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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：城市多層泊車立體庫-結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963143
姓 名： 鄒棟智
指導(dǎo)教師： 李 衛(wèi)
完成日期： 2014年5月15日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）題目： 城市多層泊車立體庫-結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)
學(xué) 號(hào)： 2010963143 學(xué)生姓名 鄒棟智 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師姓名： 李 衛(wèi) 系主任： 劉柏希
1、檢索國外城市多層泊車立體庫設(shè)計(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析國內(nèi)的現(xiàn)狀；
2、完成城市多層泊車立體庫系統(tǒng)方案選擇；
3、完成系統(tǒng)中城市多層泊車立體庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4、完成系統(tǒng)中城市多層泊車立體庫控制功能設(shè)計(jì)；
5、總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體會(huì)和收獲；
6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的文稿工作，要求：總字?jǐn)?shù)不低于一萬字，使用A4編輯及打印（任務(wù)書雙面打印一張，鑒定意見表雙面打印三張）；
7、技術(shù)圖紙：零件圖1張（0號(hào)）、裝配圖1張（0號(hào)）、系統(tǒng)控制原理圖1張（0號(hào)）、系統(tǒng)程序流程圖1張（0號(hào)）
8、翻譯英文技術(shù)資料：翻譯國外城市多層泊車立體庫系統(tǒng)（或相關(guān)課題）開發(fā)及研究的英文資料。要求：3000單詞，復(fù)印原稿與翻譯(打印)稿同冊(cè)裝訂。
二、重點(diǎn)研究的問題：
1、 系統(tǒng)中城市多層泊車立體庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
2、 系統(tǒng)中城市多層泊車立體庫控制功能設(shè)計(jì)；
三、進(jìn)度安排
各階段完成的內(nèi)容
起止時(shí)間
1
資料檢索、查詢
2014年2月20日 ～ 3月5日
2
系統(tǒng)總體方案構(gòu)思及設(shè)計(jì)
2014年3月 6日 ～ 3月15日
3
完成系統(tǒng)方案選擇設(shè)計(jì)
2014年3月16日 ～ 3月31日
4
完成結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)；
2014年4月 1日 ～ 4月15日
5
完成系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)；
2014年4月16日 ～ 4月30日
6
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫、圖紙繪制編輯
2014年5月1日 ～ 5月20日
7
交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書和圖紙，答辯準(zhǔn)備
2014年5月21日 ～ 5月25日
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] 徐培萬.立體發(fā)展及市場前景[J].國外科技動(dòng)態(tài).2000.05
[2] 張獻(xiàn)峰，孟祥海.城市中央商業(yè)停車需求發(fā)展?fàn)顩r探析[J].黑龍江交通科技2006.08
[3] 付翠玉，關(guān)景泰. 立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2005.9
[4] 張啟君.立體車庫的主要型式及技術(shù)特點(diǎn)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.1998.2
[5] 潘耀芳，王軒.智能化立體車庫優(yōu)化車輛存取策略研究[J].物流科技 2002.06
[6] 潭青，謝堅(jiān).電梯式立體車庫能耗最優(yōu)化控制策略[J].起重運(yùn)輸機(jī)械.2003.2
[7] 楊曉芬，肖華. 自動(dòng)化立體車庫存取策略的比較分析[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化.2004.5
[8] 任伯淼.機(jī)械式立體停車庫[M].北京:海洋出版社,2001.
[9] 楊東梅，高炳學(xué).立體車庫的布局設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械.2003.5
[10] 章亞娣.塔式立體汽車庫的設(shè)計(jì)[J].浙江建筑.1998.6
[11] 王芳卿.立體停車庫及其控制[J].電氣傳動(dòng).1998.06
[12] 叢望,郭鎮(zhèn)明.電機(jī)學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1996
[13] 秉時(shí).淺談光電開關(guān)的工作原理及應(yīng)用[J].紅外.2002,48-49
[14] 李雪雪.PLC 在立體車庫自動(dòng)控制中的應(yīng)用與研究[J].2003.02
[15] 郭建江.PLC 在塔式立體車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù).2003年第32卷第5 期
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
學(xué) 號(hào)： 2010962937 學(xué)生姓名 俞宗敏 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 焊縫跟蹤系統(tǒng)—焊接小車設(shè)計(jì)
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選 題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)。
能 力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。
工作量
工作量是否飽滿，含論文篇幅、圖紙等是否達(dá)到規(guī)定要求。
綜
合
評(píng)
價(jià)
該生畢業(yè)設(shè)計(jì)，選題符合要求，難度、份量適當(dāng)，有綜合歸納文獻(xiàn)資料的能力及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，設(shè)計(jì)說明書結(jié)構(gòu)較合理,文字較通順。
評(píng)閱人姓名 ：
年 月 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見
學(xué) 號(hào)： 2010963143 學(xué)生姓名 鄒棟智 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 頁 圖 表 張
論文（設(shè)計(jì)）題目： 城市多層泊車立體庫-結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)
內(nèi)容提要：本設(shè)計(jì)是關(guān)于PLC控制的城市立體波車庫的結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)，整個(gè)車庫設(shè)
計(jì)由一臺(tái)PLC對(duì)車庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過PLC控制載車板縱橫傳動(dòng)裝置以完
成對(duì)車輛的存取操作以及聲光報(bào)警系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用的是可靠性、抗干擾能力強(qiáng)的PLC
來實(shí)現(xiàn)整體控制。在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)介紹了控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件的基本控制流程，
以及控制系統(tǒng)所用到的PLC電氣原理圖。
指導(dǎo)教師評(píng)語
該生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，積極認(rèn)真，鉆研思考，設(shè)計(jì)方案較合理，按時(shí)按量，較好地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，有綜合運(yùn)用文獻(xiàn)及計(jì)算機(jī)的能力，設(shè)計(jì)任務(wù)完成的較好，設(shè)計(jì)及說明書符合要求，分析問題和解決問題的能力得到提升。
同意其參加答辯，建議成績?cè)u(píng)定為
指導(dǎo)教師姓名：
年 月 日
答辯簡要情況及評(píng)語
根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績?cè)u(píng)定為
答辯小組組長：
年 月 日
答辯委員會(huì)意見
經(jīng)答辯委員會(huì)討論，同意該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績?cè)u(píng)定為
答辯委員會(huì)主任：
年 月 日
目 錄
摘要······························································· 1
Abstract····························································2
第一章 緒論
1.1 課題研究的意義················································· 3
1.2 國外的研究動(dòng)態(tài)················································· 3
1.3 國內(nèi)的現(xiàn)狀····················································· 3
第2章 方案的選擇
2.1 立體車庫方案比較··············································· 5
2.2 控制策略方案比較··············································· 8
第3章 控制系統(tǒng)的選擇
3.1 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的原理··························· 9
3.2 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的基本要求······················· 10
3.3 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)硬件的選擇·······················11
第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 車庫的單位控制機(jī)構(gòu)···········································15
4.2 升降機(jī)的設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)···········································16
4.3 檢測系統(tǒng)·····················································18
4.4 橫移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)·········································21
4.5 電氣控制接線圖···············································22
第五章 PLC程序設(shè)計(jì)
5.1 PLC 控制技術(shù)介紹···············································25
5.2 PLC 的硬件配置和設(shè)計(jì)思路······································26
5.3 主程序的設(shè)計(jì)···················································30
5.4 存取車程序的設(shè)·················································32
5.5 驅(qū)動(dòng)和保護(hù)程序的設(shè)計(jì)···········································40
總結(jié)與展望·························································43致謝·······························································44
參考文獻(xiàn)···························································45
附錄1 英文參考文獻(xiàn)················································46
附錄2 外文文獻(xiàn)翻譯················································49
城市多層泊車立體庫-結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)
摘 要：隨著汽車的日益增多，尤其是在人口密集的大都市，解決停車難的問題顯得尤為迫切。全自動(dòng)立體車庫作為智能建筑的一部分以其高效、快速、安全等特點(diǎn)成為解決都市停車難問題最有效的途徑，立體車庫控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)車庫安全、高效率運(yùn)行的關(guān)鍵。
本文將 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于電梯式立體車庫，設(shè)計(jì)了電梯式立體車庫自動(dòng)存取車系統(tǒng)，并就其機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件結(jié)構(gòu)、監(jiān)控軟件做了研究，主要內(nèi)容如下：
在分析了各種立體車庫的功能及運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，得出電梯式立體車庫是未來發(fā)展的主流。本文對(duì)電梯式立體車庫的機(jī)械機(jī)構(gòu)及其控制策略進(jìn)行了分析和研究。闡述了電梯式立體車庫自動(dòng)存取車系統(tǒng)的工作原理及其上位機(jī)的功能。設(shè)計(jì)了立體車庫與上位機(jī)的通信、立體車庫的升降機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)。給出了電梯式立體車庫的硬件接線圖，并對(duì)一些開關(guān)元件進(jìn)行了介紹與選擇。介紹了電梯式立體車庫的軟件設(shè)計(jì)思想，并給出了 PLC 的硬件配置圖、程序流程圖和程序。
關(guān)鍵詞：立體車庫；PLC；控制策略；實(shí)時(shí)監(jiān)控
The Design of Automatic Control System of
Experimental Stereo Garage
Abstract：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 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 used. 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 and 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 horizontal 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 緒 論
1.1課題研究的意義
目前我國各主要城市停車設(shè)施的建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于道路建設(shè)和汽車工業(yè)的發(fā)展，有資料表明，現(xiàn)有停車位數(shù)不及所需停車位數(shù)的 7%，停車問題也就逐漸成為大都市的一大難題，由此所帶來的一系列問題令人擔(dān)憂。
立體車庫具有占地面積少、充分利用立體空間等優(yōu)點(diǎn)，因此在未來幾十年，立體車庫在我國會(huì)起著越來越重要的作用。
目前在國內(nèi)，立體車庫事業(yè)逐漸興起，己經(jīng)建有不少立體車庫，其中我國最大的立體車庫南京正洪商城公共立體停車庫已正式投入運(yùn)營。它內(nèi)設(shè) 208 個(gè)車位，轉(zhuǎn)向、升降、停泊由電腦自動(dòng)控制，僅需要 57 秒。我國生產(chǎn)的一些車庫機(jī)械裝置尤其在齒輪橫移機(jī)構(gòu)等方面己經(jīng)接近世界先進(jìn)水平，但是在其他方面，如控制技術(shù)以及車庫系統(tǒng)的管理等，離世界先進(jìn)水平尚有一段差距，很多大型立體車庫的控制系統(tǒng)的硬軟件依靠從國外引進(jìn)。
本文主要運(yùn)用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)電梯式立體車庫模型,可以作為校內(nèi)PLC控制的實(shí)驗(yàn)器材，培養(yǎng)學(xué)生 PLC 運(yùn)用方面的能力，并且進(jìn)一步推廣立體車庫的實(shí)際可行性。
1.2國外的研究動(dòng)態(tài)
立體車庫的應(yīng)用已有30多年的歷史了。發(fā)展較早、較好的有日本、韓國、德國等。在亞洲，立體車庫采用較早應(yīng)用較普遍的是日本、韓國和我國臺(tái)灣省。
日本從事立體車庫及其設(shè)備開發(fā)、制造的共有200多家，其中生產(chǎn)立體車庫的約100多家，比較大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、東急、內(nèi)外及昭和起重機(jī)等，產(chǎn)品既有出口的，也有進(jìn)口的。
韓國立體車庫行業(yè)的發(fā)展歷程比較平穩(wěn)。20世紀(jì)70年代中期為起步階段，80年代為引進(jìn)階段，90年代為供應(yīng)使用階段。由于這幾個(gè)階段受到了政府的高度重視，各種立體車庫得到了普遍的開發(fā)和利用，年遞增速度達(dá)到30%；2000年以來為發(fā)展階段，立體車庫將隨供應(yīng)量不斷的擴(kuò)大而迅速發(fā)展。
1.3國內(nèi)的現(xiàn)狀
我國在20世紀(jì)80年代初開始研制和使用立體車庫。80年代是起步階段，90年代以來，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是轎車進(jìn)入家庭后，停車設(shè)備的應(yīng)用逐步推廣，己經(jīng)形成了新興的停車設(shè)備行業(yè)，步入了引進(jìn)、開發(fā)、制造、使用相結(jié)合的初步發(fā)展階段?，F(xiàn)在從事停車設(shè)備制造的企業(yè)數(shù)約有100家，其中主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)超過50家。首批獲得國家頒發(fā)的立體停車設(shè)備制造企業(yè)資質(zhì)的企業(yè)有22家。產(chǎn)品經(jīng)引進(jìn)技術(shù)和自
- 4 -
我研制開發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高。許多設(shè)備采用了當(dāng)前機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，控制型式有按鈕式、IC卡式、觸摸屏式、密碼鑰匙式、遙控式等，有些設(shè)備還采用了總線控制技術(shù)；傳動(dòng)裝置采用內(nèi)藏式，以增大停車空間并保護(hù)各傳動(dòng)元件不受污染和腐蝕，提高了設(shè)備的耐久性；機(jī)構(gòu)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，這樣便于組合使用，又易于安裝拆卸，且可縮短施工周期;還采用一些新材料、新工藝，如采用H型鋼做鋼梁，組合的鍍鋅板或一體成型的鍍鋅板坐載車板；安全保護(hù)方面采用了聲光引導(dǎo)、定位裝置及自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)等。目前品種的滿足率己達(dá)90%左右，有的品種填補(bǔ)了國內(nèi)空白，產(chǎn)品國產(chǎn)化率達(dá)到50%以上。
由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體車庫以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性，已被廣大用戶接受。立體車庫與傳統(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，立體車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40 平方米的面積，而如果采用雙層立體車庫，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層（21 層）立體式車庫的話，50 平方米的土地面積上便可存放40 輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。
立體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(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，立體車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。
在立體車庫中采用機(jī)械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。立體車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)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(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車樓。這對(duì)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。
第二章 方案的選擇
2.1 立體車庫方案比較
立體車庫的發(fā)展起始于 1960 年。到目前為止，已經(jīng)發(fā)展出多種多樣的立體車庫。我們從立體車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)大致可以分為 4 類，分別是：巷道堆垛式、垂直循環(huán)式、垂直升降式、升降橫移式。
1、立體車庫方案
(1).升降橫移式
升降橫移式立體車庫采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價(jià)較低。
圖 2-1 升降橫移式立體停車庫
產(chǎn)品特點(diǎn)：
1) 節(jié)省占地，配置靈活，建設(shè)周期短。
2) 價(jià)格低，消防、外裝修、土建地基等投資少。
3) 可采用自動(dòng)控制，構(gòu)造簡單，安全可靠。
4) 存取車迅速，等候時(shí)間短。
5) 運(yùn)行平穩(wěn)，工作噪聲低。
6) 適用于商業(yè)、機(jī)關(guān)、住宅小區(qū)配套停車場的使用。
安全裝置：防墜裝置，光電傳感器、限位保護(hù)器、急停開關(guān)等。
(2).巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機(jī)作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。
圖 2-2 巷道堆垛式立體停車庫
(3) .垂直循環(huán)式
垂直循環(huán)式塔形立體車庫的主體是垂直回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，車輛停放在呈圓形或長圓形配置的托盤上，由做垂直循環(huán)運(yùn)動(dòng)的鏈條帶動(dòng)，在平動(dòng)機(jī)構(gòu)控制下保持車位水平。這種車庫由單一大型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電氣控制系統(tǒng)比較簡單。
圖 2-3 垂直循環(huán)式立體停車庫
產(chǎn)品特點(diǎn)：
1）外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。
2）價(jià)格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設(shè)周期短。
3）可采用自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠。
（4）垂直升降式立體車庫:
垂直升降式立體車庫像電梯那樣，把車提升到一定高度，再用橫移機(jī)構(gòu)（又稱機(jī)械手）把車存入泊位中。這種車庫有幾十米高，每層有 2 個(gè)或幾個(gè)泊位。按規(guī)模大小，垂直升降式車庫有兩類：
塔形垂直升降式，這種車庫一般在 28 層以下（韓國現(xiàn)代 30 層）。它要求升降速度快，結(jié)構(gòu)剛度好。一般采用工業(yè)計(jì)算機(jī)或高檔可編程序邏輯控制器構(gòu)成其自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存取車自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)費(fèi)等功能，也可實(shí)現(xiàn)無人化操作。其地皮利用率高，但對(duì)地基、消防要求高，單車成本高。
多層垂直升降式，這種車庫一般在 5—10 層。其升降速度可低到 5~20m/min，轎廂系統(tǒng)盡量簡化，結(jié)構(gòu)重量輕，一般不設(shè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，不要嚴(yán)格的外裝修，地基投資少，消防系統(tǒng)簡單。
圖 2-4 垂直升降式立體停車庫
2、立體車庫方案總結(jié)
經(jīng)過分析比較，采用多層電梯式立體車庫設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示。
因?yàn)榇怪鄙凳搅Ⅲw車庫與升降橫移式立體車庫相比，它的單車位成本甚至比 5 層以下的多層升降橫移式要低，存取時(shí)間比多層垂直升降式要少。與同規(guī)格的豎直循環(huán)式相比，結(jié)構(gòu)剛度更好，存取車效率更高，底層存取車室環(huán)境好，
功耗低，噪音小，因而它的發(fā)展前景很好。如圖2-5
2-5 六層垂直升降式立體車庫實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由本組成員單俊宜同學(xué)完成
2.2 控制策略方案比較
1、控制策略方案
車庫運(yùn)行的控制策略直接影響到整個(gè)車庫的存取車時(shí)間、設(shè)備損耗和能耗。車庫運(yùn)行有 4 種控制策略。
一、存車優(yōu)先策略
當(dāng)電梯完成存取操作后回到基層，有且僅有 1 塊托車板在電梯上，以供下輛輛車可立即開進(jìn)電梯，無需等待。
二、取車優(yōu)先策略
當(dāng)電梯完成存取操作后回到基層，電梯上沒有托車板，有利于取車者快速取車。
三、存車優(yōu)先和取車優(yōu)先組合控制策略
當(dāng)車庫的存車數(shù)量達(dá)到一定限度后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)存車優(yōu)先或取車優(yōu)先的轉(zhuǎn)換。在組合策略中，存車優(yōu)先和取車優(yōu)先的轉(zhuǎn)換原則如下： in 為存車優(yōu)先下限， Out為取車優(yōu)先上限，in 和 Out 皆表示車庫中存車數(shù)量（ in＜＝Out）。若當(dāng)前控制策略是存車優(yōu)先，則車庫中存車數(shù)量從小于 Out 變化到大于 Out 時(shí)，控制策略由存車優(yōu)先轉(zhuǎn)換為取車優(yōu)先。若當(dāng)前策略為取車優(yōu)先，則車庫中存車數(shù)量從大于 in 轉(zhuǎn)
變到小于 in 時(shí)，控制策略從取車優(yōu)先轉(zhuǎn)換為存車優(yōu)先。通過對(duì)參數(shù) in 和 Out 的合理選擇，便可實(shí)現(xiàn)存車優(yōu)先和取車優(yōu)先的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)存取車高峰。
四、原地待命策略
當(dāng)電梯完成 1 次存取車操作后，停在原地等待下次操作。
2、控制策略方案總結(jié):
首先，從經(jīng)營者的角度來看，存車優(yōu)先無需讓停車顧客等待，可以避免了新顧客的不耐煩心理，更有利于車庫的推廣。
其次，從能耗方面來看，存車優(yōu)先的能耗要小于取車優(yōu)先和組合策略，原地待命策略的能耗最低。原因是在存車優(yōu)先模式中，顧客取完車以后，可以直接進(jìn)入存車優(yōu)先模式，所以其前期準(zhǔn)備的能耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于取車優(yōu)先。而組合策略是停車優(yōu)先和取車優(yōu)先的組合，所以其能耗居于兩者之間。由于原地待命策略不必作前期準(zhǔn)備工作，所以能耗最低。
最后，本設(shè)計(jì)采用的是存車優(yōu)先控制策略，原因是存車優(yōu)先無論從經(jīng)營者角度還是從能耗角度，都表現(xiàn)不錯(cuò)。
第三章 控制系統(tǒng)的選擇
3.1 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的原理
垂直升降式立體停車庫是一種比較典型的跨學(xué)科機(jī)電一體化產(chǎn)品，集機(jī)械、電子、信息技術(shù)于一體。其中，電子技術(shù)、信息技術(shù)和傳感技術(shù)的合理運(yùn)用與組合構(gòu)成了車庫的控制系統(tǒng)。垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)是整個(gè)車庫系統(tǒng)的重要組成部分，也是車庫系統(tǒng)的核心。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是“四肢”，框架是“區(qū)體”，那么控制系統(tǒng)就是“大腦”。它指揮著車庫的每個(gè)運(yùn)作過程，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)控。
控
制
系
統(tǒng)
車庫
現(xiàn)場
人
檢
測
系
統(tǒng)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
界面
圖3-1 車庫系統(tǒng)控制原理框圖
垂直升降式立體停車庫的系統(tǒng)控制原理:操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(tái)(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識(shí)別的控制信息通過輔助設(shè)備驅(qū)動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成車庫現(xiàn)場的運(yùn)作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖3.1所示。
接口在車庫的控制系統(tǒng)中是必不可少。接口是驅(qū)動(dòng)單元與控制核心單元以及執(zhí)行部件與驅(qū)動(dòng)單元間的連接點(diǎn)。接口電路大致有三種：開關(guān)量接口電路、數(shù)字量接口電路和模擬量輸入/輸出接口電路。垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)應(yīng)用的接口電路為開關(guān)量接口電路。
界面是操作人員與車庫控制核心單元交流信心的平臺(tái)。操作人員可以通過界面向車庫系統(tǒng)發(fā)送動(dòng)作意圖，車庫系統(tǒng)可以向操作人員反饋系統(tǒng)運(yùn)作狀況。簡單的界面可以是一個(gè)操作盒，而復(fù)雜的界面可以為利用微機(jī)通過運(yùn)用專用的應(yīng)用軟件建立的人機(jī)界面。垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的具體組成，要根據(jù)具體的控制形式而定，其組成形式也很靈活多樣。
3.2垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的基本要求
車庫現(xiàn)場一般環(huán)境比較惡劣(一般為室外)，如高溫、粉塵、高濕度、振動(dòng)、強(qiáng)電設(shè)備啟動(dòng)的磁場干擾等，所涉及的控制系統(tǒng)除了要滿足控制任務(wù)，還需要滿足如下的基本要求：
1、可靠性高
車庫控制系統(tǒng)在車庫現(xiàn)場應(yīng)能長期、可靠、穩(wěn)定地工作。一方面，必須具有很強(qiáng)的抗車庫現(xiàn)場干擾能力；系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境，考慮合適的抗干擾措施。另一方面，控制系統(tǒng)必須能長期穩(wěn)定的運(yùn)行。如用下面公式來衡量，有效度A愈接近1，控制系統(tǒng)長期運(yùn)行的可靠性就越高，這取決于合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制電路的設(shè)計(jì)、元器件質(zhì)量、組裝調(diào)試時(shí)嚴(yán)格的工藝規(guī)程等。
式中:MTBF—平均無故障工作時(shí)間
MTTR—平均維修時(shí)間
2、操作性能好
車庫控制系統(tǒng)的操作性能好，表現(xiàn)在它的使用性能和可維護(hù)性能兩個(gè)方面，這是在系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮和注意的壞節(jié)。使用性能方面，硬件設(shè)計(jì)時(shí)要盡量降低操作人員的專業(yè)知識(shí)要求，如控制界面不要太復(fù)雜，操作順序簡單、操作出錯(cuò)不會(huì)引起人身設(shè)備故障等，使操作人員感到容易學(xué)習(xí)，使用方便。軟件開發(fā)時(shí)，按照軟件工程的要求，盡量使用高級(jí)語言開發(fā)用戶程序，使程序具有較好的開放性并易于再開發(fā)。在可維護(hù)性能方面，硬件設(shè)計(jì)時(shí)，控制柜應(yīng)有較大的維修操作空間，硬件采用模塊式組合結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障時(shí)，容易采用更換方式進(jìn)行維修，從而縮短維修時(shí)間。軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)配有查錯(cuò)、故障診斷程序，使故障出現(xiàn)時(shí)，易于查找故障部位。
3、通用性好
工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展迅速，更新?lián)Q代快，而且被控對(duì)象的控制要求也會(huì)根據(jù)生產(chǎn)的發(fā)展不斷提出新的要求。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)益。要達(dá)到這一目的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用標(biāo)準(zhǔn)化總線設(shè)計(jì)，輸入輸出通道設(shè)計(jì)。電源設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)留一定的余量和空間，這樣功能擴(kuò)充時(shí)，可以很方便的增加一些輸入通道而不需重新更換控制柜，同時(shí)，只要更換CPU模塊或模塊擴(kuò)展，就可以達(dá)到系統(tǒng)升級(jí)的目的。
4、較高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
設(shè)計(jì)車庫的控制系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是始終要考慮的指標(biāo)，即要有較高的價(jià)格性能比。這要根據(jù)實(shí)際的控制要求，在車庫控制系統(tǒng)核心單元選型、檢測傳感器與驅(qū)動(dòng)元件的選擇、軟件開發(fā)與運(yùn)行、一系統(tǒng)組裝與調(diào)試等費(fèi)用方面綜合進(jìn)行考慮。
3.3 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)硬件的選擇
控制系統(tǒng)硬件確定主要包括系統(tǒng)控制形式及控制核心單元的選擇、輸入?yún)⒘康臋z測和傳感器的選擇、輸出驅(qū)動(dòng)方式和驅(qū)動(dòng)元件的選擇、人機(jī)聯(lián)系方式的選擇，最后生成硬件接線圖。
1、控制系統(tǒng)控制核心單元
垂直升降式立體停車庫控制形式是根據(jù)車庫的具體情況選定，要綜合考慮到其規(guī)模、應(yīng)用場合等各方面因素而定，在車庫眾多的控制系統(tǒng)中有三種比較常見的控制形式:繼電器邏輯電路控制、可編程控制器控制、單片機(jī)控制。
（1）繼電器控制
在垂直升降式立體停車庫的應(yīng)用初期，繼電器控制形式比較常用。它主要是利用多個(gè)主交流接觸器、中間接觸器以及過載熱繼電器等電器元件經(jīng)合理的聯(lián)接構(gòu)成具有簡單控制功能的邏輯電路。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生了許多其它形式的控制元器件，并已經(jīng)很快的取代了這種早期的控制形式。但對(duì)于小型低成本的垂直升降式立體停車庫，繼電器控制還在繼續(xù)被使用。
繼電器控制也有許多不足之處。第一，難以實(shí)現(xiàn)智能模塊化控制;第二，不適合應(yīng)用于大規(guī)模、大容量的立體停車庫;第三，元器件的損壞率比較高，車庫運(yùn)行的可靠性不佳;最后，隨著驅(qū)動(dòng)部件的不斷增加，其邏輯電路的搭載難度也大大增加了。所以對(duì)于大中型垂直升降式立體停車庫，其控制形式就不適合運(yùn)用繼電器的控制形式。
（2）可編程控制器(Programmable Logic Controller)控制
國內(nèi)外現(xiàn)有的垂直升降式立體停車庫，它們的系統(tǒng)控制形式大都采用可編程控制器控制，特別是應(yīng)用在智能化要求程度高、大容量的現(xiàn)代化垂直升降式立體停車庫中。
可編程控制器與繼電器、單片微機(jī)相比有著比較獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
A、靈活、通用
可編程控制器是通過存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動(dòng)極少量的接線即可。而且，同一臺(tái)可編程控制器還可以用于不同的控制對(duì)象，只要改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。另外 PLC產(chǎn)品還具有多樣化、系列化的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，同一系列又有低檔、高檔之分，因此可以適應(yīng)于各種不同規(guī)模、不同要求的工業(yè)控制。PLC還有多種功能模塊，可以根據(jù)需要靈活組合成各種不同功能的控制裝置，實(shí)現(xiàn)各種特殊的控制要求。
B、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)
對(duì)于立體停車庫而言，可靠性是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，如何能在各種惡劣的工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵超高溫等)下，平穩(wěn)可靠的工作，將故障率降至最低，是研制每一種控制器件必須考慮的問題。PLC的研制者在這一方面采取了許多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。
首先，PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，因此不會(huì)出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象，提高了可靠性。另外，PLC還在硬件和軟件兩方面采取了以下主要措施來提高其可靠性。
① 硬件措施
對(duì)于電源變壓器、CPU和編程器等主要部件，均采用嚴(yán)格措施進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的互相影響；對(duì)CPU這個(gè)核心部件所需的+5 V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響；在CPU與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效的隔離了內(nèi)部電路與I/O間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作;采用模塊式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。因?yàn)橐坏┎槌瞿骋荒K出現(xiàn)故障就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。
② 軟件措施
監(jiān)控程序定期的監(jiān)測外界環(huán)境，如掉電、鉗電壓、后備電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等:當(dāng)檢測到故障時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，并對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉。這樣，一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作;同時(shí)對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，停電時(shí)利用后備電池供電，確保信息不丟失。由于采取了以上措施，使PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高，這是PLC控制優(yōu)于單片計(jì)算機(jī)控制的一大特點(diǎn)。
（3）編程簡單、使用方便
用單片計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。而PLC采用面向控制過程、面向問題的 “自然語言”編程，容易掌握。例如目前大多數(shù)PLC采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到大多數(shù)電器技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平，很容易被電器技術(shù)人員所接受。PLC易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，靈活方便。它與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但對(duì)大多數(shù)的停車庫控制設(shè)備來說，PLC的控制速度是足夠的。用單片計(jì)算機(jī)控制，只有在輸入輸出接口上做大量工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也比較麻煩。而PLC的輸入輸出接口已經(jīng)做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備直接連接。輸入接口可以與各種開關(guān)和傳感器連接，輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器、接觸器和電磁閥等連接，使用很方便。
（4）接線簡單
PLC的接線只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與PLC輸入端子連接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與PLC輸出端子連接。接線工具僅為螺絲刀，接線工作極其簡單、工作量極少。
（5）功能強(qiáng)
現(xiàn)代PLC不僅具有條件控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D, D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，它既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制;既可控制一臺(tái)單機(jī)、一個(gè)車庫，又可控制一個(gè)車庫群。既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)距離控制。既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。
（6）體積小、重量輕和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化
由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路。因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)。且由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備。
同樣，可編程控制器控制也有其不足的地方，在性價(jià)比上要高于繼電器控制和單片微機(jī)控制;其開發(fā)潛力要差于單片微機(jī)，不如其功能靈活多樣;通用性不好，不同廠家的可編程控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。
可編程控制器在垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用，并在停車庫的發(fā)展演化中起著非常重要的作用，本文車庫系統(tǒng)即采用可編程控制器控制形式。
2、單片微機(jī)(Single Chip MicroComputer)控制
單片微機(jī)就是我們通常所說的單片機(jī)，是將CPU, RAM, ROM(EPROM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和1/0接口全部集成在一個(gè)硅片上。單片機(jī)控制在機(jī)電設(shè)備中是一種比較常見的控制形式，由于它的控制功能強(qiáng)、體積小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接裝到儀器設(shè)備上，所以在20世紀(jì)80年代以來得到飛速發(fā)展。理論上也可用于立體停車庫系統(tǒng)，但實(shí)際上在立體停車庫的控制系統(tǒng)中，單片微機(jī)控制卻沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用，其原因主要有以下幾點(diǎn)：
（1）單片微機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調(diào)試耗時(shí)比較多；
（2）單片微機(jī)抗干擾能力比較弱，所以對(duì)現(xiàn)場工作環(huán)境要求很苛刻；
（3）單片微機(jī)自身就是弱電驅(qū)動(dòng)，但是對(duì)于停車庫系統(tǒng)來說，執(zhí)行部件是電機(jī)，屬強(qiáng)電系統(tǒng)，這就需要由弱電驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電，隨著驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的增加，系統(tǒng)的可 靠性就下降了；
（4）單片微機(jī)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(qiáng)大，但是程序編制工作量比較大。
因此，我們選擇可編程控制器。采用的 PLC 是由三菱公司生產(chǎn)的，型號(hào)為 FX2N—80MR。它是一款性能十分出眾的微型可編程控制器。
第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1車庫的單位控制機(jī)構(gòu)
4-1 正面及側(cè)面圖
車庫的大致結(jié)構(gòu)可以參照?qǐng)D 4－1，現(xiàn)在簡要介紹一下車庫的三大單位控制機(jī)構(gòu)：升降機(jī)構(gòu)，拖車板，橫移機(jī)構(gòu)。
（1）升降機(jī)構(gòu)
升降機(jī)構(gòu)有步進(jìn)電機(jī)，卷筒，滑輪，鋼絲繩等組成。載車臺(tái)上下升降的位置信號(hào)來自接近開關(guān)，我們總共設(shè)置了 7 個(gè)接近開關(guān)，分別設(shè)置在基層，一層，二層，三層，四層，五層。接近開關(guān)裝在每層托板的下方，精確位置可在調(diào)試中加以確定。在基層的底部和五層的頂部我們分別安裝了限位開關(guān)，對(duì)載車臺(tái)起限位保護(hù)作用。
（2）托車板
托車板是車輛和車庫發(fā)生直接接觸的機(jī)構(gòu),托車板下方固定有導(dǎo)軌和滑輪。存車時(shí)，將待入庫車輛停放在托車板上，再利用載車臺(tái)升降和橫移機(jī)構(gòu)橫移將車送至泊車位;取車時(shí)，先由橫移機(jī)構(gòu)將托車板連同車輛一起取回到載車臺(tái)，然后降到基層。
（3）橫移機(jī)構(gòu)
橫移機(jī)構(gòu)使托車板從載車臺(tái)橫移至泊車位或從泊車位橫移至載車臺(tái)，以完成車輛的出入庫過程。橫移機(jī)構(gòu)采用了齒輪橫移技術(shù)，該機(jī)構(gòu)運(yùn)行原理如下：托車板的下方固定有齒條，載車臺(tái)及泊車位的機(jī)構(gòu)上固定有電機(jī)，電機(jī)軸上安裝齒輪與托車板上的齒條相嚙合，通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，從而使嚙合的齒條和托車板橫移
4.2 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)
（1） 電機(jī)的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本文設(shè)計(jì)的立體車庫提升一層所需的時(shí)間為10秒，提升載車板與副載車板之間的靜垂直距離為2m。即提升的位移為2m，由此可以計(jì)算出提升速度為0.2m/s。預(yù)估載車板重量為0.2噸，停車重量取1.6噸，合集電機(jī)所需提升的總重量為1.8噸。
設(shè)加速時(shí)間為1S，則加減速時(shí)間共為2S，且加減速過程的平均速度為最大速度的一半。
固有：
得：
所以，加速度為：
需要拉力：N
設(shè)同步帶直徑
周長為
脈沖當(dāng)量
最大轉(zhuǎn)速
細(xì)分?jǐn)?shù)太大，最大轉(zhuǎn)速太低，增加一級(jí)減速。
取二級(jí)主動(dòng)輪直徑：
一級(jí)主動(dòng)輪直徑?。?
減速比取1:3
則去一級(jí)從動(dòng)輪直徑為：
電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為：
驅(qū)動(dòng)細(xì)分?jǐn)?shù)：
故取細(xì)分?jǐn)?shù)為4.
實(shí)際脈沖當(dāng)量：
第二級(jí)主動(dòng)輪上的力矩：
電機(jī)軸上的力矩：
由于沒有考慮同步帶的效率、導(dǎo)軌的摩擦和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素，同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)高速時(shí)扭矩要大幅下降；所以，取安全系數(shù)4比較保險(xiǎn)。
故，電機(jī)力矩：
選取三相步進(jìn)電機(jī)：130BYG350EH-0602
電機(jī)參數(shù)
規(guī)格型號(hào)
相數(shù)
步距角
（°）
相電流
（A）
130BYG350EH-0602
6
0.6/1.2
6
保持轉(zhuǎn)矩
（N·m）
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（g·cm2）
重量
（kg）
外形尺寸
（mm）
35
35000
17.5
134×134×226
（2） PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)
三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，分慢速、中速和快速三檔，分別通過開關(guān) S1、S2 和 S3 選擇；步數(shù)控制分單步、10 步、100 步三擋，分別通過按鈕 S4、開關(guān) S5和 S6 選擇；暫停步進(jìn)電機(jī)通過 S7 控制；啟動(dòng)控制由內(nèi)部寄存器 M50 控制；正、反轉(zhuǎn)控制由內(nèi)部寄存器 M60 控制。
圖4-2 PLC的接線圖
4.3 檢測系統(tǒng)
升降機(jī)構(gòu)中，我們用步進(jìn)電機(jī)提升載車臺(tái)，在載車臺(tái)經(jīng)過每一層時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生平層信號(hào)。車庫的平層信號(hào)是在每層上安裝的接近開關(guān)來產(chǎn)生的。目的是為了不影響升降機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。
接近開關(guān)是一種非接觸式開關(guān)，當(dāng)物體接近某一信號(hào)機(jī)構(gòu)時(shí)，信號(hào)機(jī)構(gòu)發(fā)出接近信號(hào)，它不需要機(jī)械式行程開關(guān)必須施以機(jī)械力，與有觸頭的行程開關(guān)相比，其優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)作可靠，反應(yīng)速度快（即操作頻率高），壽命長，靈敏度高，沒有機(jī)械損耗，適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。
接近開關(guān)按其激勵(lì)方式，可分為電感式，電容式，超聲波式三種。電感式接近開關(guān)是用金屬觸發(fā)；而電容式接近開關(guān)可用各種材料觸發(fā)，無論是固體，液體或粉末狀都可；超聲波式接近開關(guān)可觸發(fā)固體，液體或粉末狀物體，只要對(duì)聲音有足夠的反射能力即可。
由于我們要檢測的對(duì)象是由鋁合金制作的載車臺(tái)，所以必然選用由金屬觸發(fā)
的電感式接近開關(guān)。
如圖 4－3 所示是電感式接近開關(guān)的工作原理。接近開關(guān)由一個(gè)高頻震蕩器和一個(gè)整形放大器組成，振蕩器振蕩后，在開關(guān)的檢測面產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)金屬體接近檢測面時(shí)，金屬體產(chǎn)生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。通過對(duì)“振蕩”和“停振”兩種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成“高”和“低”兩種不同的電平，從而起到“開”和“關(guān)”的控制作用。
圖4-3接近開關(guān)工作原理圖
為了對(duì)載車臺(tái)的升降起到限位保護(hù)作用，我們還裝了兩個(gè)行程開關(guān)，行程開關(guān)的原理與控制按鈕類似，只不過是把手按下改成用被控對(duì)象按下，它們裝在車庫的頂部和底部，當(dāng)載車臺(tái)碰上行程開關(guān)，行程開關(guān)就通過機(jī)械可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)控制電路發(fā)出指令以實(shí)現(xiàn)位置保護(hù)。
接近開關(guān)和限位開關(guān)的安裝位置見圖4-4：
圖4-4 開關(guān)位置圖
4.4 橫移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)
橫移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括兩方面：通過光電開關(guān)傳感器對(duì)車輛位置檢測，通過光電開關(guān)和電機(jī)對(duì)托車板橫移的運(yùn)動(dòng)控制。
一、車輛入庫檢測
通過不同位置的光電開關(guān)，對(duì)車輛進(jìn)行檢測，判斷車輛在電梯托車板上的位置擺放是否合乎要求，光電開關(guān)傳感器的組成如下：5 個(gè)傳感器分布在入庫拖車板的不同位置，如圖 4－5 所示。
圖4-5 光電開關(guān)示意圖
光電開關(guān) 1，2 檢測車輛兩側(cè)位置，使車輛即不能超出托車板的左限右限，光電開關(guān) 3，4 檢車輛是否超出允許的前限，后限。光電開關(guān) 5 檢測車的高度是否超限。
以光電開關(guān) 1 為例闡述系統(tǒng)的檢測原理及過程。沒有車時(shí)或者車輛沒有超限時(shí)，光電傳感器的發(fā)光端到接收端之間沒有物體阻隔，接收端能順利的收到發(fā)光端發(fā)出的光電信號(hào)，此時(shí)光電傳感器向控制器發(fā)出 1 的信號(hào)，當(dāng)車輛越限時(shí)，接收端不能接收到光信號(hào)，則光電傳感器向控制器發(fā)出 0 的信號(hào)。
通過對(duì)光電傳感器的輸出信號(hào) 1，0 的判斷，可以知道車輛是否超限。其它各傳感器與此類似。
以上規(guī)則是計(jì)算機(jī)模糊判斷的基礎(chǔ)，通過對(duì)光電開關(guān) 1、2 和光電開關(guān) 3、4及光電開關(guān) 5 的綜合判斷，可以得出車輛所處的狀態(tài)，如表 4－1 所示。
表4-1車輛所處狀態(tài)：
狀態(tài)
光電
開關(guān)1
光電
開關(guān)2
狀態(tài)
光電
開關(guān)3
光電
開關(guān)4
狀態(tài)
光電
開關(guān)5
車超寬
0
0
車超長
0
0
超位高
0
右邊超限
0
1
車頭超限
0
1
合格
1
左邊超限
1
0
車尾超限
1
0
合格
1
1
合格
1
1
根據(jù)表 4－1 的規(guī)則，通過電路產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，傳給上位機(jī)，并在監(jiān)視器上顯示，以指導(dǎo)駕駛員對(duì)車輛的操作。
在車輛入庫檢測中，對(duì)車內(nèi)是否有人也要進(jìn)行檢測。在車輛的入庫過程中，不允許有人在車內(nèi)操作，這樣保證了司機(jī)的安全。
4.5 電氣控制接線圖
圖4-6 硬件接線圖
第五章 PLC程序設(shè)計(jì)
5.1 PLC 控制技術(shù)介紹
立體車庫在存取車過程中，動(dòng)作較多、較復(fù)雜，且有很多輸入輸出的開關(guān)量特性，所以本文采用 PLC 作直接控制器，完成控制信號(hào)采集和直接控制。PLC 是一種技術(shù)非常成熟的控制器，是一種以微計(jì)算機(jī)為核心的過程控制裝置，它以其高性價(jià)比在工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí) PLC 的穩(wěn)定性極高。
本文所采用的 PLC 是由三菱公司生產(chǎn)的，型號(hào)為 FX2N—80MR。它是一款性能十分出眾的微型可編程控制器。 下面主要介紹一下這種 PLC 的結(jié)構(gòu)與性能。
一、FX2N系列 PLC 的構(gòu)成
FX2N系列 PLC 是由電源、CPU 存儲(chǔ)器和輸出、輸入器件指示部分、接口部分組成的單元式可編程控制器。AC 電源、DC 輸入型的內(nèi)裝 DC 24 V 電源作為傳感器的輔助電源。
二、采用裝卸式端子臺(tái)
外部接線端子包括 PLC 電源（ L，N）、輸入用直流電源（＋24V，com）、輸入端子（X）、輸出端子（Y）等，每個(gè)端子均有對(duì)應(yīng)編號(hào)，主要完成電源、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的連接，是易于維修的裝卸式端子臺(tái)。
三、程序存儲(chǔ)器
FX2N中有許多 16 位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的軟元件—數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），2 個(gè)合并可組成 32 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。且內(nèi)置鉀電池后