河北联合大学轻工学院
QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY
毕业设计说明书
设计（论文）题目：住宅小区升降横移立体停车库的设计
摘 要
随着我国经济的快速发展，城市车辆快速增加，停车难问题日益加剧。立体车库占地少，布局灵活，高效节能，最大限度地停放车辆，成为有效的解决停车难现状的重要途径。考虑到多方面因素，本课题决定设计当前最为广泛应用的升降横移立体车库。
结合了当前社会的实际需求，在本次设计主要适用于住宅小区小型类的升降横移式立体车库设计。本次设计主要包括以下几个部分：首先，以本次设计的四层三列式车库结构为研究模型，具体介绍升降横移立体式车库类型特点及工作原理；其次，在对立体车库控制系统中选用S7-200系列PLC，PLC具有编程简单、使用方便、可靠性高、通用性强、体积小、易于维护等多方面优点，能够更好的实现设计出来的立体车库稳定，安全，可靠。最后，需要介绍一些具体的安全设施，同时对本次设计中存在的一些不足分析一下，为将来更好的改进积累更多的经验。
关键字：立体车库 升降横移式 可编程控制器
Abstract
With China's rapid economic development, urban vehicle rapid increase in the growing problem of parking. Dimensional garage small footprint, flexible layout, energy efficient, to maximize parking, an important way to become effective to solve the difficult parking situation. Taking into account various factors, the subject decided to design the most widely used lifting and transferring three-dimensional garage.
Combined with the actual needs of society, the design is mainly applied to small class residential area lifting and transferring parking design. The design includes the following sections: First, three style to the design of the four-story garage structure research model, Intro lifting and transferring three-dimensional garage type characteristics and working principle; Secondly, in the three-dimensional garage control system selected S7-200 series PLC, PLC programming is simple, easy to use, high reliability, versatility, small size, easy to maintain, and many other advantages, are better able to achieve the designed three-dimensional garage stable, safe and reliable. Finally, we need to introduce some specific security facilities, and the number of deficiencies in the design, analysis, more experience is better for the future improvement.
Keywords：Stereo garage Lifting and transferring Programmable controller
目 录
摘 要 .............................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................................. II
第一章 绪论 .................................................................................................................. 1
1.1课题研究的背景和意义 ...................................................................................... 1
1.2机械式立体车库简介 .......................................................................................... 1
1.2.1什么是立体车库 ............................................................................................ 1
1.2.2立体车库国外发展与现状 ............................................................................ 2
1.2.3立体车库国内发展与现状 ............................................................................ 3
1.2.4本课题研究内容 ............................................................................................ 4
第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理 ................................................ 5
2.1 立体车库系统控制要求 ..................................................................................... 5
2.2 PLC控制系统的设计方法................................................................................ 5
2.3立体车库的控制系统方案选择 .......................................................................... 7
2.4 升降横移式立体车库的存取车原理及操作流程 ............................................. 8
2.4.1升降横移式立体停车库的运行原理 ............................................................ 8
2.4.2存取车操作流程 .......................................................................................... 10
2.5升降横移式立体车库控制系统硬件设计 ........................................................ 10
2.5.1概述 .............................................................................................................. 10
2.5.2 硬件电源 ..................................................................................................... 10
2.5.3电动机的选择 .............................................................................................. 11
2.5.4 PLC的选用原则及本设计中用到的PLC ................................................. 12
第三章 立体车库电气系统设计 ................................................................................ 15
3.1控制系统方案的确定 ........................................................................................ 15
3.2 控制程序流程图设计 ....................................................................................... 15
3.3 I/O地址分配表 .................................................................................................. 17
3.4 PLC外部接线图 ................................................................................................ 19
3.5车盘运行原理图 ................................................................................................ 21
3.6 停、取车的调试 ............................................................................................... 28
第四章 升降横移式立体车库的安全性问题 ............................................................ 31
4.1 电力超载装置 ................................................................................................... 31
4.2 延时保护 ........................................................................................................... 31
4.3 防人、异物误闯入红外线检测装置 ............................................................... 31
4.4 紧急停止装置 ................................................................................................... 31
4.5 防止超限运行装置 ........................................................................................... 31
4.6 警示灯及警示蜂鸣器 ....................................................................................... 32
4.7车辆防滑、防载车板坠落装置 ........................................................................ 32
结 论 .......................................................................................................................... 33
参考文献 ...................................................................................................................... 34
谢 辞 .......................................................................................................................... 35
附 录 .......................................................................................................................... 36
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
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。剧有关部门统计，截至到2008年，我国生产汽车934.5万辆，同比增长6.7%。最近几年城市机动车增长速度更为迅速，轿车、客车、面包车以至于摩托车增幅年平均在15%以上，车辆的增长远远高于停车位的增长。而造成停车难的根本原因是城市规模逐步扩大，城市建设规划上的准备不足，停车设施的不完善。因此，解决停车难的问题成为当代热门话题。
一般解决城市停车难的措施有以下几种方式，一种是减少私人车辆数量，鼓励改乘公共交通工具，来减少机动车对停车场的需求。而这种方式效果不很明显，另一种方法是增加停车场数量，建设广场型停车场、路边停车场、地下停车场、机械式立体车库。充分利用空闲的空间来满足停车需求。无论采取那种方式，都需要投入很多的精力与资金，在寸土寸金的城市不可能浪费大面积土地来建设停泊车辆的广场型停车场或者路边停车场；地下停车场由于施工周期长及造价较高也很难广泛应用。因此，我们需重视城市停车难的问题，寻求更好的解决措施。
机械式立体车库在这些方面显示出很大的优点，具有空间利用率高，节省城市土地资源；造价低、施工周期短；出库时间短、管理使用简便快捷、安全可靠；节能和保护环境等。同时机械式立体车库还可以充分发挥占地少，化整为零，模块组合等优势，在住宅小区的每个组。每个单元或者每栋楼下都可以随机建立立体车库，实现停车数量大幅增多的目的，这对当下车库短缺的小区提供了非常好的解决停车难的办法。可见，立体车库具有广阔的应用前景。
1.2机械式立体车库简介
1.2.1什么是立体车库
使用车辆之外的搬运装置来完成车辆停放、存储的机械设施称为机械停车库，以立体化形式存放车辆的机械式停车库叫做机械式立体车库。到目前为止， 立体车库发展到有九种主要类型：升降横移类、巷道堆垛类、垂直升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、简易升降类、平面移动类、汽车升降机。在以上九种类型尤以升降横移类立体车库应用最为广泛。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。
1.2.2立体车库国外发展与现状
机械式立体车库在国外经济发达国家和地区如日本、德国、韩国都有数十年的发展历史。尤其日本，由于土地资源匮乏，人口密度高，其机械式立体车库发展起步早，在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。种类齐全、、技术水平及开发经验丰富，现已达到比较高端的水准。
图1.2.2 国外高容量的立体车库
在欧洲，德国和意大利等国家对停车设备的开发和生产也比较早，但由于欧
洲国家土地资源比较富余，停车难问题不很严重，因此停车设备应用量不是很大，应用大多为巷道堆垛式和多层升降横移式立体车库。
韩国停车设备属于日本技术的派生，从20世界70年代开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化和本土化，90年代开始为供应使用阶段，韩国各种机械停车设备近几年增长速度都在30%左右。
1.2.3立体车库国内发展与现状
我国机械停车设备技术发研发始于20世纪80年代，此阶段生产企业根据客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；90年代开始引进技术，国内外许多企业都看好中国的停车行业，出现了许多合资企业或者引进国外的技术，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，各企业为增强自身竞争里，根据国内的实际使用情况进行改造与创新，生产各种类型的停车设备。在经过长期的发展，我国已经形成了新兴的停车设备行业。
图1.2.3 升降横移立体停车库图
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。
1.2.4本课题研究内容
本课题研究内容来源于实际工程项目，在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及用户需求等各个方面的因素，可以发现升降横移式立体车库形式比较多，规模可大可小，而且对场地的适应性较强，同时采用这类设备的车库十分普遍。因此，最终确定研究对象为升降横移式立体车库。具体内容如下：
（1）结合现实生活中已经建成的升降横移式立体车库的项目，了解立体车库运行基本原理，了解轿车停车流程，记录立体车库使用注意事项等。
（2）参阅了国内外的几种升降横移式立体车库的相关资料，对当前的车库技术发展前沿有了大概的了解，从而把握国内外车库技术的发展趋势和方向；通过网上检索，了解立体车库最新发展概况，以及国外立体车库建设情况等。
（3）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；根据所设计的场所，选择电动机的类型；根据I/O的点数选择合适的PLC的类型，完成对立体车库控制系统梯形图设计。
第二章 升降横移式立体车库设计要求及工作原理
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 PLC控制系统的设计方法
PLC控制系统设计的一般步骤和内容主要包括控制系统的总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试以及编制技术文件等环节。
1、明确控制要求
在进行控制系统总体设计之前，设计人员必须深人现场，会同现场技术与操作人员，认真研究对象的操作原理，充分了解设备、工艺过程需要实现的动作与应具备的功能，掌握设备中,各种执行元件的性能与参数，以便有效地开展设计工作。在熟悉控制对象的结构、原理及工艺过程的基础上，根据工艺过程的特点和要求分析控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件通常以设计任务书的形式给出，它是系统设计的依据。
2、选择控制方案
继电器控制系统、PLC控制系统和计算机控制系统是现代机电设备及生产过程常用的控制方式究竟选择哪一种控制方式更合适，需要通过对系统的可靠性、技术的适用性、经济的合理性等方面时进行比较论证，最后确定系统控制方案。
3、控制系统总体设计
控制系统总体设计应先根据控制的要求与功能确定系统实现的具体措施再由此确定系统的总体结构与组成，选定关键性组成部件，如选择PLC机型、人机界面、伺服驱动器、变频器和调速装置等。总体方案确定后，设计者应同相关技术人员、用户和供应商等，对总方案进行评审，以取得项目管理部门、技术人员和操作者的认可。在充分听去各方面的意见的基础上，设计者决定是否对总体设计方案进行修改。当方案有重大更改时，在修改方案完成后，还应再次进行总体方案的评审。
4、PLC选型
PLC机型的选择包括PLC的结构、I/O点数、存储容量、响应时间、输入/输出模块及特殊功能模块的选择等。对于开关量为主的控制系统，无需考虑PLC的响应时间，根据控制的实时性要求，可选择高速的PLC，也可选择快速响应模块或中断输入/输出来提高响应速度。
5、选择输入输出设备及分配I/O信号
根据被控制对象确定用户所需的输入、输出设备，如控制按钮、行程开关、传感器、接触器、电磁阀、信号灯等的型号、规格及数量；根据所选PLC的型号列出输入、输出设备与PLC的I/O地址分配表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。
6、硬件设计
硬件设计是在系统总体设计完成后的技术设计，包括对PLC的I/O电路、负载回路、 显示电路、故障保护电路、电源的引人及控制等的设计。在这一阶段，设计人员应根据总体设计方案完成电气控制原理图、电器安装布置图和安装接线图等的设计工作。在完成上述工作的基础上，汇编完整的电器元件目录，并将其提供给生产、供应部门组织生产与采购。同时，根据PLC安装要求与现场环境条件，结合所设计的电气拧制原理图、电器安装布置图及安装接线图完成控制盘、柜的制作。
7、软件设计
软件设计就是编制用户应用程序、确定PLC及功能模块的设定参数等。为了方便系统调试与维修，在软件设计阶段，还应同时编写程序说明书、注释表等辅助文件软件设计应在硬件设计基础上，充分利用PLC强大的功能指令系统，编制符合设备控制要求的用户应用程序，并使软件与硬件有机结合，以获得较高的可靠性和性价比程序完成后，应通过PLC编程软件所具备的自诊断功能对程序进行调试与修改，以确保满足控制要求。有条件时，可通过必要的模拟与仿真对程序进行测试。对于初次使用的伺服驱动器、变频器等器件，可以通过检查与运行的行离线调整与测试，以缩短现场调试的周期。
8、联机调试
待控制台、柜及现场安装接线完成后，就可以进行联机调试。如果不满足生产工艺控制要求，可修改程序或调整硬件，直到满足控制要求为止。PLC的联机调试是检查优化系统软硬件设计提高系统可控性的重要步骤。为了保证调试工作顺利进行，应按照调试前检查、硬件调试、软件调试、空载运行实验、可靠性实验等规定的步骤进行。在调试阶段，一般应以满足控制要求和确保系统安全、可靠运行为准则准则。它是检验系统硬件，软件设计的唯一标准。任何影响系统安全性、可靠性的设计，都必需予以修改，绝不可遗留事故隐患，以免导致严重
后果。
9、编制技术文件及交付使用
在系统安全。可靠性得到确定后，设计人员就可着手进行系统技术文件的编制工作，如修改电气控制原理图、安装接线图，编写设备操作、使用说明书，备份PLC用户程序，记录、调整、设定参数等。技术文献编写全面、正确，必须保证与实物一致，电气控制原理图、用户应用程序、设定参数必须是调试完成后的最终版本。技术文件编写要规范、系统，尽可能为设备使用者以及日后的维修工作提供方便。
2.3立体车库的控制系统方案选择
由于 PLC(可编程控制器)具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等优点。只要规划好输入输出信号，再用PLC指令根据控制要求编排出PLC控制程序即可。同时，PLC指令比较汇编语言或C语言要容易掌握得多。因此，本课题选择用PLC控制系统。
PLC来源可编程序控制器的英文为Programmable Controller,在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代,个人计算机发展起来,也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大,所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器 (PLC-Programmable Logic Controller),为了方便,简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统,强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。
PLC是以微处理器为基础，综合自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优点。目前，PLC以被广泛应用于各种生产机械和生产过程的 自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（机器人、PLC、CAD/CAM）之一。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使它成为大规模控制工程的理想下位机。
PLC不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立各类生产机械的数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。
1、顺序控制：所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。它主
要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。
2、闭环过程控制：以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成PID模拟调节器来实现开、闭环控制。而现在完全可采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。
3、运动位置控制：PLC可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业可编程控制器与计算机数控(CNC)集成在一起，用以完成机床的运动位置控制。它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。目前已用于控制无心磨削、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中。
4、生产过程的监控和管理：PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界面(HMI )是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。
5、网络特性：PLC可以实现多台PLC之间或多台PLC与一台计算机之间的通讯。联网要求从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络。通过通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控。通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对控制系统进行远距离监控。
2.4 升降横移式立体车库的存取车原理及操作流程
2.4.1升降横移式立体停车库的运行原理
升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在
车库内地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开出车库，升降由电机驱动，通过钢丝绳拖动载车板，利用一台电机便可实现车位的移动。车库底层只能平移，顶层只能升降，中间两层可以进行上下左右移动。除顶层外，底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作，进出车完成后再上升回到原位置。其运动的总原则是：升降复位，平移复位。
立体车库车位结构一般为2维矩阵形式，可设计为多层和多列。由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2~4层，2层、3层者居多，现以较为典型的地上4×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理。首先规定从左至右第一层依次为101、103车位和101、103车盘；第二层依次为201、203车位和201、203车盘；第三层依次为301、303车位和301、303车盘；第一、二、三层中间为预留空位，第四层依次为401、402、403。车位与车盘要区别开来。如图2.41：101、103车位可直接存取车辆；201车位，需将101右移再存放车辆；301车位，需先将201、101右移再存放车辆；401车位，需先将301、201、101、都右移再存放车辆；402车辆直接下降即可完成存放；对于103、203、303、
403同理可完成存取。
图2.4.1 4层3列升降横移立体停车库运行原理图
2.4.2存取车操作流程
1、存车操作
司机驾驶车辆从车库入口处进入，通过入口的车辆检测仪器，栏杆自动升起，司机开车进入车库。车辆进入后，栅栏自动关闭。通过面板按钮点击“存车”，控制器读取车位号，司机停车到位后，PLC控制车库托盘进行升降横移操作自动完成存车过程。
2、取车操作
司机在入口处的面板按钮上点击“取车”，点击所要取的车位，控制器自动读取车位号，PLC进行相关操作，待车辆降至地面一层，司机便可将车开出，完成取车操作。
2.5升降横移式立体车库控制系统硬件设计
2.5.1概述
升降横移式立体停车库的硬件系统主要由升降横移电机、停车库主体钢结构、控制车进出的操作面板以及可编程序控制器（PLC）、各种指示灯等组成。横移输送包括横移输送小车（升降固定架）及车盘，车盘是承载车的装置，第一层共有2台车盘可以进行横移，需预一个空位，且只能左右横向移动。横移输送小车及车盘左右横移的动力源是横移输送电机。左右横移终点有限位开关进行定位保护，极点有机械挡块保护。升降输送机构包括升降固定架及车盘，车盘是承载车的装置，共有7台车盘可以进行升降，车盘升降的动力源是升降电机，升降到位有限位开关进行定位保护。控制车进出的操作面板以及可编程序控制器对车库运行进行控制，以及各种信号灯的指示。
2.5.2 硬件电源
输入输出模块和电源的选择：PLC输入模块的功能主要是检测来自现场设备的输入信号，并将其转换成PLC内部可处理的电平信号。输入模块的类型选用直流形式的，由于信号的传送距离比较近，信号选用低电压形式，低压又分为5V、12V、24V、60V和68V，从可靠性角度考虑，本课题选用24V作为电平信号电压。车库系统的升降横移电机的工作电压选用交流220V,指示灯工作电压都
选用24V。
2.5.3电动机的选择
电动机种类繁多，可按各种方法分类：如按外壳保护、安装方式、绝缘等级、功率大小、电源电压、电源频率、运行特性结构、用途等各种分类方法。但不同分类之间都有复杂的内在联系。我国目前是以功率大小作为大类来总划分，而以主要性能、用途和结构特征、形式等作为补充来适当细分。
电动机由变频器驱动控制，参数均由变频器数据设定完成，从而控制了停车板的“启动、加速、正常运行、减速、停车、检修运行”的速度曲线。变频器输入信号端口也由变频器参数设定，PLC控制变频器完成相应的动作。对于四层三列立体车库的电机安装原则是：底层两个车板各自装有一个电动机，以控制车板的左右水平移动；中间两层的车板每个装有两个电动机分别控制车板在中间层导轨上的左右水平移动和垂直方向上的升降移动；顶层的三个车板不需要做左右水平移动，只需要在相应列的下两层空出车位时做升降移动。所以，这三个车板分别只装有控制升降运动的电动机。
在升降横移式智能立体车库中采用三相异步电动机，电机接线如图2.53所示。选择水平横移控制电机的额定功率为2.2KW，满载转速为1390r/min，升降控制电机额定功率为2.2kw，满载转速为
1470r/min，型号Y100L1-4。
图2.5.3水平控制电机原理
2.5.4 PLC的选用原则及本设计中用到的PLC
随着PLC技术的发展，PLC产品种类也越来越多，而且功能也日趋完善。不同种类之间的功能设置有着很大的差异，其结构形式、性能、容量、指令系统、价格也不尽相同，适合的场合也个有侧重。这既给PLC机型的选择提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的合理选用难度。PLC型号选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，追求好的性价比。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。
一、可编程控制器分类
通常按I/O点数、结构形式对PLC进行分类。
1、根据I/O点数的多少可将PLC分为小型、中型、大型三类。
（1）、小型PLC
I/O点数
（2）、中型PLC
I/0点数256-2048点，双CPU，用户存储器容量2-8KB。
如S7-300德国西门子公司；SU-5、SU-7德国西门子公司；C-500日本立石公司。
（3）、大型CPU
I/O点数>2048点，多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8-16KB。如:S7-400德国西门子公司；C-2000立日公司；K3三菱公司等。
2、根据结构形式分类
（1）、整体式
整体式又称为单元式或箱体式，它的特点是将CPU的几本部件，如CPU模块、I/O模块和电源等紧凑地安装在一个标准机壳内，组成PLC的一个基本单元或扩展单元。
整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。
（2）、模块式
模块式结构又称为积木式。模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，且装配方便，便于扩
展和维修。大中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但他们之间是靠电缆连接，并且各模块可以一层层叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。
二、PLC的性能指标
PLC的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求，选择不同技术性能的PLC。PLC的技术性能指标主要有以下几个方面。
1、输入/输出（I/O）点数
PLC的I/O点数是指外部输入和输出端子数量的总和，它是描述PLC控制规模大小的一个重要指标。通常小型PLC的I/O点数只有几十点，中型PLC的I/O点数有几百点，大型PLC的I/O点数会超过几千点。
2、存储容量
PLC的存储器由系统程序存储器和数据存储器组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器，它表示系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。
3、扫描速度
PLC采用循环扫描方式工作，完成一次扫描所用的时间叫扫描周期。这里指扫描一步指令的时间。有时也可用扫描1K步用户程序使用的时间，如以ms/千步为单位。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。
4、软元件的种类和数量
PLC的内部元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用寄存器、数字寄存器和特殊功能继电器等，种类和数量的多少直接关系到编程是否方便灵活，这也是衡量PLC硬件功能的一个重要技术指标。
5、编程语言与指令系统
PLC的编程语言一般有T形图、语句表、状态转换图SFC以及高级语言等。PLC的编程语言越多，用户编程的选择性就越大。一般PLC大多具有T形图和语句表两种编程语言，但是不同的厂家，采用的编程语言往往不兼容。 在PLC的指令系统中，编程指令条数和种类越多，其软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际要求选择合适指令功能的PLC。
6、通信功能
通信包括PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也成为
PLC产品水平的重要衡量指标之一。
7、特殊功能模块
特殊功能模块种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来，各PLC厂家非常重视特殊功能模块的开发，特殊功能模块种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。
此外，一些厂商的产品手册上还提供PLC的负载功能、外形尺寸、重量、防护等级、适用的安装和使用环境等性能指标参数。同时还要考虑应用的经济指标。
考虑到本次设计的四层三列立体停车库控制系统，一般要求PLC的反应速度要满足此控制的要求。根据PLC I/O点数使用原则，需要预留出20%-30%的I/O点来作为扩展使用，停车库有43个输入信号，43个输出信号。在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，所以本系统选用PLC型号为西门子S7—200(CPU226)，这种机型的I/O点数为8/6，数字量I/O映像区点数为128/128.其编辑指令超过1000条，有2000步的程序内存，并配有相应的编程软件STEP-7，可以通过计算机对其进行编辑。
第三章 立体车库电气系统设计
3.1控制系统方案的确定
立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电两套系统。弱电系统主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。强电系统包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。PLC是车库控制系统的核心,联系现场状况的数据I/O操作，当有存取操作时，PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮输入的指令，做出合理的工控安排：判断检测元件的状态,读取车库机械驱动部分的信息，然后，将信息反馈到执行元件，拖动车位板，实现其位置移动，完成车辆的存取操作和信号的显示(指示灯)。整个动作区域配有行程挡块检测及安全系统,以防异常情况发生。
该系统中PLC主要完成对托盘、托板位置及运行状态中存取车的操作。用各种按钮开关、行程开关检测位置状态，用接触器、继电器执行对拖动电机的起停控制。对车位的操作就是控制横移小电机和升降大电机，使它们在不同时间实现正反转。而且上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的，即当上层泊位在升降时，下面各层泊位不能移动，反之亦然。并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动。
为了保证存取车可靠安全,系统要精确定位。行程开关的设置保证了托板能平移到预定位置以及托盘能上升或下降到准确位置，但同时，行程开关逻辑要严格互锁。行程开关布置在不同的位置有不同的功能：安装在托盘底层左右两边的行程开关，可以检测托盘上汽车停放是否到位;安装在二层、三层框架底端和一层底端的行程开关，可以检测托盘在上升、下降是否到位，托盘对角线上安放的信号压力块可以检测托盘上有无车。如车辆动作未完成，行程开关不能输出信号，则托盘无动作，停止运行。同时在车库中还运用了断链报警的位移开关，以及警示装置、紧急停车开关、手动按钮、复位开关等。该停车库的运行是通过相应限位开关的动作来自动循环的，各限位开关之间的安全联锁已通过程序的编制做到充分考虑。
3.2 控制程序流程图设计
升降横移式立体停车库PLC 控制系统的主要功能是存取车功能，选择某车位进行存取车时，统自动确定车位移动方案并调用相应的车位移动程序，动完成
存取车操作。存取车控制的主要问题是解决车位移动问题，选择某车位进行存取车操作时，要移开它下面的所有车位，建立下行通道。当选择地面层车位存取车时，由于地面层车位车辆可以直接出入，因此不用考虑空位的位置，可以直接进行存取车操作。若某层空位在该车位左侧，则将该层的相关车位左移，若某层空位在该车位右侧，则将该层的相应车位右移，最终使所选车位的下面形成通道，便于该车位升降，完成存取车操作。如图3.2
为立体车库存取车控制流程图。
图3.2控制程序流程图
3.3 I/O地址分配表
本课题选用停车库有43个输入信号，43个输出信号。设计四层三列式如图2.41所示。从左至右第一层依次为101、103车位和101、103车盘；第二层依次为201、203车位和201、203车盘；第三层依次为301、303车位和301、303车盘；第一、二、三层中间为预留空位，车位与车盘要区别开来。确定的I/O分配情况如表3.3.1、3.3.2所示：
表3.3.1 输入信号清单
表3.3.2 输出信号清单
3.4 PLC外部接线图
图3.4 PLC外部接线图
3.5车盘运行原理图
1、201车盘停、取车梯形图
5、401车盘停、取车梯形图
6、402
车盘停、取车梯形图
7、403车盘停、取车梯形图
3.6 停、取车的调试
在本停车库操作系统中，由于底层不需要升降，只需左、右横移。所以，可直接进行停、取车操作。
1、201车盘停、取车的调试：
系统上电以后，各指示灯正常情况下。当按下SB1（I0.1）启动按钮时，KM15得电，其电机正转带动101车盘右移。当车盘右移到行程开关SQ1(I1.7)时，101车盘停止。同时，SQ1触发201车盘上挂钩（YB1）得电，挂钩动作，输出信号(I4.5),下降到行程开关SQ17（I3.7）时，电机制动201车盘停稳。。进行停车或取车过程。
操作完毕之后，按下SB8(I1.0)上升启动按钮时，线圈KM8得电，电机反转并带动201车盘上升。当车盘上升至行程开关SQ13（I3.3）时，挂钩得电并动作（Q4.5），输出信号(I4.5)促使线圈KM16得电，电机反转带动101车盘左移（Q2.0）。当左移到位触发行程开关SQ2（I2.0）制动开始，101车盘停稳，即完成了201车盘停取车过程。
2、203车盘停、取车的调试：
在按下SB2（I0.2）启动按钮，线圈KM17得电，电机正转带动103车盘左移，当车盘左移到位触发SQ3（I2.1）开关时，输出信号使得203车盘挂钩YB2（Q4.6）动作。同时输出信号（I4.6）使线圈KM2得电，电机带动203车盘下降。当下降到位SQ22(I4.4)时,车盘停止动作，进行停取车操作。
当按下SB9（I1.1）上升启动按钮时，线圈KM9通电，电机反转带动203车盘上升。当运动到行程开关SQ14（I3.4）时，电机制动车盘停止运动。此时，挂钩YB2得电动作（Q4.6），输出信号（I4.6）使KM18线圈得电。电机反转带动103车盘右移。右移到位触发SQ4（I2.2）行程开关后，制动进行车盘停止运动。即完成203车盘停取车过程。
3、301车盘停、取车的调试：
在按下301车盘启动按钮SB3（I0.3），线圈KM15、KM19得电，横移电机正转带动101、201车盘右移（Q1.7、Q2.3），当车盘左移到位触发SQ1、SQ5（I1.7、I2.3）开关时，输出信号使得301车盘挂钩YB3（Q4.7）动作并输出信号（I4.7），使线圈KM3得电，电机正传带动301车盘下降（Q0.3）。当下降到位SQ20(I4.2)时, 线圈KM3失电车盘停止动作，进行停取车操作。
当按下SB10（I1.2）301车盘上升启动按钮时，线圈KM10通电，电机反转带动301车盘上升。当运动到行程开关SQ15（I3.5）时，电机制动车盘停止运动。
此时，挂钩YB3得电动作（Q4.7），输出信号（I4.7）使KM16、KM20线
圈得电。电机反转带动101、201车盘左移（Q2.0、Q2.4）。当左移到位触发SQ2（I2.0）、SQ6（I2.4）行程开关后，制动进行车盘停止运动。即完成301车盘停取车过程。
4、303车盘停、取车的调试：
当按下启动按钮SB4（I0.4），线圈KM17、KM21得电，横移电机正转带动103、203车盘左移（Q2.1、Q2.5），当车盘分别左移到行程开关时触发SQ3（I2.1）、SQ7（I2.5）时，输出信号使得303车盘挂钩YB4得电并动作（Q5.0），同时输出信号（I5.0）使线圈KM4得电，电机正传带动303车盘下降（Q0.4）。当下降到位SQ22(I4.4)时, 线圈KM4失电车盘停止动作，进行停取车操作。当按下SB11（I1.3）车盘上升启动按钮时，线圈KM11通电，电机运转带动303车盘上升(Q1.3)。当车盘运动到行程开关SQ16（I3.6）时，KM11失电电机制动车盘停止运动。此时，挂钩YB4得电动作（Q5.0），输出信号（I5.0）使KM18、KM22线圈得电。电机反转带动103、203车盘右移（Q2.2、Q2.6）。当右移到行程开关触发SQ4（I2.2）、SQ8（I2.6）后，线圈KM18、KM22失电。电机制动进行车盘停止运动。即完成303车盘停取车过程。
5、401车盘停、取车的调试
在按下401车盘启动按钮SB5（I0.5），线圈KM15、KM19、KM23得电，横移电机正转带动101、201、301车盘右移（Q1.7、Q2.3、Q2.7），当车盘左移到位触发SQ1、SQ5、SQ9（I1.7、I2.3、I2.7）开关时，输出信号使得401车盘挂钩YB5（Q5.1）动作并输出信号（I5.1），使线圈KM5得电，电机正传带动401车盘下降（Q0.5）。当下降到位SQ20(I4.2)时, 线圈KM5失电车盘停止动作，进行停取车操作。
当按下SB12（I1.4）301车盘上升启动按钮时，线圈KM12通电，电机反转带动401车盘上升。当运动到行程开关SQ17（I3.7）时，电机制动车盘停止运动。此时，挂钩YB5得电动作（Q5.1），输出信号（I5.1）使KM16、KM20、KM24线圈得电。电机反转带动101、201车盘左移（Q2.0、Q2.4、Q3.0）。当左移到位触发SQ2（I2.0）、SQ6（I2.4）、SQ10(I3.0)行程开关后，制动进行车盘停止运动。即完成301车盘停取车过程。
6、402车盘停、取车的调试：
在按下启动按钮SB6（I0.6），使得402车盘挂钩YB6（Q5.2）动作。同时输出信号（I5.2）使线圈KM6得电，电机正转带动402车盘下降。当下降到位触及行程开关SQ21(I4.3)时,线圈失电电机制动，车盘停止运动，进行停取车操作。
当按下SB13（I1.5）上升启动按钮时，线圈KM15得电，电机反转带动402车盘上升(Q1.5)。当运动到行程开关SQ17（I3.7）时。此时，挂钩YB6得电并
动作（Q5.2），即完成302车盘停取车过程。
7、403车盘停、取车的调试：
当按下启动按钮SB7（I0.7），线圈KM17、KM21、KM25得电，横移电机正转带动103、203、303车盘左移（Q2.1、Q2.5、Q3.1），当车盘分别左移到行程开关时触发SQ3（I2.1）、SQ7（I2.5）、SQ11(I3.1)时，输出信号使得403车盘挂钩YB7得电并动作（Q5.3），同时输出信号（I5.3）使线圈KM7得电，电机正传带动403车盘下降（Q0.7）。当下降到位SQ22(I4.4)时, 线圈KM7失电车盘停止动作，进行停取车操作。当按下SB14（I1.6）车盘上升启动按钮时，线圈KM14通电，电机运转带动403车盘上升(Q1.6)。
当车盘运动到行程开关SQ19（I4.1）时，KM14失电电机制动车盘停止运动。此时，挂钩YB7得电动作（Q5.3），输出信号（I5.3）使KM18、KM22、KM26线圈得电。电机反转带动103、203、303车盘右移（Q2.2、Q2.6、Q3.2）。当右移到行程开关触发SQ4（I2.2）、SQ8（I2.6）、SQ18(I3.2)后，线圈KM18、KM22、KM26失电。电机制动进行车盘停止运动。即完成303车盘停取车过程。
第四章 升降横移式立体车库的安全性问题
4.1 电力超载装置
设有断电、缺相、断相和相序保护：在主电源发生缺相，设备发生断相、反相时，保护器动作切断设备主电源。如图4.1。
图4.1断电、缺相、断相和相序保护线路
4.2 延时保护
当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作。试进入（设定）三次自动停止，处于保护状态，停止任何操作。
4.3 防人、异物误闯入红外线检测装置
设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会自动急停。待人员或异物离开设备后，按动“复位”按钮，设备将恢复运行。保证设备安全运转，以防误伤人员。用光电开关检测。
4.4 紧急停止装置
设置紧急制动开关，当出现异常情况时，能使停车设备立即停止运转。
4.5 防止超限运行装置
设置限位开关，包括，上限位开关，下限位开关，左限位开关，右限位开关，极限开关等。当到位开关出现故障时，超限位开关能使设备停止工作。
4.6 警示灯及警示蜂鸣器
设置设备运转信号显示。提示设备处于运转状态及对异常情况报警。如图
4.6。
图 4.6 警示灯及示警蜂鸣器
4.7车辆防滑、防载车板坠落装置
在搬运器上采用波纹板，防止车辆打滑，侧挡板防止车辆侧滑，前挡板使车辆停放在安全范围内，安全槽引导司机停车，这样一来即可避免事故的发生而且使车辆停放更加方便。
防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移停止。
结 论
经过一个学期的不懈努力，毕业设计已经接近尾声。回想半年来的毕业设计过程，真是五味俱全。因为当前的我在各方面还缺乏经验，知识水平有限，在毕业设计过程中遇到了很多的困难，因此在毕设中会存在一些缺漏的地方，如果没有刘老师的督促与指导，我可能很难完成这次毕设。
通过近四年的大学学习，我的专业知识与专业素养有了进一步的提高。毕业设计是我们学习中一个重要的实践性环节，这是一次综合性较强的设计课题，在这次毕业设计里，发现问题，分析问题，解决问题，让我学到了很多知识与解决问题的方式，明白了写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文时对升降横移式立体车库认识到最后能够对该问题有深刻的认识，同时体会到解决难题对于学习的重要性。通过这次毕业设计，为我以后从事工作打下了一个良好的基础，体会到了学之以用的道理。并且对我们掌握所学知识情况，进行了全面而又直观的检验。
参考文献
[1] 张启君.立体车库的主要型式及技术特点 [M] 1999；
[2] 西门子S7-200PLC的使用经验与技巧 机械工业出版社 2008；
[3] 电气控制与PLC应用技术 科学出版社 2008；
[4] 任伯森等，机械式立体车库.海洋出版社 2001；
[5] 国家机械工业局，机械行业标准《升降横移类机械式停车设备》 1999；
[6] 李正吾等编著. 机电一体化技术及其应用 [M].机械工业出版社 1990；
[7] 杜桂荣，彭斌，邵兵，刘振全.多层升降横移式立体停车库的结构和控制系统.
甘肃工业大学学报 2003
[8] 徐世许等.可编程序控制器原理•应用•网络.合肥:中国科技大学出版社 2000；
[9] Stenerson，Jon. Fundamentals of Programmable Logic Controllers, Sensors ，and
Communications，2nd ed.Upper Saddle River，NJ：Pretice Hall 1999.
[10] Hyo-Gyoung Kwak and Jong-Young Song.Live load factors for parking garage
members. Structural safety 2002.08:58-62.
谢 辞
能顺利完成这次毕业设计，首先要感谢我的导师刘晓悦老师，感谢她亲切关怀和悉心指导。在毕设中，刘老师在百忙之中抽出时间，把我们召集起来，逐个详细介绍我们毕设中存在问题。从设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，对我们不懂的问题给予悉心的答复。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向刘老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
其次，感谢父母对我二十多年来辛勤的养育，并让我获取了一定的知识并最终走向社会，为社会贡献自己!
最后，感谢培养我大学母校，在四年里让我得到各位老师、同学的关心与帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。
-35-
附 录
附录1：各层的停车盘停、取车流程图
1、201车盘停、取车流程图
停、取车
-36-
101车盘右移
挂钩动作
201车盘下降
201车盘上升
挂钩动作
101车盘左移
停、取车
103车盘左移
挂钩动作
203车盘下降203车盘上升挂钩动作
103车盘右移
-37-
101、201车盘右移
挂钩动作
301车盘下降
停、取车
301车盘上升
挂钩动作
101、201车盘左移
-38-
4、303车盘动作功能图
103、203车盘左移
挂钩动作
303车盘下降
停、取车
303车盘上升
挂钩动作
103、203车盘右移
-39-
101、201、 301车盘右移
挂钩动作
401车盘下降
停、取车
401车盘上升
挂钩动作
101、201、 301车盘左移
-40-
停、取车
7、403车盘停、取车流程图
-41-
挂钩动作
402车盘下降
402车盘上升挂钩动作
103、203 303车盘左移
挂钩动作
403车盘下降
停、取车
303车盘上升
挂钩动作
103、203 303车盘右移
-42-