畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).docx

太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）：電子信息工程學(xué)院 時(shí)間：2017年3月1日學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師設(shè)計(jì)（論文）題目立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容 掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，掌握PLC的編程方法，利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)立體車庫(kù)車輛的調(diào)動(dòng)。研究方法原理設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))1、掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2、完成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，給出控制系統(tǒng)原理圖。3、完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，編制控制程序。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日 目錄目錄II摘要IIIABSTRACTIII第1章 緒論11.1 課題研究背景11.2 立體車庫(kù)的分類21.3 本論文要完成的工作31.4 小結(jié)3第2章 立體車庫(kù)的控制方案設(shè)計(jì)42.1 立體車庫(kù)的控制要求42.2 立體車庫(kù)的控制器的選擇52.2.1繼電器控制的特點(diǎn)52.2.2 單片機(jī)控制的特點(diǎn)52.2.3 PLC控制的特點(diǎn)52.2.4 PLC的工作原理62.3 控制系統(tǒng)的硬件功能需求設(shè)計(jì)分析42.4 控制系統(tǒng)的軟件功能需求設(shè)計(jì)與分析42.5 小結(jié)7第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述83.2 元器件選擇103.2.1光電開關(guān)103.2.2 行程開關(guān)103.2.3 轉(zhuǎn)換開關(guān)113.2.4 按鈕和指示燈113.2.5 電機(jī)的選擇113.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)133.4 IO表133.5 PLC型號(hào)的選擇153.6 小結(jié)15第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.1 程序設(shè)計(jì)164.1.1 主程序模塊164.1.2 自動(dòng)取車模塊164.1.3 自動(dòng)存車模塊174.3 小結(jié)18第5章 模擬仿真19第6章 總結(jié)21致謝22參考文獻(xiàn)23附錄24附錄1 電氣原理圖24附錄2 元器件清單26IV太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要本文設(shè)計(jì)一個(gè)兩層五列九車位的簡(jiǎn)易立體車庫(kù)，主要對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件元件、控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用升降橫移的方法控制板車移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)車輛的調(diào)動(dòng)，使用邏輯可編程控制器（PLC）控制車輛存取。在控制系統(tǒng)中，用西門子s700系列PLC作為控制核心，使用STEP7編寫程序并采用模塊化編程，程序中硬件軟件結(jié)合，使得系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。最終我使用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)車輛的簡(jiǎn)單調(diào)動(dòng)，達(dá)到了監(jiān)測(cè)效果，證明了設(shè)計(jì)的可行性。關(guān)鍵詞：立體車庫(kù)，升降橫移，可編程邏輯控制器ABSTRACTThis paper designs a three layer of the five column nine parking garage simple, mainly to design the mechanical structure, hardware components and system control system, using the method of lifting and transferring control to realize vehicle mobile dray transfer, using programmable logic controller (PLC) control of vehicle access. In the control system, the SIEMENS s700 series PLC is used as the control core, the program is written in STEP7, and the modular programming is adopted. The hardware and software of the program combine to make the system run smoothly. Finally, I use the configuration software to realize the simple movement of the vehicle, and achieve the monitoring effect, which proves the feasibility of the design.Keywords: Three dimensional garage, lifting and traversing, programmable logic controller第1章 緒論隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們普遍都擁有購(gòu)買私家車的能力，與之而來(lái)的就是車輛停放問(wèn)題，車庫(kù)也是一個(gè)越來(lái)越貼近人們生活的話題。隨著各城市汽車數(shù)量增加，車輛在公共場(chǎng)合的停放問(wèn)題日益突出，而普通車庫(kù)占地面積大，不適宜大面積停車，立體車庫(kù)的出現(xiàn)改善了這一問(wèn)題。1.1 課題研究背景傳統(tǒng)意義的車庫(kù)即地下車庫(kù)或者街道旁邊的車位、小區(qū)的簡(jiǎn)易停車位，無(wú)論是哪種都有一定的弊端，占地面積較大，停放不便，引起交通堵塞等不得不引起我們重視。地下車庫(kù)因?yàn)檐囕v停放在地下，停放取車都比較麻煩，且大量車主面臨車輛過(guò)多搶不到車位的問(wèn)題，出現(xiàn)車好買車位難買的問(wèn)題。街道或小區(qū)的車位，因停放占地面積大，給居民交通帶來(lái)諸多不便，不利于車輛的管理等，又因?yàn)檐囕v停放在室外增加了財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題。車輛停放問(wèn)題不僅在我國(guó)存在，在其他國(guó)家早就想到辦法解決，立體車庫(kù)在國(guó)外早就開發(fā)出來(lái)，上個(gè)世紀(jì)的美國(guó)日本等國(guó)家發(fā)明的立體車庫(kù)方法來(lái)減少車輛停放占地問(wèn)題，而我國(guó)的立體車庫(kù)也有30多年的歷史。國(guó)外發(fā)展情況：早在20世紀(jì)20年代美國(guó)就有了立體車庫(kù)的開發(fā)及研究，由于車輛的不斷增多，更多的立體車庫(kù)設(shè)計(jì)出來(lái)，家庭用車可以建造簡(jiǎn)易車庫(kù)用于車輛停放，市中心則建造大型停車塔停車樓等，公司企業(yè)利用廣場(chǎng)地下建造大型車庫(kù)。我國(guó)立體車庫(kù)的發(fā)展：我國(guó)立體車庫(kù)現(xiàn)在面臨的問(wèn)題是大部分技術(shù)引進(jìn)自外國(guó)，沒有自己的研究體系，急需突破，現(xiàn)有的立體車庫(kù)造價(jià)較高，不適合大范圍大面積的推廣，只能在特定的地方發(fā)展實(shí)現(xiàn)，大部分人對(duì)此并不認(rèn)識(shí)，對(duì)此沒有一定的理解，難以推廣。立體停車庫(kù)生產(chǎn)在中國(guó)是個(gè)新興行業(yè),從立體車庫(kù)要在中國(guó)建制造業(yè)立體車庫(kù)基地的角度來(lái)說(shuō),是一種世界競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。立體停車系統(tǒng),特別是自動(dòng)立體停車設(shè)備在國(guó)際上發(fā)展迅猛,在國(guó)內(nèi)倍受青睞是因?yàn)楸仍械睦鲜酵＼噹?kù)有著較多的優(yōu)點(diǎn)。就目前來(lái)看,立體停車庫(kù)生產(chǎn)還處于起步階段,汽車每年按到的速度增長(zhǎng),立體停車庫(kù)在人多地少的國(guó)家和城市將大有用武之地。立體停車庫(kù)不僅可以緩解城市動(dòng)靜態(tài)交通問(wèn)題,更可以改善居住環(huán)境,有效利用土地價(jià)值。以城市建設(shè)與發(fā)展的角度來(lái)看,必須考慮其中一部分要立體化停放。因此,全自動(dòng)立體化停車將是今后停車建設(shè)的一個(gè)重要方向。巨大的潛在市場(chǎng)為機(jī)械停車設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展展示了美好的前景?？梢哉f(shuō),停車設(shè)備制造業(yè)將成為世紀(jì)最熱門的行業(yè)之一。在我國(guó),要徹底解決社會(huì)停車難的問(wèn)題需要加強(qiáng)三個(gè)方面的工作一是法律支持。世界上很多國(guó)家都有停車法,而我國(guó)目前只有一些地方性法規(guī)和政策,還沒有國(guó)家的停車法。二是技術(shù)支持。發(fā)達(dá)國(guó)家智能停車技術(shù)發(fā)展了幾十年,我國(guó)智能停車技術(shù)還剛起步,存在很多不足,需要通過(guò)與國(guó)外廠商的合作,盡快提高整體水平。三是資金支持。智能停車產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)前景十分廣闊,但往往面臨建設(shè)資金不足,必須通過(guò)合作、合資。1.2 立體車庫(kù)的分類現(xiàn)有的立體車庫(kù)有以下幾種：垂直循環(huán)式、升降橫移式、簡(jiǎn)易升降式、平面移動(dòng)式、垂直升降式、巷道堆垛式等。升降橫移式：利用載車板配合機(jī)械結(jié)構(gòu)完成的升降、橫向移動(dòng)的方法，適用于住宅小區(qū)、小型公司、立交橋下、大樓地下室。此方法空間利用率較高，采用PLC控制的方法，自動(dòng)化程度高，多種操作方式可以選擇，操作簡(jiǎn)單；垂直升降式：占地面積，容車量大，操作簡(jiǎn)單，可以提供多車出口，等待時(shí)間短，智能化程度高；垂直循環(huán)式：采用載車板與機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合的垂直方向的設(shè)備，節(jié)省空間，采用PLC自動(dòng)調(diào)動(dòng)車，一次按鍵即可完成存取車，方便快捷，操作簡(jiǎn)單；簡(jiǎn)易升降式：一個(gè)車位可以停兩輛車，最適合多車型家庭使用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易拆卸，不需要地面的特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)用于工廠別墅等地方，可任意遷移，搬遷安裝容易；平面移動(dòng)式：各層車庫(kù)的車分別操控，提高了車輛的存取速度，適合地下且空間較大的車庫(kù)系統(tǒng)，各部分車輛出故障不影響其他部分系統(tǒng)，保險(xiǎn)措施更為安全有效，通過(guò)計(jì)算機(jī)與人機(jī)界面共同操控，操作簡(jiǎn)單；巷道堆疊式：用巷道堆垛機(jī)或特定的起重機(jī)將汽車水平且垂直的移動(dòng)至預(yù)定停車位或取出汽車的機(jī)械式停車設(shè)備，適用于大規(guī)模社會(huì)公共停車樓及地下停車場(chǎng)。多層升降橫移式立體車庫(kù)是中小型車庫(kù)的一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，與其他車庫(kù)比較，它屬于中低密度經(jīng)濟(jì)型停車庫(kù)，規(guī)?？纱罂尚。瑢?duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性比較強(qiáng)，多個(gè)板車移動(dòng)，節(jié)省運(yùn)行時(shí)間，工作效率高，此外，升降橫移立體車庫(kù)還有啟動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、安全可靠、同一層的車位獨(dú)立移動(dòng)等特點(diǎn)。因此，我選擇研究?jī)蓪游辶锌纱婢跑囄坏纳禉M移立體車庫(kù)。該立體車庫(kù)的主要結(jié)構(gòu)由三部分組成：機(jī)械部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、控制管理部分。機(jī)械部分：有車架、升降結(jié)構(gòu)和雙向平移結(jié)構(gòu)組成，這是車庫(kù)的主架；電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分：由多個(gè)電機(jī)組成，由電機(jī)帶動(dòng)平移機(jī)構(gòu)和升降結(jié)構(gòu)的運(yùn)行，完成存取車過(guò)程；控制管理部分：立體車庫(kù)控制系統(tǒng)隨著它采用的控制器的不同而不同。1.3 本論文要完成的工作本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外立體車庫(kù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的研究，選擇兩層五列式立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以西門子S7-300可編程控制器作為主控制核心，操作人機(jī)界面配合機(jī)械結(jié)構(gòu)完成對(duì)車輛的調(diào)動(dòng)。主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）升降橫移立體車庫(kù)存取車策略的研究；（2）可編程邏輯控制器在立體車庫(kù)中的研究與實(shí)現(xiàn)；（3）利用組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的模擬仿真。1.4 小結(jié) 本章簡(jiǎn)單介紹本課題研究的背景，比較現(xiàn)有的幾種立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)方法和特點(diǎn)，最終選取升降橫移的方法。 第2章 立體車庫(kù)的控制方案設(shè)計(jì)上一章介紹了立體車庫(kù)的背景等，并選擇了升降橫移的方法。這一章介紹了具體的控制要求、控制器的選擇、硬件功能需求設(shè)計(jì)分析、軟件功能需求設(shè)計(jì)分析。2.1控制系統(tǒng)的硬件功能需求設(shè)計(jì)分析由于此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是2層，每層5個(gè)車位，由于系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，需留下一個(gè)位置升降，所以可停放車位只有9個(gè)。要求車庫(kù)可以停放的車輛為普通家用型小汽車，重量不可超過(guò)1.8噸，長(zhǎng)度不超過(guò)4.3米，寬度不超過(guò)1.8米，高度不超過(guò)1.6米。板車的材料需要承受汽車的重量，每個(gè)板車上安裝光電開關(guān)，感應(yīng)是否有車，并且通過(guò)指示燈顯示。板車下的電機(jī)需要達(dá)到適用要求的功率，升降和橫移所需電機(jī)功率不同。一層需要有軌道以便板車橫向移動(dòng)，二層需要有鏈條以便拉動(dòng)板車升降。每個(gè)車位都有限位開關(guān)，板車移動(dòng)到該位置就停止。而每個(gè)車位的電路通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，各部分分布操作，不互相干擾。2.2 控制系統(tǒng)的軟件功能需求設(shè)計(jì)與分析車庫(kù)的控制分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制模塊，系統(tǒng)的光電開關(guān)和指示燈始終處于工作狀態(tài)，顯示車位是否有車，若選擇存車后，選擇車位，若該車位有車，系統(tǒng)會(huì)顯示無(wú)法操作。手動(dòng)控制即通過(guò)觸摸屏上的按鍵操作選擇存取車、車位以及板車的上下或左右移動(dòng)；自動(dòng)控制即選擇存取車和車位之后，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)進(jìn)入子程序，如2-1號(hào)車位存車，該邏輯為：1-1號(hào)板車沒有在1-2號(hào)位置則右移至1-2號(hào)位置，1-2號(hào)板車沒有在1-3號(hào)位置則右移至1-3號(hào)位置，1-3號(hào)板車沒有在1-4號(hào)位置則右移至1-4號(hào)位置，1-4號(hào)板車沒有在1-5號(hào)位置則右移至1-5號(hào)位置，1-1號(hào)位置空缺，2-1號(hào)板車下降，車輛停放完畢后2-1號(hào)板車復(fù)位。2.3 立體車庫(kù)的控制要求此次設(shè)計(jì)的是兩層，每層5個(gè)車位的升降橫移立體車庫(kù)。（1）一層可以直接出庫(kù)，且主要是橫向移動(dòng)，一層只有4個(gè)可用位置，另一個(gè)空置；（2）二層主要是升降，移動(dòng)到一層再出庫(kù)，二層可以有5個(gè)可用位置；（3）每個(gè)車位都有一個(gè)板車，有電機(jī)帶動(dòng)滾動(dòng)輪橫向移動(dòng)，升降由電機(jī)控制拉鏈帶動(dòng)；（4）要實(shí)現(xiàn)取車和存車記錄，取車時(shí)，只橫向移動(dòng)一層板車，空余所取車位置的下方，二層車輛下降即可；存車時(shí)，移動(dòng)一層板車，空出目的位置下方位置，下降該板車即可；（5）在取車或存車時(shí)，車輛的上下或左右移動(dòng)只能單個(gè)進(jìn)行，不能同時(shí)兩個(gè)位置移動(dòng)，否則會(huì)影響PLC運(yùn)行，造成混亂；（6）存車時(shí)，要有檢測(cè)系統(tǒng)，知道哪個(gè)位置有無(wú)車輛，每個(gè)位置應(yīng)有指示燈； （7）要有限位，控制車輛移動(dòng)到什么位置停下，每個(gè)位置都有上下限位，下限位即板車載車停留的位置，上限位即車輛高度不可超過(guò)的位置；（8）有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。2.4 立體車庫(kù)的控制器的選擇在PLC沒出現(xiàn)之前，繼電器、接觸器控制在工業(yè)生產(chǎn)中占有主要地位。隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，繼電器控制的漏洞也更加清晰，也就有了PLC的興起，PLC控制逐步在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了主要地位。2.4.1繼電器控制的特點(diǎn)繼電器控制采用硬接線邏輯，利用繼電器的工件需要大量的機(jī)械觸電，而隨著工件的使用發(fā)現(xiàn)了許多繼電器的缺點(diǎn)：一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，功能固定，修改十分不便；因?yàn)槔^電器的壽命有限，維修問(wèn)題十分困難，需要浪費(fèi)大量的人力物力，調(diào)試更改十分麻煩；體積大，功能有限。2.4.2 單片機(jī)控制的特點(diǎn)由于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的單片機(jī)種類較多， 選擇一個(gè)功能準(zhǔn)確、性能良好的單片機(jī)比較麻煩，而單片機(jī)由于各個(gè)元件之間存在干擾問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的不穩(wěn)定性，從而影響最終功能。因?yàn)閱纹瑱C(jī)外圍元件也存在干擾問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的不真實(shí)與不可控制，最終嚴(yán)重影響調(diào)試?；趩纹瑱C(jī)的設(shè)計(jì)方案是根據(jù)一定的功能來(lái)設(shè)計(jì)的，如果需要增加或刪除單片機(jī)的功能，需要重新設(shè)計(jì)，從而增加了開發(fā)的周期和成本。2.4.3 PLC控制的特點(diǎn)PLC是根據(jù)其所需由廠家專門設(shè)計(jì)的，由于PLC可以有一定的備用模塊，如果需要增加或改變其功能，直接修改程序然后導(dǎo)入即可，PLC的程序簡(jiǎn)單易懂，開發(fā)方便。而且PLC內(nèi)部有一定的診斷程序，在系統(tǒng)自己出錯(cuò)的時(shí)候可以自行停止，如果系統(tǒng)故障是由于程序的不合理導(dǎo)致的，在調(diào)試的時(shí)候很容易發(fā)現(xiàn)，而運(yùn)行時(shí)，程序有一定的監(jiān)測(cè)，也比較容易發(fā)現(xiàn)程序的不合理。綜上所述，我選擇PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)。為提高車庫(kù)控制的智能化，車庫(kù)控制系統(tǒng)由觸摸屏和PLC結(jié)合共同控制車庫(kù)運(yùn)行，利用PLC完成車的存取過(guò)程控制，觸摸屏實(shí)現(xiàn)車的存取。控制分為手動(dòng)和半自動(dòng)，手動(dòng)控制是直接操作觸摸屏實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制；半自動(dòng)控制是通過(guò)觸摸屏選擇車位和存車或取車，PLC實(shí)現(xiàn)其邏輯控制。半自動(dòng)控制為此次車庫(kù)設(shè)計(jì)的主要運(yùn)行方式，手動(dòng)控制主要用于維修調(diào)試等狀況。2.4.4 PLC的工作原理PLC是采用順序掃描，不斷循環(huán)的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令序號(hào)作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐步順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出信號(hào)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)過(guò)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC的基本結(jié)構(gòu)由輸入輸出接口、中央處理器等部分組成，其中中央處理器是核心，他不斷釆取輸入信息執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。中央處理器與現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)備與IO部件連接。PLC的通信接口和的PLC編程器連接上位機(jī)。整體式和模塊式的區(qū)別在于：模塊式PLC各部件獨(dú)立封裝，通過(guò)總線連接安裝在導(dǎo)軌機(jī)架上。PLC硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)1.中央處理單元中央處理器單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口連接。2.存儲(chǔ)器儲(chǔ)存器包括系統(tǒng)儲(chǔ)存器和用戶儲(chǔ)存器兩種。系統(tǒng)儲(chǔ)存器用于存放的系統(tǒng)程序和用戶程序。3.IO模塊輸入接口單元將按鈕形成開關(guān)或傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，輸入CPU。輸出接口單元將的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行信號(hào)，控制接觸器通斷。4.電源部件PLC的電源作用是將220V的交流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部電路所需的直流電源。電源內(nèi)部設(shè)有整流、濾波、穩(wěn)壓電路。大多使用抗干擾的幵關(guān)型穩(wěn)壓電源。各個(gè)模塊使用的是不同等級(jí)的直流電。5.編程器編程器是用來(lái)修改用戶程序、輸入用戶程序、監(jiān)控可編程控制器的操作。調(diào)整內(nèi)部寄存器的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它的類型可分為圖形編輯器和建議編程器。6. 其他接口電路PLC還配置了一些其他的借口，目的是增強(qiáng)PLC的功能，如通信接口、IO擴(kuò)展模塊、智能IO接口。7. PLC外部設(shè)備PLC還有一些外部設(shè)備協(xié)助工作，包括打印機(jī)、編程器、外存儲(chǔ)器寫入器等。2.5 小結(jié)本章簡(jiǎn)單介紹了此升降橫移立體車庫(kù)的控制要求，比較了繼電器、單片機(jī)和PLC控制的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇PLC控制，簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)硬件、軟件上的設(shè)計(jì)需求。31第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上一章介紹了立體車庫(kù)的控制方案，硬件、軟件設(shè)計(jì)需求分析。本章具體介紹硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括PLC的型號(hào)，電機(jī)、指示燈、光電開關(guān)、行程開關(guān)和轉(zhuǎn)換開關(guān)等的型號(hào)選擇，以及系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。3.1 機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述1.主體框架升降橫移式的立體車庫(kù)主體框架我們一般選用鋼架結(jié)構(gòu)，它主要以鋼筋混凝土為主，與其他建筑結(jié)構(gòu)相比它具有如下特點(diǎn)：（1）可靠性高，正規(guī)鋼材在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量方面嚴(yán)格控制。可以根據(jù)需求，不同的進(jìn)行設(shè)計(jì)型號(hào)多種多樣，所以被得到廣泛運(yùn)用；（2）材料的可塑性和鋼性好，鋼材良好的可塑性和韌性能夠任意鑄造成相應(yīng)的機(jī)械材料。而且抗震能力強(qiáng)，在彎曲變形損壞時(shí)有明顯的現(xiàn)象。所以鋼的實(shí)用性很強(qiáng)，能夠避免重大事故發(fā)生；（3）材料的強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)自重小與混凝土材料相比，鋼結(jié)構(gòu)降低基礎(chǔ)造價(jià)便于運(yùn)輸安裝，鋼材料密度大、強(qiáng)度高、自重還比其他結(jié)構(gòu)小，建設(shè)起來(lái)也比較方便，建設(shè)費(fèi)用也不高，所以應(yīng)用廣泛；（4）鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度高，施工難度低鋼結(jié)構(gòu)是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種，它一般在專業(yè)工廠制造，產(chǎn)品精度高、生產(chǎn)效率高。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件拼裝簡(jiǎn)單，施工周期短，經(jīng)濟(jì)效益高，質(zhì)量安全可靠，由于釆用螺栓連接，所以易于拆裝改建。結(jié)構(gòu)主體主要釆用槽鋼、鋼板、角鋼等型材制造，具有美觀、輕巧的優(yōu)勢(shì)，所以被得到廣泛的運(yùn)用，如圖3-1所示。圖3-1 立體車庫(kù)簡(jiǎn)易示例圖2.載車板載車板的結(jié)構(gòu)形式有框架式和平板式兩種，作用是停放車輛?？蚣苁捷d車板的優(yōu)點(diǎn)是可以按需要進(jìn)行寬度設(shè)置，并且具有良好的導(dǎo)入功能，適合小批量生產(chǎn)。拼板式載車板又稱波浪板，優(yōu)點(diǎn)是外觀輕巧美觀，并在拼裝前可以處理表面，由于它成本低、安裝方便、還無(wú)需定制所以應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)就選用的拼接式載車板，如圖3-2所示。 圖3-2 載車板模型板車長(zhǎng)度稍長(zhǎng)于汽車的長(zhǎng)度，二層的板車前后端具有伸縮結(jié)構(gòu)，如板車位于二層，它處于最長(zhǎng)狀態(tài)，若板車需要升降，前后端可短距離伸縮，使其脫離軌道的卡槽，由鏈條拉動(dòng)，電機(jī)控制其升降。每個(gè)板車都需要4根鏈條，左邊的兩條固定不動(dòng)，右邊的兩條纏繞在電機(jī)上。二層每塊載車板上都有一個(gè)自己獨(dú)立的電機(jī)與鏈條組合的傳動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)正轉(zhuǎn)，載車板上升；電機(jī)反轉(zhuǎn)，載車板下降。根據(jù)載車板及車重確定鏈條所需要的傳動(dòng)力，根據(jù)鏈條所需要的傳動(dòng)力和載車板的移動(dòng)速度可以進(jìn)行電機(jī)功率的選擇，根據(jù)所設(shè)計(jì)允許進(jìn)入車的車身高度確定上下載車板之間的距離，再根據(jù)這個(gè)距離確定鏈條的長(zhǎng)度，最后根據(jù)鏈條的長(zhǎng)度確定鏈輪的大小，鏈條形狀及大小，如圖3-2所示。圖3.3 提升機(jī)構(gòu)由于一層的載車板不需要鏈條，在考慮經(jīng)濟(jì)的情況下，一層的板車可以比二層的板車稍短一點(diǎn)，每個(gè)載車板下邊都有一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)，一層的載車板底部裝4個(gè)鋼輪，可以自由的在導(dǎo)軌上移動(dòng)。根據(jù)載車板及車的重量、滾動(dòng)速度、滾輪與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。一層板車的下邊要預(yù)留50cm左右的間隙，以便安裝電機(jī)和檢修。一層的板車高度和地面平齊，以方便車直接進(jìn)入，如圖3-4所示。圖3-4 橫移機(jī)構(gòu)3.2 元器件選擇 3.2.1光電開關(guān)判斷每個(gè)板車上是否有車通過(guò)光電開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在本次設(shè)計(jì)中使用紅外對(duì)射式光電開關(guān)，在載車板的對(duì)角安裝，當(dāng)有車時(shí)，車阻擋了紅外信號(hào)的接收，關(guān)電開關(guān)沒有輸出。根據(jù)車輛情況我們選擇最大距離為5米的NPN常開型紅外對(duì)射式光電開關(guān)，型號(hào)為E3F-5DA1，如圖3-5所示。圖3-5 光電開關(guān)3.2.2 行程開關(guān)又稱限位開關(guān),可以安裝在相對(duì)靜止的物體(如固定架、門框等，簡(jiǎn)稱靜物)上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車、門等，簡(jiǎn)稱動(dòng)物）上。適用于操動(dòng)機(jī)構(gòu)交流電壓380V、直流220V，發(fā)熱電流為5A的控制電路中。根據(jù)要求我們選擇型號(hào)為 D4N-212G的限位開關(guān)，信息選擇常開，如圖3-6所示。圖3-6 行程開關(guān)3.2.3 轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于交流50Hz，額定電壓至380V及以下，直流額定電壓至220V及以下的電路中作接通、分段和轉(zhuǎn)換電路之用，也可直接控制小容量電動(dòng)機(jī)和作主控制之用。3.2.4 按鈕和指示燈按鈕主要用于交流50Hz-60Hz工作電壓至380V和直流工作電壓至220V的控制電路中，作控制、信號(hào)、連鎖之用。指示燈：AD16系列指示燈均采用LED發(fā)光芯片為光源，燈罩采用高強(qiáng)度聚碳酸脂制成具有良好的抗沖擊性，壽命可達(dá)到5萬(wàn)10萬(wàn)小時(shí)，能耗低、體積小、重量輕。3.2.5 電機(jī)的選擇對(duì)于此次設(shè)計(jì)：一層的四個(gè)板車各安置一個(gè)電機(jī)，需要控制板車的左右移動(dòng)；二層的五個(gè)板車也各安置一個(gè)電機(jī)，需要在特定時(shí)候控制板車升降。（1）二層板車的電機(jī)的選擇 二層的電機(jī)可以選擇YZ系列，YZ 系列為鼠籠型異步電機(jī)，具有很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，能夠進(jìn)行頻繁的啟動(dòng)，轉(zhuǎn)差率也比較高，而且具有良好的防護(hù)特性。它適用于短時(shí)間或斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁、有時(shí)過(guò)載以及有過(guò)強(qiáng)震動(dòng)的一般起重設(shè)備。對(duì)于板車來(lái)說(shuō)，它大部分時(shí)間都是出于靜止?fàn)顟B(tài)，只有在升降過(guò)程中電機(jī)才會(huì)動(dòng)作，所以適合采用YZ系列的電機(jī)。由于底部板車大約重370kg，小車重量大約在1.3-1.8t之間，載車板升降移動(dòng)速度V=4m/min，而一般電機(jī)的效率為0.75。功率：P1.732UIcos功率因數(shù)：cos=P/S=P/(P2+Q2)(1/2)轉(zhuǎn)速：n=60f/p計(jì)算可得，選用YZ132M1-6型號(hào)的電機(jī)，功率為2.2KW，滿載轉(zhuǎn)速為1470r/min,堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)4.74，額定電壓380V，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速倍數(shù)3.11，效率75%，功率因素0.77，電氣原理圖如圖3-7所示，詳見附錄。圖3-7 垂直控制電機(jī)原理圖（2）一層板車電機(jī)的選擇由于取車載車板橫向移動(dòng)所需克服的荷載不像升降電機(jī)那么大，因此在這里選擇小功率的異步電機(jī)即可。小功率的異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，噪聲低，運(yùn)行安全可靠，對(duì)無(wú)線電干擾小等特點(diǎn)，是廣泛應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。由于底部載車板大約重300kg，小汽車的重量大約在1.3-1.8t之間，滾輪與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)f=0.005，載車板橫向移動(dòng)速度V=10m/min，鏈傳動(dòng)效率為0.96，電機(jī)的效率為0.6，通過(guò)計(jì)算可知，選用YS系列三項(xiàng)異步電機(jī)，型號(hào)為YS6324，功率為0.55KW，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min,額定電流為0.64A，額定電壓380V,效率64%，頻率50Hz，功率因素0.66，電氣原理圖如圖3-8所示，詳見附錄。圖3-8 水平控制電機(jī)原理圖3.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面，使用西門子公司的EB8000軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制，如圖3-6所示，人們只需要在這個(gè)屏幕選擇存取車，然后選擇車位即可，而其余的鍵位是為了調(diào)試的時(shí)候方便，即可以手動(dòng)選擇車位號(hào)，手動(dòng)讓板車上下或右移動(dòng)。=圖3-6 人機(jī)界面3.4 IO表根據(jù)設(shè)計(jì)需要，每一個(gè)車位都需要檢測(cè)是否有車，I0.0-I1.0為所有車位檢測(cè)輸入信號(hào)，I1.1-I1.4分別是啟動(dòng)、停止、手動(dòng)和自動(dòng)，I2.0-I3.0是選擇車位的輸入信號(hào)，I3.1-I4.2是二層各車位升降時(shí)的限位，最后，I4.3和I4.4分別是取車和存車，具體如下表3-1所示。表3-1 輸入IO表序號(hào)輸入地址功能序號(hào)輸入地址功能1I0.01-1車位檢測(cè)18I2.3選擇2-1車位2I0.11-2車位檢測(cè)19I2.5選擇2-2車位3I0.21-3車位檢測(cè)20I2.6選擇2-3車位4I0.31-4車位檢測(cè)21I2.7選擇2-4車位5I0.42-1車位檢測(cè)22I3.0選擇2-5車位6I0.52-2車位檢測(cè)23I3.12-1車位上升限位7I0.62-3車位檢測(cè)24I3.22-2車位上升限位8I0.72-4車位檢測(cè)25I3.32-3車位上升限位9I1.02-5車位檢測(cè)26I3.42-4車位上升限位10I1.1啟動(dòng)27I3.52-5車位上升限位11I1.2停止28I3.62-1車位下降限位12I1.3手動(dòng)29I3.72-2車位下降限位13I1.4自動(dòng)30I4.02-3車位下降限位14I2.0選擇1-1車位31I4.12-4車位下降限位15I2.1選擇1-2車位32I4.22-5車位下降限位16I2.2選擇1-3車位33I4.3取車17I2.3選擇1-4車位34I4.4存車由于有輸入檢測(cè)車位的信號(hào)，相對(duì)應(yīng)的輸出是指示燈隨著車輛變動(dòng)而變化，Q3.0-Q4.0就是所有車位指示燈的顯示，Q0.0-Q0.7是一層車輛移動(dòng)的輸出變化，Q1.0-Q2.7是二層車輛移動(dòng)的輸出變化，具體如下表3-2所示。表3-2 輸出IO表1輸入地址功能1輸入地址功能2Q0.01-1板車左移15Q2.32-3板車下降3Q0.11-1板車右移16Q2.42-4板車上升4Q0.21-2板車左移17Q2.52-4板車下降5Q0.31-2板車右移18Q2.62-5板車上升6Q0.41-3板車左移19Q2.72-5板車下降7Q0.51-3板車右移20Q3.01-1車位指示燈8Q0.61-4板車左移21Q3.11-2車位指示燈9Q0.71-4板車右移22Q3.21-3車位指示燈10Q1.02-1板車上升23Q3.31-4車位指示燈11Q1.12-1板車下降24Q3.42-1車位指示燈12Q2.02-2板車上升25Q3.52-2車位指示燈13Q2.12-2板車下降26Q3.62-3車位指示燈14Q2.22-3板車上升27Q3.72-4車位指示燈15Q2.32-3板車下降28Q4.02-5車位指示燈3.5 PLC型號(hào)的選擇選擇PLC控制，就要根據(jù)PLC所擁有的I/O點(diǎn)數(shù)確定PLC用到的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)此次設(shè)計(jì)需要34個(gè)輸入點(diǎn)，27個(gè)輸出點(diǎn)，因此我選用西門子系列的SIMATIC S7-300。S7-300與S7-200比較，S7-300釆用高數(shù)指令運(yùn)算速度；采用浮點(diǎn)運(yùn)算的方法，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；它采用模塊化結(jié)構(gòu)能適應(yīng)中等性能要求的應(yīng)用。它的用戶界面服務(wù)集成在操作系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)編程要求大大減小。用戶界面從PLC中獲得數(shù)據(jù)，PLC通過(guò)用戶界面的指定來(lái)傳輸這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)自動(dòng)經(jīng)PLC的操作系統(tǒng)處理和傳送。再由CPU診斷和監(jiān)控系統(tǒng)的操作是否正常，并記錄錯(cuò)誤事件和特殊事件。在系統(tǒng)的安全方面，設(shè)有用戶保護(hù)程序，不給任何無(wú)關(guān)的人操作CPU的機(jī)會(huì)，S7-300還設(shè)有一個(gè)開關(guān)，這個(gè)開關(guān)可以控制操作，防止刪除改寫用戶程序。S7-300還具有強(qiáng)大的通信能，具有多種不同的通信接口等特點(diǎn)。3.6 小結(jié)本章根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析各部分所需的硬件元件，從具體情況分析選擇元件型號(hào)，由PLC的IO點(diǎn)數(shù)確定PLC的選型，IO表的制作，人機(jī)界面設(shè)計(jì)，光電開關(guān)、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕和指示燈的選擇，電機(jī)的選擇，根據(jù)載車板的重量、小車重量、摩擦系數(shù)等計(jì)算出電機(jī)的功率，選擇電機(jī)的型號(hào)。第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)上一章介紹了系統(tǒng)的具體硬件元件選擇，這一章介紹軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)包括程序梯形圖的編寫，主程序的流程圖、存車取車模塊的流程圖等。4.1 程序設(shè)計(jì)4.1.1 主程序模塊系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)下，有手動(dòng)操作和自動(dòng)操作環(huán)節(jié)，自動(dòng)模塊：選擇取車或存車，選擇車位，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的子程序；手動(dòng)模塊：通過(guò)觸摸屏上的鍵位選擇存車取車，車位，以及板車的上下左右運(yùn)動(dòng)，如圖4-1所示。 圖4-1 主程序流程圖4.1.2 自動(dòng)取車模塊系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，2-1車位顯示紅色即有車，按下取車按鈕后按下2-1，這表示2-1處的車要被取走 。首先一層的1-1、1-2、1-3、1-4板車都各自向右移動(dòng)至限位處，即2-1下邊的位置被讓出，然后2-1板車下降，10s內(nèi)車被取走后，指示燈不亮，10s內(nèi)2-1板車上升，且1-2、1-3、1-4、1-5位置的板車都恢復(fù)原位，如圖4-2所示。圖4-2 自動(dòng)取車模塊流程圖4.1.3 自動(dòng)存車模塊系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，若2-1車位指示燈顯示綠色即沒有車，按下存車按鈕后按下2-1，這表示2-1處即將被存車。首先1-1號(hào)、1-2號(hào)、1-3號(hào)、1-4號(hào)位置的板車右移，即2-1板車下的位置被空出，2-1號(hào)板車下降，駕駛員將車停放好，該板車上升至原來(lái)位置，存車完畢，如圖4-3所示。 圖4-3 自動(dòng)存車模塊流程圖其他部分的程序：若是一層的車位存取，不需要經(jīng)過(guò)調(diào)動(dòng)，可自行存取即可，只不過(guò)指示燈顏色會(huì)改變。若是二層的車存取，因?yàn)橐粚拥能囌?huì)回復(fù)原位，即二層不同車位的車調(diào)動(dòng)時(shí)一層的板車移動(dòng)不同，調(diào)動(dòng)2-1時(shí)，一層的是個(gè)板車都要?jiǎng)?，而調(diào)動(dòng)2-2時(shí)，1-1的板車不需移動(dòng)，需要移動(dòng)1-2、1-3、1-4，右邊的以此類推。且板車左右移動(dòng)時(shí)電機(jī)的功率會(huì)改變，若板車上有車則板車的總重量變大，若移動(dòng)需要較大的功率；若板車上沒有車，只需較小的功率即可帶動(dòng)板車。4.2 小結(jié)本章介紹用STEP7編制梯形圖，使用VISIO繪制程序流程圖，包括主程序、取車模塊和存車模塊，舉例介紹了2-1號(hào)車位存車和取車時(shí)的自動(dòng)流程。 第5章 模擬演示上一章介紹了系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這一章介紹系統(tǒng)在幾個(gè)不同運(yùn)行狀態(tài)的簡(jiǎn)單模擬演示。利用MCGS設(shè)計(jì)升降橫移立體車庫(kù)的監(jiān)控界面，設(shè)計(jì)有控制面板和車庫(kù)的整體構(gòu)架，還有動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)可以看到整體的運(yùn)行效果，初始狀態(tài)，所有板車上都沒有車，1-5號(hào)位置空缺如圖5-1。圖5.1 初始狀態(tài)仿真圖選擇2-2號(hào)位置存車，1-2號(hào)板車右移，1-3號(hào)板車右移，1-4號(hào)板車右移，1-1號(hào)板車不動(dòng)，1-2號(hào)位置空缺，使2-2號(hào)板車可以下降，如圖5-2所示。圖5-2 1-2號(hào)車位空置狀態(tài)仿真圖選擇2-1號(hào)位置取車，1-1號(hào)板車右移，1-3號(hào)、1-4號(hào)1-5號(hào)位置的板車不動(dòng)而1-1號(hào)位置空缺，使2-1號(hào)板車可以下降，如圖5-3所示。圖5-3 2-1車位存車狀態(tài)仿真圖如上所述，成功實(shí)現(xiàn)2-1號(hào)車位存車的邏輯過(guò)程，證明了立體車庫(kù)的可行性。第6章 結(jié)論第一章介紹了立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)背景，國(guó)內(nèi)外立體車庫(kù)的發(fā)展歷史以及我國(guó)立體車庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀，在參考了部分城市立體車庫(kù)流程的前提下，設(shè)計(jì)了一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠穩(wěn)定可靠的簡(jiǎn)易升降橫移式立體車庫(kù)，目的是為了加深人們對(duì)現(xiàn)有的立體車庫(kù)的認(rèn)識(shí)，讓越來(lái)越多的人們認(rèn)識(shí)到立體車庫(kù)的方便可靠。第二章詳細(xì)介紹了本次設(shè)計(jì)2*5立體車庫(kù)的控制要求，通過(guò)比較單片機(jī)控制、繼電器控制和PLC控制的優(yōu)缺點(diǎn)，確定PLC和人機(jī)界面結(jié)合的控制方案，簡(jiǎn)單介紹了PLC的工作原理，為接下來(lái)的設(shè)計(jì)做了分析，包括系統(tǒng)硬件需求和軟件需求。第三章對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，對(duì)PLC型號(hào)進(jìn)行選擇，對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)做了介紹，IO表的編制和觸摸屏的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)立體車庫(kù)所需的元件進(jìn)行分析選擇，如光電開關(guān)、電機(jī)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、