1、毕业设计说明书基于 PLC 的立体车库控制系统设计2摘 要立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。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，选择四层三列式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。本文简单介绍了车库的主体结构和
2、特点，对车库的控制系统也作了简单的说明。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的可编程序控制器(PLC)控制，运用西门子公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用 PLC 作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。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3ABSTRACTStereo garage is t
3、he storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring spa
4、ce advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and oper
5、ational efficiency synthetically.On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose four-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and transl
6、ation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The paper adopted PLC as control system in d
7、esigning the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIEMENS company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speedi
8、ness and high capability made the control system very perfection. 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 tech
9、nique 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.Keywords：Stereo garage; Control system; PLC4目 录1 绪论11.1 本题设计的背景 11.2 本题设计的内容 21.3 本题设计的目的及意义 22 系统控制方案的设定 32.1 自动化立体车库的描述 32.2 系统设计的基本
10、步骤 33 立体车库系统硬件方面的设计 43.1 硬件系统的总体设计43.2 PLC 控制模块的设计93.3 步进驱动模块的设计103.4 丝杆驱动模块的设计143.5 电气原理图的设计144 升降横移式立体车库系统软件方面的设计154.1 系统主程序的设计154.2 系统子程序的设计165 基于组态王的监控设计 175.1 组态王软件的介绍175.2 利用组态王实现上位机监控18参考文献 24致谢 25附录 1: 电气原理图设计 26附录 2: PLC 梯形图设计 2751 绪论1.1 本题设计的背景随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，截至2011 年 8 月底，
11、全国机动车保有量达到 2.19 亿辆。其中，汽车保有量首次突破 1 亿辆。而早在 2000 年，全国机动车保有量仅为 1249 万辆，汽车保有量为 625 万辆。通过以上数据可以看出，短短 10 年里，中国的机动车辆增加了 17 倍，汽车增加了 16 倍。而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止 2007 年底，市区仅有公共停车场 828 处，共计车位 5.7 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.6，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的 229 个地下车库使用面积不足 60 万平方米，只能满足 1.3 万辆机动车停放的要求，路边停车渐呈泛滥之势，比例高
12、达 64，而且还有继续上升之势。据建设部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为 4：84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪 80 年代初期，北京市权威部门对 2000 年北京汽车发展数的预测仅仅是 70 万80 万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了 100 万辆，其中私人小客车的数量就高达 45 万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为
13、 2030。停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通问题，静态交通是相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在 15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有 2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措
14、施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。61.2 本题设计的内容本课题的主要内容是基于西门子 S-200 系列 PLC 的立体车库控制系统的设计，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 24 层(国家规定最高为 4 层)
15、,2 层、3 层者居多,现以典型的地上 43 升降横移式为例,说明停车库的运行原理。立体车库结构特点是：底层只能平移,顶层只能升降。除顶层外,底层都必须预留一个空车位,供进出车升降之用。当底层车位进出车时,无需移动其他托盘就可直接进出车;顶层进出车时,先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进行相应的平移处理,直到下方为空才可进行下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原则是：升降复位,平移不复位。1.3 本题设计的目的及意义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
16、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，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 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。机械车库与地
17、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备便不会运转。应该说，机械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。机械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机械停车楼。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。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
18、小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，立体车库的设计目的：是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。72 系统控制方案的设定2.1 自动化立体车库的描述目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。2.2 系统设计的基本步骤立体车库系统设计与
19、调试的主要步骤，如图 1 所示 图 1 立体车库控制系统的修订步骤8在本次课题设计过程中主要考虑以下几点：1深入的了解和分析立体车库的工艺条件和控制要求。2根据立体车库的控制系统的功能要求，确定系统的设计系统结构。3根据所设计的场所，选择电动机的类型。4根据 I/O 的点数选择合适的 PLC 的类型。5分配 I/O 点，分配 PLC 的输入、输出点。6设计立体车库系统的梯形图设计。7将程序输入 PLC 程序进行调试，查出错误，让程序更加完善。93 立体车库系统硬件方面的设计3.1 硬件系统总体设计3.1.1 硬件系统结构设计立体仓库存储系统主要由PLC控制模块、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件
20、推出模块、立体仓库、气源处理组件等部件组成。系统结构模型如图2所示。图 2 立体车库模型3.1.2 精确定位原理PLC每发出一个脉冲，步进电机转动一个步距角度，X轴步进电机带动X轴丝杆做左右直线运动或Z轴步进电机带动Z轴丝杆做上下直线运动，实现载物台的上、下、左、右运动。通过控制X轴、Z轴步进电机的脉冲个数，就可以控制载物台在X轴、Z轴上移动的距离，实现载物台在XZ轴平面的精确定位，从而把物体放到仓库的指定位置。当PLC输出5000个脉冲时，平移距离为3.125cm（平移距离=步距角脉冲个数螺距/360o），输出脉冲10000时平移距离理论值为6.25cm。3.2 升降横移式立体车库的基本结构
21、升降横移式立体车库由底盘、四层十二车位停车场、运动机械及电气控制等四部分组成。机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。电气控制是由西门子 S-200 系列可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。本系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，10其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架
22、的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。控制面板上的开关、按钮功能及车位号如图 3 所示图 3 控制面板上的开关、按钮功能及车位号控制面板上的按钮功能如表 1 所示表 1 控制面板上的按钮功能表具体的操作步骤如下：1手动操作按键号 手动 自动1 机 构 水 平 向 左 移 动 选 择 1 号 仓 位2 机 构 垂 直 向 下 移 动 选 择 2 号 仓 位3 机 构 水 平 向 右 移 动 选 择 3 号 仓 位4 机 构 水 平 向 后 移 动 选 择 4 号 仓 位5 机 构 垂 直 向 上 移 动 选 择 5 号 仓 位6 机 构 水 平 向 前 移 动 选 择 6 号 仓 位7 无 意 义 选 择 7 号 仓 位8 无 意 义 选 择 8 号 仓 位9 无 意 义 选 择 9 号 仓 位10 无 意 义 选 择 10 号 仓 位11 无 意 义 选 择 11 号 仓 位12 无 意 义 选 择 12 号 仓 位
