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1、基于 PLC 立体式停车库控制系统设计 前言 随着我国经济的发展，我国汽车生产量已经跃居世界第一，而且也是第一大汽车消费国，由此可见我国私家车已经发展到很高的程度，但是我国停车场的数量和汽车保有量来看，停车场的发展速度远远跟不上汽车消费的速度，所以就出现了停车难的问题，这已经成为当前社会关注的问题。从当前大城市的环境来看，停车难已经成为困扰大多数居民旅游出行的一大障碍，而且有些地方的人为了抢个车位也是各显神通用尽一切办法停车。停车难也是制约城市发展和影响人们出行的重要原因之一，也是体现出我国幸福指数的重要因素，同时也是我国构建社会主义和谐社会的一部分，解决停车问题，有利于改善市民的生活水平，改
2、善人民的出行方式，因此来看，为了改善住宅小区和公共场所的停车现状，通过研究全自动立体式停车车库，有利于解决我国当前面临的停车难的问题。对于我国大城市来说，当前的停车方式基本上采用的是传统方式，也就是平面式停车场，这种方式有很多缺点，比如行车通道过长，占据了大量的土地资源，浪费了许多的立体空间、人车共入库、安全隐患系数较大，而且为了可以停放足够多的车辆停车场的面积非常的大，车主存取车辆时需要徒步行走很长路程，并且浪费很多时间、而且停车时还需要来回寻找空车位。而对于升降横移运动的全自动立体停车车库而言，可以实现高密度停放车辆，能够非常充分的利用每部分空间。而车主也以及随到随停、随走随取，缩短了存取
3、车辆的时间。这类全自动立体停车车库的空间利用率非常高，在一般情况下在相同面积下的土地，采用全自动立体停车车库的停车车辆数是传统的平面式停车车库的五到十倍，能够节省土地面积，提高土地利用率；同时通过控制程序，使得车主在存取车辆时可以根据车库出入口的提示信息轻易的存取自己的车辆，不需车主再来回绕行寻找空车位停车；车库采用全天 24 小时的监控设备，提高了车辆停放期间的安全性。由此来看，立体停车车库会在今后的城市发展当中具有十分重要的地位。概述 工作原理：本文选择了升降横移式立体车库作为研究对象，这种车库就是运用载车板进行横向左右以及上下移动，从而完成了车辆的存和取。也就是说，对于每一个车位都有一个
4、独立的载车板，当需要进行取车或者存车的时候，电机的正反转控制使载车板升降或取过程。停放在这类立体停车车库地面层上的车只作横移，没有必要升降，然后直接运动到地面上的那一层，驾驶员就可以进入车库，存取车辆，这个时候系统就会自动安排车辆进入哪一个空位，对于上层的车辆，先将下方车辆移动出空余通道，再通过汽车载车板将其放到地面上，驾驶员就可以进入车辆，从而将车辆进入或者离开车库。对于图所示，我们就可以通过一个地上车位的升降设备，从而就可以对其进行升降，由于上面的车位只是用来进行升降的，而中间两个车库可以进行升降和平移。对于一二层来说，都有一个车位空着，此时就可以用来对二三层进行借用，三层的载车板能够顺利
5、到达地面层。同时，立体车库控制系统包括车辆存取车系统、车辆管理系统（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车库控制的核心，由 PLC 控制。包括卡号识别与载重箱移动两个过程。在车库入口（也是出口）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，则库门打开，系统把载重箱移到人车交接位置，来以缩短存取车时间。特点：（1）可安装性：该装置结构简单紧凑，采用滑块-连杆机构与 PLC 协同作用，在实际安装环境中方便。（2）可制造性：结构简单，利用现有的资源并采用小型 PLC 控制系统，造价低廉。
6、（3）可设计性：设计时运用机械系统仿真技术，能降低机械产品开发的风险，缩减设计所需要的费用，提高设计的质量。（4）市场可开拓性：自动车库应用范围广泛并具备低成本、高效率、高可靠性、人性化等特点。故可用于商业性车库，又可用于住房配套用车库，其推广应用社会经济效益十分显著，对改善城市面貌有重大意义。（5）五层 20 库位的 PLC 控制较为复杂，但满足顺序控制规律，应用顺序控制设计法，分模块设计、调试，可以简化设计过程，减少设计步骤。因为采用软接线的 PLC 程序控制，系统的可靠性大大提高。基于 PLC 的立体车库自动控制系统，使操作过程简单、运行可靠、减少维护费用，实现了控制过程的智能化。本系统
7、在存取车流程上尽量使一些动作同时运行，如载重箱升、降和前、后移动等，大大节省存取车时间。另外，本系统还可以向高层、多库位方向扩展，适合汽车密集社区或停车场。图 1 车库结构图 二、升降横移式立体车库的结构 1.升降横移式立体车库的主要构成 以两层三列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由钢结构、传动机构、载车板、电气控制系统、安全装置五大部分组成。（1）钢结构 图 2 钢结构简单示意图（2）传动机构 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 2-3，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
8、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。图 3 链传动简单示意图（3）载车板 由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱
9、动功率。图 4 平板式载车板及拼合示意图（4）安全装置 在立体车库上层停车位和下层停车位的纵梁处装有上下行程极限开关，在中间层和底层车库横梁两端装有左右行程极限开关。上载车板上装有防坠落安全装置,防坠落安全装置安装在纵梁和上载车板停泊位置之间，在纵梁两边各安装两只电磁铁控制的挂钩，上载车板两侧相应位置出个装两只勾环，当上载车板上升到位后，纵梁上安装的四只挂钩便会自动勾住四只勾环，以防止当升降电机制动器失灵后，上载车板汽车和上载车板坠落，从而压毁下层的汽车。行程极限开关的作用是当载车板到达位置是自动停止。图 5 安全装置简单示意图（5）控制系统 升降横移式立体车库的控制系统采用 PLC 控制，主
10、要有自动，急停，手动三种控制方式，立体车库一般采用自动控制方式工作，当出现紧急异常的情况时候使用急停控制，当故障排除或急停取消后，可以用手动按钮使车库复位。2.升降横移式立体车库的结构示意 本论文具体选用两层五位升降横移式自动化立体车库进行研究和设计，其设备结构示意如图 6：图 6 升降横移式立体车库设备结构示意图（四）升降横移式立体车库中的安全防护装置 车库是用来存放汽车的，汽车的价格是很昂贵的，所以车库一旦发生事故，所造成的损失会很大，为此，我们要将事故防范于未然。为此车库的安全防护措施应该做到以下几点，并安装相应的防护设备。（1）急停措施：在控制盒上安装红色的紧急停止开关，当发生异常情况
11、时，按下急停开关能使立体车库立即停止运转。（2）阻车装置：为了防止汽车在载车板上发生滑动，应该在载车板后端和前端安装一高 25mm 以上的阻车挡块，司机在停车时应将汽车停在载车板合适的位置上，并拉好手刹。（3）限位保护：立体车库的载车板在升降和横移过程中是靠定位开关来定位的，为了防止定位开关出现故障而导致事故，所以在上升定位上方，下降定位下方，左移定位左边，右移定位右边分别装有限位开关。当定位开关出现故障时，一旦限位开关触碰到载车板时，限位开关立即使车库停止工作。（4）门前光电检测装置：在车库运行过程中，不能有人或物进入车库的工作区，所以要在车库入口处安装一个红外装置，一旦在车库工作时有人或物
12、进入车库，系统将立即停止工作。（5）载车板固定装置：当载车板到达指定位置后，为防止载车板下滑或因故坠落，损害其下方的车或人，所以安装电磁铁控制的挂钩形式的防坠装置。当载车板停靠到位时，电磁铁由通电状态转为失电状态，驱动挂钩勾住铁环。当载车板要下脱离铁环。电磁铁由失电状态转为通电状态，报警灯闪烁，按下急停按钮使车库立即停止 三、电气回路分析 1.电机主电路 图 7 电机控制原理图 通过控制交流接触器来控制电机的正反转，从而控制车库的升降和左右移动，本设计中使用电气互锁等原理来确保电机的正常运转，本设计共 5 个电机，使用10 个交流接触器，可编程逻辑控制器 PLC 通过控制交流来实现它的运转。2
13、.电气元件选型 表 1 电气元件清单 元件名称 型号 规格 数量 备注 按钮 NP4-11X/4 24V 1NO+1NC 白色 8 正泰 光电式传感器 SF-C12PCDD 工作电压：DC24V,工作电流：0.2A 11 可天士 熔断器 FS-10 额定电压 380V，外壳额定电流 60A，熔体额定电流 30A 5 正泰 断路器 DZ47-60 4P D50 额定电压 380V，额定电流 50A 1 正泰 热继电器 NR2-25/Z 整定电流10.5A,9A13A 5 正泰 减速器 RV40-WB65 减速比 110（1011)输出转速=12.5 许用扭矩=60N.M 5 正泰 三相异步电动机
14、 YTD160S-6/24 U=380V,I=8.8A,转矩最大=3.1，额定转速=930r/min，额定功率=3.2KW 5 YTD 交流接触器 CJX1-12/22 线圈电压 AC380V，Ue=380V，Ie=12A 10 正泰 双色指示灯 AD17 DC24V,20mA 1 施耐德 可编程逻辑控制器 FX2N-48MR 继电器输出型，DI16/DO16 1 三菱 四、PLC 控制系统分析 1.PLC 接线图 图 8 PLC 接线图 如图 5-1 所示为立体车库的 PLC 接线图，包括输入部分（19 个输入元件）和输出部分（16个输出元件），主要有 8 个按钮开关、11 个光电式传感器，
15、10 个交流接触器以及 6 个指示灯。X0、X1、X2、x3、x4、x5、x6、x7 为 8 个按钮开关，控制车库的取车与停车；X10、X11、X12、X13、X14、X15 为车库停放的位置检测信号地址，X16、X17、X20、X21、X22 为载车板车辆的检测信号地址，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11 为载车板车辆的的 动作控制输出地址，Y16、Y17、Y20、Y21、Y22、为车库停放位置的输出地址,Y23 为按钮指示灯的输出地址。2.控制流程图 如图 9 所示，首先按下停车按钮，传感器检测空车位，系统检测到如果一层有空车位那么可以直接停车；如果一层没有空车
16、位，二层左手有空车位，那么一层左手和中间车位向右移一个车位，载车板移动到一层，然后停车；如果二层中间有空车位，那么一层中间车位向右移动一个车位，载车板移动到一层，然后停车；二层右手有空车位，那么将载车板移动到一层，直接停车。停完车之后肯定需要取车，那么按下取车按钮，传感器检测停车位，如果车位停在二层左手，那么一层左手和中间车位向右移动一个车位，停车位移动至一层，然后取车；如果车停在二层中间，那么一层中间车位向右移动一个车位，停车位移动至一层，然后取车；如果车位停在二层右手，那么停车位直接移动到一层然后取车；如果车位停在一层，直接取车。完成一个循环。图 9 控制流程图 3.地址表 表 3 I/O
17、 地址表 4.PLC 程序图 输入地址 描述 输出地址 描述 X0 存车按钮 Y1 一号车位向左移动 X1 取车按钮 Y2 一号车位向右移动 X2 停止按钮 Y3 二号车位向左移动 X3 一号按钮 Y4 二号车位向右移动 X4 二号按钮 Y5 三号车位向上移动 X5 三号按钮 Y6 三号车位向下移动 X6 四号按钮 Y7 四号车位向上移动 X7 五号按钮 Y10 四号车位向下移动 X10 一号车库位置检测地址 Y11 五号车位向上移动 X11 二号车库位置检测地址 Y16 一号车位 X12 三号车库位置检测地址 Y17 二号车位 X13 四号车库位置检测地址 Y20 三号车位 X14 五号车库
18、位置检测地址 Y21 四号车位 X15 六号车库位置检测地址 Y22 五号车位 X16 一号位光电式式传感器 Y23 按钮指示灯 X17 二号位光电式式传感器 X20 三号位光电式式传感器 X21 四号位光电式式传感器 X22 五号位光电式式传感器 五、项目总结 基于 PLC 立体式停车库控制系统设计这个毕业项目让我在学校和公司所学的知识得到了充分的应用，一开始什么都不懂，连车库的运行脑子里都没有大概的东西，到现在已经对车库的运行和控制了解的差不多了，包括电气元件的选型以及程序的编写。写这个论文让我明白了不能临时抱佛脚，任何事情都需要积累足够的经验和知识，当我们有足够经验时，在写毕业项目的时候
19、才会得心应手，对立体车库才会有更好的理解。第一次自己真正的一个人独自完成项目，在这次毕业项目中我真正领略到了万事开头难，当你开始做时，你会没有方向，然后想着拖一会，一直到最后。在这次设计中，我对立体车库的结构和控制系统进行了分析，在车库的停车和取车中，系统的编程起到了重要的作用，他依靠指令来完成一些动作，从而节省了人力和空间。同时还为人们在生活中提供了很多的便捷，节省了很多的时间，我能设计出这样的系统，我感觉万分荣幸。能设计出这样的立体车库，离不开同学和老师对我的帮助，当我掌握的知识有限时，我的同学会给我提供新的知识，我的老师会给我讲解，解决我的困难，我非常感谢我的老师和同学在我完成的过程中给了我很大的帮助，让我运用到了所学的知识，同时也让我学到了很多新的东西。参 考 文 献（1）气动技术，吴卫荣主编，中国轻工业出版社，2010 年（2）传感器与 PLC 技术，吴卫荣主编，中国轻工业出版社，2010 年（3）电气图的识读与绘制项目式教程，彭芳主编，国防工业出版社，2012年（4）电气控制与 PLC 综合应用技术，张伟林主编，人民邮电出版社，2009年（5）工厂控制技术，殷建国主编，经济管理出版社，2006 年（6）三菱 PLC 实用技术教程，龚运新主编，北京师范大学出版社，2015 年