垂直提升式立体停车库控制系统的PLC设计

垂直提升式立体停车库控制系统的PLC设计 摘 要：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，选择五层20库位立体停车库结构作为研究模型。简述其工作原理及功能，然后对其五个难点：库层感应电路、轿内或门厅呼叫电路、载重箱的选向电路、载重箱启动转换电路、平层电路进行了重点分析。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，在垂直提升式立体停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地运 行。关键字：立体停车库;PLC;控制系统;欧姆龙; Design of PLC Type Stereo Garage Control System for Vertical Lift Abstract: On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose five layer store 20 stereo garage structure as the research model. After describing the working principle and function, and then focus on the five difficulties: base layer induction, in the car or the hall call circuitry, load case selection circuit, load box to start conversion circuit, leveling circuit. In order to satisfy demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of vertical lift stereo garage the paper introduced some safety technique which was used in the stereo garage. This can ensure safety for car and make the whole stereo garage safety and running smooth.Keywords: stereo garage; PLC ; control system; OMRON;全日制普通本科生毕业论文设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计）是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11. 前言21.1 课题的背景及意义21.1.1 机械式立体车库的国内外发展现状31.1.2 机械式立体停车库的特点41.1.3 机械式立体停车库的主要类型41.2 研究思路和主要研究工作61.3 论文的主要研究内容62. 立体车库的总体结构62.1 车库选型62.2 垂直升降式立体车库概述62.3 立体车库的总体结构82.3.1 钢结构框架92.3.2 活动板92.3.3 升降装置92.3.4 横移装置102.3.5 纵向移动装置113. 立体车库控制系统的工作原理及存取车流程113.1 工作原理113.2 垂直提升式立体停车库存取车流程示意图114. 立体车库主要控制线路的PLC程序设计114.1 定义元器件名和分配I/O号124.2 难点分析144.2.1库层感应电路144.2.2轿内或门厅呼叫电路144.2.3横向移动电路174.2.4载重箱选向电路174.2.5载重箱的起动换速、平层电路185.电气安全装置206.结论与展望226.1结论226.2展望22参考文献23致谢23附录241. 前言1.1 课题的背景及意义据国家统计局资料显示，随着我国顺利加入WTO，汽车行业飞速发展，轿车越来越家庭化。从2002年以来，我国的的轿车呈不低于40%的高速增长态势，需要大量的停车位。目前，有11个城市汽车保有量过百万。2012年上半年，全国新增机动车1005万辆。其中，汽车保有量增加760万辆，高于去年上半年688万辆的增量。数据显示，北京、深圳、上海、成都、天津等11个城市汽车保有量超过100万辆，其中，北京达到464万辆。 图1 停车难图片Fig.1 The picture of difficult for parking 而停车位的发展速度却远远滞后于汽车发展速度，停车难已成为大中城市发展的社会问题。而立体停车库以其突出的特点赢得了人们越来越多的青睐，如：以狭小的空间，争取最多的停车空间，可将1-3层设在底下，有效利用地下空间；运转平稳、无噪音，运行速度快，存取时间短，符合城市环保要求；光电检测库内的存车状态，智能化的按键操作，使操作者全过程掌握车辆存取的每一个动作；多路安全保护，设有防坠落、防碰撞、防过载等一系列安全保护装置。自动检测、自动释放灭火气体，确保车库内车辆的防火安全等。诸多因素表明，我国立体车库停车产业与其配套产业目前正在成为潜力巨大的前途性产业。停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高科技、高安全性、高可靠性、高效率的垂直提升式立体停车库将具有巨大的发展前景。图2 立体停车库Fig.2 Stereo garage111 机械式立体车库的国内外发展现状国外立体停车场发展现状是：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、简易升降类等产品上。韩国立体停车设备技术是日本技术的派生。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 年代开始为推广使用阶段。由于得到政府的高度重视，各种立体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。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产比较早。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品。国内立体停车场发展现状：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。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。112 机械式立体停车库的特点以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体停车库，是一种技术密集型的机电一体化产品，发展潜力很大，具有很多优点：节省占地面积。一般约为平面停车场的12125，立体车库最大的优势就是能够向高空、地下发展，利用小的占地面积实现大的车辆存储。建设成本低。由于机械式立体停车库主要向垂直空间扩展，虽然工程费用较高，但可省去大量的土地使用费等开支，因此就单个泊位的建设成本而言，一般低于同等规模的平面停车场。自动化操控，使用方便。机械式立体停车库自动化程度高，用户通过简单操作，就能实现车辆的自动存取；配备自动检测系统以及安全保护措施，安全性能好。配置灵活，适应性强。机械式立体停车库具有多种类型，设计上具有较大的灵活性，可适应各种形式的地形或建筑物。机械式立体停车库在具有上述优点的同时，也存在一些缺点，并且在一定程度上制约了其推广和应用：首先，造价偏高，除了建筑和设备的投资费用，还需要维护的投入，以保障设备的安全、持久地运行；第二，进出车时间长，虽然各种类别的机械停车设备对单车最大进(出)时间一般控制在2分钟以内”，但由于单套设备往往只有一套执行机构，不允许多辆车同时出入库，如果面临高峰期，势必会出现等候现象。113 机械式立体停车库的主要类型所谓机械式停车设备，是指将汽车搬运或存放到泊车位使用的机械设备的总称，主要由钢结构、传动系统、控制系统等几个部分组成。根据我国发布的JB-T 8713-1998机械式停车设备类别、型式与基本参数标准，机械式停车设备的类别名称及代号见表1现介绍几种具有一定代表性的类型：表1 机械式停车设备的类别名称及代号类别名称升降横移垂直循环水平循环多层循环平面移动巷道堆垛垂直升降简易升降代号SHCXSXDXPYXDCSJS升降横移式停车设备利用载车板的升降或横移来实现车辆的存取，此类停车库将载运和存放汽车的载车板与升降装置组合在一起使用，构成立体化存车的形式，多为中、小型车库，泊位数目从几辆至几十辆不等，一般设计为2或3层，极少超过5层。结构上，除顶层外，每层均有一个空车位，作为交换车位；车辆进出层的载车板仅作横移运动，最顶层或地下最底层的载车板只作升降运动，中间层既能升降也能横移。这种类型的立体车库造价不高，车位的布置紧凑，易于实现自动控制，在楼字地下室或住宅小区的空地上布置较为方便，特别适用于平面自走式停车库的改造工程。缺点是每块载车板都需要配套的驱动机构，结构比较复杂，可靠性不易保障；层数不宜设计太高，车位数不宜太多，否则存取流程过于冗杂，能源浪费很大。垂直循环式立体停车库是循环式中最有代表性的，主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置的数个托盘上，由链条带动做垂直循环运动，在平动机构控制下保持车位水平这种车库由单一大型电机驱动，最大的优点是电气控制系统简单，但缺点也很明显，例如泊位数受电机功率及结构等因素限制、传动噪音大、存取速度慢、能耗高等，因此呈逐步淘汰之势。垂直升降类立体停车设备利用升降机构将车辆提升到目标层，再启动横移机构把车存入泊位中，工作方式类似于电梯。这种车库有几十米高，每层可设2个或多个泊位，可单独建设或安装于建筑物内，一般采用可编程序逻辑控制器构成其自动控制系统，实现车辆的全自动存取、自动计费等功能。垂直升降式立体车库的机械结构和控制系统更为复杂，对地基、消防、运行可靠性和安全性的要求也更高，因此造价较高。但是相比于其他形式的立体车库，其在空间利用率、技术性能、结构刚度、存取效率以及能耗等很多方面都更有优势，具有很广阔的发展前景。巷道堆垛类立体停车设备是利用巷道堆垛机或桥式起重机作为搬运装置，进入到搬运装置中的车辆可同时进行两维的运动，快速到达指定车位，再用存取机构将车存入泊位。这种车库类似于立体仓库，最早出现在美国，适合于上百个、甚至是上千个停车位的大型自动化立体停车库，当然造价也是很高的。12 研究思路和主要研究工作查阅文献资料，了解机械式立体停车库的国内外发展现状、各类机械立体停车设备的工作原理和特点；比较几种主流形式在空间利用率、造价、存取时间、技术性能、能耗等方面的特点；注意文献中有关控制系统研究的部分；立体停车设备的存取机构设计,在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、载车板和存取机构；根据自动控制系统的软件实现方案，编制具体的程序；编程时应首先实现车库的基本功能，再逐步完善安全保护、性能优化、监控报警、自动计费等功能。13 论文的主要研究内容本论文在查阅大量文献资料的基础上，以新型智能立体停车库的控制系统为研究对象，着重于控制系统软件方案的制定和具体实现，主要内容包括：立体车库的总体结构和运行原理分析；立体车库控制系统的硬件方案；立体车库控制系统的软件主体方案制定及实现；控制系统的软件设计。2. 立体车库的总体结构21 车库选型通过分析比较各种类型的优缺点，结合技术可行性和投资经济性，本课题的立体车库类型设计为垂直升降式，这是因为在几种应用较多的类型中，垂直升降式是综合性能十分优良的一类，具有空间利用率高、技术性能好，能耗低、噪声小、速度快、操作简单、维护方便等优点，具有广阔的发展前景。循环式立体车库虽结构简单，但存取速度过慢、能耗高、噪音和震动大，只是早期的立体车库形式，目前较少使用；升降横移类的应用较为广泛，但自动化程度及存取效率较低，受传动链绳和存取时间限制，可建停车规模有限；巷道堆垛式的投资成本很高，适用于库容量需求极大的场合，本课题暂不涉及这类立体车库的研发。22 垂直升降式立体车库概述垂直升降式立体停车库习惯上称为电梯式或塔式立体车库，是利用升降机构和存取机构实现车辆存取的机械停车设备，一般由钢结构框架、升降装置、存取装置、载车台回转装置、安全保护装置、控制系统和检测装置等组成。此类车库的停车位分布在井道周围，每层可设2个或多个泊位，一般在10层以上，可停放几十辆车，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，很适合建在城市中心或者住宅小区内。电梯式立体停车库最早出现在20世纪20年代，当时是以汽车专用电梯作为提升工具，驾驶员需随车升降。到60年代后期，许多发达国家的大都市都出现了停车难问题，使得立体车库开始发展普及，此时已现机械存取机构，无需驾驶员跟车至80年代朱90年代初，随着微机技术，可编程控制器以及交流变频调速技术的不断发展和成熟，垂直升降式立体车库开始在日本、美国、欧洲、韩国、台湾等地大量兴起，成为机械式立体停车库的一大主流。升降驱动机构是垂直升降式立体停车库的重要组成部分，其结构布置与技术含量将直接影响车库的安全性和可靠性。目前垂直升降式立体停车库的升降驱动形式主要有曳引驱动和强制驱动两种，强制驱动又可分为钢丝绳式(卷扬式)和链轮链条式两种形式钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛运用，是使用上较为成熟的技术，它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向配置，但是结构尺寸较大，对提升高度有一定的限制，而且钢丝绳易拉伸变形，平层时会引起升降搬运装置上浮或者下沉现象。由于自身结构的限制，卷扬式在垂直升降式立体车库中没有得到更广泛的应用。链条提升式具有结构简单、价格低等优点，在低速电梯和低层的立体车库(垂直升降或平面移动式)上都有应用，在提升速度要求不高时可以选用。曳引式是一种被广泛应用于电梯上的驱动方式，与钢丝绳卷筒驱动相比，结构尺寸大大减小，同时提升高度高很多，可用于高层的立体车库，因而被广泛地选用。存取机构是将车存入或者取出泊车位的重要驱动机构，也是垂直升降式机械立体停车设备区别于普通汽车电梯的根本所在。这类车库的存取方式主要有以下几种：滑叉载车式：在升降搬运装置上安装一套多级滑叉机构(多为三级滑叉)，存车时，滑叉逐级滑出，将载车板送至泊车位上方，轻轻放下，然后收回滑叉；取车时，先滑出滑又，将载车板略微抬起之后，再将载车板和滑叉收回至搬运装置。滑叉式结构的主要缺点是存在一半的空行程，影响运行效率；动作中有较大偏载时会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构运行的平稳性。链传动载车式：利用链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取。存车时，第一级微横移的作用是推动横移机构连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙；第二级横移的作用是使载车板平稳地转移至停车位的托架上。链传动横移装置克服了滑叉横移装置的缺点，但它对提升机构的平层精确度要求较高，目前一般采用变频变压调速方式以及高精度传感器来满足平层精确度的要求。叉梳载车式：通过提升机构和停车位上的两个叉梳的相对交错运动实现车辆的存取。这种存取方式必须保证在叉梳的结构设计上，横移叉梳和固定叉梳能够实现交错而不发生运动干涉，并且横移叉梳在存取车时的上下运动空间要充足。履带输送式：升降搬运装置在车辆的前后轮处有两个主动履带，横移时这两个主动履带能够带动停车位上的被动履带，将车辆送至停车位。23 立体车库的总体结构在综合考虑技术难度、占地面积、经济实用性以及用户需求等各种因素之后，决定选取五层20库位，每层4库位的布局作为本课题的垂直升降式立体停车库的整体结构。本设计的立体停车库载重车辆7.5吨以下，车长小于5.0m，宽小于2.0m，高小于2.5m。工作原理类似电梯的控制，其结构如图3所示。由一台交流双速电动机作为主拖动电动机，4台交流电动机作为四角平层的补偿电动机，1台开关门电动机，1台纵向移动电动机，2台横向移动电动机组成。主电动机的功率选择:电动机的功率表示为： 正转功率 (1)反转功率 (2)式中，=0.780.95 ，则选用电动机的型号：YD200L1-6/4，功率为22KW图3 五层20库位立体车库示意图Fig.3 Schematic diagram of the five layer store 20 stereo garage中间的井道为载车台的升降通道，停车位纵向并列布置在井道的两侧。此车库系统主要包括钢结构框架、活动板、升降装置、横移装置、纵向装置、安全保护装置和自动控制系统。231 钢结构框架钢结构框架主要由立柱、横梁、斜撑、车位架等组成，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量、内置停车位并且安装机械传动和电气控制部件。232 活动板每个停车位都有一块对应的活动板，用于搬运和支托车辆，实质就是通过对活动板的存取实现车辆的存取。活动板应采用非燃烧材料制造，质量要轻但需有足够的强度和刚度，且能防止液体滴漏。车库正常运行时，存在某个停车位活动板在升降台上的情况，如果此时用户需要存车，系统默认将车辆存入这块活动板所在的停车位，如果用户需要取车，则将活动板存入其所在的停车位后再取车。在连续存车或取车时，会有一个取或者存活动板的空行程，需要占用一定的存取车时间。233 升降装置为了提高运行效率，垂直升降式立体车库要求升降系统具有较高的提升速度和良好的可靠性。在参照和比较几种现有升降驱动方式的基础上，决定选用曳引驱动技术，采用成熟的升降机提升装置。因升降系统并不需要连续变速，使用变速电动机即可满足要求，从而可省去一些变速机构，所以升降装置采用双速电动机提供动力。实际电路如图4所示，当按下启动按钮SB2后，电动机按D形连结4极启动，经一定时间延时后改接成YY连结，进入2极起动运行。升降装置包括：1)曳引驱动机和制动器；2)传动部件，包括钢丝绳和滑轮等；3)对重和平衡链；4)载车台，用于升降时支托车辆；5)升降导轨和对重导轨曳引机通过钢丝绳驱动载车台升降，同时对重也相应运动。对重可称为重量平衡系统，其功能是在工作中使升降台和对重间的重量差保持在某一限额内，保证电动机正常运转，此外，还可以减少驱动功率，减小钢丝绳与绳轮之间的曳引力，延长钢丝绳的使用寿命。对重由对重架、对重块、导轨、缓冲器碰块、压块以及钢丝绳组成。升降装置的传动机构(包括电机，滑轮等)设在停车库的顶部。234 横移装置与滑叉、链轮、履带等需要中间传动机构的存取方式不同，本车库的横移装置采用直线电机直接驱动，由于去除了中间的机械传动环节，横移电机将直接作用于载车板，能够实现运动的快速动态响应，节省时间和能耗，从而有效提高车库的运行效率。图4 交流双速电动机主控制电路Fig.4 The main circuit of AC double speed motor直线电机直接驱动是一种新型的现代驱动技术，目前已实现了其在物流系统、工业设备、信息与自动化系统、交通与民用、军事等领域的应用，例如磁悬浮列车、电磁炮、数控机床、物流分拣输送系统、生产流水线和装配线等。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。本车库的横移装置包括横移电机、电磁铁、滚轮和导轨等。横移装置安装于升降台上，横移电机选用感应直线电动机，并且采用短初级长次级的结构；升降台表面镀铜，形成横移电机的次级，而横移电机的初级与表面之间存在气隙，当电机通电后，初级便能够实现在升降台表面的横移动作，再辅以电磁铁和光电传感器，就可以实现横移电机复位、存取载车板等功能。235 纵向移动装置因本立体车库存在B、D区，故需要纵向移动装置。纵向移动装置由一台电动机驱动履带来完成纵向移动的动作。3. 立体车库控制系统的工作原理及存取车流程3.1 工作原理 立体停车库控制系统包括车辆自动存取车系统、车辆自动管理系统（车辆身份认证、停车收费等）以及监控保安系统等。自动存取车系统是立体停车库控制系统的关键。自动存取车系统由小型PLC控制，包括卡号识别与载重箱移动两个过程。在车库入口处设一个非接触式读卡器，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，PLC系统自动判断该卡是否有效，若有效，则库门自动打开，系统把对应的载重箱移动到人车交接的位置，以缩短存取车的时间。存车时，司机将车开到载重箱上，当车辆安全停放后，停车正常指示灯才会亮，此时按存车按钮，载重箱将车送入IC卡内数据指定的库位，库位活动板锁扣自动锁住活动板，避免活动板滑动，载重箱自动回到原位，停车正常指示灯灭，延时5s关闭库门，完成存车操作。取车时，司机刷卡完毕，自动打开库门，按取车按钮，载重箱自动到达IC卡内数据指定的库位，打开库位活动板锁扣，取车指示灯亮，载重箱将车送到原始停车位，该指示灯灭，司机将车开走，车离开库门5s后，库门自动关闭，完成取车操作。 车库自动存取控制系统采用取车优先的原则，并且存取车的时间不超过140s，车库系统运行状态用红、绿、黄三种指示灯表示，红灯表示有人正在进行存取车操作，请稍候；绿灯表示目前无人操作，可进行操作；黄灯表示系统有故障不能工作。3.2 垂直提升式立体停车库存取车流程示意图本立体车库的自动存取车控制流程图如图5所示，由起动运行（双速）线路、载 图5 垂直提升式立体车库存取车控制流程图 Fig.5 The control flow chart of vertical lifting type stereo garage重箱内、外呼叫线路、定向选层线路、平层线路、横向移动线路、纵向移动线路、开关门控制线路等组成。4. 立体车库主要控制线路的PLC程序设计立体停车库的控制不同于电梯的控制，主要表现在：（1）门厅或轿内指令的呼唤，车库门厅指令按钮位于库门内侧操纵箱上，车库轿内指令按钮位于载重箱内操纵箱上，其他地方没有任何按钮。（2）平层控制线路，采用四角平层方式，由四台平层补偿电动机各自控制，占四个输入点。（3）减速感应器，位于每层主限位开关（除顶层、底层外，上下各一个）400mm处。（4）横向、纵向控制线路，载重箱在上升的过程中，同时向后移动。4.1 定义元器件名和分配I/0号PLC控制的立体车库I/O对应关系如表1所示表2 PLC控制的立体车库I/O关系对应表Table 2 Stereo garage I/O Fig. 1 Relationship of PLC control table元器件名符号对应PLC的I/O号紧急制动按钮SB000000一层A、C区呼叫按钮SB1A-SB1C00001、00002二层A、C区呼叫按钮SB2A-SB2C00003、00004三层A、C区呼叫按钮SB3A-SB3C00005、00006四层A、C区呼叫按钮SB4A-SB4C00007、00008五层A、C区呼叫按钮SB5A-SB5C00009、000101-5层5个1角平层行程开关ST11-ST5100101-001051-5层5个2角平层行程开关ST12-ST5200201-002051-5层5个3角平层行程开关ST13-ST5300301-003051-5层5个4角平层行程开关ST14-ST5400401-004051-5层5个减速行程开关ST15-ST5500106-00110上行接触器KM101001下行接触器KM201002低速接触器KM301003高速接触器KM401004短路切除高速电抗接触器KM4101005短路切除低速电抗接触器KM3101006横向左移电动机正转、反转KMF11、KMF1201200、01201横向右移电动机正转、反转KMF13、KMF1401202、01203 续表2元器件名符号对应PLC的I/O号纵向电动机正转、反转KZ1、KZ201204、01205每层1-4角正向平层接触器KMF1-KMF401300-01303每层1-4角反向平层接触器KMR1-KMR401304-01307一层A、C区呼叫指示01007、01101二层A、C区呼叫指示01102、01103三层A、C区呼叫指示01104、01105四层A、C区呼叫指示01106、01107五层A、C区呼叫指示01206、01207上行中间继电器20000下行中间继电器200011-5层库层感应中间继电器20011-200151-5层指定层中间继电器20002-200061-5层A区呼叫中间继电器20101-201051-5层C区呼叫中间继电器20201-20205四角均平层正向中间继电器20206四角均平层反向中间继电器20207高速中间继电器20107低速中间继电器20108换速中间继电器20109经计算，共有36个输入，30个输出。因OMRON公司生产的PLC适用范围较广，且性价比较高，故选择OMRON公司生产的PLC。又因为四角平层所需要的输入点较多，所以选择OMRON公司CPM1A-40CDR-A型PLC，带扩展单元可扩至100点（输入60，输出40点）4.2 难点分析由于本设计的五层20库位车库的A、C和B、D区对称，控制功能基本相似，难点主要集中在库层感应电路，轿内或门厅呼叫电路，载重箱的选向电路，载重箱起动转换，平层电路。所以我分别对这5个难点进行分析。4.2.1 库层感应电路 库层感应由每层4角主平层行程开关的闭合与断开完成，感应出库层信号，用于指层、选层、选向、门厅呼叫的信号等。要求感应信号是连接的，该信号只有在载重箱移动至上层或下层时才消失。载重箱的上下感应信号都来自每层4角主平层行程开关00401-00405的触点。当载重箱在1层时，1层4角主平层行程开关00401闭合，则1层库层和指层中间继电器20011接通并保持，同时切断20002。可见，载重箱上升至图6 库层控制梯形图Fig.6 Repository layer control ladder diagram某一层时，相应的库层感应中间继电器接通指层中间继电器。当载重箱下降时，原理同上，该电路梯形图如图6所示。4.2.2 轿内或门厅呼叫电路图7 轿内或门厅控制梯形图Fig.7 In the car or the hall control ladder diagram该电路与电梯的控制不同，在立体车库的轿内和门厅呼叫电路中，轿内呼叫按钮置于载重箱内操作箱上，平时不使用，只有在需要维修或者司机需要进入指定库区位时，才起用，方便人员操作。门厅的控制只有一个，置于车库库门入口处，功能与轿内呼叫电路完全相同。因为车辆的入库操作都在库门入口处进行，其他库层无操作按钮。但载重箱移到指定层并平层后，自动起动横向左或右移动电动机，将载车活动板推入指定位置（A区或C区）并锁住。综上所述，可以把轿内和门厅呼叫电路合并起来，只有一个电路实现控制功能。00001、00003、00005、00007、00009分别为1-5层A区呼叫按钮，00002、00004、00006、00008、00010分别为1-5层C区呼叫按钮，控制梯形图如图7所示。4.2.3 横向移动电路 当某区呼叫时，载重箱首先响应库层信号，接通库层感应中间继电器并保持，当载重箱到达该层时，断开库层感应信号，然后判断哪一区呼叫，待四角均平层（每角行程开关到位）以后，起动横向左右移动电动机，将载车活动板送入相应库位，横向移动电动机控制梯形图8所示。图8 横向移动控制梯形图Fig.8 Lateral movement control ladder diagram4.2.4 载重箱选向电路 载重箱运行过程，存在上行和下行状态，当载重箱完全处于整个运行周期时，即一个运动周期起始于初始位置、终止于初始位置，平时处于静止状态，此时载重箱的选向电路无关紧要。但当在运动中需要选向时，如：将车存在4层A区，同时想取5层C区车时，载重箱不需返回，完成存车操作后，直接到5层C区取车，此时，选向电路起作用，该电路类似电梯的选向电路。控制梯形图如下图9所示，同一层A区和C区的呼叫，选向电路控制相同，所以本设计只设计了A区的呼叫选向。对于C区呼叫，只需将C区呼叫中间继电器触电并联在同层A区呼叫触点上即可。图9 选向电路控制梯形图Fig.9 The ladder diagram to control circuit4.2.5 载重箱的起动换速、平层电路 交流双速电动机有两套绕组：高速绕组和低速绕组，高速绕组为4极，低速电阻为16极，速比为4：1.载重箱通常高速起动、设置高速中间继电器20107起动，接通01004接触器，延时几秒后，接通01005，载重箱加速；当接近指定库层400mm时，换速中间继电器20109接通，低速中间继电器20108接入，载重箱由高速转换为低速2运行，延时几秒后，闭合01006，加快减速，最后制动在指定库层。 载重箱一般长6.5m，宽3.0m，高2.5m，比活动板稍大，载重7.5t以下。因载重箱自重和车辆重量之和较大，接近10t，而载重箱面积又较大，受到不平衡力后，容易变形。导致载重箱到达某一层后，可能载重箱下面四角与库层不共面，横向移动电动机难以将活动板推入库位，因而提出了严格的平层概念，这里的平层方式与电梯的平层完全不同。载重箱的平层必须采用四角平层策略，即每角必须平层后，才允许移动活动板。以每层4角主平层行程开关为基准，利用PLC的记忆功能，当载重箱上升时，若4角到位，主拖动电动机马上停止，此时可能因为惯性，载重箱上移。判断此时1、2、3、4角行程开关的记忆状态，如果该角有碰撞记忆信号，则该角平层补偿电动机反转，载重箱该角下降，直到该角正好下降至限位点为止；如果该角没有碰撞记忆信号，则该角平层补偿电动机正转，载重箱该角上升，直到该角正好上升至限位点为止，当1、2、3、4角均处于平层位置时，才允许起动横向移动电动机。载重箱下降时的平层原理同上，本设计以1角上升过程平层为例，其控制电路梯形图如图10所示。图10 平层电路控制梯形图Fig.10 Leveling circuit control ladder diagram5. 电气安全装置设有断电、缺相、断湘和相序保护：在主电源发生缺相，设备发生断湘、反相时，保护器动作切断设备主电源,选择JL-400系列。如下图11。图11 相序保护Fig.11 The phase sequence protection防人、异物误闯入红外线检测装置：设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会自动急停。待人员或异物离开设备后，按动“复位”按钮，设备将恢复运行。保证设备安全运转，以防误伤人员。用光电开光检测，选择的型号是SD401红外线检测保护装置。延时保护：当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作，所选延时保护装置的型号是THW1。试进入（设定）三次自动停止，处于保护状态，停止任何操作。车辆定位：载车板的末端装有前、后、左、右限位装置。防止载车板坠落装置：设置防坠落装置，载车板运行到停车位后，为防止载车板因故突然落下，设防止坠落装置，保证入库车辆安全。汽车长度限制装置：设置超长光电检测装置。当进入设备的车辆超多适停车辆尺寸时，设备自动锁闭并报警提示。紧急停止装置：设置紧急制动开关，当出现异常情况时，能使停车设备立即停止运转，所选型号为HN1E。防止超限运行装置：设置限位开关，包括：上限位开关、下限位开关、左限位开关、右限位开关、极限开关等。当到位开关出现故障时，超限位开关能使设备停止工作。实际设备如下图12，所选型号为D4N。图12 限位开关Fig.12 Limit Switch警示灯及警示蜂鸣器：设置设备运转信号显示。提示设备处于运转状态及对异常情况报警。实际设备如下图13图13 警示灯Fig.13 Caution Light电机自带刹车装置：防止载车板自动滑动。6 结论与展望6.1 结论随着中国经济的腾飞，城市化进程加快，汽车越来越快地走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺的情况下，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。我国立体车库发展虽经历了十来年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。本文在参阅了国内外有关立体停车库的大量资料的前提下，对垂直提升式立体停车库的控制系统进行了细致研究，得出了以下重要结论：通过大量的调研工作，对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对市场需求的分析和对比国内外车库的发展状况，分析了智能立体车库的广阔市场前景。针对智能立体车库的功能要求，提出了控制系统的详细方案。为达到车库中的检测要求，确定了经济而适用的电气安全装置。在车库自动控制系统中，选用了OMRON公司CPM1A-40CDR-A型PLC，并对PLC的功能和特点进行了详细分析，给出了梯形图和控制程序。6.2 展望虽然立体车库目前在我国应用还较少，但我国城市人口密度较稠，随着家庭轿车的增加，立体车库未来市场必将是巨大的，但对产品的需求，将会向两个极端发展,一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，这一部分的市场份额预计将达到50%-70%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。通过国内外机械停车设备使用经验的总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车是时，比较追求的是存取车速度、等待时间以及方便的程度。此外，未来的机械停车设备市场，也会更加注重完善的售后服务系统、远程监控系统、远程故障处理系统。机械立体停车库的种类繁多，我们必须通过详尽的技术分析才可以有明智的决断，利用一切可以利用的因素，建造出经济技术合理和适应市场要求的机械立体停车库。总之，在我们面临着建设现代化大都市的重任和土地资源异常稀缺的情况下，使用机械立体停车库是可行、明智的选择，它的前景将是无限美好的。参考文献1 林明星、范文利.电气控制及可编程序控制器M.机械工业出版社，20112 范逸明.简明电工手册M.国防工业出版社，20063高玉奎.电工常用技术数据M.中国电力出版社，20114 中国重型机械工业协会，停车设备管理委员会编.机械式立体车库M.海洋出版社，20015 任伯森等，机械式立体车库M.海洋出版社，20016 中华人民共和国机械工业部，机械行业标准机械式停车设备类别、型式与基本参数M.20087 李正吾等编著.机电一体化技术M.中国轻工业出版社，20068 皮壮行、宫振鸣、李雪华等.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.北京：机械工业出版社，20009 王芳卿.立体停车库及其控制M.电器传动，200910 张启君.立体车库的主要型式及技术特点M.机电产品开发与创新，199911 付翠玉、关景泰.立体车库发展的现状与挑战M.机械设计与制造，200512 常斗南PLC运动控制实例及解析M.北京：机械工业出版社，201013 张培志.电气控制与可编程序控制器M.北京：化学工业出版社，200714 王永华.现代电气及可编程控制技术M.北京：北京航空航天大学出版社，200215 吕景泉可编程控制器技术教程M.北京：高等教育出版社，200116 徐培万立体停车库的发展及市场前景M国外科技动态，2000(5)：30-3117 任伯淼大力发展机械式停车设备M中国机电工业，1999(6)：3118 阔宏伟，潘宏侠立体停车库在中国的发展前景M建筑机械化，2004：49-5119 牟永田，韩耀光垂直升降式停车库设计M中国高新技术企业，2011(4)：29-3020 Miasaki T, Hotta Y, Lee WS, Fujiwara T, Koizumi E, Fukunaga H, KawawaM. T. Construction and Realization of the Intelligent Mechanical Steric ParkM. Automation & Instrumentation,200921 Saeid M. Optimum Design of Stowed Stereoscopic GarageM. Approaches Computers Industry Engineering,2010致 谢为期一个学期的毕业论文已经接近尾声了，我的四年大学生涯也即将圈上一个句号。毕业设计是我对这四年来的大学生活进行总结，是对我们学的知识的一个测试，也是一个自我的检验。此次论文设计的完结与对设计成功实现的美好期待归功于所有教过我的授业恩师，尤其是周光永老师的悉心指导和热情关怀，感谢他们对我相关专业知识的无私奉献，以及为我提供实现设计梦想的平台。 同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。不忘厚爱，我将在以后的工作学习生涯中继续不断努力，匍匐前进，但愿苦尽甘来早日成为机械行业的精英骨干人才。附录附录1：库层控制梯形图程序附录2：轿内或门厅控制梯形图程序附录3：横向移动控制梯形图程序附录4：选向电路控制梯形图程序附录5：平层电路控制梯形图程序附录1库层控制梯形图的程序如下所示：LD 20000OR 20001AND 00401OUT 20011LD 20000OR 20001AND 00402OUT 20012LD 20000 OR 20001 AND 00403OUT 20013LD 20000 OR 20001 AND 00404 OUT 20014 LD 20000 OR 20001 AND 00405 OUT 20015 LD 20011 OR NOT 20012 AND 20002 OUT 20002 LD 20012 OR NOT 20011 AND 20003AND NOT 20013OUT 20003LD 20013OR NOT 20012AND 20004AND NOT 20014OUT 20004LD 20014OR NOT 20013AND 20005AND NOT 20015OUT 20005LD 20015OR NOT 20014AND 20006OUT 20006附录2轿内或门厅控制梯形图程序如下所示：LD 00001OR 20000OR 20001AND 20101OR LDAND NOT 20011OUT 20101LD 00003OR 20000OR 20001AND 20102OR LDAND NOT 20012OUT 20102LD 00005OR 20000OR 20001AND 20103OR LDAND NOT 20013OUT 20103LD 00007OR 20000OR 20001AND 20104OR LDAND NOT 20014OUT 20104LD 00009OR 20000OR 20001AND 20105OR LDAND NOT 20015OUT 20105LD 00002OR 20000OR 20001AND 20201OR LDAND NOT 20011OUT 20201LD 00004OR 20000OR 20001AND 20202OR LDAND NOT 20012OUT 20202LD 00006OR 20000OR 20001AND 20203OR LDAND NOT 20013OUT 20203LD 00008OR 20000OR 20001AND 20204OR LDAND NOT 20014OUT 20204LD 00010OR 20000OR 20001AND 20205OR LDAND NOT 20015OUT 20205附录3横向移动控制梯形图的程序如下所示：LD 00101AND 00201AND 00301AND 00401AND NOT 20101OR 00102AND 00202AND 00302AND 00402AND NOT 20103OR 00103AND 00203AND 00303AND 00403AND NOT 20103OR 00104AND 00204AND 00304AND 00404AND NOT 20104OR 00105AND 00205AND 00305AND 00405AND NOT 20105OR LDOR LDOR LDOR LDOUT 20206LD 20206AND NOT 20207OUT 01200LD 00101AND 00201AND 00301AND 00401AND NOT 20201OR 0