIT/S。可以利用PC/PPI电缆和自由口通讯功能把S7200CPU连接到许多和RS232标准兼容的设备。图44PLC电缆的其他配置项有两种不同型号的PC/PPI电缆带有RS232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其它配置项（见图44所示）。综上可得知选择西门子S7200完全可以满足上述要求。图43为PLC硬件系统结构图。444本系统PLCI/O分配点布置表41I/O分配表输入地址分配输出地址分配1车位按钮SB1I00主电机正转上行SCQ002车位按钮SB2I01主电机反转下行XCQ013车位按钮SB3I02主电机快触KCQ024车位按钮SB4I03主电机慢触MCQ035车位按钮SB5I04主电机换速1KCQ046车位按钮SB6I05转盘电机正