机械毕业设计（论文）垂直升降式立体停车库PLC控制系统设计【全套图纸】.doc

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1、湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：城市多层泊车立体库-结构及控制设计专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2010963143 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2014年5月15日 目 录摘要 1Abstract2第一章 绪论 1.1 课题研究的意义 31.2 国外的研究动态 31.3 国内的现状 3第二章 方案的选择2.1 立体车库方案比较 52.2 控制策略方案比较 8第三章 控制系统的选择3.1 垂直升降式立体停车库控制系统的原理 93.2 垂直升降式立体停车库控制系统的基本要求 103.3 垂直升降式立体停车库控制系统硬件的选择11第四章 电气控制系统设计4.1 车库的单位

2、控制机构154.2 升降机的设计与驱动164.3 检测系统184.4 横移机构的设计与驱动214.5 电气控制接线图22第五章 PLC程序设计5.1 PLC 控制技术介绍255.2 PLC 的硬件配置和设计思路265.3 主程序的设计305.4 存取车程序的设325.5 驱动和保护程序的设计40总结与展望43致谢44参考文献45附录1 英文参考文献46附录2 外文文献翻译49城市多层泊车立体库-结构及控制设计摘 要：随着汽车的日益增多，尤其是在人口密集的大都市，解决停车难的问题显得尤为迫切。全自动立体车库作为智能建筑的一部分以其高效、快速、安全等特点成为解决都市停车难问题最有效的途径，立体车库

3、控制系统是实现车库安全、高效率运行的关键。本文将 PLC 控制技术应用于电梯式立体车库，设计了电梯式立体车库自动存取车系统，并就其机械结构、工作原理、硬件结构、监控软件做了研究，主要内容如下：在分析了各种立体车库的功能及运行特点的基础上，得出电梯式立体车库是未来发展的主流。本文对电梯式立体车库的机械机构及其控制策略进行了分析和研究。阐述了电梯式立体车库自动存取车系统的工作原理及其上位机的功能。设计了立体车库与上位机的通信、立体车库的升降机构和横移机构。给出了电梯式立体车库的硬件接线图，并对一些开关元件进行了介绍与选择。介绍了电梯式立体车库的软件设计思想，并给出了 PLC 的硬件配置图、程序流程

4、图和程序。关键词：立体车库；PLC；控制策略；实时监控全套图纸，加153893706The Design of Automatic Control System ofExperimental Stereo GarageAbstract：With the increasing of the number of cars, especially in big city, it is very urgent to resolve parking problems. The stereo garage, as the part of the intellectualized building, has

5、 gradually become the most effective method to handle the parking problems in bigcity, because of its high efficiency, rapidness and security. The control system of stereo garage is the key technology for realizing its safe and high efficiency running. In this paper, the PLC control technology was u

6、sed. The automatic system of the stereo garage, the mechanical structure, the work method, the hardware structure and the monitoring software are researched. The points are as following:In analyzing the various functions and chiastic of stereo garage, we found the development of the stereo garage an

7、d the PLC control technology is the orientation. Introduced the mechanical structure of the stereo garage and analyzed the control strategy. Introduced the work way of the stereo garage and the function of its control PC and researched their communication, the rise and fall structure and the horizon

8、tal moving structure. Introduced the hardware diagram and the choice of the components. Introduced the software design of the stereo garage, and gave the hardware diagram, flow chart and programs. Key words: Stereo garage; PLC; Control Strategy; Real Monitoring第一章 绪 论1.1课题研究的意义目前我国各主要城市停车设施的建设远远落后于道

9、路建设和汽车工业的发展，有资料表明，现有停车位数不及所需停车位数的 7%，停车问题也就逐渐成为大都市的一大难题，由此所带来的一系列问题令人担忧。立体车库具有占地面积少、充分利用立体空间等优点，因此在未来几十年，立体车库在我国会起着越来越重要的作用。目前在国内，立体车库事业逐渐兴起，己经建有不少立体车库，其中我国最大的立体车库南京正洪商城公共立体停车库已正式投入运营。它内设 208 个车位，转向、升降、停泊由电脑自动控制，仅需要 57 秒。我国生产的一些车库机械装置尤其在齿轮横移机构等方面己经接近世界先进水平，但是在其他方面，如控制技术以及车库系统的管理等，离世界先进水平尚有一段差距，很多大型立

10、体车库的控制系统的硬软件依靠从国外引进。本文主要运用PLC控制技术设计一个电梯式立体车库模型,可以作为校内PLC控制的实验器材，培养学生 PLC 运用方面的能力，并且进一步推广立体车库的实际可行性。1.2国外的研究动态立体车库的应用已有30多年的历史了。发展较早、较好的有日本、韩国、德国等。在亚洲，立体车库采用较早应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。日本从事立体车库及其设备开发、制造的共有200多家，其中生产立体车库的约100多家，比较大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、东急、内外及昭和起重机等，产品既有出口的，也有进口的。韩国立体车库行业的发展历程比较平稳。20世纪70年代中期为

11、起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为供应使用阶段。由于这几个阶段受到了政府的高度重视，各种立体车库得到了普遍的开发和利用，年递增速度达到30%；2000年以来为发展阶段，立体车库将随供应量不断的扩大而迅速发展。1.3国内的现状我国在20世纪80年代初开始研制和使用立体车库。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，己经形成了新兴的停车设备行业，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。现在从事停车设备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家。首批获得国家颁发的立体停车设备制造企业资质的企业有22家。产品经

12、引进技术和自我研制开发，生产技术水平有了很大的提高。许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，控制型式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机构中采用了模块化设计，这样便于组合使用，又易于安装拆卸，且可缩短施工周期;还采用一些新材料、新工艺，如采用H型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板坐载车板；安全保护方面采用了声光引导、定位装置及自动消防灭火系统等。目前品种的满足率己达90%左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50%以

13、上。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。立体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，立体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，而如果采用双层立体车库，可使地面的使用率提高8090，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。立体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，

14、由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，立体车库从管理上可以做到彻底的人车分流。在立体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。立体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。第二章 方案的选择2.1 立体车库方案比较立体车库的发展起始于 1960 年。到目前为止，已经发展出多种多样的立体车库。我们从立体车库的机械结构大致可以分为 4 类，分别是：巷道堆垛式、垂直循环式、垂直升降式、升降横移式。

15、1、立体车库方案(1).升降横移式升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，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。图 2-1 升降横移式立体停车库产品特点：1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。4) 存取车迅速，等候时间短。5) 运行平稳，工作噪声低。6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。(2).巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所

16、有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。图 2-2 巷道堆垛式立体停车库(3) .垂直循环式垂直循环式塔形立体车库的主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置的托盘上，由做垂直循环运动的链条带动，在平动机构控制下保持车位水平。这种车库由单一大型电机驱动，电气控制系统比较简单。图 2-3 垂直循环式立体停车库产品特点：1）外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。2）价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。3）可采用自动控制，运行安全可靠。（4）垂直升降式立体车库:垂直升降式立体车库像电梯那样，

17、把车提升到一定高度，再用横移机构（又称机械手）把车存入泊位中。这种车库有几十米高，每层有 2 个或几个泊位。按规模大小，垂直升降式车库有两类：塔形垂直升降式，这种车库一般在 28 层以下（韩国现代 30 层）。它要求升降速度快，结构刚度好。一般采用工业计算机或高档可编程序逻辑控制器构成其自动控制系统，实现存取车自动控制、自动计费等功能，也可实现无人化操作。其地皮利用率高，但对地基、消防要求高，单车成本高。多层垂直升降式，这种车库一般在 510 层。其升降速度可低到 520m/min，轿厢系统尽量简化，结构重量轻，一般不设回转台，不要严格的外装修，地基投资少，消防系统简单。图 2-4 垂直升降式

18、立体停车库2、立体车库方案总结经过分析比较，采用多层电梯式立体车库设计方案，结构示意图如图2-5所示。因为垂直升降式立体车库与升降横移式立体车库相比，它的单车位成本甚至比 5 层以下的多层升降横移式要低，存取时间比多层垂直升降式要少。与同规格的竖直循环式相比，结构刚度更好，存取车效率更高，底层存取车室环境好，功耗低，噪音小，因而它的发展前景很好。如图2-5 2-5 六层垂直升降式立体车库实验装置示意图结构设计由本组成员单俊宜同学完成2.2 控制策略方案比较1、控制策略方案车库运行的控制策略直接影响到整个车库的存取车时间、设备损耗和能耗。车库运行有 4 种控制策略。一、存车优先策略当电梯完成存取

19、操作后回到基层，有且仅有 1 块托车板在电梯上，以供下辆辆车可立即开进电梯，无需等待。二、取车优先策略当电梯完成存取操作后回到基层，电梯上没有托车板，有利于取车者快速取车。三、存车优先和取车优先组合控制策略当车库的存车数量达到一定限度后，自动实现存车优先或取车优先的转换。在组合策略中，存车优先和取车优先的转换原则如下： in 为存车优先下限， Out为取车优先上限，in 和 Out 皆表示车库中存车数量（ inOut）。若当前控制策略是存车优先，则车库中存车数量从小于 Out 变化到大于 Out 时，控制策略由存车优先转换为取车优先。若当前策略为取车优先，则车库中存车数量从大于 in 转变到小

20、于 in 时，控制策略从取车优先转换为存车优先。通过对参数 in 和 Out 的合理选择，便可实现存车优先和取车优先的转换，以适应存取车高峰。四、原地待命策略当电梯完成 1 次存取车操作后，停在原地等待下次操作。2、控制策略方案总结:首先，从经营者的角度来看，存车优先无需让停车顾客等待，可以避免了新顾客的不耐烦心理，更有利于车库的推广。其次，从能耗方面来看，存车优先的能耗要小于取车优先和组合策略，原地待命策略的能耗最低。原因是在存车优先模式中，顾客取完车以后，可以直接进入存车优先模式，所以其前期准备的能耗要远远小于取车优先。而组合策略是停车优先和取车优先的组合，所以其能耗居于两者之间。由于原地

21、待命策略不必作前期准备工作，所以能耗最低。最后，本设计采用的是存车优先控制策略，原因是存车优先无论从经营者角度还是从能耗角度，都表现不错。第三章 控制系统的选择3.1 垂直升降式立体停车库控制系统的原理垂直升降式立体停车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。垂直升降式立体停车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。 控制系统车库现场人检测系统执行机构

22、界面图3-1 车库系统控制原理框图垂直升降式立体停车库的系统控制原理:操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。其系统控制原理框图，如图3.1所示。接口在车库的控制系统中是必不可少。接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。接口电路大致有三种：开关量接口电路、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。垂直升降式立体停车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电路。界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。操作人员可以通过界面向车库系统发送动作意图，车库系统可

23、以向操作人员反馈系统运作状况。简单的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机界面。垂直升降式立体停车库控制系统的具体组成，要根据具体的控制形式而定，其组成形式也很灵活多样。3.2垂直升降式立体停车库控制系统的基本要求车库现场一般环境比较恶劣(一般为室外)，如高温、粉尘、高湿度、振动、强电设备启动的磁场干扰等，所涉及的控制系统除了要满足控制任务，还需要满足如下的基本要求：1、可靠性高 车库控制系统在车库现场应能长期、可靠、稳定地工作。一方面，必须具有很强的抗车库现场干扰能力；系统设计时，就应根据使用环境，考虑合适的抗干扰措施。另一方面，控制系统必须能长期稳

24、定的运行。如用下面公式来衡量，有效度A愈接近1，控制系统长期运行的可靠性就越高，这取决于合理的系统设计、控制电路的设计、元器件质量、组装调试时严格的工艺规程等。 式中:MTBF平均无故障工作时间 MTTR平均维修时间2、操作性能好车库控制系统的操作性能好，表现在它的使用性能和可维护性能两个方面，这是在系统硬件和软件设计时就要考虑和注意的坏节。使用性能方面，硬件设计时要尽量降低操作人员的专业知识要求，如控制界面不要太复杂，操作顺序简单、操作出错不会引起人身设备故障等，使操作人员感到容易学习，使用方便。软件开发时，按照软件工程的要求，尽量使用高级语言开发用户程序，使程序具有较好的开放性并易于再开发

25、。在可维护性能方面，硬件设计时，控制柜应有较大的维修操作空间，硬件采用模块式组合结构，出现故障时，容易采用更换方式进行维修，从而缩短维修时间。软件设计时，应配有查错、故障诊断程序，使故障出现时，易于查找故障部位。3、通用性好工业控制技术发展迅速，更新换代快，而且被控对象的控制要求也会根据生产的发展不断提出新的要求。因此系统设计时，要考虑所设计的控制系统具有垂直升降式立体停车库的控制系统益。要达到这一目的，系统设计时，主要采用标准化总线设计，输入输出通道设计。电源设计时，预留一定的余量和空间，这样功能扩充时，可以很方便的增加一些输入通道而不需重新更换控制柜，同时，只要更换CPU模块或模块扩展，就

26、可以达到系统升级的目的。4、较高的经济指标设计车库的控制系统时，经济指标是始终要考虑的指标，即要有较高的价格性能比。这要根据实际的控制要求，在车库控制系统核心单元选型、检测传感器与驱动元件的选择、软件开发与运行、一系统组装与调试等费用方面综合进行考虑。3.3 垂直升降式立体停车库控制系统硬件的选择控制系统硬件确定主要包括系统控制形式及控制核心单元的选择、输入参量的检测和传感器的选择、输出驱动方式和驱动元件的选择、人机联系方式的选择，最后生成硬件接线图。 1、控制系统控制核心单元垂直升降式立体停车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系

27、统中有三种比较常见的控制形式:继电器逻辑电路控制、可编程控制器控制、单片机控制。（1）继电器控制在垂直升降式立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。但对于小型低成本的垂直升降式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。 继电器控制也有许多不足之处。第一，难以实现智能模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，随着驱动部件的

28、不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。所以对于大中型垂直升降式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。（2）可编程控制器(Programmable Logic Controller)控制国内外现有的垂直升降式立体停车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、大容量的现代化垂直升降式立体停车库中。可编程控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：A、灵活、通用可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件

29、就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。另外 PLC产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系列又有低档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。B、可靠性高、抗干扰能力强对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称

30、为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。首先，PLC采用微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。另外，PLC还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。 硬件措施对于电源变压器、CPU和编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的互相影响；对CPU这个核心部件所需的+5 V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；在CPU与I/

31、O电路之间，采用光电隔离措施，有效的隔离了内部电路与I/O间电的联系，减少故障和误动作;采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正常工作。 软件措施监控程序定期的监测外界环境，如掉电、钳电压、后备电池电压过低及强干扰信号等:当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作;同时对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，确保信息不丢失。由于采取了以上措施，使PLC的可靠性、抗干扰能力大

32、大提高，这是PLC控制优于单片计算机控制的一大特点。（3）编程简单、使用方便用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言”编程，容易掌握。例如目前大多数PLC采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电器技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电器技术人员所接受。PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。它与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的停车库控制设备来说，PLC的控制速度是足够的。用单

33、片计算机控制，只有在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调试也比较麻烦。而PLC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使用很方便。（4）接线简单PLC的接线只需将输入设备(如按钮、开关等)与PLC输入端子连接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与PLC输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。（5）功能强现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D, D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控

34、等。因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库，又可控制一个车库群。既可现场控制，又可远距离控制。既可控制简单系统，又可控制复杂系统。（6）体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。同样，可编程控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片微机控制;其开发潜力要差于单片微机，不如其功能灵活多样;通用性不好

35、，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用等等。可编程控制器在垂直升降式立体停车库的控制系统中被广泛的应用，并在停车库的发展演化中起着非常重要的作用，本文车库系统即采用可编程控制器控制形式。2、单片微机(Single Chip MicroComputer)控制单片微机就是我们通常所说的单片机，是将CPU, RAM, ROM(EPROM)、定时器/计数器和1/0接口全部集成在一个硅片上。单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，所以在20世纪80年代以来得到飞速发展。理论上也可用于立体停车库系统，

36、但实际上在立体停车库的控制系统中，单片微机控制却没有得到广泛的推广应用，其原因主要有以下几点：（1）单片微机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；（2）单片微机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻；（3）单片微机自身就是弱电驱动，但是对于停车库系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可 靠性就下降了； （4）单片微机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。因此，我们选择可编程控制器。采用的 PLC 是由三菱公司生产的，型号为 FX2N80MR。它是一款性能十分出众的微型可编程控制器

37、。 第四章 电气控制系统设计4.1车库的单位控制机构4-1 正面及侧面图 车库的大致结构可以参照图 41，现在简要介绍一下车库的三大单位控制机构：升降机构，拖车板，横移机构。（1）升降机构 升降机构有步进电机，卷筒，滑轮，钢丝绳等组成。载车台上下升降的位置信号来自接近开关，我们总共设置了 7 个接近开关，分别设置在基层，一层，二层，三层，四层，五层。接近开关装在每层托板的下方，精确位置可在调试中加以确定。在基层的底部和五层的顶部我们分别安装了限位开关，对载车台起限位保护作用。（2）托车板 托车板是车辆和车库发生直接接触的机构,托车板下方固定有导轨和滑轮。存车时，将待入库车辆停放在托车板上，再利

38、用载车台升降和横移机构横移将车送至泊车位;取车时，先由横移机构将托车板连同车辆一起取回到载车台，然后降到基层。（3）横移机构 横移机构使托车板从载车台横移至泊车位或从泊车位横移至载车台，以完成车辆的出入库过程。横移机构采用了齿轮横移技术，该机构运行原理如下：托车板的下方固定有齿条，载车台及泊车位的机构上固定有电机，电机轴上安装齿轮与托车板上的齿条相啮合，通过电机运转带动齿轮旋转，从而使啮合的齿条和托车板横移4.2 升降机构的设计与驱动（1） 电机的选择根据设计的要求，本文设计的立体车库提升一层所需的时间为10秒，提升载车板与副载车板之间的静垂直距离为2m。即提升的位移为2m，由此可以计算出提升

39、速度为0.2m/s。预估载车板重量为0.2吨，停车重量取1.6吨，合集电机所需提升的总重量为1.8吨。设加速时间为1S，则加减速时间共为2S，且加减速过程的平均速度为最大速度的一半。固有：得：所以，加速度为：需要拉力：N设同步带直径周长为脉冲当量最大转速细分数太大，最大转速太低，增加一级减速。取二级主动轮直径：一级主动轮直径取：减速比取1:3则去一级从动轮直径为：电机最大转速为：驱动细分数：故取细分数为4.实际脉冲当量：第二级主动轮上的力矩：电机轴上的力矩：由于没有考虑同步带的效率、导轨的摩擦和转动惯量等因素，同时，步进电机高速时扭矩要大幅下降；所以，取安全系数4比较保险。故，电机力矩：选取三

40、相步进电机：130BYG350EH-0602电机参数规格型号相数步距角（）相电流（A）130BYG350EH-060260.6/1.26保持转矩（Nm）转动惯量（gcm2）重量（kg）外形尺寸（mm）353500017.5134134226（2） PLC对步进电机的驱动 三相步进电动机转速的控制，分慢速、中速和快速三档，分别通过开关 S1、S2 和 S3 选择；步数控制分单步、10 步、100 步三挡，分别通过按钮 S4、开关 S5和 S6 选择；暂停步进电机通过 S7 控制；启动控制由内部寄存器 M50 控制；正、反转控制由内部寄存器 M60 控制。图4-2 PLC的接线图4.3 检测系统

41、升降机构中，我们用步进电机提升载车台，在载车台经过每一层时，都会产生平层信号。车库的平层信号是在每层上安装的接近开关来产生的。目的是为了不影响升降机构的正常运行。 接近开关是一种非接触式开关，当物体接近某一信号机构时，信号机构发出接近信号，它不需要机械式行程开关必须施以机械力，与有触头的行程开关相比，其优点是：动作可靠，反应速度快（即操作频率高），寿命长，灵敏度高，没有机械损耗，适应恶劣的工作环境等。 接近开关按其激励方式，可分为电感式，电容式，超声波式三种。电感式接近开关是用金属触发；而电容式接近开关可用各种材料触发，无论是固体，液体或粉末状都可；超声波式接近开关可触发固体，液体或粉末状物体

42、，只要对声音有足够的反射能力即可。 由于我们要检测的对象是由铝合金制作的载车台，所以必然选用由金属触发的电感式接近开关。如图 43 所示是电感式接近开关的工作原理。接近开关由一个高频震荡器和一个整形放大器组成，振荡器振荡后，在开关的检测面产生交变磁场，当金属体接近检测面时，金属体产生涡流，吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。通过对“振荡”和“停振”两种不同的状态，由整形放大器转换成“高”和“低”两种不同的电平，从而起到“开”和“关”的控制作用。图4-3接近开关工作原理图为了对载车台的升降起到限位保护作用，我们还装了两个行程开关，行程开关的原理与控制按钮类似，只不过是把手按下改成用被控对象按

43、下，它们装在车库的顶部和底部，当载车台碰上行程开关，行程开关就通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，对控制电路发出指令以实现位置保护。接近开关和限位开关的安装位置见图4-4：图4-4 开关位置图4.4 横移机构的设计与驱动 横移机构的设计主要包括两方面：通过光电开关传感器对车辆位置检测，通过光电开关和电机对托车板横移的运动控制。一、车辆入库检测 通过不同位置的光电开关，对车辆进行检测，判断车辆在电梯托车板上的位置摆放是否合乎要求，光电开关传感器的组成如下：5 个传感器分布在入库拖车板的不同位置，如图 45 所示。图4-5 光电开关示意图光电开关 1，2 检测车辆两侧位置，使车辆即不能超出托车板的左限右限，光电开关 3，4 检车辆是否超出允许的前限，后限。光电开关 5 检测车的高度是否超限。以光电开关 1 为例阐述系统的检测原理及过程。没有车时或者车辆没有超限时，光电传感器的发光端到接收端之间没有物体阻隔，接收端能顺利的收到发光端发出的光电信号，此时光电传感器向控制器发出 1 的信号，当