立体车库设计

第一章 概述

1.1背景分析

随着城市建设的高速发展，停车用地紧张显得尤为突出。停车难是一个亟待解决的问题。立体停车场空间利用率高，大大节省了土地资源和土建开发成本，是停车场未来发展的主流趋势。本设计采用垂直循环式立体停车场，其结构简单、成本低、建筑方式灵活、应用范围广泛。根据停车场机械结构的特点，选用PLC作为车位存取子系统的主控器，控制电机完成存取车的机械操作。同时，本文以单片机为控制器，设计了计时收费子系统，完成停车费用收取工作。两部分组成了停车场的自动控制系统。在软件方面，本文设计了控制系统的程序流程图。自动控制的立体停车场可以实现无人值守、自助操作、自动运行，同时计时收费又可有效地车主存车时间，提高停车场的循环利用率，具有一定的社会意义。 1.2 国内外研究现状

目前国际上立体车库的研究已经日趋成熟，国内也已逐步研制出属于我们自主品牌的立体车库。伴随着人们生活水平的提高、智能建筑、楼宇自动化技术的发展，以及计算机技术尤其是网络通讯技术的提高，可以预见立体车库必将逐渐走入人们的日常生活，并成为其不可或缺的一部分。立体车库研究的方向也不再局限于单个立体车库，它将朝着更加智能化、以及立体车库群网络集成化的方向发展，以满足人们对个性、便捷、经济、安全等各个方面的需求。

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，非常的大，市场大量需要低价格的机械停车设备，要能够达到增加停车位的目的，十分适合使用“电梯式”智能立体车库。这种停车库一组可以建设 8 层，换句话说，在原来的面积上，过去只能停一辆小车，现在建起的立体车库可以停放 8 辆车之多。 1.3 系统功能分析

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,一般为2~4层(国家规定最高为4层),2层、3层者居多。 立体车库结构特点是：底层只能平移,顶层只能升降,中间层既可平移又可升降。除顶层外,中间层和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;中间层、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。

升降横移立体停车库以停放轿车为主,其代价较昂贵,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。

1.4 论文工作内容

近几年，随着人民生活水平的提高，及汽车价格的一降再降，有车在老百姓看来已是越来越平常的事。可是，如果你住在一些较老的小区，会发现，买车容易，停车可就难了；更有甚者，有些人为了能在市中心上班地找到一个泊车位，不得不比挤公车起得还早。为什么会这样，这既有历史原因，人们没想到国人会如此快的拥有自己的家庭轿车，也有中国过于太快的城市化，使城市本就薄弱的基础设施捉襟见肘，所以，国家不能承受城市无限度的外扩，也就不允许在每个建筑外面留下大块的空地作为停车场。因此，“车库”是大中城市的热门话题，国家经贸委将“城市立体车库”列为“近期行业技术发展重点”，随着家用汽车的不断增加，公共场所及社区内存车矛盾、车挤绿地的问题将会越来越突出，在人们对生活质量和环境意识不断增强之时“车库”日渐成为热门话题，机械自动化立体车库将会在新开发的楼盘及商业里大显身手。

随着汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化,而作为解决城市静态交通的有效措施——向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。本文介绍了立体车库发展状况以及立体车库

的主要功能与优越性，并进一步结合给出了一个物业小区内地下三层升降横移式立体车库的设计与实现方案的实践操作来阐述PLC的应用。

升降横移类立体车库的控制系统通过采用PLC和Profibus现场总线控制,使整个控制系统的可靠性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,完全实现了进出车的智能控制。系统还在硬件设计上采用了手动、半自动和全自动多级冗余控制方式,配合软件/硬件连锁保护,大大提高了系统的可靠性;同时,由于PLC软件设计上的优化处理,使得本系统对于车位的扩展实现较为简便;此外,软件设计还采用了“并行分支与汇合”的技巧,从而大大缩短了进出车时间,提高了工作效率。

同时，本文还介绍了基于可编程控制器(PLC)和Profibus总线的车库控制系统,简述了多层升降横移立体停车库工作原理和结构特点，通过PLC软件设计及其优化,实现了立体车库的自动控制。升降横移类立体车库的控制系统通过采用PLC和Profibus现场总线控制,使整个控制系统的可靠性大大提高,满足了车库的控制功能与使用性能的要求,完全实现了进出车的智能控制。系统还在硬件设计上采用了手动、半自动和全自动多级冗余控制方式,配合软件/硬件连锁保护,大大提高了系统的可靠性;同时,由于PLC软件设计上的优化处理,使得本系统对于车位的扩展实现较为简便;此外,软件设计还采用了“并行分支与汇合”的技巧,从而大大缩短了进出车时间,提高了工作效率。本文的一些观点和实际操作是根据具体的实际情况不同而不同，存在一定差异性，还有就是希望能多和同行业的同仁通交流探讨。

第二章 硬件集成设计

2.1 方案设计

汽车保有量的快速增长，导致了城市停车场不足，这已经成为社会化问题，迫使我们在城市紧凑的地域内对停车空间、停车方式进行新的探索，停车设备也由地面向地下、由单层向多高层发展，停车方式亦由坡道式向机械式发展，立体停车设备也由此应运而生。

立体车库可分为以下几类： 1、升降横移类

这是立体停车设备最普遍的一种结构类型。 2、电梯式

电梯式停车设备是指以固定的或安装于可移动构架上的升降机作为汽车运输工具，并在电梯轿厢底部机构可将汽车做水平移动传送，使汽车自动平移至螃道两侧泊车位并进行存放的机械式立体停车设备。 电梯式立体停车设备包括一个有入口的垂直框架结构，轿车通过入口被引导进来。停车空间是按照一排或者多排垂直排列。一个电梯包括一个可以在框架结构里上下移动的升降机。升降机适合于接收一个装载有轿车的载车盘；在升降机上有一个推进器，这个推进器可以朝停车空间推进；在每一个停车空间里都有一个搁板，而且这个搁板不受推进器的约束；搁板适用于支撑载车盘；并且有一个旋转器轿车旋转到适合的姿态停泊在载车盘上面。（下图为电梯式立体车库的模型图）

3、循环式

循环式立体停车设备的工作原理是将停车用的托运盘在存储空间内成圆形布置，通过大型循环链条或者钢丝绳传动使其连续循环运转，并且托运盘上设有导轨和导轮，防止循环运动时发生摇晃。 循环式立体停车设备在结构分为垂直循环式立体停车设备、水平循环式立体停车设备、索道循环式立体停车设备、圆形循环式立体停车设备和箱型循环式立体停车设备。在传动方案上可以采用链条和钢丝绳传动。循环式立体停车设备可以设置，也可附设在建筑物内，存车数可多可少，大型车库可用多套设备并列布置。与其他方式相比，此类车库不需

要运输车辆所需的车道，因而所需的面积与容积量小，可根据建筑物和地形的不同来灵活配置，但由于受到传动功率的，循环式立体停车设备的停车容量比较小，一般停车数量在 12 个车位以下。循环式立体停车设备在其出入口处一般都设置了回转盘，这样入库时车辆可前行进入，而出库时须倒车至转盘上转向掉头。 垂直循环式的出入口可以布置在车库的下端，存车空间向上发展，也可以设置在中间，将存车空间分成地上和地下两个部分。

4、巷道式

巷道堆垛式立体停车库的原理和立体仓库的工作原理相类似：大型门座式起重机（堆垛式）在XYZ三个方向上运动，将车辆运送到相应存储位置，按照电脑指令准确定位，利用堆垛机上的伸缩装置完成存取车辆的动作。

巷道式立体停车库的工作效率极高，一般存取车辆的时间在 60-80s 之内，车库容量极大，可以存放数百辆车辆，如果车位如不知成纵列，则两边各宽 2.5迷，如布置成横列，两边各宽 5.5 米。车位每层高度 2 米，如建 4 层 80 个车位的巷道堆垛式车库，则须建造一个高 8 米，宽 17 米，长 25 米的空间。 巷道式立体停车设备可以理解为电梯式立体停车设备的衍生，但该种停车设备有极其广泛的地方： （1） 占地大，技术制造与维护成本高，只适合CBD（商业区），但无法解决城市零散多布点停车需求。 （2） 无法实现有地下与地上坡道式零散停车用地进行机械化改造，且无法扩充停车单元。（下图为青岛巷道式立体车库的应用）

此次，本组选择三层三列升降横移式立体车库。

2.1.1升降横移式立体车库工作原理

升降横移式从结构上讲，它通过载车板的垂直升降和水平移动来进行车辆的存取，设备结构简单，适用车型比较广泛，而且相对其他车库，安装和布置比较灵活，非常适用于地下以及室外停车。升降横移式立体停车设备结构非常灵活，可以根据具体应用情况将车库布置为两层或者两层以上，通过增加停车层数可以增加停车容量，其基本单元式两层结构，可以停放5辆汽车，上层3个托板可以升降，上层3个托板可以升降，下设有2个托板，能左右平移，但不能升降。整个单元由钢结构框架、托板、升降机构、平移机构和控制系统组成。托板的宽度试车辆大小而定，介于2400-2500mm，长度介于5250-6370mm。托板可以采用液

压驱动升降机构或电机升降系统，电机功率为 2.2-3.7kw ,平移机构电机功率为 0.2kw ,升降平移时均为20s 。在安全装置方面除紧急断电开关和自动急停的光电开关外，还有防止坠毁的安全锁。

升降横移式立体车库每个车位都有载车板，车辆就停在载车板上，最下层的载车板只做左右横移，不能升降，中间层车位可以左右横移和升降，上层车位只能升降，不能横移，若中间层车位需要存取车，则需下层车位移出空位，才能降至底层，上层车位需要存取车，则需要中间层车位和下层车位移出空位方能下降至底层。存车时，当载车板到位后，驾驶员将车开上载车板后下车离开，中间层和上层载车板升至所在层位；取车时，下层车位直接开出，上层和中间层则是载车板降至底层后，等驾驶员进入车库开走汽车后，载车板回至所在层位。下图为一个地上3×3型七车位的升降横移式立体车库，其工作原理是:上层载车板可以做升降运动，中间层载车板可以做升降运动和横移运动，下层载车板只能做横移运动。通过中间层和下层的空位，利用载车板横移变换空位，将汽车停到上层或降至下层，第一层的汽车可直接开进和开出，无需变换位置。

1 、2号车位可以直接存取车辆；7 号车位需下降后再存取车辆；3 号车位，则需先将1 号和2号载车板右移，再将3号载车板下降后才能存取车辆； 4号车位，则需先将2号载车板右移，再将4号载车板下降后才能存取车辆；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降后才能存取车辆；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板下降后才能存取车辆。

由于升降横移式立体车库对场地的适应强性，可根据不同的地形和空间进行相应的组合，规模可大可小，对场地的要求比较低，因此，应用非常广泛。 2.1.2升降横移式立体车库工作流程图

横移流程图

开始 结束 行程开关 载车板 链条 PLC 平移电机 齿轮

升降流程图

开始

2.2 硬件选型

本组设计的是3层3列的立体车库，一共有7块可移动的载车板，在本系结束 行程开关 载车板 绳索 PLC 升降电机 滑轮 统中，每个载车板上分别装有电机控制载车板的横移、升降，共需要9台电机。其中，1号电机控制1号载车板的横移；2号电机控制2号载车板的横移；3号电机控制3号载车板的横移；4号电机控制4号载车板的横移；5号电机控制5号载车板的升降；6号电机控制6号载车板的升降；7号电机控制7号载车板的升降；8号电机控制3号载车板的升降；9号电机控制4号载车板的升降。（标号见图2—2）

2.2.1 横移电机的选择

水平移动的电机驱动力是通过主动轮与轨道的粘着摩擦来实现的。假设电机输出的牵引力最大值为F，总牵引力是各从动轮的运行静摩擦力Fc和运动惯性力Fa之和，于是主动轮不打滑的条件是：F3FcFa 。

单个从动轮的滚动摩擦阻力偶矩M用下式计算：

MN （2-1）

式中，——滚动摩阻系数，钢制车轮与钢轨的0.05mm；

N——滚轮与钢轨支撑面的正压力N。

假设载车板和汽车的总质量为m=3000kg，根据公式2-1得：

M0.051430009.8367.5Nmm。

假设滚轮的直径r=100mm，则单个从动轮的牵引力为：

FcMr367.51003.7N。

假设水平移动速度v0.15m/s，则其最大变化量v0.15m/s，t的范围通常在0.01~0.5s之间，根据情况可选取t0.2s，于是运动惯性力：

Famamvt30000.150.22250N。

由此可得，总牵引力为：

F3FcFa33.722502261.1N。

电机需要的输出功率为：

PFv2261.10.15339.2W。

所以选用Y801-4型号的电机。该电机额定功率为0.55kw，额定转速为1500r/min，满载转速为1390r/min，质量为17kg。

2.2.2 升降电机的选择

升降机构是垂直升降式立体停车设备中非常重要的一个子系统，负责将存取机构及存入的车辆提升到指定的楼层，或者将出库的车辆及存取机构带到地面。它在整个立体车库中安全要求最高，不能发生意外，造成车辆或者人员损上。同时，它还决定垂直升降式立体停车设备的整个运行速度和可靠性，并对车库结构的受力情况也构成影响。

在电梯中曳引驱动形式运用的比较多，而在停车设备中，因为搬运输送的车辆的尺寸较大，有其自身的特殊性，垂直升降式停车设备的曳引驱动机构形式主要有以下几种设置形式。

①定滑轮机构曳引驱动形式。曳引驱动机房设置在停车设备上方，传动形式的曳引比为l。与电梯的起吊方式不同，垂直升降式立体停车设备升降轿厢的起吊方式是四点起吊，四根钢丝绳连接在升降轿厢的四个角。

②动滑轮机构曳引驱动形式。曳引驱动机构设置在停车设备上方的机房内，传动形式的曳引比为2。

③曳引驱动机构下置驱动形式，曳引驱动机构设置在停车设备下方的地坑内，其传动形式的曳引比也是1比1。钢丝绳的一端悬挂连接着升降轿厢，另外一端绕过定滑轮、导轮和地坑内曳引轮之后，再绕过上方的导轮连接对重。

④车库升降系统驱动形式。设计采用定滑轮机构曳引驱动形式，曳引电机上

置，机房设置在升降设备的上方，升降轿厢四点起吊，曳引机选用双伸出轴的曳引机，对重布置在升降轿厢的前方，为了增加钢丝绳与曳引轮之间的包角（一般要求包角≥135）而增设压向导轮。

提升系统的垂直升降运动是靠曳引绳和曳引轮之间的摩擦力来实现的。这种力就称为曳引力。要使系统能够被提升，曳引力就必须大于或等于曳引绳中较大载荷P1与较小载荷P2之差。即：TP1P2。

曳引力是靠曳引绳和曳引轮绳槽之间的摩擦力产生的，因此必须保证曳引绳在曳引轮绳槽中不打滑，增大曳引力的方法有：

① 选择合适形状的曳引轮绳槽； ② 增大曳引绳在曳引轮上的包角；

③ 选择耐磨且摩擦系数大的材料制造曳引轮； ④ 曳引绳不能过度润滑；

⑤ 使平衡系数达到0.4—0.5，提升系统不能超过额定载荷。

车库选用的是凹形槽绳槽的曳引轮，保证有较大的摩擦力，同时又有较长的使用寿命。

在通过各种措施提高系统的曳引能力之外，还必须对系统的曳引能力进行验算，以保证曳引系统在任何条件下都能够有足够的曳引力。在曳引条件为不打滑的情况下验算时，一般采用如下公式：

T1T2efk。 （2-2）

本设计中，T1按汽车最大载重量（2500kg）、车库提升轿厢重量（500kg）和载车板重量（1000kg）之和计算，对重重量为2600kg。钢丝绳在曳引轮的包角为150。根据公式2-2，计算得：

T1T2(25005001000)9.826009.80.123.14(150/180)1.

efke1.69

满足要求，可见系统具有足够的曳引力。

根据对重系统的力学关系，有对重电梯的电动机的额定功率为：

PNK(1KP)mNvN102 （2-3）

KPmPmmNj

（2-4）

上式中，KP——平衡系数，0.4~0.5；

K——系数，1.1~1.6； mN——电梯额定负载；

mP——载重的质量，mP3000kg； mj——载车板的质量，mj1000kg；

——电梯的传动系统效率，与悬吊方式及曳引类型有关。 取KP0.5，根据公式2-4可得mN4000kg； 取K=1.3，vN0.15m/s将数据带入公式2-4，得：

PN1.3(10.5)40000.151020.84.8kW

所以选择Y132M-4型电机，功率为7.5kW，额定电压380V，额定电流15.4A，额定转速1440r/min。

2.2.3 变频器的选择

随着城市机动化程度的迅速提高，对停车泊位的需求量越来越大，全自动立体车库已成为当今停车管理设备发展的主要方向，如何使立体车库的使用和工作更加安全有效成为了行业发展的焦点问题。每套全自动立体停车库系统由一部汽车提升系统和进出口装置构成，采用梳型交换原理来实现存取车的操作：在进口处设有一个带自动旋转盘的汽车升降机。升降机负责将车辆和停车台板提升到预定的停车位旁，通过提升机的横移机构，将车辆平行移动到通道两侧的停车泊位上。汽车升降机分为垂直提升机构和横移机构，分别由两台3相异步电动机控制，工频直起使用会造成较大的电流及机械的冲击，减少设备使用寿命，长时间的工频运行，对于能源来说也是一种浪费，系统运行快慢不好掌握，精确定位实现难。通过对系统项目的分析和广大用户的信息反馈，使用变频器可对上述问题进行有效的改善和提高，电气控制系统获得优越的控制及精确的性能，使电机不用满负荷运转就能达到使用要求，使系统在平稳、安全、可靠的状态中运行，避免严重

的机械磨损，防止，减少机械部分的维修工作量，延长设备的使用寿命，提高工作效率及整个系统的安全性，同时还具备维护操作简单等优点。

1、变频器选型的注意点

l)采用变频的目的：恒压控制或恒流控制。

2)变频器的负载类型：叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

3)变频器与负载的匹配问题。

电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。对于一些特殊的应用场合，如高温、高海拔，会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。在选型过程中变频器如果要长电缆运行时，要采取措施抑制长电缆对地藕合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 2、安川变频器的优点

低速大扭矩输出，电流型矢量控制可达150%/0.3HZ（1：1），闭环可达150%/0HZ，特别适用提升机控制。 提高工作效率与自动化控制的程度。

使用安川变频器控制可以在电机启动前加入直流制动功能，运行中加入失速防止功能，及制动保护回路，防止出现力矩不足，提升机构下溜等问题。 系统设备可频繁的启动，停止、上升、下降，无冲击电流，对电机无损伤，有150%/1分钟的过载保护功能。

通过安川变频器的多功能数字输出端口控制制动器的开关指令序列，既可频率一致，也可在设定频率范围内按要求动作。

明显减少制动器的磨损，延长其使用寿命，降低系统维护成本。

控制系统趋于小型化，节约的现场空间，安装使用方便。 与工频电源直接投入使用相比：

连续运行的可靠性高，故障率低，低速高起动转矩150%/0Hz。 频繁启动对设备无损害，无大冲击电流。

低速时的稳定运行，灵活适应负载变化，由外部输出信号执行制动器的开放序列（抱闸信号控制）

低速时也能提供稳定的输出转矩（150%/0.3Hz）

本次设计选用安川VS-616G5通用变频器，VS-616G5作为通用变频器适合任何应用场合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运行。它的自动调整（auto-tuning）功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。

VS-616G5将四种控制方式融为一体，包括磁通矢量和传统的V/F控制，VS-616G5在精密机械及驱动多台电机的任何应用中，都可以实现极佳的驱动效果。它是改善品质和提高生产效率特别理想的选择。

YASKAWA（安川）VS-616G5具有以下优点： 低速大转矩和全频域平稳加减速 驱动普通电机能达到最佳的控制效果 操作简单灵活

具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用 设计平均无故障时间：250,000小时 主要特点

磁通矢量控制使任何类型的负载都可在低速下平稳启动

VS-616G5具有全频域磁通电流矢量控制的特点。它是根据现代控制理论，采用磁通检测和神经网络控制技术，直接控制电机的转矩。它在低速下（1%额定转速）即使不采用PG反馈，也可提高启动转矩和无故障运行，当增加PG控制时，可以实现零速高转矩控制。

可靠的力矩控制

VS-616G5是通过精确的力矩控制功能来控制输出力矩的。万一发生故障时，也能确保无冲击安全运行。VS-616G5在传送带和重型传输机械的应用中证明了它的耐久性和完美的性能。

宽调速范围的精确控制

VS-616G5即使在负载变动条件下，也具有全速范围高精度运行的特点。 优秀的伺服响应

（带PG反馈时磁通矢量控制的示例）

带PG反馈时，需要选用PG速度控制卡。

第三章 立体车库控制系统软件设计

根据控制系统的要求，从经济性，实用性和可靠性等方面考虑，本次采用施耐德TSX37-08型PLC作为控制系统的核心控制器。 3.1 PLC的I∕O资源配置

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

本次车库设计，由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，用PLC控制载车板横移，升降传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。

本组选用的是施耐德238系列的PLC，其具有坚固性、紧凑性及可扩展性等特点，其开关量I/O点多，同时具备模拟量I/O、高速计数、以及网络通讯等扩展模板，最大限度地满足OEM对机器控制的各种需求。

根据立体车库控制系统的要求功能，对PLC进行I∕O分配，具体分配如下：

表3.1 输入端口分配表

输入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 输入设备 启动按钮 紧停按钮 3号载车板按钮 4号载车板按钮 5号载车板按钮 6号载车板按钮 7号载车板按钮 1号载车板右限位开关 2号载车板右限位开关 1号载车板左限位开关 2号载车板左限位开关 3号载车板右限位开关 4号载车板右限位开关 输入 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27 X30 X31 输入设备 3号载车板左限位开关 4号载车板左限位开关 3号载车板下限位开关 4号载车板下限位开关 3号载车板上限位开关 4号载车板上限位开关 5号载车板下限位开关 6号载车板下限位开关 7号载车板下限位开关 5号载车板上限位开关 6号载车板上限位开关 7号载车板上限位开关 载车板复位 表3.2 输出端口分配表

输出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13

输出设备 1号电机右转 2号电机右转 1号电机左转 2号电机左转 3号电机右转 4号电机右转 3号电机左转 4号电机左转 8号电机下降 9号电机下降 8号电机上升 9号电机上升 输出 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 输出设备 5号电机下降 6号电机下降 7号电机下降 5号电机上升 6号电机上升 7号电机上升 3号载车板防坠电磁铁 4号载车板防坠电磁铁 5号载车板防坠电磁铁 6号载车板防坠电磁铁 7号载车板防坠电磁铁 报警灯

3.2 电气控制系统PLC接线图

PLC接线设计：在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了双稳态磁性开关。PLC接线图如图4.1所示。

启动紧停3号载车板呼叫4号载车板呼叫5号载车板呼叫6号载车板呼叫7号载车板呼叫1号载车板右限位开关2号载车板右限位开关1号载车板左限位开关2号载车板左限位开关3号载车板右限位开关4号载车板右限位开关3号载车板左限位开关4号载车板左限位开关3号载车板下限位开关4号载车板下限位开关3号载车板上限位开关4号载车板上限位开关5号载车板下限位开关6号载车板下限位开关7号载车板下限位开关5号载车板上限位开关6号载车板上限位开关7号载车板上限位开关载车板复位开关KM1KM3KM2KM4KM5KM7KM6KM8KM15KM17KM16KM18KM9KM11KM13KM10KM12KM141号电机右转2号电机右转1号电机左转2号电机左转3号电机右转4号电机右转3号电机左转4号电机左转8号电机下降9号电机下降8号电机上升9号电机上升5号电机下降6号电机下降7号电机下降5号电机上升6号电机上升7号电机上升3号载车板防坠电磁铁4号载车板防坠电磁铁5号载车板防坠电磁铁6号载车板防坠电磁铁7号载车板防坠电磁铁X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26X27X30X31Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y20Y21Y22Y23Y24Y25Y26Y27COM图3.1 PLC接线图

TSX37-08

380VFUFUFUFUFUFUFUFUFUKM2KM4KM6KM8KM18FRFRFRFRFRFRFRFRFRM1号电机2号电机MM3号电机M4号电机M5号电机M6号电机M7号电机M8号电机M9号电机图4.2 电机控制原理图动。可以在程序中用自锁和互锁的方式完成。

KM1KM3KM5KM7KM9KM11KM10KM13KM12KM15KM14KM17KM16层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运

电机控制及接线设计：在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和

横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面

图3.2电机控制原理图

3.3 PLC控制程序设计

本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位， 而对于1层车位， 存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写，程序流程见图4.3。需要说明的是， 载车板用链条和载车板上的吊点悬吊在托架上， 在静止状态时， 防坠挂钩挂住载车板。

启动停车按下所需呼叫的载车板按钮按下复位按钮下方载车板移开载车板上升N防坠机构收回载车板上升是否到位Y被呼叫的载车板下降弹出防坠机构N载车板下降是否到位Y下方载车板移回原位本次动作结束

图3.3 程序流程图

根据立体车库的运行控制要求，程序设计方案如下：

程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件， 当系统掉电时元件保持掉电前的状态， 以保存现场信息， 待上电后继续完成被中断的动作当发生意外情况时， 按下急停按钮中止系统的运行并保存现场断点信息当出现电气或机械故障时， 如电机过载、过热时自动中止系统运行，同时由人进行故障处理。

全自动方式是立体停车库的正常工作方式，当键入某载车板进出命令后，系统可自动判断路径并移动载车板，自动完成进出载车板动作。

3.4控制系统程序梯形图

立体车库程序梯形图如图3.4所示。

图3.4 立体车库程序梯形图

第四章 实践调试仿真

4.1触摸屏设置调试 第一步：新建画面

在电脑上安装好台达触摸屏编辑软件。双击打开软件，进入编辑状态。

单击“文件”选择“新建”，显示如下图，按下图进行设置：

单击“确定”新页面新建成功。

右面对话框可以进行页面属性设置。如下图：

第二步：制作画面

控制面上有工具条 ，如图

单击进入可以选择需要的工具进行绘制图形

第三步：开关按钮的选择

单击工具条中的

图标，显示如下图：

选择“设On”与“设Off” ，在界面上用鼠标拉出一个矩形，松开 鼠标则完成按钮的选择。在右边对话框选择列表头。

显示如下：

进行按钮的设置

第四步：指示灯的选择

单击工具条中

的图标，显示如下图：

选择状态指示灯。在界面上用鼠标拉出一个矩形，松开

鼠标则完成指示灯的选择。在右边对话框选择列表头。显示如下

进行指示灯的选择。 最后形成如下画面：

需要注意的是在对指示灯和按钮的“读取存储器地址”设置时要与PLC 编程相对应。这样才能正确的控制。 第五步：触摸屏的模拟

单击工具条上的图标，进话框内查找，并进行修改。

行编译，如果有错误可以在右下角的对

在界面上选择工具，单击鼠标进入，如图显示：

选择“在线模拟” ，触摸屏的制作完毕。

4.2 基于MCGS对车库控制系统的应用研究

MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库窗口和运行策略五部分构成，每一部分分别进行不同的组态设计，不同的工作。

对于工程画面的制作，是在用户窗口中完成，由用户组建。升降横移式立体车库画面的制作具体步骤为:

(1)在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0\"，如图所示

新建窗口图面

(2)选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

(3)将窗口名称改为“立体车库”，窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，如图所示：

用户窗口属性设置画面

(4)在“用户窗口”中，选中“立体车库”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载窗口，如图所示：

画面的建立

（5）在“用户窗口”中，选中“立体车库”，双击左键，进入静态画面设计 生成画面如下图所示:

实时数据库中定义的数据对象都是全局性的，MCGS各个部分都可以对数据对象进行操作，通过数据对象来交换信息和协调工作，数据的各种属性在整个运行过程中都保持有效。

通过对3×3升降横移式立体车库的研究分析，我们需要表中的实时数据及数据对象:

升降横移立体车库控制系统变量分配表

变量名 取车按钮 停止按钮 取完标志 左移 右移 上移 下移 水平移动量1 水平移动量2 垂直移动量 定时器启动 定时器复位 计时时间 时间到

类型 开关 开关 开关 开关 开关 开关 开关 数值 数值 数值 开关 开关 数值 开关 注释 取车信号，输入，1有效 停止信号，输入，1有效 取完信号，输出，1有效 托盘左移信号，输出，1有效 托盘右移信号，输出，1有效 托盘上移信号，输出，1有效 托盘下移信号，输出，1有效 二层托盘水平移动距离 一层托盘水平移动距离 三层托盘垂直移动距离 控制定时器的启停，1启动，0停止 控制定时器复位，1复位 代表定时器计时时间 定时器定时时间到为1，否则为0

在用户窗口搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行仿真设计，使它们动起来，真实地描述外界对象的状态变化，从而达到实时监控仿真的目的。

在MCGS中实现动画仿真设计是通过将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接来完成的。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现图形的动画效果。

用户窗口中的图形界面是由系统提供的图元、图符及动画构件等图形对象搭制而成的。动画构件是作为一个的整体供选用的，每一个动画构件都具有特定的动画功能，一般说来，动画构件用来完成图元和图符对象所不能完成或难以完成的、比较复杂的动画功能，而图元和图符对象可以作为基本图形元素，便于用户自由组态配置，来完成动画构件中所没有的动画功能。

定义动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系，通过对图形对象在不同的数值区间内设置不同的状态属性(如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等)，用数据对象的值的变化来驱动图形对象的状态改变，使系统在运行过程中，产生形象逼真的动画效果，因此，动画连接过程就归结为对图形对象的状态属性设置的过程。 在MCGS中，每个图元、图符对象都可以实现11种动画连接方式。利用这些图元、图符对象来制作实际工程所需的图形对象，然后再建立起与数据对象的对应关系，定义图形对象的一种或多种动画连接方式，实现特定的动画功能。这11种连接方式如图: (1)填充颜色连接 (2)边线颜色连接 (3)字符颜色连接 (4)水平移动连接 (5)垂直移动连接 (6)大小变化连接 (7)显示输出连接 (8)按钮输入连接 (9)按钮动作连接 (10)可见度连接 (11)闪烁效果连接

组态属性设置值

为了简化用户程序设计工作量， MCGS将工程控制与实时监测作业中常用的物理器件，如按钮、操作杆、显示仪表和曲线表盘等，制成的图形存储于图库中，供用户调用，这些能实现不同动画功能的图形称为动画构件。

在组态时，只需要建立动画构件与实时数据库中数据对象的对应关系，就能完成动画构件的连接，如对实时曲线构件，需要指明该构件运行时记录哪个数据对象的变化曲线；对报警显示构件，需要指明该构件运行时记录哪个数据对象的报警信息。

本课题中需要制作的动画效果的部分包括： (1)车库托盘、车的水平移动，如图所示： (2)车库托盘、车的垂直移动，如图所示： (3)车的可见度，如图所示：

(4)按钮、指示灯的动画连接，如图所示：

水平动画连接

垂直动画连接 车可见度动画连接

按钮、指示灯动画连接

脚本程序编辑环境是用户书写脚本语句的地方。脚本程序编辑环境主要由脚本程序编辑框、编辑功能按钮、MCGS操作对象列表和函数列表、脚本语句和表达式4个部分构成如图

工具箱

单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加脚本程序构件，同样添加定时器如图

生成策略图

双击脚本程序进入了脚本程序编辑环境用户可以在编辑环境中输入程序，以实现对组态工程的控制。本文脚本程序编辑如下：

IF 取车=1 AND 停止=0 THEN 定时器复位=0 定时器启动=1 ENDIF

IF 取车=0 THEN 定时器启动=0 ENDIF

IF 停止=1 THEN 定时器启动=0 ENDIF

IF 右移=1 THEN

水平移动量1=水平移动量1+ 1 ENDIF

IF 左移=1 THEN

水平移动量2 = 水平移动量2- 1 ENDIF

IF 下移=1 THEN

垂直移动量=垂直移动量 + 1 ENDIF

IF 上移=1 THEN

垂直移动量=垂直移动量 - 1 ENDIF

IF 定时器启动=1 THEN IF 计时时间 < 4 THEN 右移=1 EXIT

ENDIF

IF 计时时间 < 8 THEN 右移=0 左移=1 EXIT ENDIF

IF 计时时间 <12 THEN 左移=0 下移=1 EXIT ENDIF

IF 计时时间 < 16 THEN 下移=0 EXIT ENDIF

IF 计时时间 <20 THEN 上移=1 取走标志=1 EXIT ENDIF

IF 计时时间 > 20 THEN 上移=0 EXIT ENDIF

IF 计时时间 > 24 THEN 取走标志=0 EXIT ENDIF ENDIF

IF 定时器启动=0 THEN 右移=0左移=0 下移=0上移=0 取车=0 启动=0 ENDIF

结论与心得

和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。

通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。

在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。

参考文献

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