基于PLC的新型智能立体车库的控制系统设计.rar

湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）中 期 检 查 表学 院： 工学院 学生姓名 江宇 学 号 200940614316年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师姓名 刘旭红 指导教师职称 副教授论文（设计）题目基于PLC的新型智能立体车库的控制系统设计已完成的主要内容 尚需解决的主要问题毕业论文（设计）工作进度1、查阅相关文献和资料，为后续工作做准备；2、完成开题报告，论证记录，做好详细计划；3、熟悉PLC，电气系统的设计与车库应用系统的要求，进行系统总体设计1、对系统软件具体设计或组装系统的硬件；2、 对系统软件具体设计或组装系统的硬件设计；3、 对设计结果进行总结并撰写毕业论文，准备答辩材料，完成论文。指导教师意见签名： 年 月 日 检查小组意见组长签名： 年 月 日 注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。湖 南 农 业 大 学全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 基于 PLC 的新型智能立体车库的控制系统设计NEW INTELLIGENT THREE-DIMENSIONAL GATAGE CONTROL SYSTEM BASED ON PLC DESIGN学生姓名：江宇学 号：200940614316年级专业及班级： 2009 级机械设计制造及其自动化(3)班指导老师及职称： 刘旭红 副教授学 院： 工学院湖南·长沙提交日期：2013 年 05 月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业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 课题的研究背景和意义…………………………………………………………………21.1.1 机械式立体车库的国内外发展现状………………………………………………21.1.2 机械式立体停车库的特点…………………………………………………………41.2 机械式立体停车库的主要类型…………………………………………………………41.3 论文的主要研究内容……………………………………………………………………52 立体车库的总体结构和控制方案…………………………………………………………62.1 车库选型………………………………………………………………………………62.2 立体车库的结构…………………………………………………………………………62.3 立体车库的控制总体方案………………………………………………………………72.3.1 系统的工作原理及过程………………………………………………………………72.3.2 动画监控界面设计……………………………………………………………………93 立体车库的控制系统的硬件方案………………………………………………………103.1 硬件的方案……………………………………………………………………………103.2 PLC 的选型及特点……………………………………………………………………103.3 电动机的选择…………………………………………………………………………113.4 传感器的选择…………………………………………………………………………133.5 行程开关………………………………………………………………………………143.6 I/O 点的编号分配……………………………………………………………………143.7 生成控制系统 PLC 硬件接线图………………………………………………………164 立体车库控制系统软件的主体方案设计和具体实现………………………………164.1 软件所要完成的控制任务……………………………………………………………164.2 系统的操作过程……………………………………………………………………174.2.1 开机准备……………………………………………………………………………174.2.2 手动操作……………………………………………………………………………174.2.3 自动运行……………………………………………………………………………204.2.4 流程图设计…………………………………………………………………………204.2.5 停机…………………………………………………………………………………204.3 PLC 控制梯形图的简要说明…………………………………………………………215 升降横移式立体车库的安全性问题……………………………………………………245.1 防干扰和电力超载装置………………………………………………………………245.2 光电检测………………………………………………………………………………245.3 车辆防滑、定位装置……………………………………………………………………256 结束语……………………………………………………………………………………25参考文献……………………………………………………………………………………25致谢…………………………………………………………………………………………26附录 PLC 指令………………………………………………………………………………27 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题报告学生姓名 江宇学 号 200940614316年级专业及班级2009 级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称 刘旭红 副教授学 院 工学院20 年 月 日毕业论文（设计）题目 基于 PLC的新型智能立体车库的控制系统设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于 1000字）一、研究意义随着国民经济的飞速发展以及城市现代化水平的不断提高，我国的汽车保有量迅速增长，目前许多城市的车辆交通已远远超过现有道路设施的负荷，停车场建设滞后导致我国的静态交通基础设施严重落后于动态交通基础设施，停车难的问题已逐渐成为影响和制约城市建设以及经济发展的重要因素。传统的平面停车场需要占用大量宝贵的土地资源，容纳的车辆有限，无法有效解决这一问题，而先进的机械式立体停车库，集机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等多种技术于一体，实现了地面停车向空间的扩展，具有节约空间、自动化操控、安全可靠、建设成本低、配置灵活等优点，已成为未来车库发展的必然趋势。二、 国内外研究现状机械式立体停车是解决各大城市停车难问题的有效途径，最早起源于欧美国家。1920年，美国就建成第一座机械升降汽车库，50 年代后，随着私人汽车的大量涌现，美国、西欧的国家相继发明了多种形式的立体车库。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备的开发和生产也比较早，较好的公司有：意大利 Sotefin、Interpark、德国 Palis等，优势主要在于巷道堆垛类的产品。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不是很突出，因此立体停车设备的应用不是很多．产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式产品应用也很好。由于土地资源紧张在亚洲某些国家的表现尤为突出，机械式立体车库在亚洲的应用较为广泛。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本自 20世纪 60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，迄今已有近五十年的历史。目前日本国内生产机械式停车设备的公司约 100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等．自 90年代起，日本每年投入运行的机械停车泊位都在 10万以上，目前已全部投入使用机械式停车位超过 300多万个，其中以升降横移类为主。日本立体停车设备的技术优势主要在于多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。韩国的机械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 年代开始进入供应使用阶段。由于韩国政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，近几年泊位增长速度都在 30％左右，目前韩国立体停车设备行业进入稳步发展阶段Ⅲ．我国是从 20世纪 80年代初开始研制和使用机械停车设备的。80 年代尚处于起步阶段，90 年代以来，机械停车设备逐渐步入了技术引进与自主研发相结合的初步发展阶段，得到了较快的发展，已经形成为新兴的停车设备行业。据统计，1997 年全国只有 9个机械式停车设备生产企业，只有 11个省、市、自治区的 13个城市拥有机械式停车设备。而截至 2006年底，全国的机械式停车设备生产企业已发展到 100多家，已有 27个省、市、自治区的 94个城市兴建机械式立体停车库，全国机械式停车库(泊位)拥有量达到284，752 个。目前，我国的机械停车设备在生产能力和产品质量方面，已接近国外先进水平。许多设备采用了当前机械、电子、光学、磁控、计算机等领域的先进技术。近年来，立体停车设备的自主研发工作也越来越被重视，国内许多研究机构都投入技术力量，对机械立体停车设备的各个方面，例如结构优化、控制系统设计、存取策略优化、，取得了很多的成果。与此同时，国家也逐步配套与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，以加强规划引导、技术开发和标准化工作。虽然机械式立体停车库在中国作为新兴的产业，具有相当可观的发展前景，但是目前仍未进入高速发展时期，主要因为我国的立体停车设备行业的发展存在着一些问题：首先，虽然行业里的企业已经形成一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在20家左右，其它的则是中小企业居多，中小企业技术力量薄弱，靠仿效或引进国外的技术，缺乏自主开发能力；其次，机械式立体车库是对安全性能要求很高的机电一体化设备，但是有些自主研发的产品缺乏深入的研究，产品的可靠性、安全性、耐久性还不能完全保障；第三，市场竞争无序，目前总体生产能力过剩，价格偏低；政府在对立体停车产业发展的政策方面严重滞后；此外，平面停车场收费低廉以及人们在意识上尚未完全转变，也是立体停车难以普及的重要原因。由此看来，为加快我国机械停车设备产业的发展，需要在政策、市场、管理和技术等多方面做出努力：1、政策是解决此问题的关键，政府的扶持对于新兴产业的发展十分重要。政府应参照发达国家的相关政策法规，完善机械式停车设备的相关标准和规范，规划专用和公共停车位数量，实现投资主体多元化，确定合理的停车收费标准，给予投资者和经营者优惠政策等．2、市场方面，可调高路面停车收费标准，利用价格杠杆刺激立体停车库的市场需求；鼓励市场规则与政府调控相结合，促进立体停车行业的良性发展。3、提高机械停车设备的技术水平和产品质量，是解决问题的根本措施。鼓励国内的科研机构在机械停车设备研究上投入更多的技术力量，开发出高效、节能、安全、符合本国国情的产品；鉴于目前很多中小企业采用的是从国外引进的技术，应提倡企业将技术引进与自主研发相结合，在消化吸收的基础上注重技术创新，提升产品的竞争力。三。、参考文献[1] 任伯森. 中国机械式停车设备发展概况[J]. 中外停车设备及配套产品重点厂商名录,1999 年。[2] 喻乐康, 左东晓. 机械停车库的技术发展[J]. 建设机械技术与管理,1999 年。[3] 蒋圣平, 等.PLC 在立体车库系统控制中的应用[J]. 测试技术学报，2000 年。[4] 张文明，刘志军. 组态软件控制技术[M].清华大学出版社，2008 年。[5] 孙毅. 三菱 FX/Q 系列 PLC 应用技术[M]. 人民邮电社出版社，2006 年。[6] 张辉. 现代通信原理与技术[M]. 西安电子科技大学出版社，2002 年。[7] 郑堤. 机电一体化设计基[M]. 机械工业出版社，2004 年。[8] 李雪雪, 柯尊忠. PLC 在立体车库自动控制中的应用研究[J]. 机电产品开发与创新，2003 年。[9] 姚寿文. 自动控制理论基础[M]. 北京理工大学出版社，2006 年。[10] 范永胜，王岷. 电气控制与 PLC 应用[M]. 中国电力出版社，2007 年。[11] 余锡存, 曹国华. 单片机原理及接口技术[M]. 西安电子科技大学，2000 年。[12] 汝元功，唐照明. 机械设计手册[M]. 北京：高等教育出版社，1995 年。[13] 张福恩, 吴乃优. 交流调速电梯原理、设计及安装维修[M]. 机械工业出社,1999 年。[14] 高健. 机械优化设计基础[M]. 北京：科学出版社，2000 年。[15] 王庆有. 光电传感器应用技术[M]. 机械工业出社，2007 年。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）一、研究目的：将三相异步电动机应用于机械式立体停车库的驱动系统中，确定整个系统的机械结构和运行方案，进行控制系统相关的硬、软件设计，实现立体停车库的全自动、安全、可靠地运行。二、主要内容包括：1)立体车库的总体结构和运行原理分析；2)立体车库控制系统的硬件方案；3)立体车库控制系统的软件主体方案制定及实现；4)控制系统通讯部分的软件设计。三、方法： （1）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。（2）在车库总体方案和自动控制系统硬件设计的基础上，参照立体停车库存取流程，考虑设备运行的高效、安全、可靠等要求，分析和设计具体的软件实现方案，包括功能的构建、可行性分析、软件架构设计、程序流程图的绘制等。（3）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。(4)调试编制的程序，调试前要制定一定的计划，以方便验证各种可能出现的情况。(5)若时间允许，可以对车库的控制策略进行研究，建立存取所需时间和能耗的数学模型，利用 Matlab软件仿真分析，优化立体停车库的控制策略。四、预期成果整个系统将由 PLC、变频器、条码打印机和条码扫描器组合控制，用转换开关来控制设备的手动运行、自动运行和正常停止 [5]。当把转换开关置于手动运行档时，手动指示灯亮，可通过按钮和转换开关来控制车位的上下和左右移动；在把转换开关置于自动挡时，自动指示灯亮，按下存车按钮，此时条码打印机通过 PLC 传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车，最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到 PLC 中去，经过 PLC 的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车；在把转换开关置于停止挡时，车位在完成移动后停下，接着停止指示灯亮。在运行过程中，当发生特殊情况或故障时，按下急停按钮，车位瞬间停下，直到排除故障后，复位急停按钮，车位又按原来停下的位置继续运行下去。用 PLC 内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动，由变频器的正反转及输出停止来控制电机移动和急停，存车则由条码打印机来打出凭条，取车则把该凭条用条码扫描器扫进 PLC，实现存取车的自动化。五、条件保障立体车库的动作较多而且复杂，要求控制系统实现顺序动作、速度、定位、通讯，安全保护等控制。操作简单，使用方便，存取迅速，安全可靠，这些都是自动立体停车设备应具有的基本特点。立体车库对控制系统主要有以下几个方面的要求：(1)智能化操作。用 PLC 内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动，由变频器的正反转及输出停止来控制电机移动和急停，存车则由条码打印机来打出凭条，取车则把该凭条用条码扫描器扫进 PLC，实现存取车的自动化。(2)高速、平稳运行。为了节省存取时间，要求传动装置都能够以高速度运行；同时，为了保证车辆移动中的安全和平稳，传动装置需要有自动加、减速控制；另外，由于横移电机的机械特性偏软，有必要加入 PI环节以提高横移系统的动态响应性能。(3)安全保护功能。不允许因错误动作造成车辆损坏的情况出现，所以必须要有检测车库状态的传感器装置，避免事故发生；传动系统的运行控制需要有足够的安全保障，如时间保护、运行异常时开启停机保护等；复位、存车、取车操作不能同时进行，升降、横移系统运动互锁。进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）第 1-4周：查阅相关文献和资料，为后续工作做准备；第 5-6周：熟悉 PLC，电气系统的设计与车库应用系统的要求，进行系统总体设计；第 7-8周：对系统软件具体设计或组装系统的硬件；第 9-12周：组态设计，完成对系统软件的调试，分析实验结果；第 13周：对设计结果进行总结并撰写毕业论文，准备答辩材料，完成论文初稿；第 14-15周：毕业设计答辩准备；第 16周：毕业设计答辩。论证小组意见组长签名：20 年 月 日专业委员会意见专业委员会主任签名：20 年 月 日注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题论证记录学 院： 工学院 记录人： 学生姓名 江宇 学 号 200940614316年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化指导教师姓名 刘旭红 指导教师职称 副教授论文（设计）题目 基于 PLC 的新型智能立体车库的控制系统设计论证小组质疑：1、怎么实现立体车库的智能化操作？2、怎么让立体车库高速，平稳的运行？3、怎样实现立体车库的安全保护功能？学生回答简要记录：1、用 PLC 内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动，由变频器的正反转及输出停止来控制电机移动和急停，存车则由条码打印机来打出凭条，取车则把该凭条用条码扫描器扫进 PLC，实现存取车的自动化。2、为了节省存取时间，要求传动装置都能够以高速度运行；同时，为了保证车辆移动中的安全和平稳，传动装置需要有自动加、减速控制；另外，由于横移电机的机械特性偏软，有必要加入 PI 环节以提高横移系统的动态响应性能。3、不允许因错误动作造成车辆损坏的情况出现，所以必须要有检测车库状态的传感器装置，避免事故发生；传动系统的运行控制需要有足够的安全保障，如时间保护、运行异常时开启停机保护等；复位、存车、取车操作不能同时进行，升降、横移系统运动互锁。论证小组成员签名 论证地点： 论证日期： 年 月 日 注：此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。1基于 PLC的新型智能立体车库的控制系统设计学 生：江 宇指导老师：刘旭红(湖南农业大学工学院，长沙 410128)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，选择三层七车位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。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：立体车库；控制系统；可编程序控制器New Intelligent Three-dimensional Garage Control System Based On PLC DesignStudent: Jiang YuTutor: Liu Xuhong(College of Engineering,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)Abstract：On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose four-layer and Seven of the parking space garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.．Key words：Stereo garage; Control system; PLC1 前言21.1 课题的研究背景和意义随着国民经济的飞速发展以及城市现代化水平的不断提高，我国的汽车保有量迅速增长，目前许多城市的车辆交通已远远超过现有道路设施的负荷，停车场建设滞后导致我国的静态交通基础设施严重落后于动态交通基础设施，停车难的问题已逐渐成为影响和制约城市建设以及经济发展的重要因素。传统的平面停车场需要占用大量宝贵的土地资源，容纳的车辆有限，无法有效解决这一问题，而先进的机械式立体停车库，集机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等多种技术于一体，实现了地面停车向空间的扩展，具有节约空间、自动化操控、安全可靠、建设成本低、配置灵活等优点，已成为未来车库发展的必然趋势。1.1.1 机械式立体车库的国内外发展现状机械式立体停车是解决各大城市停车难问题的有效途径，最早起源于欧美国家。1920 年，美国就建成第一座机械升降汽车库，50 年代后，随着私人汽车的大量涌现，美国、西欧的国家相继发明了多种形式的立体车库。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备的开发和生产也比较早，较好的公司有：意大利 Sotefin、Interpark、德国Palis 等，优势主要在于巷道堆垛类的产品。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不是很突出，因此立体停车设备的应用不是很多．产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式产品应用也很好 [1]。由于土地资源紧张在亚洲某些国家的表现尤为突出，机械式立体车库在亚洲的应用较为广泛。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本自 20 世纪 60 年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，迄今已有近五十年的历史。目前日本国内生产机械式停车设备的公司约 100 多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。自 90 年代起，日本每年投入运行的机械停车泊位都在 10 万以上，目前已全部投入使用机械式停车位超过 300 多万个，其中以升降横移类为主。日本立体停车设备的技术优势主要在于多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。韩国的机械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，90 年代开始进入供应使用阶段。由于韩国政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，近几年泊位增长速度都在 30％左右，目前韩国立体停车设备行业进入稳步发展阶段。我国是从 20 世纪 80 年代初开始研制和使用机械停车设备的。80 年代尚处于起步阶段，90 年代以来，机械停车设备逐渐步入了技术引进与自主研发相结合的初步发展阶段，得到了较快的发展，已经形成为新兴的停车设备行业。据统计，1997 年全国只3有 9 个机械式停车设备生产企业，只有 11 个省、市、自治区的 13 个城市拥有机械式停车设备。而截至 2006 年底，全国的机械式停车设备生产企业已发展到 100 多家，已有 27 个省、市、自治区的 94 个城市兴建机械式立体停车库，全国机械式停车库(泊位)拥有量达到 284，752 个。目前，我国的机械停车设备在生产能力和产品质量方面，已接近国外先进水平。许多设备采用了当前机械、电子、光学、磁控、计算机等领域的先进技术，例如交流变频调速技术、激光测距、PLC、IC 卡、触摸屏、总线控制技术等，大大提高了产品在技术含量、智能程度、运行可靠性等方面的性能。近年来，立体停车设备的自主研发工作也越来越被重视，国内许多研究机构都投入技术力量，对机械立体停车设备的各个方面，例如结构优化、控制系统设计、存取策略优化、可靠性分析、生产工艺等方面进行研究，取得了很多的成果。与此同时，国家也逐步配套与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，以加强规划引导、技术开发和标准化工作。虽然机械式立体停车库在中国作为新兴的产业，具有相当可观的发展前景，但是目前仍未进入高速发展时期，主要因为我国的立体停车设备行业的发展存在着一些问题：首先，虽然行业里的企业已经形成一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在 20 家左右，其它的则是中小企业居多，中小企业技术力量薄弱，靠仿效或引进国外的技术，缺乏自主开发能力；其次，机械式立体车库是对安全性能要求很高的机电一体化设备，但是有些自主研发的产品缺乏深入的研究，产品的可靠性、安全性、耐久性还不能完全保障；第三，市场竞争无序，目前总体生产能力过剩，价格偏低；政府在对立体停车产业发展的政策方面严重滞后；此外，平面停车场收费低廉以及人们在意识上尚未完全转变，也是立体停车难以普及的重要原因。由此看来，为加快我国机械停车设备产业的发展，需要在政策、市场、管理和技术等多方面做出努力 [2]：（1）政策是解决此问题的关键，政府的扶持对于新兴产业的发展十分重要。政府应参照发达国家的相关政策法规，完善机械式停车设备的相关标准和规范，规划专用和公共停车位数量，实现投资主体多元化，确定合理的停车收费标准，给予投资者和经营者优惠政策等；（2）市场方面，可调高路面停车收费标准，利用价格杠杆刺激立体停车库的市场需求；鼓励市场规则与政府调控相结合，促进立体停车行业的良性发展；（3）提高机械停车设备的技术水平和产品质量，是解决问题的根本措施。鼓励国内的科研机构在机械停车设备研究上投入更多的技术力量，开发出高效、节能、安4全、符合本国国情的产品；鉴于目前很多中小企业采用的是从国外引进的技术，应提倡企业将技术引进与自主研发相结合，在消化吸收的基础上注重技术创新，提升产品的竞争力。1.1.2 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：(1)节省占地面积。一般约为平面停车场的 1/2—1/25，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；(2)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；(3)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；(4)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。1.2 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 [3]：表 1 机械式停车设备的类别名称及代号Table1 Mechanical parking equipment category name and code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 SH CX SX DX PY XD CS JS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5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。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。而且运行中会有一段空行程，效率不高。垂直循环类机械式停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。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。水平循环类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。多层循环类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。平面移动类停车库采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动来存取停放车辆的机械式停车设备。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。1．3 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6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：（1)立体车库的总体结构和运行原理分析；（2)立体车库控制系统的硬件方案；（3)立体车库控制系统的软件主体方案制定及实现；（4)立体车库的安全性问题保障。2 立体车库的总体结构和控制方案2.1 车库选型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。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。与其它几种类型相比，由于升降横移式立体车库适应性强而备受青睐。该类车库升降由一台电机拖动，通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降，横向移动的借助导轨，也是由一台电机变可实现车位移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作并且时间段，缩短了存取车的时间。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升降横移式。2.2 立体车库的结构升降横移式立体停车库的主要包括主框架部分、载车板部分和传动系统。主框架部分大多采用钢板、型钢连接而成的结构；载车板采用框架式，这种载车板的优点是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能；传动系统设计为每一个车位都有一搬运器，所需存取车辆的搬运器通过升降、横移运动到达预定位置，进行车辆存取，完成存取全过程。升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为 2 维矩阵形式，可设计为多层和多列。由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为 2～4 层(国家规定最高为 4 层)，2 层、3 层者居多，现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，决定选取以典型7的地上 3×3 升降横移式为例，说明停车库的运行原理，其外观见图 1 车库结构示意图。图 1 车库结构示意图Fig1 The garage structure diagram2.3 立体车库的控制总体方案升降横移立体停车库以停放轿车为主，适用于地面及地下停车场，配置灵活。而且立体停车库使用时涉及到人身和车辆的安全，所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。PLC 采用了以计算机为核心的通用自动控制装置，集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，适用于频繁启动和恶劣的环境，因此在立体停车库控制系统中通常采用 PLC 作为电控系统的核心 [4]。同时，本系统以 MCGS 组态软件设计监控界面，利用数据通信手段，实时接收和处理 PLC 从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信号驱动 PC 控制界面中的各种图形，实时显示现场的各种状况，在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。2.3.1 系统的工作原理及过程整个系统将由 PLC、变频器、条码打印机和条码扫描器组合控制，用转换开关来控制设备的手动运行、自动运行和正常停止 [5]。当把转换开关置于手动运行档时，手动指示灯亮，可通过按钮和转换开关来控制车位的上下和左右移动；在把转换开关置于自动挡时，自动指示灯亮，按下存车按钮，此时条码打印机通过 PLC 传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车，8最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到 PLC 中去，经过 PLC 的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车；在把转换开关置于停止挡时，车位在完成移动后停下，接着停止指示灯亮。在运行过程中，当发生特殊情况或故障时，按下急停按钮，车位瞬间停下，直到排除故障后，复位急停按钮，车位又按原来停下的位置继续运行下去。用 PLC 内的预置程序来控制整个系统的运行，用电机的正反转来控制车位的上下左右移动，由变频器的正反转及输出停止来控制电机移动和急停，存车则由条码打印机来打出凭条，取车则把该凭条用条码扫描器扫进 PLC，实现存取车的自动化。最后完成对 PLC、PC 机、Profibus 总线、变频器、条码打印机、条码扫描器电机、转换开关、按钮站、电控柜、光电传感器、限位开关、车位和车库的安装及接线。整个系统共有一个电控柜，一个存取车操作系统，另设一个按钮站，操作及维护简单，安全可靠性高。电气控制系统的主电路供电为三相四线制 AC380V，控制回路用单相 220V 供电，信号电路由 PLC 可编程控制器本身提供 DC24V 供电。在确保各设备都正常的情况下 [6]。接通电源，电源指示灯亮。该设备有以下几种工作情况：(1)手动运行：将电柜的“自动 停止 手动”选择开关扳到“手动”位置时，手动指示灯亮，即可在电柜面板上选择相应的手动按钮及动作升降横移选择开关进行操作；(2)自动运行：将电柜的“自动 停止 手动”选择开关扳到“自动”位置，“自动运行”指示灯亮，即可按下存车按钮，此时条码打印机通过 PLC 传来的指示打印条码，然后把条码上的车位移出让你存车。最后可凭此条码，在条码扫描器上把信息传到 PLC 中去，经过 PLC 的处理，就可把相应的车位移出，让你取走，这样便实现了自动存取车 [7]；(3)正常停止：将电柜“自动 停止 手动”转换开关扳到“停止”位置时，设备恢复到原位正常停止，关闭电柜电源开关，停止设备。还有以下几种保护功能 [8]：(1)断电保护：当设备突然断电，恢复供电后，系统能按断电前的动作继续工作下去；(2)车子超长保护：当遇到车子过长时，将会报警提示，直到解除报警后，车位才回到原位等待下一辆车的到来；(3)急停保护：当发生特殊情况或故障需紧急停机时，按下急停按钮开关，设备9瞬时停止。当排除故障，将急停按钮复位，设备将按照停止前的状态继续运行下去，直到按停止按钮才恢复到原位正常停止；(4)离车保护：当驾驶员离车后走出黄色警戒线，车位才开始运转，见图 2 车库原理图 [7]。图 2 车库原理图Fig2 The principle diagram of the garage2.3.2 动画监控界面设计用 MCGS 设计监控界面，建立立体车库控制系统工程，设计出立体车库控制工程画面，因软件对象元件列表中无轿车，暂用拖车代替，见图 3。10图 3 动画监控界面Fig3 Animation monitoring interface3 立体车库的控制系统的硬件方案3．1 硬件系统的方案立体车库是一种顺序控制、运动控制、过程控制相结合的机电一体化产品，在控制系统的管理下实现车辆的自动化存取。一般来说，基于 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。PLC 是专门为顺序生产过程而设计的可编程控制器，由微处理器、输入／输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成，具有顺序、周期性的工作特征，优点主要体现为 [9]：（1）可靠性高：采取了光电隔离、滤波、稳压保护、故障诊断等多种保护措施，抗干扰能力强，系统故障自诊断能力突出，在恶劣的环境下仍能可靠工作；（2）体积小：采用大规模集成电路和微处理器，相比传统的继电器电路，体积大大缩减，实现了小型化，便于安装和使用；(3) 适用性好：采用模块化设计，可根据不同的控制要求灵活组合，模块之间采用的是总线连接器，安装方便；当硬件结构选定后，如果需要作很小的变动，只需修改相应的接线和程序即可，无需对系统连线做出较大的修改；(4)指示性好：PLC 的电源、CPU、I/O 模块等都设有各种状态指示灯，反映了模块的工作状态，利于控制系统的现场调试。3.2 PLC的选型及特点1.可靠性高，抗干扰能力强（1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离；（2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms； （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；（4）采用性能优良的开关电源；（5）对采用的器件进行严格的筛选；（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大；（7）大型PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2.通用性强，控制程序可变，使用方便PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC