1、基于三菱PLC立体车库毕业设计机械设计制造及其自动化本科毕业设计XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX UNIVERSITY毕 业 设 计题 目 多车位轿车立体停车库PLC控制 系统设计英文题目 Design of a Multi-layer Parking Garage Based on PLC Control Syetem院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 XXXX 年 级 2014(机材A0916) 指导教师 XXXX 二零一四年六月摘 要 立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的存储设施。近年来随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，
2、特别是随着改革开放以来，我国进入了汽车拥有率进入急速上升时期。机械式立体车库可充分利用地上资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合介绍了升降横移式立体车库的运行模式和操作模式。本课题以典型常见的地上33升降横移式为例,说明了停车库的运行原理。本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了详细的说明。依据升降横移式立体
3、车库的运行原理，运用理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的机械强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了常用的的PLC控制，运用三菱公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器(PLC)作为控制系统简单易行。其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统更加稳定可行。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际运行，在升降横移式立体车库中采取了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使
4、得整个车库可以安全平稳的运行。【关键词】：立体车库；控制系统；PLC；安全平稳Abstract Stereo garage is specifically implement check of vehicles automatic parking and scientific storage acilities. With the increasing of urban car ownership, parking problem has become a common phenomenon of large and medium-sized cities. Mechanical stereo
5、 garage can make full use of land resources, making full use of the advantages of space and maximize the parked vehicles, become the important way to solve the problem of urban static traffic. This topic was typical to lift move transversely type parking equipment as the research object, considering
6、 the three-dimensional garage dual factors of manufacturing cost and operation efficiency.Based on the garage at home and abroad present situation and the development trend on the basis of investigation and choose three layer three column type garage structure as the research model. Lifting and movi
7、ng type stereo garage in terms of their component parts, can be divided into three parts: the garage structural parts, transmission parts and control system. This article simply introduces the main structure and characteristics of garage, the garage control system also made a simple description, bas
8、ed on three-dimensional garage lifting and moving type, the operation principle of using the theory of three-dimensional garage for lifting and moving structure has carried on the comprehensive analysis, including the lifting of the frame transverse transmission system and elevator drive system of a
9、xial strength and so on. In three-dimensional garage for lifting and moving the design of control system, adopt advanced PLC control, by use of mitsubishis programming software developed lifting and moving type three-dimensional garage control system application, and the debugging and running, prove
10、 that using programmable controller (PLC) as control system is simple. Its stable, reliable, rapid, cost-effective features make control according to the state of mechanical parking equipment general safety standards, lift the lateral movement type parking equipment and actual use in the lift move t
11、ransversely type parking equipment necessary security technology, so that ensures the complete safety of the vehicle, make the whole garage can be safe and smooth operation.【Key words】: Stereo garage; Control system; The PLC; safe and smooth 前言立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的储存设施，随着城市汽车拥有量的不断增加，停车难问题已经成为大中城
12、市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用地上资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑制造成本和运行效率的双重因素。本设计主要是对车库的控制系统设计及设备总体结构设计，确保客户停车取车方便快捷和安全。详细论述了控制系统设计的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。依据升降横移式立体车库的运行原理，在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用三菱公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系
13、统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程控制器（PLC）作为控制系统简单易行。第一章 绪 论立体车库的发展有着重要的意义，立体车库可充分利用地上资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象。 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。以北京市为例，截止2006年底，市区仅有公共停车场827处，共计车位5.6万个，仅占市区机动车拥有量的8.5，停车环境与城市规划的矛盾十分突出。据建设部城市交通工程技术中心对全国15个大城市停车现状的调
14、查，城市机动车保有量与停车位之比平均为4.84：1，这一比值对于渴望“车者有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难产生最主要的原因是城市建设规划上的准备不足。上世纪80年代初期，北京市权威部门对2000年北京汽车发展数的预测仅仅是70万80万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了100万辆，其中私人小客车的数量就高达45万辆。面对迅速发展的城市车流，停车设施建设的落后也就不足为奇。据建设部停车技术开发推广中心介绍，北京市停车设施的“欠账”最保守估计应为2030。图1-1 被汽车占领的城市停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态
15、交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响，停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。专家们指出，解决城市静态交通问题，大体分为软硬两种措施。所谓软措施，就是通过政策法规，限制路面停车，提高停车场利用效率，使部分车主
16、更愿意改乘公共交通工具，以减少机动车对停车场的需求。而硬措施，主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局，于局限内弥补不足，政府和管理部门所需投入得精力和资金都不小。图1-2 先进的自动化立体车库随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅-停车场也有了长足的
17、发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地
18、下车库和停车楼组合实施，是解决城市停车难最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。当前，我国许多大城市如北京、上海、深圳都开始大力发展机械式立体停车产业。机械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，机械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，而如果采用双层机械车库，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。 机械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，由电
19、子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。 在地下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。机械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。近年来 ，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42
20、.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。机 械 式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业。上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车空间问题提供了机会。可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。1.2 国内外现状
21、早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和我国的港、澳、台地区的停车行业也通过引进-移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。图1-3 国外高容量的立体车库目前世界
22、停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护
23、装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪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
24、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。图1-4 韩国LG公司研发的塔式我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。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，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全
25、消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。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
26、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。图1-5 在我国广泛使用的升降横移式立体车库 1.3 本文的主要工作目标和意义目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。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
27、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，本文最终确定研究对象为升降横移式立体车库。本课题的主要内容是基于三菱FX2N系列PLC的立体车库控制系统的设计，升降横移类停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。由于受收链装置及存取车时间的限制,一般为24层(国家规定最高为4层),2层、3层者居多,现以典型常见的地上33升降横移式为例,说明停车库的运行原理。立体车库结构特点是:最底层只能平移,最顶层只能升降，中间层既可升降也可平移。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
28、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,直到下方为空才可执行下降动作,进出车完成后再上升回到原位置。第二章 系统方案的设定降横移式立体停车库的系统控制选择PLC作为设计中的主控制系统，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。PLC可靠性高、环境适应性强、使用方便、灵活、具有顺序、周期性的工作特征和体积小等优点2.1 方案论证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。所以顺应时下的现状立体车库迅速发展起来，其设计也在不断的趋向于完善化，本车库模型系统的设计也有很多不同的方法。我们对车库模型控制作了
29、两种设计方案，并对其进行了研究和讨论方案一：基于单片机的立体车库模型控制系统设计。采用单片机作为主控制器来控制步进电机的控制系统，系统所要设计的控制电路较多，较为复杂。（1）单片机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻。 （2）单片机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多。（3）单片机自身就是弱电驱动，但是对于停车库运行系统来说，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，系统的可靠性就会下降。 （4）单片机控制系统，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，单片机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还
30、不成熟，只是停车库系统研究开发的一个方向。方案二：基于PLC立体车库模型控制系统设计。它具有很多其他设计方法不可比拟的优点： （1）可靠性高、环境适应性强：可编程控制器输入/输出端口均采用继电器和光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，所以具有很强的抗干扰能力。（2）通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性。 （3）使用方便、灵活：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入/输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系
31、统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。 （4）具有顺序、周期性的工作特征。（5）体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。 综上所述：我们选择方案二，即PLC作为设计中的主控制系统，能够更好的满足设计要求，达到设计的目的。2.2 自动化立体车库常见形式目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等。在对国内外各种同类产品进行分析的基础上，再结合造价、技术难度以及市场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
32、地的适应性较强，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。 2.3 升降横移式立体库控制系统整体方案升降横移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、信息和电气技术于一体。升降横移式立体停车库的控制系统是整个车库系统的核心组成部分。如果说执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。它指导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。 升降横移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，经经系统处理后，然后系统把可识别的控制信息通过控制设备（PLC）来驱动执行结构，进而完成车库现场的运作。同时该动作的信息通过检测装置传送到检测系统，经处理后反馈到控制系统的监控界面，这样操作者就可以直观的看到车库现场的运行实况了，由此 可以使车库更安全的运行。整个系统控制原理框图，如图2-1所示。图2-1 立体车库系统控制整体框图2.4 本章小结本章讨论了立体车库控制系统的设定，比较了单片机控制系统和PLC控制系统的优缺点，最后选
