1、河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕 业 设 计 说 明 书设计题目：巷道式立体车库电气系统软件设计学生姓名： 学 号：20101专业班级：10 电气 8 班 学 部：信息科学与技术部指导教师：副教授 2014 年 6 月 3 日河北理工大学信息学院-摘 要进入 21 世纪后，伴随着我国经济继续地大踏步前进和人民生活期望值的提升，市民人均拥有私家车的数量逐年上升。加上我国近几年用地的紧张，于是停车难的问题越发凸现。虽然立体车库的投入使用缓解了目前停车难的问题，但很多在役的立体车库存在的问题还是很多，例如：成本高、利用率低、不易
2、推广、安全性差等问题。结合目前市场上的立体车库现状和现实使用中的实际环境，本文主要针对基于 PLC 的电气控制系统进行了理论研究和软件设计。本课题所研究的立体车库具有开发难度小、制造成本低、能耗低等优点，尤其适合居民小区、工作单位这样的场所需求，以上优点对立体车库的推广将起到积极的作用。关键词：立体车库；电气控制系统；PLC目 录-I-AbstractAfter entering the 21st century, the amount of the civil private car per capita is increasing year by year along with the r
3、apid development of our nations economy and the improvement of the civil life expectation value. Adding the stress of our nations land in recent years, the problem of the parking difficulty is all the more protruding. Although the employment of the stereo garage relieve the recent problem of the par
4、king difficulty, the in-service stereo garages have many problems, for example, high cost, low utilization ratio, not easy to popularize, low safety and so on. Combined with the stereo garages status in the market presently and practical environment in the realistic use, the thesis mainly does the d
5、esign and the theory research that are aimed at electrical control system based on the PLC. The stereo garage researched by this issue has the advantages that are easy to develop, low manufacturing cost, low energy consumption and so on, which especially fits the demand of the places that are reside
6、ntial area, work units, the merit above will play a positive role in the spread of the stereo garage. Keyword Three-dimensional garage; Electric control system; PLC 目 录-II-目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .51.1 课题研究的背景 .51.2 立体车库国内外的发展概况 .51.2.1 立体车库国外发展概况 .51.2.2 立体车库国内发展概况 .61.3 立体停车库的研究现状 .61.4 课题研究
7、的目的及意义 .71.5 本文研究主要内容和要解决的主要关键问题 .81.5.1 课题研究主要内容 .81.5.2 课题研究内容的技术指标 .8第 2 章 巷道式立体车库 PLC 控制系统的设计 .102.1 车库的框架结构组成及实现原理 .102.1.1 车库的框架结构组成 .102.1.2 车库的整体控制原理 .132.1.3 车库的运行原理 .142.2 PLC 控制系统总体方案 .172.2.1 PLC 控制系统 .172.2.2 系统功能设计 .172.2.3 PLC 控制系统结构组成 .182.3 本章小结 .20第 3 章 巷道式立体车库控制系统软件部分的设计 .213.1 PL
8、C 编程环境介绍 .213.1.1S7-300 程序结构 .213.1.2S7-300 程序编译方式 .223.1.3PLC 软件开发基本说明 .223.2 S7-300 程序软件编程 .233.2.1 绝对编码器 .233.2.2 MM440 变频器使用介绍 .253.3 S7-300 的软件程序编译 .253.4 系统可靠性软件设计 .313.5 本章小结 .31第 4 章 巷道式立体车库管理系统设计 .324.1 软件开发工具简介 .324.1.1 软件实现平台 .324.1.2 后台数据库使用 .324.2 管理系统软件的实现 .334.3 车库车位占用分布图 .354.4 本章小节
9、.39目 录-III-第 5 章 车库控制系统调试 .405.1 S7-300 控制系统调试内容 .405.2 调试结果 .415.3 本章小结 .41第 6 章 结论与展望 .426.1 结论 .426.2 展望 .42参 考 文 献 .43谢 辞 .45巷道式立体车库电气系统软件设计-4-第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景进入 21 世纪，我国经济通过不断完善其发展模式依然保持良好稳定的前进速度1。人民生活的期望值随之提升，加上汽车工业迅猛发展和良好的消费环境，人均拥有汽车的数量逐年上升, 私人汽车保有量增长依然显著，2012 年中国私人轿车保有量 5308 万辆，增长 22.8。汽车
10、保有量的快速上升与有限的停车位之间的矛盾越发的明显，经常出现上班找不到车位，回家无处停车的窘况。 生活小区，工作单位停车难的问题在大中型城市尤为明显，虽然很多城市在停车管理上投入了大量的精力，适度地减缓了停车难。但没有从根本上解决问题，高峰期随意占用道路和居民区绿地停车的现象依然很严重，从而加剧了交通管理的负担，降低了居民生活的品质。另外，由于停车场的严重不足，导致部分大城市的停车费用极其高昂，一个停车位的年收入高达几万元，如此某种程度上阻碍了城市的发展。目前的停车难、乱停车日益严重的现象早已引起各方面的关注。部分城市已经开始投入使用用地效率更高的立体车库，其他一些城市也在积极地引进立体车库
11、2-3。 很多在役的立体车库在改善停车环境的同时，凸显的问题还是比较多的。例如：收费较传统车位高导致利用率低，能耗大、结构复杂、管理繁琐，不太满足生活小区以及相应工作单位需要的配套的小面积停车库。在这种情况下，立体车库的经济效益将大打折扣，收回投资更是遥遥无期，使很多投资人望而却步，资金很难落实到位，以此造成所建立体车库质量大打折扣，这样本来可以有效解决问题的立体车库很难大范围的推广使用。 本课题提出的低成本、机械式立体车库具有成本低、能耗低的特点，能够使立体停车设备在生活小区、相应的工作单位(医院、事业机关等)得到推广使用，与此同时其立足于低成本这个立项思想也正合投资人的意愿，有利于立体车库
12、在停车难这个大环境下的推广使用，这种低成本、机械式立体车库也响应国家十二五期间提出的绿色发展的号召。1.2 立体车库国内外的发展概况1.2.1 立体车库国外发展概况 立体车库在国外起步早，这些国家和地区包括欧洲、日本、美国和韩国 4。河北联合大学轻工学院-5-这些国家的很多产品中的技术都处于领先地位，而国内一开始有很多立体停车库是引进这些国家，主要集中于日本、德国和韩国。国土面积小的日本是亚洲立体停车设备的鼻祖，在汽车保有量逐年上升的背景下，从 1959 年引进机械式立体车库技术后，经过 40 余年时间，从最初的单一垂直循环发展到垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等多种型式，其中生
13、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。韩国立体车库产业在很大程度上得益于政府在每个环节上的关注和支持，虽然一开始也是走引进吸收的战略，但现在也能开发和利用各种型号的机械停车设备。目前韩国的机械立体停车设备进入稳步发展阶段5-7。欧洲国家现状是由于土地规划做的比较好，表现在目前土地还不是特别的紧张，其立体车库中多层升降横移式产品占有很大的比重，集中体现在巷道堆垛类产品上。国外立体车库的主要特点：一是技术含量高，日本和德国的车库行业将已成型的机电技术成果转化和移植到车库产品中，使车库产品更新很快，在车库的存取车速度，存车量方面的改进相当快速，进
14、而逐步代替老式车库；二是车库产品朝着性价比更高的方向发展。不但重视停车密度和高性能，更讲究产品的经济实用性及单车位造价；三是立体车库的选型更加合乎于现场情况，以保证解决停车难问题的同时能做到不浪费多余。 1.2.2 立体车库国内发展概况我国机械停车设备的研制和使用同样是走引进、吸收、开发、制造发展道路，目前停车设备行业在我国已经逐步走向成熟。2003 年以来，进入稳步发展和快速增长的我国机械式停车行业不仅在车库种类上有了很大的提高，并且更可贵的是很多车库使用了当前机械、结构、光电、变频调速等先进技术，这样在车库安全管理和运行稳定上都得到了很大的保障。传动结构的进一步优化也给车库装置带来了很大的
15、进步，其中通过内藏式传动装置进而提高了设备的耐久性 8。对机械结构进行模块化设计更加便于组合使用和安装拆卸，缩短施工周期；采用新材料、新工艺，如钢结构采用 H 型钢，载车板采用整体成型镀锌板。车辆采用声光引导精确定位，保护方面采用感应自动消防灭火系统。1.3 立体停车库的研究现状国外立体车库目前以形成技术密集型产品，就其所使用技术包含了机械、电子、液压、磁控合计算机技术等领域等先进技术。我国的立体停车产业虽已巷道式立体车库电气系统软件设计-6-步入较好的发展态势，但还是存在了一些尚待解决的问题 9。比如前期建造的立体车库存在自动化程度较低、安全信任度偏低等一些问题，再加上我国的立体车库相关的政
16、策管理还不够完善，使得我国的立体车库这一新兴行业还有很大的发展空间。所以我们需要国家设定更加合理的立体车库行业管理的法律法规，以及加大对立体停车设备行业的政策扶持，与此同时需要科研设计单位和相应高校的参与，以此增强设备上技术创新。就立体车库技术方面。 目前我国主要在下面几个方面上与国外领先技术存在差距 10-12： (1)前期投资过高和后期经济效益差让投资人望而却步； (2)建成后的维护费用也不菲，而且有些车库维护工作比较繁琐； (3)控制系统设计繁琐造成操作不便捷，设备结构复杂给使用者不安全感； (4)为了减少成本，厂家对载车板设计考虑不周全造成车辆的停放困难； (5)实用效果不好，科技成分
17、比重不足造成安全可靠性技术、模块化技术、防护采光技术以及经济效益相对国外领先产品还不太成熟； 1.4 课题研究的目的及意义该课题所研究的低成本、机械式立体车库采用开放式的机械结构框架，省去了传统车库的通风、照明设施，因而进一步节省了成本 13。两排垂直升降车库共用一个出入车通道进一步节约了土建用地；载车板采用垂直升降已达到整个车库结构简单，操作便捷，能耗低、可靠性好；控制系统中不管是用于人机交互系统的单片机还是执行控制所采用的西门子 S7-300 PLC 都是目前应用很成熟的开发技术，这样使得整个开发周期短，后期升级便捷。本课题所研究的立体车库较适宜于居民小区、工作单位、购物超市等一些不适合建
18、大中型车库的场所。低成本、开放式立体车库有以下优点： (1)需求量大。己建和在建住宅小区的配套车位很多都是传统车位，而且很难满足停车需要，造成小区居民生活品质的下降。 (2)前期投资低、不易推广。大型全自动立体车库平均每个车位约 20 万元，中型车库一般在 10 万元左右，而小型车库一般在 3 万元左右，低成本、开放型机械式立体车库是适合目前立体车库发展形势的，也易于推广。 (3)开发难度小。相比较而言，采用成熟的 PLC 和单片机控制技术，开发周期短、开发难度小。 (4)能耗低。因为车库为开放型，不需要照明、通风、消防等设备，大大降低了能耗，同时积极响应国家十一五期间提出的节能减排的号召。
19、如果本课题所设计的低成本，机械式立体车库可以得到大范围的推广。不仅可以改善目前城市车辆带来的拥挤现象，为城市更加和谐地发展做出一定的贡献，也可以河北联合大学轻工学院-7-在政府良好政策的引导下带动一大批第三产业的兴起；同时也借着国家西部大开发这个良好的投资环境，对装备制造业和民族信息产业的振兴都有积极地推动作用。从以上介绍可以看出这样立体车库的建设有着重要的社会意义和经济意义。1.5 本文研究主要内容和要解决的主要关键问题 1.5.1 课题研究主要内容 本课题研究的内容涉及的学科和门类还是很多的，包括：工控机监控技术、组态技术、人机交互单片机研发、PLC 电气部分开发、视频图像采集技术、ID
20、卡数据库管理、通信安全等，具有很强的技术创新性，对学科的综合应用起到很好的示范作用。本文从工程的实际应用出发，主要侧重基于 PLC 的电气控制部分的设计。 针对低成本、机械式立体车库自动控制的作业流程，结合 PLC 控制技术特点以及与其他控制部分的关联，本文研究的主要内容涉及： （1）立体车库总体框架结构及工作原理； （2）立体车库控制系统作业流程及 PLC 电气部分在其中的作用实现； （3）信息导入、数据传输与系统处理的实现； （4）PLC 电气控制执行机构能耗优化； （5）立体车库的 PLC 电气控制部分与其他控制部分的通信实现； （6）系统单独调试和联调实现以及相关注意事项。1.5.2
21、课题研究内容的技术指标基于本课题设计思想和最终实现目标，本文主要解决的关键问题应该达到以下标准： 1.整个控制网络组态的实现 14-15。主要包括：西门子 S7-300 PLC 系统通过串行通信模块实现与人机交互的单片机系统之间。通过 PROFIBUS 总线实现对编码器信息的提取以便通过变频器精确对电机实现控制。 2.基于西门子 S7-300 系列 PLC 的现场执行控制机构的设计开发。采用PLC 硬件连接的联锁、软件程序互锁双重设置来实现对升降执行机构与立体车库保护装置的监控。 3.合理分配人机交互、上位机监控和 PLC 电气控制执行的工作关系，设定好低成本、开放型机械式立体车库存取车作业方式，以及离线和在线两种模
