升降横移式立体车库控制系统毕业设计

升降横移式立体车库控制系统设计

摘要

自动化立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术为一体的智能化、立体化的物流储运系统，能够自动而可靠的完成车辆的存储以及相关信息的管理。对该系统的开发与研究，可以解决我国停车难的问题，具有非常大的理论意义和使用价值。

本文概述了我国停车场的现状，提出了在市区建设立体车库的必要性。在程序设计之前，首先进行了方案的论证与设计。设计选用了两层三列五个车位的升降横移式立体车库作为模型，完成了控制系统的硬件设计。在本部分中选择了电动机，对检测和安全装置进行介绍。车库的控制系统可以用单片机控制、PLC控制、继电器控制。通过认真仔细的论证，本设计的控制系统最终选用了三菱FX-2N型号的PLC控制。用PLC（可编程序控制器）设计地下升降横移式立体车库的控制系统。最后对控制系统的软件进行了设计。分析了系统的控制流程，画了程序流程图、PLC接线图。并用GX Developer软件做了PLC控制的梯形图和语句表，完成了立体车库控制系统的设计。关键词：升降横移式立体车库，可编程控制器（PLC），控制系统

Lifting and transferring type parking control system design

Abstract:Automated three-dimensional garage is automation technology, robotics, computer technology is one of the intelligent, the logistics of the three-dimensional storage system that can automatically and reliable vehicle storage and information management. Of the system development and research, you can solve the difficult problem of China's parking, with a very large theoretical significance and value in use.

This article provides an overview of the status of our parking lot, put forward the necessity of the construction of three-dimensional garage in the urban areas. Before programming, the first demonstration and design of the program. The design uses two layers of three of five parking spaces for lifting and transferring type parking as a model, the control system hardware design. In this section, select the motor, detection and safety devices are described. Garage with MCU control system can control, PLC control, relay control. Carefully argument, the designed control system is the final selection of the Mitsubishi

FX-2N PLC control. Design underground lifting and transferring type parking control system with PLC (programmable logic controller). Finally, the control system software design. Analysis of the control flow of the system, draw the program flowchart, PLC wiring diagram. With the GX Developer software and the PLC control ladder diagram and statement table, and completed a three-dimensional garage control system design.

Keywords: lifting and transferring type parking equipment, programmable logic controller (PLC), control system

目录

1 引言 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.1.1 什么是立体式车库 (1)

1.1.2 研究立体车库的目的意义 (1)

1.2 国内外立体车库研究现状 (4)

1.2.1国外立体车库的研究现状 (4)

1.2.2 国内立体车库的研究现状 (4)

1.3 设计任务与技术要求 (4)

1.3.1 设计任务 (4)

1.3.2 拟研究解决的问题 (5)

1.3.3 拟采用的设计路线 (5)

2 升降横移式立体车库方案的论证与设计 (6)

2.1 立体车库系统控制要求 (6)

2.2 立体车库的控制系统方案比较与选择 (6)

2.2.1 继电器控制 (6)

2.2.2 单片机控制 (7)

2.2.3 PLC控制 (8)

2.2.4 PLC与继电器控制比较 (13)

2.2.5 PLC与单片机比较 (13)

2.2.6 控制系统选择 (14)

2.3 升降横移式立体车库的存取车原理、操作流程及方框图的设计 (14)

2.3.1 存取车原理 (14)

2.3.2 存取车操作流程 (15)

2.2.3 方框图的设计 (15)

3 升降横移式立体车库控制系统硬件设计 (16)

3.1 控制系统功能概述 (16)

3.2 电动机的选择 (16)

3.3 可编程控制器的选择 (18)

3.3.1 可编程控制器概述 (18)

3.3.2 可编程控制器的分类 (18)

3.3.3 PLC可编程控制器的性能指标与选型 (19)

3.3.4 所选三菱FX-2N型PLC的特点 (21)

3.4 安全与检测系统设计 (22)

3.4.1 车位认址信号 (22)

3.4.2 车位停车信号 (23)

3.4.3 车位正确停车信号 (23)

3.4.4 人员误入报警 (24)

3.4.5 火灾报警信号 (24)

3.4.6 安全装置的设计 (24)

4 升降横移式立体车库控制系统软件的实现 (25)

4.1 程序流程图 (25)

4.2 程序设计的整体思想 (25)

4.3 程序 (28)

4.4 PLC的接线图 (28)

5 结论 (29)

附录一程序指令语句 (30)

附录二程序梯形图 (39)

参考文献 (45)

致谢 (46)

1 引言

1.1 课题背景

1.1.1 什么是立体式车库

现在所知的最早的立体车库建于1918年，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大街215号的一家宾馆(Hotel La Salle)的停车库，设计师是Holabird 和 Roche。经过近一个世纪的发展，立体式车库的技术越来越成熟，应用越来越广泛。到目前为止，立体车库发展到有九种主要类型：升降横移类(PSH)、巷道堆垛类(PXD)、垂直升降类(PCS)、垂直循环类(PCX)、水平循环类(PSX)、多层循环类(PDX)、简易升降类(PJS)、平面移动类(PPY)、汽车升降机(PQS)。在以上九种类型尤以升降横移类(PSH)立体车库应用最为广泛。［1］采用以载车板升降或横移存取车辆的立体停车设备的停车库叫做升降横移类停车库。升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成半地下、两层三层、四层、五层等多种形式，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。其工作原理为：一般一层车位只能横移，中间车位既可横移又可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取，由于升降横移式立体停车库对场地的适应性较强，可根据不同的地形和空间任意组合、排列，规模可大可小，对土建的要求比较低，因此升降横移式立体停车库应用十分广泛普遍。

1.1.2 研究立体车库的目的意义

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，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2006年底，市区仅有公共停车场827处，共计车位5.6万个，仅占市区机动车拥有量的8.5％，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227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20－30％。［2］

停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）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。

随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅--停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。

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，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。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80％—90％，如果采用地上多层（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。

近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。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，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的《国家计委6号令》把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。［3］

1.2 国内外立体车库研究现状

1.2.1国外立体车库的研究现状

早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。［5］以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。［4］

1.2.2 国内立体车库的研究现状

我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。但在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。［5］

1.3 设计任务与技术要求

1.3.1 设计任务

1、掌握《机电控制传动》的基础上，了解工业控制中不同控制方法的特点、控制系统的设计方法。

2、了解升降横移式立体停车库的发展概况及研究意义，掌握升降横移式立体停车库的工作原理及布置型式

3、掌握PLC顺序控制器的设计方法，设计适合升降式横移立体车库车库的控制系统：

1）给出PLC控制器应具有的逻辑功能

2）设计升降式横移立体车库控制系统的功能流程图

3）完成升降式横移立体车库控制系统的PLC接线图、梯形图及程序设计

1.3.2 拟研究解决的问题

1、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。

2、根据所设计的场所，选择电动机的类型。

3、根据I/O的点数选择合适的PLC的类型。

4、立体车库控制系统的PLC梯形图设计。

1.3.3 拟采用的设计路线

本次毕业设计的课题是: 立体车库的控制系统设计。分为三个部分。

（1）电气控制系统整体设计

整个车库由一台PLC对车库进行统一的管理和监控，通过PLC控制平台传动装

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。

（2）电气系统关键部分设计

立体车库控制系统的关键技术是使汽车迅速准确地对号入位。为使载车装置自动准确到达对应泊位，采用步进电机驱动载车装置，使载车台升降。为提高存取效率和载车设备的平稳性，电机采用变频器调速。每层设有行程开关和接近开关，升降机构碰到接近开关时，异步电机开始减速，碰到行程开关后，电机停止运动。汽车进入泊位时，装在承载汽车上的步进电机驱动托板平移。电动机正转，平移工作台向前平移，送车入号；反之，送车出号。一个存取任务完成后，升降载车系统等待下一个存取指令。在升降横移式立体车库中，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，如指示灯及其各种安全设施等。为了判断载车板上有无车辆，将采用光电开关或者压力传感器。在电机控制及接线设计方面，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动。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。

（3）PLC控制程序设计

根据车库的运行控制要求，应用程序采用模块化结构，由主循环程序和若干子程序构成。控制程序采用模块化编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且为车位的拓展提供了便利条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋值程序模块、载车板平移运动程序模块、光电开关子程序模块、载车板升降运动程序模块和数码管显示程序模块等。

2 升降横移式立体车库方案的论证与设计

2.1 立体车库系统控制要求

智能立体车库在设计中要显示出智能化、人性化和便利化的特点。因此，系统要求如下:

1.取车人按键选取车位后，该系统在选定的路径下自动到达地面，当取车人进入车库取车时，所有升降和平移系统都处于停止和抱闸状态。

2.当控制系统发生故障或车辆超重时，能发出报警提示。

2.2 立体车库的控制系统方案比较与选择

目前的控制系统中通常采用的控制方法有:继电器控制、单片机控制、PLC控制。这三种控制方式各有特点，适用的范围也不同。

2.2.1 继电器控制

继电气通俗意义上说就是开关，是，在条件满足的情况下关闭或开启。我们生活中常用的一种控制设备在条件满足的情况下开启和关闭。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用，由于设计使用的电子电路中，或多或少都需要和一些机械设备相联系，所以继电器在系统中也起到电子设备和机械设备的接口作用。

继电器控制系统具有电路直观、结构简单、价格低廉等优点。继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制电路，在电路中继电器类似计算机中的基本逻辑电路，组成了各