基于PLC的立體停車庫控制系統(tǒng)設計

題目：基于PLC的立體停車庫控制系統(tǒng)設計姓名：學號：系別：物理與電子工程系專業(yè)：自動化年級班級：指導教師：20xx年x月xx日畢業(yè)論文〔設計〕作者聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全了解有關保障、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保存并向有關畢業(yè)論文管理機構送交論文的復印件和電子版。同意省級優(yōu)秀畢業(yè)論文評選機構將本畢業(yè)論文通過影印、縮印、掃描等方式進行保存、摘編或匯編；同意本論文被編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索和查閱。本畢業(yè)論文內容不涉及國家機密。論文題目：作者單位：作者簽名：年月日目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要1引言11.立體車庫的背景以及研究現(xiàn)狀21.1課題的背景與意義21.2關于課題的國內外研究現(xiàn)狀32.車庫設計選擇及設計方案42.1車庫方案選擇及可行性分析42.2立體車庫方案設計52.3立體停車庫控制系統(tǒng)組成53.立體車庫電氣控制系統(tǒng)設計63.1立體車庫存取車工作原理63.2電氣控制系統(tǒng)結構設計73.3電氣控制系統(tǒng)關鍵局部設計73.4電機控制原理84.立體車庫硬件配置94.1立體車庫的主體結構94.2傳動局部設計114.3電源局部控制電路設計114.4PLC的選型114.5平安保護裝置設計124.6組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計124.7硬件系統(tǒng)結構圖135.立體車庫控制系統(tǒng)軟件設計145.1PLC控制系統(tǒng)設計145.2PLC輸入、輸出點分配155.3存取車流程165.4現(xiàn)場調試的根本步驟185.5仿真調試過程及其結果196.結論22參考文獻23附錄24致謝30基于PLC的立體停車庫控制系統(tǒng)設計摘要:針對城市住宅小區(qū)、寫字樓、商業(yè)區(qū)、電影院、酒店、商貿(mào)中心等繁華地段短時間停車難的現(xiàn)象,提出了采用西門子S7-200PLC作為主控器控制立體車庫的方案。本設計采用可分組合，模塊化安裝，利用PLC、計算機結合組態(tài)畫面監(jiān)控，實現(xiàn)按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成車的存取操作;通過西門子S7-200軟件仿真，到達了預期的效果。該系統(tǒng)具有自動化程度高、節(jié)省占地面積、造價低、可靠性高、運行速度快等優(yōu)點。關鍵詞:S7-200PLC;控制系統(tǒng);靜態(tài)交通;立體車庫DesignofControlSystemofStereoGarageBasedonPLCAbstract:Inviewoftheurbanresidentialquarter,theoffice,commercialarea,thecinema,thehotel,thebusinesscenterandotherbustlinghasadifficultphenomenonofshort-termparking,proposingaschemewhichusesSiemensS7-200PLCasthemastercontrolprogramofthestereogarage.Thisdesignusesthatcanbedividedintoacombinationandmodularinstallation,whichusesPLC,computer,combinedwiththeconfigurationscreentocompleteingtheaccessoperationofthecarbypressingthebuttonorcontrolconfigurationscreen;what'smore,thedesignhasbeenprovedsuccessfullybyS7-200simulationsoftware.Inaddition,Thesystemhasahighdegreeofautomation,savingfloorspace,lowcost,highreliability,runfastandsoon.Keywords:S7-200PLC;Controlsystem;Statictraffic;stereogarage引言立體停車庫的生產(chǎn)在中國是一個新興的行業(yè)，立體停車庫不僅可以緩解城市動態(tài)和靜態(tài)交通問題，而且可以改善居住環(huán)境，有效的利用土地價值。另外,它不但可以實現(xiàn)利用空間多層次停車,節(jié)省占地空間,而且塔樓外觀可設計成多用途的商業(yè)廣告效益和實用性,具有自動化程度高,操作簡便,可靠性高,運行速度快等優(yōu)點。電梯式立體車庫對于解決現(xiàn)代化密集型城市的汽車停放問題具有重要的開發(fā)價值和廣泛的應用前景。電梯式立體車庫是以升降電梯、行走小車及其橫移機構為主體的。目前,國內停車場大都是自走式,遠不能滿足汽車的增長對車位的要求。電梯式立體停車庫具有高密度的特點，是停車場中最為先進的形式，這種形式的車庫容量大，大型容量的車庫可達幾千個車位，是各大城市解決停車難的最正確選擇。電梯式立體停車庫是集自動化技術、機器人技術、計算機技術為一體的智能化、立體化的物流儲運系統(tǒng)，能自動的可靠地完成車輛的存取以及相關信息的管理。對系統(tǒng)的研究與開發(fā)，具有非常大的理論意義和實用價值。1.立體車庫的背景以及研究現(xiàn)狀1.1課題的背景與意義隨著我國經(jīng)濟和汽車行業(yè)的快速開展，越來越多的家庭擁有了私家車，然而停車位缺乏又成了一個亟待解決的問題。以上海市為例，截止2023年底，市區(qū)的公共停車場所只有968處，車位大概有6.9萬個，僅僅占市區(qū)汽車總量的10.1％，停車環(huán)境與城市開展規(guī)劃的矛盾相對突出。停車難問題是城市在快速開展過程中所出現(xiàn)的一個新的問題，即靜態(tài)交通。停車設施是解決城市靜態(tài)交通的主要內容，隨著城市的不斷開展和壯大，汽車的數(shù)量的不斷增加，停車設施的需求量也在不斷的增加。如果動態(tài)交通和靜態(tài)交通之間失去平衡，那么城市就會出現(xiàn)停車難以及交通擁堵等一系列問題。數(shù)據(jù)說明，近幾年我國城市新購車輛平均增長速度為16%-22%，但城市停車根底設施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市私家車擁有量的增長速度已經(jīng)遠遠超過了停車根底設施的增長速度，所以我們必須要重視城市停車難以及停車設施缺乏的現(xiàn)象，并積極尋找解決的措施以緩解人們生活的需求。有些專家指出，解決城市的靜態(tài)交通問題，大體上分為兩種：軟措施和硬措施。所謂軟措施，就是通過政府的法律法規(guī)，限制路面兩側停車，切實提高停車場的利用效率，以此鼓勵局部車主在短途時愿意改乘公共交通工具，以減少機動車對空氣的污染以及對停車場的需求。所謂硬措施，主要是要增加新的停車場，包括建設地下及立體停車場，利用其空間來滿足車主的停車需求。無論采取什么樣的措施，在原有的城市規(guī)劃后想要解決停車根底設施的建設，政府和管理部門都要投入更多的精力和資金。隨著人類社會的不斷進步以及科學技術的日益開展，人類的生產(chǎn)生活需求也發(fā)生了很大的變化。雖然城市的規(guī)模建設的越來越大，但人們在都市里的生存空間卻越來越小，于是出現(xiàn)了要開展利用空間的趨勢，城市中掀起了一股建設立體建筑、立體交通和立體停車庫的狂潮。作為現(xiàn)代大都市的標志，商貿(mào)中心、電影院、酒店、高檔住宅小區(qū)、寫字樓等高樓大廈林立，社區(qū)道路、彩虹橋、立交橋以及地鐵，編織了城市的立體交通網(wǎng)。停車場也有了長遠的開展，由平面停車場向立體停車場，由簡單的機械車庫向由計算機管理且高度自動化的現(xiàn)代立體停車庫的演變，成為了具有較強的實用性、效益性、欣賞性以及適合大都市環(huán)境的標志建筑群。隨著私家車的增多，城市動態(tài)、靜態(tài)交通管理制度的不斷完善開展以及人們對生活環(huán)境要求的提高，停車產(chǎn)業(yè)必將有一個前所未有的開展機遇。電梯式立體停車庫與傳統(tǒng)車庫相比可更加有效地提高人身和車輛的平安，車主只需要按照指定路線將車駕駛進入電梯，從電梯走出后將電梯關上并在電梯刷卡機處打卡，電子控制的整個設備將會接到命令自行運轉將汽車載到指定的停車位。應該說，電梯式車庫從管理上可以做到徹底的人車分流，操作簡單、運行平安可靠，本錢造價低廉，真正做到節(jié)約城市有限的土地資源。采用電梯式車庫存車，還可以免除采暖通風設施。因此，動作中的耗電量比人工管理的地下車庫要低得多。電梯式車庫一般采用成套系統(tǒng)，而不是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其占地面積少以及化整為零的優(yōu)勢，在商業(yè)住宅區(qū)、商貿(mào)中心、豪華酒店、大型寫字樓附近都可以建造電梯式立體停車樓。電梯式立體停車庫不僅解決了都市停車難、交通擁堵的難題，而且停車樓的外觀還可以做成廣告牌，最大化的實現(xiàn)立體車庫的商業(yè)價值?？梢灶A見立體車庫的市場前景非常廣闊[1]。1.2關于課題的國內外研究現(xiàn)狀國內研究現(xiàn)狀我國電梯式車立體停車庫的開展90年代中期開始，21世紀開始引進并生產(chǎn)停車設備，在北京、上海、深圳等大都市都有應用。電梯式立體車庫是一種綜合性能極強的建筑物，不僅包含了電梯式停車設備，其規(guī)劃建設涉及領域較多，例如區(qū)域整體景觀、建筑結構、供電照明、平安消防、通訊監(jiān)視、計費管理等，停車設備機械結構的開展已經(jīng)具備了停車設備中專門的技術，需要多層次的復合型人才大力參與，把國外先進的停車設備技術運用到我國停車設備產(chǎn)業(yè)上，開發(fā)出平安可靠、經(jīng)濟、運行速度快、自動化程度高、省地的停車設備以滿足市場的需求。另外，我國的停車產(chǎn)業(yè)在開展過程中存在一些亟待解決的問題，如沒有統(tǒng)一的技術標準；大多數(shù)產(chǎn)品是模仿或引進國外技術進行制造，技術水平落后；缺乏具有一定規(guī)模的大型企業(yè)，生產(chǎn)能力有限；市場競爭紊亂，少數(shù)企業(yè)為搶占市場，采取不正當競爭；沒有科研設計單位的參與，無技術創(chuàng)新能力；政策不成熟，對停車產(chǎn)業(yè)的開展和管理相對滯后等。為了解決上述問題，我們需要在政策、市場、管理以及技術方面加大努力。政策方面鼓勵參照興旺國家的政策法規(guī)并形成自己有效的政策，規(guī)劃出停車位的合理數(shù)量，實現(xiàn)投資主體多元化，制定合理的停車收費標準以及確定車庫的管理屬性，并給予投資者一定的優(yōu)惠政策，使其實現(xiàn)財富夢想。市場方面應有效地建立車庫市場運行機制，加大違章停車收費標準，逐步消除“路滿庫空〞現(xiàn)象。鼓勵正當?shù)氖袌鲆?guī)那么經(jīng)營車庫，加大貫徹政府管理監(jiān)督機制，使停車產(chǎn)業(yè)良性開展。國外研究現(xiàn)狀早在60多年前，立體停車庫就在國外有了一定的開展，先后出現(xiàn)了家庭使用的雙層停車設備；利用住宅空地建造的三層停車設備；適合城市中心繁華地段使用的停車樓和停車塔；利用廣場、寫字樓、豪華酒店地下的空間建設地下車庫。自70年代末起，世界經(jīng)濟快速開展，汽車保有量不斷增加，迫使人多地少、車多的地區(qū)和興旺國家積極開展了電梯式停車技術的研究開發(fā)和制造應用。以日本、德國、美國、法國等為代表的興旺國家在停車技術的研究處于世界領先水平，韓國以及我國的港、澳、臺地區(qū)的停車業(yè)也通過引進--移植制造，得到了迅速開展，較好地解決了停車難的問題，并開始向外輸出機密技術和出口成品。2.車庫設計選擇及設計方案2.1車庫方案選擇及可行性分析目前我國立體車庫主要有以下幾種：升降橫移式、智能式〔含電梯式〕、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、多層循環(huán)時、簡易類等[2]。在對以上幾種停車設備進行分析的根底上，再結合車庫占地面積、經(jīng)濟本錢、技術難度以及客戶需求等綜合因素。故本設計最終決定研究對象為電梯式立體車庫。電梯式立體停車庫具有以下優(yōu)點：(1)自動化程度高、耗電低、噪音小。(2)可有效得節(jié)省占地面積，節(jié)省大量投資。據(jù)調查立體車庫的占地面積相當于同等地面停車場的1/3-1/20。對緊張的城市用地來說，其經(jīng)濟效果很好。(3)運行速度快、維護方便；外觀新穎、大方。(4)配置靈活，規(guī)?？纱罂尚?。(5)立體車庫停車取車靠電腦控制操作方便，簡單,很大程度上方便了顧客和管理人員。(6)平安措施防止車輛喪失及損壞，用完善的平安裝置可保證汽車安然無恙，外部人員不能隨意進入，汽車不會受到人為損傷和喪失。此外立體車庫還可根據(jù)實際停車情況及需要來改變結構，實現(xiàn)其多樣化。同時立體車庫也可有自己的特點，成為城市生活的一個風景。2.2立體車庫方案設計電梯式立體車庫用模塊化設計，形式多為中、小型車庫，停放車輛數(shù)目從幾輛到幾十輛不等，每個單元可以設計三層，四層，五層，半地下等形式，車位數(shù)從幾個到上百個。節(jié)省占地，配置靈活，建設周期短；價格低，消防，外裝修，土建工程等投資少；可采用自動控制，結構簡單，平安可靠；存取車迅速，等待時間短；運行平穩(wěn)，噪聲低等特點。電梯式立體車庫的控制器方框圖如圖1所示。電源電源編程器空氣開關變壓器整流交流電動機交流接觸器直流電動機圖1電梯式立體車庫控制器方框圖工作原理：當合上空氣開關，AC電源通過變壓器變壓為220V和380V低壓電源，220V通過整流電路后給直流電動機提供電源。直流電動機的控制由接觸器主觸頭完成，并且通過變換加在電動機上電壓的極性來控制直流電動機的正反轉。380V交流電源給交流接觸器線圈，由PLC的輸出端控制其是否通電，從而實現(xiàn)電路的通斷。2.3立體停車庫控制系統(tǒng)組成隨著科學技術的不斷開展及生產(chǎn)工藝的要求不斷提高，電氣控制技術變革的過程包括從最早的手動控制開展到自動控制，從最簡單的控制設備開展到復雜的控制系統(tǒng)，從有觸電的接線及電氣控制系統(tǒng)開展到以計算機為中心的軟件控制系統(tǒng)。立體停車庫控制系統(tǒng)由上位機和下位機PLC控制系統(tǒng)組成；其中監(jiān)控系統(tǒng)由“上位機+現(xiàn)場總線+PLC+現(xiàn)場操作機構〞構成，以PC機為核心，配有IC讀卡器、打印機、語音提示設備、收款機、顯示器等[3]?？刂葡到y(tǒng)結構圖如圖2所示?？偩€總線控制局部檢測局部顯示器上位機操作器鍵盤鼠標IC讀卡器收款機打印設備語音提示PLCPLCPLC光、電等傳感器限位開關、控制面板按鈕、平安掛鉤等升降/橫移電機、執(zhí)行電磁鐵、顯示指示燈、繼電器、接觸器、平安裝置等圖2控制系統(tǒng)結構圖3.立體車庫電氣控制系統(tǒng)設計整個立體停車庫控制系統(tǒng)的設計是以計算機和PLC為核心,結合組態(tài)畫面，由一臺PLC完成對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以實現(xiàn)按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成對車輛的存取操作。各車位車輛的存取過程是由PLC根據(jù)當前各個車位的小車存放情況并按照相應的調度策略進行車輛的存放[4]。3.1立體車庫存取車工作原理電梯式立體車庫的工作原理:電梯式立體停車庫的內部空間是能夠容納幾十輛或上百輛汽車的鋼結構停車架，其中一端或中間作為電梯的升降通道，主要是通過電梯的上升、下降以及運用小車水平行走使小車到達指定的車位，并且通過傳感器的感應來判斷是否將小車平安送到指定的停車位，利用載車橫移裝置將載車板上的小車送入停車架或者將已經(jīng)存放于指定停車位的小車取出送入電梯并運回地面。由于存車和取車的過程是三維運動，即水平方向、橫向方向以及高度方向的運動。其中高度方向的運動是由電梯的升降來實現(xiàn)，水平方向的運動以及行走小車的前行和后行實現(xiàn)橫向方向的運動是由載車板的橫移運動來實現(xiàn)。即一個存取車周期是由水平方向、橫向方向和高度方向的運動來組成。由于每個方向上的幾何尺寸以及運動速度大都不相同，而且在一些特定的情況下大局部運動部件之間大都存在著互鎖關系，當電梯與行走小車別離時，它們可以分別同時動作，但當電梯載有行走時，僅電梯動作。3.2電氣控制系統(tǒng)結構設計整個立體停車庫控制系統(tǒng)的設計是以計算機和PLC為核心,結合組態(tài)畫面，由一臺PLC完成對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以實現(xiàn)按動按鈕或控制組態(tài)畫面即可完成對車輛的存取操作。各車位內車輛的調入調出由PLC根據(jù)當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調度策略調度車輛進出。電梯式立體車庫的自動存取控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩套系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括信號的采集、報警以及控制輸出。由PLC輸出信號到接觸器線圈來控制接觸器的閉合與中斷。強電系統(tǒng)主要包括載車板電機控制線路、電機正反轉接觸器、到位限位及載車板的上下行程限位。電梯式立體車庫采用車位檢測裝置替代人工尋找車位，用升降裝置運載小車進行存取。系統(tǒng)在控制面板上設有急停開關，假設發(fā)生意外時，要及時按下急停按鈕[5]。3.3電氣控制系統(tǒng)關鍵局部設計PLC接線設計：在電梯式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機以及升降電機，控制系統(tǒng)的目的是使它們在不同的時間段內實現(xiàn)電機的正反轉，其次就是車庫內相應的輔助設備，如指示燈、收款機以及其他平安設施等。為了保證載車板能夠在橫梁和縱梁上運載小車到達預定位置以及載車板能升降到指定的位置，在控制系統(tǒng)中多數(shù)都要采用安置行程開關。為了判斷載車板上是否有車輛，多數(shù)采用裝置光電開關[6]。同時在車庫中還安裝了煙溫傳感器以及平安預警裝置等設備，其PLC簡化接線圖如圖3所示。ININ橫移過載控制面板按鈕升降過載+220V升降電機OUT電源220V接地警示燈蜂鳴器電磁控制橫移電機防墜機構車位電磁鐵反轉上位限位開關運轉平安掛鉤急停開關行程開關下位限位開關光電開關電源開關復位開關手動傳感器COM故障燈PLC外輪廓超限燈運行燈電源燈220VCOMCA+BD圖3簡化PLC接線圖3.4電機控制原理如果只有一個進出口(一個電梯)時，在進行存取車時不但車位的升降不能同時進行，而且車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須形成互鎖，即當上層車位在升降時，其他層車位那么不能移動，反之亦然，并且車庫內每次只能有一個車位進行上下升降運動[7],這些在程序中可采用聯(lián)鎖和互鎖的方法來解決。4.立體車庫硬件配置電梯式立體停車庫主要應用于大城市中建筑密度高、停車面積少的中心區(qū)，尤其是寫字樓、商業(yè)區(qū)、電影院、酒店、商貿(mào)中心等繁華地段，是解決這些繁華都市地區(qū)停車場地嚴重缺乏的首選方案之一。因為電梯式停車庫只有一套提升裝置、橫移裝置，所以存取時間是否能夠到達要求，提高停車庫的處理能力以及存取車效率，減少車主存取車等待的時間，與車庫的硬件配置及其控制系統(tǒng)設計有密切的關系[8]。4.1立體車庫的主體結構本文主要研究的是由鋼結構框架、升降電梯、行走小車機構、載車板橫移機構、載車板、自動控制系統(tǒng)、電氣控制裝置、消防系統(tǒng)、傳動局部、平安防護裝置等為主體所構成的電梯式立體停車庫。作為存取車輛的場所，電梯式立體停車庫摒棄了老式停車場以及停車樓占地面積廣、停車數(shù)量缺乏以及停車平安可靠性低等問題，不僅繼承和發(fā)揚了智能立體停車庫占地面積少、停車數(shù)輛多、便于集中管理、停車平安可靠性高等優(yōu)點，而且具備結構簡單可靠、鋼架結構穩(wěn)定性好、車位的增減方便靈活、造價低、車輛存取使用方便、車輛存放平安性高、采用計算機控制、實現(xiàn)監(jiān)控管理一體化等特點[9]。鋼結構框架鋼結構架主要是由立柱局部、小車行走導軌局部、橫梁局部、縱梁局部、電梯升降導軌局部以及停車架等部件組成。鋼結構框架采用了熱軋H型鋼、槽鋼、角鋼、鋼帶等，用耐壓強度極高的螺絲連接成鋼架結構。根據(jù)不同的結構要求，有單結構形式、跨梁形式、后懸臂形式等，本設計主要采用具有視野寬闊、存取車便捷的跨梁形式。其主要作用是承重和內置幾十個或成百上千停車位并安裝機械傳動、電氣控制、消防系統(tǒng)、排水等設備。電梯電梯主要由電動機、減速電機、鋼絲繩、載車板、升降鏈、軸、轎廂、鏈條鏈輪及平衡重等部件組成[10]。減速電機通過主動鏈輪帶動傳動軸旋轉、傳動軸兩端的雙排鏈輪帶動升鏈條動作，起升鏈條連接不銹鋼絲繩帶動托盤動作，完成車輛的上下運行。其驅動方式為鋼絲繩曳引驅動；剎車裝置為雙重電磁制動器。小車行走機構行走小車是由步進電機驅動，發(fā)出信號來控制行走距離并結合安裝在導軌上的傳感器以實現(xiàn)小車行走到位的精確控制。為了提高存取車的效率，在每層均設置一輛小車，并規(guī)定每輛車只能在其所在的層存取車。載車板橫移機構橫移機構是由電機、鏈傳動長軸、鏈條、鏈輪及三級滑叉等組成。橫移機構的工作原理是由剎車減速電機驅動，通過鏈輪帶動鏈條轉動和變頻器無級變速控制速度，通過長軸兩端的鏈輪帶動三級滑叉做橫向存取運動。載車板橫移機構的主要功能是在車存取的過程中利用載車板動作將車存入或取出[11]。載車板載車板是作為小車在車庫中存放和小車位置轉換的載體。載車板是用來存放庫存車輛的載體，按結構可以分為框架式和拼板式。框架式載車板是用型鋼和鋼板焊接的承載框架，大多數(shù)采用的是中間突起結構，在兩側停車道和中間突起的頂面鋪設厚度不同的鋼板；拼板式載車板是用鍍鋅鋼板一次沖壓或滾壓成組裝件，以及采用咬合拼裝成載車板，并用螺栓禁錮連接，拼裝前可以對組件外表進行處理，使載車板更加的美觀和輕巧。自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)主要包括控制、拖動、檢測以及平安保護局部。電梯式立體停車庫存取車時的動作較多且比擬復雜，在存取車時要求控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)順序動作、速度以及定位和平安互鎖等控制。為了保證傳動裝置在運行動作時能夠實現(xiàn)低噪聲、低功耗、自動的加減速，同時也為了能夠保證運行平衡、高速、精確，因此車庫的升降裝置大都采用交流變頻調速系統(tǒng)[12]。另外，為了確保車輛的平安，車庫內還安裝了傳感器檢測裝置以及各種限位裝置以檢測可能存在的隱患。消防系統(tǒng)為了消除一些不必要的隱患，在車庫內應該配備有整套的自動增壓噴淋系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠迅速的控制火勢以及報警。例如煙感以及溫感探測器應該均勻地分布在不同層車架中間，如果庫內的溫度或煙氣濃度過高，消防系統(tǒng)將自動報警，由計算機控制系統(tǒng)啟動排風機直至到達預設的要求。如果失火，整個自動增壓噴淋裝置設備會迅速啟動把火熄滅。平安防護為保證載車板在運行過程中的平安，必須采取防墜、自鎖以及平安掛鉤等裝置。該部件應充分利用各限位開關、接近開關、行程開關、光電開關等檢測載車板、車體的位置與運行狀態(tài)。采用接觸器、繼電器執(zhí)行對電動機的啟動與停止控制。4.2傳動局部設計傳動局部是電梯式立體車庫的主要局部。在該停車設備中包含升降傳動和橫移傳動兩大局部。橫移轉動系統(tǒng)負責行走小車在橫梁上的橫移運動。該機構有電機、變頻器、驅動輪和從動輪、導軌組成。升降轉動負責電梯的升降運動，利用電動機、鏈條裝置將電梯提升到指定層次，實現(xiàn)升降存取車。升降局部由電動機、變頻器、鏈輪、鏈條等組成。運行時，電動機帶動鏈輪轉動，鏈輪帶動鏈條，通過電動機的正反轉實現(xiàn)電梯的升降[13]。在存取車過程中，主要是將要存的車用電梯送到指定層次或將要取的車從指定層送到電梯口。4.3電源局部控制電路設計電器控制線路是由各種有觸電的接觸器、按鈕、行程開關等按不同的連接方式組合而成的。以實現(xiàn)對電力拖動系統(tǒng)的啟動。在設計時應有必要的保護措施以實現(xiàn)過載保護，短路保護等，對系統(tǒng)有保護作用，使其正常工作。從220V電源應出現(xiàn)，接熔斷器FU0(主電路)，以防止過高的電流流入電路而燒壞電氣元件，實現(xiàn)短路保護的作用。再接一個空氣開關，取220V的交流電供應PLC，而這個220V的交流電又并接到一個PSW上，從而得到24V的直流電供應操作面板和行程開關等低壓元件[13]。這個220V交流電的取得是再接第一個交流接觸器KMO(主接觸器CJ20-10)即主接觸器上完成的，使PLC得電工作而升降電機和橫移電機不得電工作，更平安的控制升降電機和橫移電機。在主接觸器之前接有相序保護器，在交流電發(fā)生相序不正常是使電路發(fā)生斷路，從而保護電氣元氣件不被破壞。4.4PLC的選型該系統(tǒng)選用的PLC為西門子S7-200/CPU226型PLC。西門子S7-200PLC有以下的優(yōu)點[14]：(1)可靠性高，抗干擾能力強。在硬件方面，I/O采用了光電隔離，有效的抑制了外部干擾源對PLC的影響；對供電電源以及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷等。在軟件方面，PLC采用掃描方式以及在程序中設有故障檢測和自診斷程序等來到達抗干擾的功能。(2)采用模塊化的結構，安裝容易。選用了高速計數(shù)模塊、多點I/O模塊、通訊模塊等。故監(jiān)控層選用PLC作為控制系統(tǒng)的主控機。PLC工作時，首先是開機自檢，確認無故障后，判斷當前模式是手動還是自動。手動模式是用于設備的調試或者處理故障情況。自動模式那么是程序控制用于車輛的自動存取。(3)功能性強，性價比高。一臺小型的PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程軟件，功能強大，可以實現(xiàn)復雜的控制系統(tǒng)。此外，還可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。(4)硬件配套齊全，適應性強。PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、模塊化、系列化。PLC構成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC端子上接入相應的I/O信號線即可，具有較強的帶負載能力。(5)體積小，能耗低。(6)系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小。(7)維修工作量小，維修方便。4.5平安保護裝置設計(1)電壓保護。如果設備在使用過程中發(fā)生超載、短路等現(xiàn)象，接觸器或繼電器將會立即發(fā)生動作并自動使主電路斷電以保護車庫中的設備不被損壞。(2)急停保護。在系統(tǒng)中設置急停開關，按下按鈕后將使電路立即斷電，停止所有動作，以應對設備動作過程中出現(xiàn)的故障。(3)超限檢測。將光電檢測設備裝置在電梯內部適當?shù)母叨壬希詭椭囍髟诖娣跑嚨倪^程中準確通車，如果車主停車不當，蜂鳴器就會自動發(fā)出警報。4.6組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計監(jiān)視與控制系統(tǒng)(MonitorandControlGeneratedSystem,MCGS)是基于Windows平臺的的一套監(jiān)控系統(tǒng)，用于構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行在Windows98/NT/XP等操作系統(tǒng)。MCGS不僅為用戶端提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，而且能夠實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、平安機制、流程控制、動態(tài)顯示、趨勢曲線、企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能[15]。監(jiān)控系統(tǒng)功能圖如圖4所示。PLCPLC虛擬鍵盤設備虛擬內存設備磁盤車庫現(xiàn)場內存通用接口車位狀態(tài)顯示小車狀態(tài)顯示載車板狀態(tài)顯示電梯狀態(tài)顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫監(jiān)控初始化周期報表賬單存取車磁盤文件其他應用程序應用接口即時表維護數(shù)據(jù)庫在線幫助操作人機界面用戶登錄錄查詢圖4監(jiān)控系統(tǒng)功能圖4.7硬件系統(tǒng)結構圖在電梯式立體車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主控對象首先是車庫內的行走小車電機和升降電機，控制系統(tǒng)的目的是使它們在不同的時間段內實現(xiàn)電機的正反轉;其次就是車庫內相應的輔助設備，比方指示燈、收款機以及其他平安設施等。為了保證載車板能夠在橫梁和縱梁上運載小車到達預定位置以及載車板能升降到達指定的位置，多數(shù)都要在控制系統(tǒng)中采用行程開關。為了區(qū)分載車板上是否有車輛，多數(shù)都在載車板上安置光電開關。而一般中、小型車庫大都選用按鈕操作，其具有界面清楚，易于操作的優(yōu)點，但大型車庫要采用上位機和下位機對車庫進行控制。同時在車庫中還安裝了煙溫傳感器以及平安預警裝置等設備，因此本系統(tǒng)只有開關量輸入沒有模擬量輸入，因為可編程序控制器本身的抗干擾能力以及隔離變壓器就能滿足要求，因此就沒有必要額外增加其它抗干擾設備。由于PLC具有可靠性高、抗干擾能力強的優(yōu)點。國內外現(xiàn)有的電梯式立體車庫，系統(tǒng)控制形式多數(shù)都是采用PLC控制，特別是應用在自動化程度高、車位多、容量大的現(xiàn)代化電梯式立體車庫中。車庫的硬件結構圖如圖5所示。電源電源CPU運算器控制器現(xiàn)場信號輸入輸入部件輸出部件驅動控制部件存儲器用戶程序系統(tǒng)程序I/O擴展單元外設I/O口I/O擴展口打印機PLC編程器圖5車庫的硬件系統(tǒng)結構圖5.立體車庫控制系統(tǒng)軟件設計5.1PLC控制系統(tǒng)設計本立體車庫控制系統(tǒng)中S7-200PLC主要檢測個在車板位置以及運行狀態(tài)并控制電動機的啟動和停止。利用光電開關、行程開關檢測載車板的位置狀態(tài)；用接觸器、繼電器控制電機的啟動和停止。當要對車輛進行存取操作時，PLC根據(jù)操作員在控制面板上輸入的指令,首先判斷各檢測元件的狀態(tài)，然后讀取車庫機械局部的反響信息到電機以帶動載車板升降、橫移。在整個控制過程中，通過光電檢測、限位開關、過載保護等裝置來保障整個系統(tǒng)的平安、平穩(wěn)運行。5.2PLC輸入、輸出點分配所謂輸入輸出點定義是指整體輸入輸出點的分布和每個輸入輸出點的名稱定義，它們會給程序的編制、系統(tǒng)的調試和文本的打印等帶來很多方便。因為本系統(tǒng)是對開關量控制的應用系統(tǒng)，并對控制速度要求不高，選用一般的可編程序控制器，其具有的自診斷功能和采用的循環(huán)掃描工作方式完全能滿足要求。本系統(tǒng)輸入端有自動/手動選擇開關，自開工作時有總開、總停按鈕，有上、下、左、右移動按鈕，車位號信號輸入假設干。在本設計中選用西門子S7-200系列中的CPU226DC/DC/DC,它的可用輸入點是24，輸出點是16。根據(jù)立體車庫控制系統(tǒng)設計的要求以及PLC型號，確定系統(tǒng)地址分配如下表1和表2所示。表1輸入點分配表符號地址注釋符號地址注釋TL1I0.0選擇1號車位CLI2.15號車位限位開關TL2I0.1選擇2號車位RLI2.26號車位限位開關TL3I0.2選擇3號車位CHAN1I4.1鏈條松弛1〔升降〕TTL1I0.31號車位上升限位開關CHAN2I4.2鏈條松弛2〔升降〕TTL2I0.42號車位上升限位開關CHAN3I4.3鏈條松弛3〔升降〕TTL3I0.53號車位上升限位開關ESI4.6緊急停止BL1I0.6選擇4號車位RESETI4.7復位BL2I0.7選擇5號車位EMI1I3.01號電磁鐵防墜機構BL3I1.0選擇6號車位EMI2I3.12號電磁鐵防墜機構BBL1I1.11號車位下降限位開關EMI3I3.23號電磁鐵防墜機構BBL2I1.22號車位下降限位開關FR1I3.31號電動機熱繼電器BBL3I1.33號車位下降限位開關FR2I3.42號電動機熱繼電器PHE1I1.4光電檢測1〔平安線〕FR3I3.53號電動機熱繼電器PHE2I1.5光電檢測2〔車體積〕FR4I3.64號電動機熱繼電器LLI2.04號車位限位開關FR5I3.75號電動機熱繼電器表2輸出點分配表符號地址注釋KM4-leftQ0.04號電機接觸器〔正轉〕KM4-rightQ0.24號電機接觸器〔反轉〕KM5-leftQ0.35號電機接觸器〔正轉〕KM5-rightQ0.45號電機接觸器〔反轉〕KM1-upQ0.53號電機接觸器〔正轉〕KM1-downQ0.63號電機接觸器〔反轉〕KM2-upQ0.72號電機接觸器〔正轉〕KM2-downQ1.22號電機接觸器〔反轉〕KM3-upQ1.31號電機接觸器〔正轉〕KM3-downQ1.11號電機接觸器〔反轉〕EMO1Q2.01號電磁鐵EMO2Q2.12號電磁鐵EMO3Q2.23號電磁鐵ALARMQ2.3報警器LIGHTQ2.4報警燈LIGHTQ0.1正常運行指示燈5.3存取車流程存車流程分析：當車主把車駛入電梯門口時，門前的地感線圈反響，電梯門將自動翻開，車主駕車駛入電梯，根據(jù)語音提示將車停好，拉上手剎并離開電梯，電梯內的光電限位開關將對車輛進行檢測，空間檢測器檢驗車庫系統(tǒng)內是否有人停留以防止造成不必要的人身傷害事故。假設車輛體長、寬、高超標時車庫內的報警裝置將會自動報警，說明不可以存車。假設車輛長、寬、高未超標，那么車主刷卡使電梯上升到計算機指定車位的樓層并且停車計時收費開始。當電梯上升到指定層時，行走小車動作到達小車的底部并利用夾臂夾起小車，當行走小車上的限位開關檢測小車入位正常時橫移機構動作，利用曳引電機使行走小車精確的到達指定的車位，然后行走小車將小車運送到指定的車架上，檢測固定平安后，橫移機構、行走小車收回，存車結束。其取車流程和存車流程大致相反。由此可知，車庫存車流程圖如圖6所示。橫移機構收回橫移機構收回橫移機構動作車存入到位存車結束Y報警車入庫檢查車體積是否超標？Y行走小車動作小車到位？NN電梯上升是否為指定層？YN圖6存車流程圖取車流程圖分析：當車主刷卡取車時，計算機顯示車輛具體位置發(fā)送命令并計算停車時間以顯示停車費用。首現(xiàn)要判斷整個車庫系統(tǒng)此時是否正在運行存車或取車的過程，假設系統(tǒng)正在進行存車或取車動作，按照順序掃描、循環(huán)執(zhí)行的原那么執(zhí)行正在進行的存車或取車過程；假設系統(tǒng)沒有正在進行存車或取車動作，那么電梯上升到小車所在車位的樓層。當電梯上升到指定層時，車架上的平安裝置解鎖，行走小車動作，利用夾臂夾起小車將小車從車架上取出，當行走小車上的限位開關、光電開關檢測小車入位正常時橫移機構動作，利用曳引電機使行走小車精確的到達指定的電梯所停的位置，然后行走小車將小車運送到電梯內，檢測固定平安后，橫移機構、行走小車收回，電梯下降到指定的出口。由電梯底部的旋轉圓盤動作將小車調轉，取車結束。其取車流程和存車流程大致相反。車庫取車流程圖如圖7所示。電梯上升電梯上升行走小車動作NYY判定車輛位置并計費電梯上是否有車？是否為指定層？N取車初始化Y還小車N電梯降至指定出口行走小車進電梯取車結束取出載車板橫移機構收回橫移機構動作小車到位？圖7取車流程圖5.4現(xiàn)場調試的根本步驟PLC的現(xiàn)場調試是檢查，優(yōu)化PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件設計，提高控制系統(tǒng)可靠的重要步驟。為了防止調試過程中可能出現(xiàn)的故障，確保調試工作的順利進行，現(xiàn)場調試應該在完成控制系統(tǒng)的安裝,連接，用戶程序編制后，按照規(guī)定的步驟進行。盡管在不同場合使用的PLC型號，控制對象，控制要求各不相同，但PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場調試的根本方法與步驟相似。通常來說，現(xiàn)場調試的根本步驟圖如圖8所示。運行運行硬件調試調試前檢查PLC現(xiàn)場調試PLC安裝檢查PLC連接檢查絕緣耐壓檢查電源電壓檢測通電實驗I/O連接檢查手動運行試驗平安電路確認自動運行試驗異常運行試驗軟件調試圖8現(xiàn)場調試圖5.5仿真調試過程及其結果程序的編寫和修改是在STEP-7Micro/WINSP9軟件中完成。STEP-7Micro/WINSP9軟件編程界面圖如圖9所示。圖9軟件編程界面圖由于仿真軟件不能直接接受S7-200的程序代碼，必須用編程的“導出〞功能將S7-200的用戶程序轉換為擴展名為“awl〞的ASCII文本文件，然后在下載到仿真軟件的PLC中。翻開仿真軟件S7-200進行CPU選型號后執(zhí)行菜單命令“文件〞→“裝載程序〞，在對話框中選擇邏輯塊，點擊“確定〞按鈕后，在Source文件中將保存的*.awl文件下載。對CPU進行選型后會出現(xiàn)CPU226的仿真主控界面圖如圖10所示。圖11CPU226仿真主控界面圖下載成功后，CPU226的仿真主控界面處于“stop〞狀態(tài)，同時會出現(xiàn)下載的程序代碼文本框和梯形圖，本設計的梯形圖和導出的程序塊圖如圖11所示。圖11梯形圖與程序塊圖當點擊運行存車按鈕仿真時，由“stop〞轉換到“run〞狀態(tài)，輸出節(jié)點Q0.1變綠，警報燈未報警，說明小車的體積未超標可以存入車庫。小車存入車庫程序起始運行仿真圖如圖12所示。如圖12小車入庫起始運行仿真圖當進入存車狀態(tài)時，系統(tǒng)將檢測車庫內有效的車位并發(fā)出小車存放位置的命令。電梯上升到指定層次時，該層次的橫移機構動作，各傳感器、限位開關、光電開關檢測小車存放是否平安，該車位的電磁鐵防墜機構也將動作確保進一步的平安。如小車存入一號車位時，I0.0燈亮說明選擇的是一號車位，I1.1燈亮說明一號車位限位開關啟動，I3.0燈亮說明一號車位電磁鐵防墜機構動作，I3.3燈亮說明一號電動機熱繼電器動作，I4.1燈亮說明電動機動作，Q0.1燈亮說明系統(tǒng)運行正常，Q1.3燈亮說明一號電機正轉。假設整個過程沒有出現(xiàn)故障說明小車已經(jīng)平安地存入到一號車位。存車仿真圖如圖13所示。圖13存車仿真圖手動停止按鈕控制:輸出節(jié)點全不亮，輸入節(jié)點根據(jù)手動按鈕情況顯示燈是否亮.當自動系統(tǒng)發(fā)生故障時，可使用手動按鈕完成存車過程，手動按鈕沒有發(fā)生動作時燈都不亮，有動作時燈亮。手動完成存車仿真圖如圖14所示。圖14手動存車仿真圖以上仿真圖是模擬立體停車庫控制系統(tǒng)一次完整的存車過程，從小車進入存車狀態(tài)到存車過程結束，通過軟件仿真到達了預期的效果。由于取車流程與存車流程相反，但其仿真結果圖與存車仿真圖相同，均顯示輸入節(jié)點和輸出節(jié)點亮。6.結論經(jīng)過一段時間的立體停車庫控制系統(tǒng)設計，我對PLC原理、電氣控制等知識有了更深的理解。學到了很多有用的東西，豐富了自己的知識，相信會對以后的學習和工作有所幫助。通過設計，完成了立體車庫信息的搜集，立體車庫設計方案的提出、選擇及論證，輸入及輸出設備及PLC的選