基于PLC的立體車庫設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計 中圖分類號：TP23基于PLC的立體車庫設(shè)計 專業(yè)名稱:機電一體化 學(xué)生姓名: 馮孟龍導(dǎo)師姓名: 鄭文杰 職 稱：副教授焦作大學(xué)機電工程學(xué)院二一五 年 五 月 中圖分類號：TP23 密級： UDC： 單位代碼：基于PLC的立體車庫設(shè)計Stereoscopic garage Design based on PLC姓 名 馮孟龍學(xué) 制 三年專 業(yè)機電一體化研 究 方 向 自動化技術(shù)導(dǎo) 師 鄭文杰職 稱副教授論文提交日期 2015.5.25論文答辯日期2015.6.1 焦作大學(xué)機電工程學(xué)院摘 要隨著人民生活水平的不斷提高，越來越多的人購買了私家車；對城市的交通和環(huán)境起著重大的影響。而停車難

2、問題的出現(xiàn)，也給機械停車設(shè)備行業(yè)帶來了巨大的商機和廣闊的市場。機械式立體車庫是專門實現(xiàn)各種車輛的自動停放及科學(xué)寄存的倉庫設(shè)施。可充分利用土地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合考慮立體車庫制造成本和運行效率的雙重因素。本論文主要是對升降橫移式立體車庫做出控制系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)用戶快捷方便的停車和取車，保證用戶車輛的安全。本設(shè)計在詳細論述了控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，選擇三層三列式車庫結(jié)構(gòu)為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫結(jié)構(gòu)部分、傳動機械部分和控制系統(tǒng)部分。依據(jù)升降橫移式立體車

3、庫的運行原理，在對升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計中，采用先進的PLC控制，運用西門子公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，并經(jīng)調(diào)試、運行，證明采用可編程序控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)簡單易行。關(guān)鍵詞：PLC；立體車庫；控制系A(chǔ)bstractAs peoples living standard continues to rise, more and more people can afford the private vehicle, which has an important impact on the traffic and environment of city. On

4、 the contrary, it is a good opportunity for mechanical parking equipment industry to broaden market with the problem of parking difficultly. Mechanical and stereoscopic garage is a facility which pursues the goal of vehicle automatic parking and scientific check specially. It can make full use of la

5、nd resources, improve the advantages of space and maximize park, become the important access to solve the problem of urban static traffic. The study includes typical lift-sliding mechanical parking system and consider overall the cost and efficiency of stereoscopic garage. The design is about lift-s

6、liding mechanical parking system, to realize the goals of parking and taking the car, to assure the security of vehicle. This project reveals around the structure of two-tier and three-line garage. As for the composition of lift-sliding mechanical and stereoscopic garage, it contains three parts: ga

7、rage structure, control system. According to the theory of lift-sliding mechanical and stereoscopic, during the design of it, we will use advanced PLC, format it by Mitsubishis software, debug and use PLC as control system.Keyword: PLC；Stereo garage；Control system目 錄摘 要1Abstract21.基于PLC立體車庫總體設(shè)計31.1引

8、言31.2本設(shè)計的設(shè)計思路32.立體車庫方案設(shè)定72.1自動化立體車庫的描述與方案確定72.2系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟83.立體車庫硬件設(shè)計93.1驅(qū)動方式的設(shè)計與選擇93.2 提升方式的設(shè)計與選擇93.3傳動方案的設(shè)計93.4傳動方案的確定113.5升降系統(tǒng)的設(shè)計113.6升降系統(tǒng)中鏈傳動的設(shè)計133.6.1 選擇鏈輪齒數(shù)Z1Z2133.6.2確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp133.6.3 計算單排鏈所能傳遞的功率P0及鏈節(jié)距P133.6.5 計算鏈速143.6.6 作用在軸上的壓軸力Q143.6.7.按靜強度校核鏈條143.7 鋼絲繩和滑輪的選用153.7.1. 鋼絲繩直徑的確定153.7.2.滑輪的選擇15

9、3.8 橫移傳動系統(tǒng)設(shè)計163.8.1橫移傳動163.8.2橫移傳動電機的選擇163.8.3. 橫移鏈傳動的設(shè)計173.9防墜落裝置設(shè)計204.立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計214.1車庫控制系統(tǒng)整體思路224.1.1監(jiān)測點分布224.1.2 PLC結(jié)構(gòu)244.2 PLC工作原理254.2.1讀取輸入254.2.2.執(zhí)行用戶程序254.2.3通信處理264.2.4 cpu自診斷測試264.2.5中斷程序的處理274.2.6立即I/O處理274.2.7輸入/輸出滯后時間274.2.8程序組成274.3電氣部分設(shè)計284.4 I/O地址分配表294.5 PLC外部接線圖324.6車盤運行程序334.7停、取

10、車的調(diào)試385升降橫移式立體車庫的安全問題405.1電力超載裝置415.2 延時保護415.3 防人、異物誤闖入紅外線檢測裝置415.4 緊急停止裝置415.5 防止超限運行裝置415.6 警示燈及警示蜂鳴器415.7車輛防滑、防載車板墜落裝置42設(shè)計總結(jié)42參考文獻43附錄441.基于PLC立體車庫總體設(shè)計1.1引言隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應(yīng)的是城市停車狀況的尷尬。以鄭州式為例，截至2014年12月31日，鄭州市機動車保有量達到輛，鄭州市2014年全年增加機動車達到輛，除節(jié)假日外，平均每天增加機動車1688輛。據(jù)了解，輛機動車中，市區(qū)輛，縣（

11、市）區(qū)輛。截至2014年12月31日，2014年全年機動車新登記（含轉(zhuǎn)入）入戶 輛，全年有53天每天入戶量超過2000輛，其中最多的一天是2014年5月30日，為4227輛。但是鄭州目前現(xiàn)有的公共停車位有15.3萬個。與急劇增長的機動車數(shù)量明顯不能比例，意味著有很多車都要面臨無處可?；蜻`規(guī)亂停的現(xiàn)象。而且鄭州還面臨多重問題。從事停車管理的業(yè)內(nèi)人士分析，造成停車亂象的根源有四個：一是供需緊張，二是規(guī)劃隨意，三是政策不完善，四是管理混亂。而對于迅速發(fā)展的城市車流，停車設(shè)施建設(shè)的落后也就不足為奇。據(jù)建設(shè)部停年技術(shù)開發(fā)推廣中心介紹，鄭州市停年設(shè)施的“欠賬”最保守估計為2030。 停車問題是城市在發(fā)展過

12、程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會出現(xiàn)停車難的一系列問題。專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)限制路面停車，提高停車場利用效率，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設(shè)地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內(nèi)彌補不足，政府和管理部門所需投入得精力和

13、資金都不小。 1.2本設(shè)計的設(shè)計思路針對全國各地停難的問題，近幾年在停車場的空間利用率上設(shè)計者做出了很多的努力，找到了很多解決辦法。本設(shè)計利用西門子s7-200系列基于PLC的基礎(chǔ)上設(shè)計出機械式立體車庫來解決一部分問題，增加停車場的空間利用率。升降橫移式類機械車庫通過水平垂直方向上利用載車版實現(xiàn)多層車位的車輛存取。目前其有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、簡易升降類、垂直升降式、垂直循環(huán)式、平面移動式、箱型水平循環(huán)式、多層循環(huán)式。圖1-1某地2x3立體車庫升降橫移式：有二層的、多層的、有四柱結(jié)構(gòu)的，有后懸臂結(jié)構(gòu)的、有鏈條提升的、有鋼絲繩提升的等等。這種設(shè)備的最大特點是對場地的適應(yīng)性較強，可

14、建在地上、亦可建在地下，規(guī)模可大可小，可以有幾個十幾個車位，也可建成幾百上千個車位的。該設(shè)備簡單、可靠，使用方便、價格較低。目前在市場上應(yīng)用廣泛，使用率在80%以上。簡易升降式：設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，可充分利用地下空間，面積利用率在2倍以上，多用于住宅、辦公樓周邊。垂直循環(huán)式：分為大型循環(huán)和小型循環(huán)兩種。它們具有省地（占地面積?。⒎奖悖ㄒ淮伟存I即可完成存取車）、迅速（調(diào)車時間短）、靈活（設(shè)置靈活）、可靠（維修量少）、經(jīng)濟（節(jié)約大量土地購置費）、節(jié)能（不需強制通風(fēng)和大面積照明）的特點。箱型水平循環(huán)式：這種車庫不需要行車道，面積利用率很高，且自動化水平高，最適合于地下狹長地帶的停車庫。但由于

15、運行速度不是太高，所以設(shè)備的存容量不能大。多層循環(huán)式：這種車庫不需坡道、節(jié)省土地、可自動存取、方便快捷，較適用于地形細長又只允許設(shè)置一個出入口的場所，如建筑物的地下室、廣場、便道的地下以及高架橋的下面等。但因只能設(shè)一個出入口，所以設(shè)備的容量不大。平面移動式：此種類型的設(shè)備大多為多層平面移動類，這種車庫可以建成大型化、自動化的車庫，容車密度大、存（?。┸嚳旖?，適宜建在大型住宅周圍的地下，對機場、車站、繁華商業(yè)中心區(qū)、體育館、辦公樓等區(qū)域也適合。尤其是巷道長度長、層數(shù)不多的地下大容量存車庫，用這種設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟性最好。 巷道堆垛式：這是一種全自動化停車設(shè)備，全封閉建造，存（?。┸囁俣瓤欤?安全可靠

16、，容積率高。適用于地下也可建在地上的車庫，特別是巷道長度不太長，層數(shù)較多的大型車庫。垂直升降式：這種設(shè)備的類型很多、其最大的優(yōu)點是平面和空間利用率最高，幾乎停放一輛車只需一平方米建筑面積，還具有高性能、省電、噪音小、存（?。┛臁踩煽?、操作簡單、維護方便等優(yōu)點，最適宜建在高度繁華的城市中心區(qū)和車輛停放的集聚點，如大型商場、飯店、醫(yī)院等。而升降橫移式是目前立體車庫中使用最多的。其具有特點為：(1)投資成本低，系統(tǒng)耗電量低；(2)節(jié)省占地空間利用率高；(3)運行平穩(wěn)，工作噪聲低，存、取車輛時間段；(4)智能化控制，多路保護，操作便捷；(5)安全可靠，維護方便；升降橫移式車位結(jié)構(gòu)為2維矩陣形式，可

17、設(shè)計為多層和多列。由于受收鏈裝置及進出車時間的限制，一般為24層(國家規(guī)定最高為4層)，2層、3層者居多，現(xiàn)以典型的地上33升降橫移式為例，說明停車庫的運行原理。 本升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)特點是：最底層只能平移,最頂層只能升降，中間層既可升降也可平移。除頂層外,底層都必須預(yù)留一個空車位,供進出車升降之用。當(dāng)?shù)讓榆囄贿M出車時,無需移動其他托盤就可直接進出車；頂層進出車時,先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空,不為空時要進行相應(yīng)的平移處理,直到下方為空才可執(zhí)行下降動作,進出車完成后再上升回到原位置。 圖1-2七座升降橫移式立體車庫原理圖 1.3本題設(shè)計的目的及意義械式立體車庫既可以大面積使用，也可以見

18、縫插針設(shè)置，還能與地面停牛場、地下年庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。其次，機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設(shè)立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。2.立體車庫方案設(shè)定2.1自動化立體車庫的描述與方案

19、確定目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、合造價、技術(shù)難度以及用戶需求等各個方而的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)模垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)代、圓形水平循環(huán)式等。在對國內(nèi)外各種同類產(chǎn)品進行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)可大可小，而且對場地的適應(yīng)性較強，同時采用這類設(shè)備的車庫十分普遍。隨著科技的發(fā)展，各類技術(shù)也在不斷的進步，其設(shè)計也在不斷的趨向于完善化，本車庫模型系統(tǒng)的設(shè)計也有很多不同的方法。我們對車庫模型控制作了兩種設(shè)計方案，并對其進行了研究和討論：方案一：基于單片機的立體車庫模型控制系統(tǒng)設(shè)計。采用單片機作為主控制器來控制步進電機的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)所要設(shè)計的控制

20、電路較多，較為復(fù)雜。 （1）單片機抗干擾能力比較弱，所以對現(xiàn)場工作環(huán)境要求很苛刻。 （2）單片機控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調(diào)試耗時比較多。 （3）單片機自身就是弱電驅(qū)動，但是對于停車庫運行系統(tǒng)來說，執(zhí)行部件是電機，屬強電系統(tǒng)，這就需要由弱電驅(qū)動強電，隨著驅(qū)動環(huán)節(jié)的增加，系統(tǒng)的可靠性就會下降。 （4）單片機控制系統(tǒng)，其控制程序基本上是匯編語言，匯編語言雖然功能比較強大，但是程序編制工作量比較大。 因此，單片機在升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)在還不成熟，只是停車庫系統(tǒng)研究開發(fā)的一個方向。 方案二：基于PLC立體車庫模型控制系統(tǒng)設(shè)計。它具有很多其他設(shè)計方法不可比擬的優(yōu)點： （1）可靠性高、

21、環(huán)境適應(yīng)性強：可編程控制器輸入/輸出端口均采用繼電器和光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，所以具有很強的抗干擾能力。 （2）通用性好： 由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID 模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性 。 （3）使用方便、靈活：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入/輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。 （4）具有順序、周期性的工作特征。 （5）體積?。河捎谠谥圃鞎r采用了

22、大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。綜上所述：我們選擇方案二，即PLC作為設(shè)計中的主控制系統(tǒng)，能夠更好的滿足設(shè)計要求，達到設(shè)計的目的。2.2系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟立體車庫系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖所示 圖2-1系統(tǒng)方案設(shè)定流程圖3.立體車庫硬件設(shè)計3.1驅(qū)動方式的設(shè)計與選擇本次設(shè)計是針對的轎車的存取，可以滿足驅(qū)動力要求的機構(gòu)可以是液壓馬達或液壓泵，柴油機，汽油機和電動機等。在車輛存取的過程中，要求升降或者橫移動作平穩(wěn)，并且考慮到噪聲的大小和啟動的頻率以及便于控制，本次設(shè)計采用電動機作為驅(qū)動機構(gòu)。如圖是本升降橫移式車庫的主要組成示意圖：圖3-1升降橫移式車庫

23、主要組成 3.2 提升方式的設(shè)計與選擇提升的方式有鏈提升和鋼絲繩提升等，通過分析，本次設(shè)計采用鋼絲繩提升，并采用雙滾筒，可以實現(xiàn)平穩(wěn)提升，并可以提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡化。3.3傳動方案的設(shè)計機械傳動系統(tǒng)主要功用是傳遞原動機的功率，變換運動的形式以實現(xiàn)預(yù)定的要求。傳動裝置的性能、質(zhì)量及設(shè)計布局的合理與否，直接影響機器的工作性能、重量、成本及運轉(zhuǎn)費用，合理擬定傳動方案具有十分重要的意義。一般常用以下幾種傳動方案： 方案一：帶傳動，易于實現(xiàn)兩軸中心距較大的傳動；具有傳動平穩(wěn)，緩沖、吸振的特性：傳動結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)成本比較低，可過載傳動。 圖3-2帶傳動方案二：鏈傳動，平均傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，效率較高；傳動

24、功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸?。豢稍趷毫迎h(huán)境中工作；易于實現(xiàn)較大中心距的傳動；結(jié)構(gòu)輕便，成本低。 圖3-3鏈傳動方案三：直齒輪傳動，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命較長，傳動準(zhǔn)確平穩(wěn)，承載能力高，功率和速度適應(yīng)范圍廣。 圖3-4直齒輪傳動3.4傳動方案的確定升降橫移式立體車庫的傳動要求傳動力矩較大，傳動速度較慢，經(jīng)過比較和分析，帶傳動不能提供較大的傳動力矩，容易發(fā)生打滑等現(xiàn)象，安全系數(shù)較低，所以本方案不予采用。鏈傳動和直齒輪輪傳動方案都可以滿足傳動的要求，但鏈傳動與齒輪傳動相比，除滿足工作機的性能和適應(yīng)工作條件外，尺寸緊湊、成本低廉，安裝和維護都比較方便。綜上所述，此次方案設(shè)計

25、采用方案二。圖3-5鏈傳動示意圖3.5升降系統(tǒng)的設(shè)計在升降傳動系統(tǒng)中，我們采用鋼絲繩傳動型式。鋼絲繩傳動形式的升降傳動系統(tǒng)一般是由電機、減速系統(tǒng)、卷筒、滑輪、鋼絲組成。在鋼絲繩傳動型式中，鋼絲繩的主要作用是拖動載車板上下升降。鋼絲繩一端與載車板相連結(jié)，鋼絲繩另一端纏繞卷筒上(載車板的前端鋼絲繩與后端鋼絲繩必須同方向繞著卷筒轉(zhuǎn)動)，當(dāng)載車板需要升降時，提升電機便會通過其正反轉(zhuǎn)來帶動卷筒順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)載車板的升和降。 圖3-6升降傳動示意圖初設(shè)升降速度v=0.15m/s，載重M=1700kg，提升所需功率為： Pw=Mgv=2000x9.8x0.15w=2.94kw=由機械設(shè)計手冊知電動機

26、輸出功率：P0=Pw/wh式中Pw工作機所需功率；w減速機與工作機之間的總效率鏈傳動總效率：w=1x2x3xn式中1鏈傳動效率，查得=0.96 2滾動軸承效率，查得=0.99 代入數(shù)據(jù)得：w=0.96x0.992=0.94=則電動機的輸出功率為：P0=Pw/w=3.12kw 選擇臺灣明椿電動機廠生產(chǎn)的停車設(shè)備專用交流減速電動機，型號為MLPK，功率P = 3.7kw，頻率為50HZ，電壓220V，速比為60，輸出轉(zhuǎn)速為n1=21r/min。圖3-7電動機外形示意圖3.6升降系統(tǒng)中鏈傳動的設(shè)計初定卷筒直徑D=200mm,載車板上升速度V = 0.15 m/s,求得卷筒的轉(zhuǎn)速n2。 由0.1=得，

27、=14.33r/min 鏈輪的傳動比i= =1.46;初取傳動比i = 1.5。3.6.1選擇鏈輪齒數(shù)Z1Z2根據(jù)傳動比i=1.5，查機械設(shè)計表6-6取小鏈輪齒數(shù)Z1=17則大鏈輪齒數(shù)Z2=27。3.6.2確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp 初定中心距a=10p，則節(jié)距Lp=42.25取Lp = 44 3.6.3 計算單排鏈所能傳遞的功率P0及鏈節(jié)距P 由機械設(shè)計表6-3查得工作情況系數(shù)KA=1 Pca =KAP=3.7KW由機械設(shè)計表6-5查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=0.887,鏈長系數(shù)KL=0.7選擇雙排鏈，由機械設(shè)計表6-4查得多排鏈系數(shù)Kp=1.7 計算額定功率P0根據(jù)額定功率P0和轉(zhuǎn)速n1查機械設(shè)計圖6

28、.13選擇滾子鏈型號為24A，鏈距P=38.1mm 鏈號標(biāo)記為24A244GB1243-19973.6.4 確定鏈實際長度L及中心距a3.6.5 計算鏈速V=3.6.6 作用在軸上的壓軸力Q 圓周力F=1000P/V=（10003.7）/0.25=14800N 按平均布置取壓軸力系數(shù)KQ=15.1有 3.6.7.按靜強度校核鏈條 由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。 由機械設(shè)計手冊知，鏈條靜強度計算式：式中 n靜強度安全系數(shù)； KA工況系數(shù)，查表12-2-3取KA=1.0； Q鏈條極限拉伸載荷，Q=249.1kN； FT有效圓周力，； FC離心力引起的力，F(xiàn)c=qv2，其中q為鏈條

29、質(zhì)量，可由機械設(shè)計手冊表12-2-9查得q=5.6kg/m；v4m/s時，F(xiàn)c可以忽略。 Ff懸垂力，其中Kf為系數(shù)，查機械設(shè)計手冊圖12-2-3得：Kf=1，a為中心距，a=0.381m，為兩輪中心線對水平面的傾角，90，則 代入數(shù)據(jù)得：符合強度要求。3.7 鋼絲繩和滑輪的選用3.7.1. 鋼絲繩直徑的確定按GB/T3811-1983計算 式中d鋼絲繩的最小直徑 Fmax鋼絲繩的最大靜拉力 C選擇系數(shù)由表81-8確定選擇系數(shù) C = 0.104 =根據(jù)機械設(shè)計查的，選擇園股鋼絲繩合成纖維芯鋼絲繩：d=16mm，最小破斷拉力F=133.0KN。3.7.2.滑輪的選擇 滑輪用來導(dǎo)向和支撐，以改變

30、鋼絲繩傳遞力的方向。該滑輪受載荷比較小，一般制成實體滑輪，材料為鑄鋼。由鋼絲繩的直徑d，按機械設(shè)計手冊表8.1-64查得與鋼絲繩直徑匹配的滑輪直徑D=225mm?；喌男褪接蓹C械計手冊圖8.1-8選擇一般密封，無內(nèi)軸套的E型滑輪。其標(biāo)記為：滑輪 E16225-55 JB/T9005.3-19993.8 橫移傳動系統(tǒng)設(shè)計3.8.1橫移傳動 橫移傳動系統(tǒng)的作用是使載車板平移到指定位置，其傳動主要是靠電機帶動鏈輪使?jié)L輪在軌道上移動。圖3-8橫移傳動示意圖3.8.2橫移傳動電機的選擇初設(shè)承載總質(zhì)量M=2000kg，橫移速度V=0.15m/s，由機械設(shè)計手冊查得摩擦因子=0.2，則帶動橫移軸轉(zhuǎn)動所需功率

31、： 由機械設(shè)計手冊知電機輸出功率：式中-工作機所需功率-減速機與工作機之間的總效率鏈傳動總效率：式中-鏈傳動效率，查的=0.96-滾動軸承效率，查得=0.99；代入數(shù)據(jù)得：則電動機的輸出功率為：； 由于橫移的速度較慢，要求橫移電機的轉(zhuǎn)速較低，為使結(jié)構(gòu)緊湊，本設(shè)計根據(jù)輸出功率選擇由臺灣明椿電機廠20生產(chǎn)的交流減速電動機，型號為MLPK，額定電壓220V，功率P=7.5kw，速比30，輸出轉(zhuǎn)速n=18r/min。其外形圖與升降電動機相同，見圖4-2。電機的主要安裝和外形尺寸如下表表3-9橫移電動機尺寸3.8.3. 橫移鏈傳動的設(shè)計初選橫移輪直徑D=160mm，則車輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)為由于電機轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速

32、幾乎相同，故傳動比為1。. 初選鏈輪齒數(shù) 由機械設(shè)計表6-6查得=Z1=19，則從動鏈輪齒數(shù)=Z2=19. 確定計算功率Pc由于載荷比較平穩(wěn)，由機械設(shè)計查表6-3得工況系數(shù)Ka=1.0，因此 PC=KA P0=0.75kw . 初定中心距，確定鏈條鏈節(jié)數(shù)LP 初定中心距a0=22p，則鏈節(jié)數(shù) 則鏈節(jié)數(shù)為Lp=42。. 計算單排鏈所能傳遞的功率P0及鏈節(jié)距P由機械設(shè)計表6-5查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1.0,選擇單排鏈，由機械設(shè)計表6-4查得多排鏈系數(shù)Kp=1.0 由機械設(shè)計圖6.14查得長度系數(shù)Kl=0.98故所需傳遞的功率為根據(jù)額定功率和轉(zhuǎn)速查機械設(shè)計圖6.13選擇滾子鏈的型號為12A，由表6

33、-1查得鏈節(jié)距P=19.05mm。. 確定鏈實際長度 L及中心距aL=LpP/1000=4219.05/1000=0.8mm. 計算鏈條速度. 計算作用在軸上的壓軸力Q 圓周力F=1000P0/v=(1000x0.75)/0.11=6818N 按平均布置查機械設(shè)計取壓軸力系數(shù)KQ=1.15. 有Q=KQF=1.15x6818=7840.7N。. 按靜強度校核鏈條 由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。 由參考文獻知，鏈條靜強度計算式：式中n-靜強度安全系數(shù)Ka-工況系數(shù)，查表12-2-3取Ka=1.0；Q-鏈條極限拉伸載荷，Q=31.1KN;Ft-有效圓周力，F(xiàn)t=;Fc-離心力引起

34、的力，F(xiàn)c=qv2，其中q為鏈條質(zhì)量，可由機械設(shè)計手冊查圖12-2-9查的：q=1.50kg/m；v4m/s時，F(xiàn)c可以忽略。Ff-懸垂里，其中Kf為系數(shù)，由機械設(shè)計手冊查圖12-2-3得：Kf=1，a為中心距，a=0.419m，為兩輪中心線對水平的傾角，=900，則：代入數(shù)據(jù)的符合強度要求。. 鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 鏈輪的結(jié)構(gòu)選為整體式，材料為45鋼，熱處理為淬火、回火，齒面硬4050HRc。由機械設(shè)計手冊表14.2-19查得主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖：圖3-10橫移鏈輪. 橫移方向上車輪與導(dǎo)軌的選擇 由機械設(shè)計手冊按JB/T6392.2-1992選擇雙輪緣車輪，車輪的直徑160mm。其標(biāo)記為：車輪 SL-

35、16048 JB/T6392.1，車輪的材料選擇45鋼，其結(jié)構(gòu)如圖。 導(dǎo)軌的選擇按機械設(shè)計手冊表8.1-117選擇輕型鋼軌（GB/T11264-1989）。表3-11車輪的主要尺寸基本尺寸/mm參考尺寸/mmDD1BB1dd1d2S1601909080457012020截面尺寸/mm軌高底寬頭寬頭高腰高底高腰厚ABCDEFt1071077527602016表3-12導(dǎo)軌截面尺寸圖3-13導(dǎo)軌尺寸簡圖3.9防墜落裝置設(shè)計由于載車板上停有汽車，在升降電機停止工作時，電機會被倒拉反轉(zhuǎn)，使車板自動下落。因此需要加以制動。經(jīng)過許多方案的設(shè)計和比較，得出較優(yōu)的設(shè)計，運用防墜落掛鉤和掛環(huán)，在載車板停穩(wěn)后將載

36、車板懸掛在掛鉤上，從而阻止電機被倒拉。但電機在工作時，制動裝置是不需要的，我們又采用電磁鐵通電頂開制動桿，從而達到消除制動的效果。如圖：圖3-14：防墜落裝置原理圖當(dāng)電機不工作時，電磁鐵無電，制動桿桿左端由于彈簧作用力而使掛鉤掛住掛環(huán)，從而阻止載車板下落。當(dāng)電機要運行時，電磁鐵給電，吸引制動桿使掛鉤脫離掛環(huán)，從而消除制動。由于該裝置電磁鐵控制原理，因此它制動的效果是快捷的，只要設(shè)置限位開關(guān)使載車板到達停放的位置時，掛環(huán)與掛鉤可以相互結(jié)合即可。因而這種方案還是比較好的，既可以實現(xiàn)快捷有效的控制，便于智能控制，又可以提供可靠地安全保護。4.立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計4.1車庫控制系統(tǒng)整體思路在升降橫移式

37、立體車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其安全措施等。為了保證載車板能橫移到預(yù)定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關(guān)。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關(guān)。一般小型車庫選用按鍵操作，界面清楚，易于操作，但對于大型車庫來說要使用上位機來進行控制。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙霧傳感器以及安全預(yù)警裝置，因為本系統(tǒng)只有開關(guān)量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此不需要加干擾措施。4.1.1監(jiān)測點分布1.限位開關(guān)分布（

38、1） ，載車板上汽車停放到位檢測采用光電開關(guān)在底層進行掃描檢測。光電開關(guān)的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊，在載車板前后位置均進行檢測，當(dāng)有車輛停放不到位時，車就把光電開關(guān)源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后，系統(tǒng)才能正常工作。（2) ，載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關(guān)，用于檢測載車板上有無車。（3) 載車板平移運動是否到位檢測只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝一只限位開關(guān)，用于檢測載車板平移運動是否到位。（4） 載車板升降是否到位檢測只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關(guān)，用于檢測載車板下

39、降和上升是否到位。（5） 上層載車板吊鉤是否掛號檢測控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號，可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。2，控制點分布（1） 一層載車板左右平移控制一層載車板只有兩個，每個載車板只有左右移動兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。（2） 二層載車板升降橫移運動控制二層載車板有兩個，每一個載車板都有橫移、升降四個動作，采用自動抱閘的三相交流電動機控制。（3） 三層載車板升降運動控制三層載車板有三個，每一個載車板只有升降兩個動作，采用自動抱閘的三相交流電機控制。（4） 吊鉤松緊動作控制只有二、三層的載車板使用吊鉤，每個載車板用2套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。根據(jù)需要各電機、電磁鐵

40、和檢測點位置如圖：圖4-1電機、電磁鐵、限位開關(guān)示意圖3.電機控制及接線設(shè)計： 在存取車時車位的升降不能同時進行，車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須是互鎖的，即當(dāng)上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運動。這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。圖4-2電機控制原理圖圖4-3電機控制示意圖4.1.2 PLC結(jié)構(gòu)PLC生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也各不相同，但其基本構(gòu)成是一樣的，都采用計算機結(jié)構(gòu)，如圖4-4所示，都以微處理器為核心，通過硬件和軟件的共同作用來實現(xiàn)其功能。PLC主要有六部分組成：CPU(中央處理器)、存儲器、輸入/輸出（

41、I/O）接口電路、電源、外設(shè)接口、輸入/輸出（I/O）擴展接口。圖4-4 plc結(jié)構(gòu)圖4.2 PLC工作原理PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時的響應(yīng)各種輸入信號，初始化后PLC要反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為為掃描工作方式。4.2.1讀取輸入在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器。在讀取輸入階段PLC把所有外部數(shù)字量輸入電路的1/0狀態(tài)（或稱ON/OFF狀態(tài)）讀入輸入過程映像寄存器。外接的輸入電路閉合時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中

42、對應(yīng)的輸入點的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入電路斷開時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點的常開觸點斷開，常閉觸點接通。4.2.2.執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在RUN模式的程序執(zhí)行階段，如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只讀的輸入過程映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化

43、，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之改變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，對輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實際的I/O點，這樣做有以下好處：(1)在整個程序執(zhí)行階段，各輸入點的狀態(tài)是固定不變的，程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點，使系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。(2)用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點快的多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。4.2.3通信處理在處理通信請求階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接受到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。4.2.4 cpu自診斷測試 自診斷測試

44、包括定期檢查CPU的模塊和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出點的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器中存放的二進制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。當(dāng)CPU的操作模式從RUN變成STOP時，數(shù)字量輸出被置為系統(tǒng)中的輸

45、出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時的狀態(tài)，默認的設(shè)置是將所有的數(shù)字量輸出清零。4.2.5中斷程序的處理如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時，CPU停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高PLC對某些事件的響應(yīng)速度。4.2.6立即I/O處理在程序執(zhí)行過程中使用立即I/0指令可以直接存取I/O點。用立即I/0指令讀取輸入點的值時，相應(yīng)的輸入過程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令來改寫輸出點時，相應(yīng)的輸出過程映像寄存器的值被更新。4.2.7輸入/輸出滯后時間輸入/輸出滯后時間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間

46、間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。數(shù)字量輸入點的數(shù)字濾波器用來濾除輸入端引入的干擾噪聲，消除因外界輸入點動作產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，CPU模塊集成的輸入點的輸入濾波器延遲時間可以用系統(tǒng)模塊來設(shè)置。輸出模塊滯后時間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；場效應(yīng)晶體管型輸出電路的滯后時間最短為微秒級，最長的為100多微秒。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達兩三個掃描周期。PLC的總的響應(yīng)延遲時間一般只有幾微秒至幾十毫秒，對于一般的系統(tǒng)來說是無關(guān)緊要的。要求輸入/輸出滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的PLC或采取

47、其他措施。4.2.8程序組成本設(shè)計使用的是s7-200的plc，則s7-200的程序由主程序子程序和中斷程序組成。.主程序主程序（OB1）是程序的主體，它包含有控制應(yīng)用的指令，每一個項目都必須且只能有一個主程序。在主程序中可以調(diào)用子程序和中斷程序。主程序通過指令控制整個應(yīng)用程序的執(zhí)行，每個掃描周期都要執(zhí)行一次主程序。STEP7-Micro/WIN的程序編輯器窗口下部的標(biāo)簽用來選擇不同的程序。因為各個程序都存放在獨立的程序塊中，各程序結(jié)束時不需要加入無條件結(jié)束指令或無條件返回指令。.子程序子程序是應(yīng)用程序中的可選組件，僅在被主程序、中斷服務(wù)程序或者其他子程序調(diào)用時，它才會被執(zhí)行。同一個子程序可以

48、在不同的地方被多次調(diào)用。使用子程序可以簡化程序代碼和減少掃描時間。用子程序創(chuàng)建的程序代碼是可傳遞的，設(shè)計得好的子程序容易移植到別的項目中去。.中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序是應(yīng)用程序中的可選組件。中斷服務(wù)程序用來及時處理與用戶程序執(zhí)行時序無關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測何時發(fā)生的中斷事件。中斷服務(wù)程 序不是由用戶程序調(diào)用，而是在中斷事件發(fā)生時由操作系統(tǒng)調(diào)用。中斷服務(wù)程序是用戶編寫的。因為不能預(yù)知何時會出現(xiàn)中斷事件，所以不允許中斷服務(wù)程序改寫可能在其他程序中使用的存儲器。4.3電氣部分設(shè)計升降橫移式立體停車庫PLC 控制系統(tǒng)的主要功能是存取車功能，選擇某車位進行存取車時，系統(tǒng)自動確定車位移動方案并調(diào)用相應(yīng)

49、的車位移動程序，完成存取車操作。存取車控制的主要問題是解決車位移動問題，選擇某車位進行存取車操作時，要移開它下面的所有車位，建立下行通道。當(dāng)選擇地面層車位存取車時，由于地面層車位車輛可以直接出入，因此不用考慮空位的位置，可以直接進行存取車操作。若某層空位在該車位左側(cè)，則將該層的相關(guān)車位左移，若某層空位在該車位右側(cè)，則將該層的相應(yīng)車位右移，最終使所選車位的下面形成通道，便于該車位升降，完成存取車操作。如圖為立體車庫存取車控制流程圖：圖4-5控制系統(tǒng)流程圖4.4 I/O地址分配表本設(shè)計采用的是3x3的車庫模型來說明運行原理。首先把第一層兩個車庫從左到右依次命名為101、103車位和101、103車

50、盤；第二層依次是201、203車位和201、203車盤；第三層依次為301、302、303車位和301、302、303車盤。101、103車位的車可以直接將車開出，201車位的車需要將101車位右移，然后下降開出。203車位將103車位左移然后下降再開出。301車位需要將101、201車位都右移，然后下降開出來；302直接下降開出；303車位要將103、203車位都左移，然后下降取車。圖4-6每層車位移動示意圖表4-7輸入點清單輸入信號符號輸入點201車盤停、取車按鈕SB1I0.1203車盤停、取車按鈕SB2I0.2301車盤停、取車按鈕SB3I0.3302車盤停、取車按鈕SB4I0.4303

51、車盤停、取車按鈕SB5I0.5201車盤手動上升按鈕SB6I0.6203車盤手動上升按鈕SB7I0.7301車盤手動上升按鈕SB8I1.0302車盤手動上升按鈕SB9I1.1303車盤手動上升按鈕SB10I1.2101車盤右移行程開關(guān)SQ1I1.3101車盤左移行程開關(guān)SQ2I1.4103車盤右移行程開關(guān)SQ3I1.5103車盤左移行程開關(guān)SQ4I1.6201車盤右移行程開關(guān)SQ5I1.7201車盤左移行程開關(guān)SQ6I2.0203車盤右移行程開關(guān)SQ7I2.1203車盤左移行程開關(guān)SQ8I2.2201車盤上移行程開關(guān)SQ9I2.3203車盤上移行程開關(guān)SQ10I2.4301車盤上移行程開關(guān)SQ

52、11I2.5302車盤上移行程開關(guān)SQ12I2.6303車盤上移行程開關(guān)SQ13I2.7201、301車盤下降行程開關(guān)SQ14I3.0203、303車盤下降行程開關(guān)SQ15I3.1302車盤下降行程開關(guān)SQ16I3.2201車盤安全掛鉤開關(guān)SQ17I3.3203車盤安全掛鉤開關(guān)SQ18I3.4301車盤安全掛鉤開關(guān)SQ19I3.5302車盤安全掛鉤開關(guān)SQ20I3.6303車盤安全掛鉤開關(guān)SQ21I3.7表4-8輸出點清單輸出信號名稱符號輸出點201車盤下降繼電器KM1Q0.1203車盤下降繼電器KM2Q0.2301車盤下降繼電器KM3Q0.3302車盤下降繼電器KM4Q0.4303車盤下降繼

53、電器KM5Q0.5201車盤上升繼電器KM6Q0.6203車盤上升繼電器KM7Q0.7301車盤上升繼電器KM8Q1.0302車盤上升繼電器KM9Q1.1303車盤上升繼電器KM10Q1.2101車盤左移繼電器KM11Q1.3101車盤右移繼電器KM12Q1.4103車盤左移繼電器KM13Q1.5103車盤右移繼電器KM14Q1.6201車盤左移繼電器KM15Q1.7201車盤右移繼電器KM16Q2.0203車盤左移繼電器KM17Q2.1203車盤右移繼電器KM18Q2.2201車位上升到位指示燈HL1Q2.3203車位上升到位指示燈HL2Q2.4301車位上升到位指示燈HL3Q2.5302車位上升到位指示燈HL4Q2.6303車位上升到位指示燈HL5Q2.7201、301車位下降到位指示燈HL6Q3.0203、303車位下降到位指示燈HL7Q3.1302車位下降到位指示燈HL8Q3.2201車盤安全掛鉤YB1Q3.3203車盤安全掛鉤YB2Q3.4301車盤安全掛鉤YB3Q3.5302車盤安全掛鉤YB4Q3.6303車盤安全掛鉤YB5Q3.74.5 PLC外部接線圖圖4-9 plc接線圖4.6車盤運行程序.201