基于PLC的PSH16D型立體停車庫控制系統(tǒng)設計【含4張CAD圖紙】

編號 畢 業(yè) 設 計（論文）題目 基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫 控制系統(tǒng)設計 二級學院 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級學生姓名指導教師時 間目 錄摘 要 ………………………………………………………………………………ⅠAbstract……………………………………………………………………………Ⅱ1 緒論…………………………………………………………………………………11.1 立體停車庫的簡介……………………………………………………………11.2 本課題設計的背景 …………………………………………………………31.3 本題設計的內容………………………………………………………………41.4 本題設計的目的及意義………………………………………………………42 立體停車庫控制方案的……………………………………………………………62.1 系統(tǒng)設計的基本步驟…………………………………………………………63 升降橫移式立體停車庫的構成及工作原理………………………………………73.1 升降橫移式立體停車庫的構成 ………………………………………………73.2 升降橫移式立體停車庫的工作原理…………………………………………74 立體停車庫部分硬件的設計………………………………………………………94.1 安全防護裝置 …………………………………………………………………94.2 傳感器的選擇 ………………………………………………………………94.2.1 感煙感溫傳感器 …………………………………………………………104.2.2 紅外線傳感器 ……………………………………………………………104.2.3 行程開關 …………………………………………………………………114.3系統(tǒng)控制箱設計 ………………………………………………………………114.4電動機的選型 …………………………………………………………………124.4.1 升降傳動電機 ……………………………………………………………124.4.2 橫移傳動電機 ……………………………………………………………124.5 PLC 的選型 ……………………………………………………………………134.5.1 PLC 的選型 ………………………………………………………………134.5.2 PLC 外部接線圖 …………………………………………………………155 立體停車庫控制系統(tǒng)軟件設計 ……………………………………………………165.1 PLC 工作過程 ………………………………………………………………………165.2 PLC 程序編制原則 …………………………………………………………175.3 I/O 點地址分配 …………………………………………………………………175.4 控制系統(tǒng)設計流程圖……………………………………………………………195.5 PLC 控制系統(tǒng)的梯形圖設計…………………………………………………………21基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 6 總 結 …………………………………………………………………………………22致 謝 ……………………………………………………………………………………23參考文獻 ………………………………………………………………………………24文獻綜述 …………………………………………………………………………25附錄 PSH16D 型立體停車庫 PLC 梯形圖……………………………………………32基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 I摘 要立體車庫是用來實現(xiàn)部分車輛的自動停放及科學寄存的倉儲設施。隨著城市汽車數(shù)量的不斷增加，停車難問題己經(jīng)成為大中型城市的一個普遍現(xiàn)象。機械式立體車庫可更好的利用上地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，更大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合考慮立體車庫制造成本和可行性的雙重因素。本文是在對國內外車庫現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了調研的基礎上，選擇三層六列式車庫結構為研究模型。升降橫移式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫的結構部分、傳動裝置部分以及控制系統(tǒng)部分。本文簡單介紹了車庫的主體結構和特點，對車庫的控制系統(tǒng)作了比較詳細的說明。在對升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計中，采用了先進的可編程序控制器(PLC)控制，運用西門子公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的程序，采用 PLC 作為控制系統(tǒng)簡單易行。其穩(wěn)定、可靠、快速、性價比高的特點使得控制系統(tǒng)非常完美。為了使停車設備滿足使用要求，根據(jù)國家關于機械式停車設備通用安全要求的標準、升降橫移式立體車庫的實際，在升降橫移式立體車庫中使用了一些必要的安全技術，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩(wěn)的運行。關鍵詞：立體車庫；控制系統(tǒng)；可編程序控制器基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 IIAbstractStereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically.On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose three-layer and six-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIEMENS company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.Keywords：Stereo garage; Control system; PLC11 緒 論1.1 立體停車庫的簡介停車庫系統(tǒng)就其結構特征來分類，可分為平面式和立體式兩種，平面式又分為地下平面式停車庫、地上平面式停車庫；立體式停車庫又可分為自行式立體停車庫、半自動立體停車庫和全自動立體停車庫，而全自動立體停車庫還可分為兩層或多層平面式全自動立體停車庫、豎向密集型全自動立體停車庫以及特殊造型結構全自動立體停車庫。目前，機械式立體停車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等，下面簡單介紹下前面四種立體車庫。（1）升降橫移式立體停車庫升降橫移式立體車庫采用以載車托盤升降或橫移存取車輛的立體停車設備叫做升降橫移類停車場，如圖1所示。圖 1 升降橫移式立體停車庫升降橫移式立體車庫配置靈活，造價較低。每單元可設計成多層結構，車位可從幾個到上百個。其突出特點是節(jié)省占地，配置靈活，存取車迅速，等候時間短，價格低，消防、外裝修、土建地基等投資少；采用自動控制系統(tǒng)，構造簡單，安全可靠，運行平穩(wěn)，工作噪聲低。車庫主要停車托板、機械傳動、電氣傳動、自動控制、安全防護幾部分組成，主要適用于商業(yè)、機關、住宅小區(qū)配套停車場的使用。一般升降橫移式單車位造價僅為的垂直升降類或巷道堆垛類的 1/6—1/3，非常適合我國現(xiàn)階段國情。(2) 巷道堆垛式立體停車庫巷道堆垛式立體車庫利用堆垛機或者橋式啟動機作為存取車輛的工具，如圖 2 所基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 2示。它在垂直和水平方向的負荷運動將車輛快速送進或取出。這種車庫不需要車道，而且出入口設置靈活，所有車輛均由堆垛機進行存取，對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，但該立體車庫容積率高，適合于用地緊張，綠化要求高，停車相對密集的場所。圖 2 巷道堆垛式立體停車庫(3) 垂直提升式立體停車庫垂直提升式立體車庫又稱為電梯式車庫，因其獨立的車庫像塔而又被稱為塔庫，如圖 3 所示。這種類型的車庫空間利用率很高，在 50 平方米的地面使用垂直提升式立體車庫，可以建造一座 25 層的塔庫，存車輛可達達到 50 輛，平均每平方米停放 1 輛車。這種車庫通過提升機的升降和裝在升降平臺上的橫移機構將車輛或載車托盤橫移，實現(xiàn)車輛存取，具有省電，噪音小，運行速度快以及操作簡單維護方便等獨特優(yōu)點。該立體車庫采用回轉盤技術，車輛可以直進直出，使用便捷，對于城市繁華區(qū)域或其他停放車輛較為集中的地方，采用這種類型的車庫更是合適。車庫一般較高，但占地卻最小，對設備的安全性、加工安裝精度等要求都很高，所以造價較高。基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 3圖 3 垂直提升式立體停車庫（4）垂直循環(huán)式立體停車庫垂直循環(huán)式立體車庫外觀像垂直升降類的車庫，通過巨型鏈輪和鏈條帶動存車拖降做垂直方向的循環(huán)運動來達到存取車的目的，如圖 4 所示。這種車庫設備動力單一，控制簡單，維護方便、故障少。該類大型車庫一般為封閉式建筑結構，停放車輛可達40 以上，小型車庫可以根據(jù)地理條件單獨設定，也可以多臺設備連臺設定。垂直循環(huán)式車庫占地少，兩個泊位面積可停 6—10 輛車；價格低，投資少，建設周期短。圖 4 垂直循環(huán)式立體停車庫 在對國內外各種同類產(chǎn)品進行分析的基礎上，再結合造價、技術難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)用升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚?，而且對場地的適應性較強，同時采用這類設備的車庫十分普遍。本文以 3 層 16 車位升降橫移式立體停車庫為研究對象，設計了基于 plc 的控制系統(tǒng)，并在 s7-200 上得到實現(xiàn)。1.2 本課題設計的背景隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，截至2011 年 8 月底，全國機動車的數(shù)量達到 2.18 億輛，汽車數(shù)量首次突破 1 億輛。而早在2000 年，全國機動車數(shù)量僅為 1249 萬輛，汽車數(shù)量為 625 萬輛。通過以上數(shù)據(jù)不難看出，短短 10 年里，中國的機動車輛的數(shù)量增加了 17 倍，汽車的數(shù)量增加了 16 倍。而與此相對應的是城市停車狀況的尷尬。以北京市為例，截止到 2007 年底，市區(qū)僅有公共停車場 827 處，共計車位 5.8 萬個，僅占市區(qū)機動車擁有量的 8.6％，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾相當突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的 228 個地下車庫的有效使用面積不足 60 萬平方米，只能滿足 1.3 萬輛機動車停放的需求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達 65％，而且還有繼續(xù)上升的趨勢。據(jù)建設部城市交通工程技術中心對基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 4全國 15 個大城市停車現(xiàn)狀的調查，城市機動車數(shù)量與停車位之比平均為 4：84：1，這一比值對于渴望“車者有其位”的車主來說，形式不容樂觀。停車難產(chǎn)生最主要的原因是城市建設規(guī)劃上的準備不足。上世紀 80 年代初期，北京市有關部門對 2000 年北京汽車發(fā)展數(shù)的預測僅僅是 70 萬－80 萬輛，而事實上到新世紀鐘聲敲響之前，北京市汽車總量則足足比預期多了 100 萬輛，其中私人小客車的數(shù)量就高達 45 萬輛。面對迅速發(fā)展的城市車流，停車設施建設的落后也就成為了必然。據(jù)建設部停車技術開發(fā)推廣中心介紹，北京市停車設施的欠缺最保守估計應為 20－30％。停車難問題現(xiàn)在已引起了社會各界的關注，所以很多高校的老師都把立體停車庫這個課題作為教學科研的一個項目，讓同學們把所學的知識運用到社會實踐中去。剛好這次我有幸獲得這個課題的研究設計。1.3 本題設計的內容本課題的主要內容是基于西門子 S-200 系列 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)的設計，升降橫移類機械停車庫利用載車板移位產(chǎn)生垂直通道,實現(xiàn)高層車位升降存取車輛。其車位結構為 2 維矩陣形式,可設計為多層和多列。由于受收鏈裝置及進出車時間的限制,一般為 2~4 層(國家規(guī)定最高為 4 層),2 層、3 層者居多,現(xiàn)以地上 3 層 6 列升降橫移式立體車庫為例,說明停車庫的運行原理。升降橫移式立體車庫結構特點是：底層只能平移,頂層只能升降，中間層既能升降，也能平移。除頂層外,其他層都必須預留一個空車位,供進出車升降之用。當?shù)讓榆囄贿M出車時,無需移動其他托盤就可直接進出車;除底層外的其他層進出車時,先按下存、取車按鈕，然后再按車位號，程序就開始啟動，建立下行通道，直到下方為空才可進行下降動作,進出車完成后再上升回到原位置，橫移的載車板也回到原來的位置。其運動的總原則是：升降復位,平移也復位。1.4 本題設計的目的及意義作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患已成為當今社會中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識。目前我國經(jīng)濟正處在高速發(fā)展時期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進入家庭的步伐正在加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針的設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難較為有效的手段，機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出其獨特的優(yōu)越性。首先，機械式立體停車庫具有突出的節(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式機械停車庫，可使地面的使用率提高 80％—90％，如果采用地上 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)的經(jīng)濟成本。基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 5機械式立體停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，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。確切的說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般情況下不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。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)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機的設立機械式立體停車庫。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便的條件。當以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決不了上述問題時，采用機械式立體停車設備是一個較為有效的措施。機械式立體停車設備又名立體車庫，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，立體車庫的設計目的：是解決目前城市用地緊張，緩解停車難的一個較為有效方法?？梢灶A見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。 除上訴立體停車庫給社會帶來的意義外，同時這次畢業(yè)設計也給我?guī)砹撕芏嗍斋@。通過這次畢業(yè)設計，我更加深入的了解智能立體車庫的工作原理，能夠熟練掌握PLC 在立體車庫中的運用，能夠自主的對立體停車庫的控制系統(tǒng)進行設計；掌握了控制系統(tǒng)的設計步驟流程以及方案制定方法，具備了控制系統(tǒng)硬件設計、軟件編制與調試等基本能力，提升了自己對于設計智能控制系統(tǒng)這方面的能力，而且能夠將所學的知識與社會實踐相結合?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 62 立體停車庫控制方案的2.1 系統(tǒng)設計的基本步驟 （1）立體停車庫系統(tǒng)設計的主要步驟，如圖 5 所示圖 5 立體停車庫控制系統(tǒng)的設計基本步驟（2）在本次課題設計過程中主要思路如下：1）深入的了解和分析立體車庫的工作原理和控制要求。2）根據(jù)立體車庫的控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)的設計系統(tǒng)結構。3）根據(jù)所設計的場所，選擇步進電機的類型。4）根據(jù) I/O 的點數(shù)選擇合適的 PLC 的類型。5）分配 I/O 點，分配 PLC 的輸入、輸出點。6）設計立體車庫系統(tǒng)的梯形圖設計?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 77）將程序輸入 PLC 程序進行調試，查出錯誤，讓程序更加完善。3 升降橫移式立體停車庫的構成及工作原理3.1 升降橫移式立體停車庫的構成 升降橫移式立體停車庫通過升降或橫移載車板存取車輛。升降橫移式立體車庫主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組成。如圖 6 所示。主框架是立體車庫的支撐結構，通常采用鋼結構。載車板用來承載庫存車輛，載車板上有橫移電機，帶動載車板整體做橫移運動。載車板上的搬運器由四根鋼絲繩與框架連接，可以升降。升降橫移式立體停車庫的傳動系統(tǒng)分為升降傳動系統(tǒng)和橫移傳動系統(tǒng)，是整個車庫系統(tǒng)較為的核心部分。升降橫移式立體停車庫的控制系統(tǒng)可以采用可編程控制器(PLC)、單片機等硬件控制繼電器、接觸器的狀態(tài)，完成升降、橫移的動作，從而完成車輛的存取。安全防護措施是立體車庫的安全保障，一般有緊急停止開關、防墜裝置、警示裝置等。圖 6 升降橫移式立體車庫框架示意圖3.2 升降橫移式立體停車庫的工作原理 圖7所示為3層16車位升降橫移式立體停車庫的工作原理示意圖。圖中的空位是無載車板的空位，為車位升降提供通道。空車位在初始化狀態(tài)下是沒有存放車輛的載車板的。存放在地面層的1、2、3、4、5車位的車輛可以“直接”存取，其載車板只做橫移運動，不做升降運動；中間層的6、7、8、9、10車位的載車板既可以做橫移運動，又可以做升降運動；頂層的11、12、13、14、15、16車位的載車板只做升降運動，不做橫移運動。升降橫移式立體停車庫一般為2-4層，每個車位單獨配有載車板。中間和基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 8地面層每層都有一個空位，頂層沒有空位。上層車位如果要到地面層，需要將下層的載車板移開，使得上層車位的下方騰出空位，然后進行升降。圖 7 升降橫移式立體停車庫工作原理示意圖基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 94 立體停車庫部分硬件的設計4.1 安全防護裝置停車庫的安全防護措施是非常重要的，在眾多的車庫中車輛的高價性與車庫自身的價值存在很大的差異，并與客戶對車庫的信任度有著密切的聯(lián)系。對于升降橫移式立體停車庫，它的安全防護措施要做到以下幾點，并且配備有相應的防護裝置。（1）防火措施:在車庫中安裝有溫煙傳感器，可對車庫的火情實行實時監(jiān)控，并把監(jiān)控信號傳給中央控制系統(tǒng)。（2）急停措施:在發(fā)生異常情況時能使停車設備立即停止運轉，在操作盒上安裝有緊急停止開關，并設為紅色，以示醒目。（3）阻車裝置:在很多情況下停車時，司機必須要把車停在載車板合適的位置上，一般在載車板的后端一側安裝上一塊高 25mm 以上的阻車擋鐵，方便司機準確停車。(4）人車誤入檢出裝置:設備運行時，必須裝有防止人車誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測到在車庫運作時，有人或其它物體進入車庫，系統(tǒng)就會使這個車庫停止運作。（5）防止載車板墜落裝置:當載車板升至定位點后，需設置防墜裝置，以防止載車板因故突然落下，傷害人車，一般防墜裝置采用掛鉤形式。掛鉤防墜方式有電磁鐵驅動和機械驅動。在本設計中采用的是機械式掛鉤，它有性能可靠、結構簡單、便于維護、經(jīng)濟實用等特點。4.2傳感器的選擇PSH16D 型升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)要完成對運動位置的監(jiān)測、車庫現(xiàn)場的監(jiān)控等任務，需要大量的監(jiān)測傳感裝置。在選擇監(jiān)測傳感裝置時，其裝置一般要符合以下要求:（1）輸入輸出信號之間要求一定的函數(shù)關系。經(jīng)常要求時單值、直線性的函數(shù)關系，即符合式中: （2）有較高的的靈敏度和較大的信噪比。靈敏度高，意味著被測量有微小變化時傳感器就有較大的輸出，但又要求傳感器本身噪聲小，且不易從外界引進干擾噪聲。（3）響應速度快又不失真。即要求輸出信號隨輸入信號變化的響應時間越短越好。（4）線性范圍寬。任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內輸出與輸入成正比關系。線性范圍愈寬，表明傳感器的工作量程愈大?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 10（5）穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。穩(wěn)定性指傳感器經(jīng)過長期使用后其輸出特性不發(fā)生變化。影響傳感器穩(wěn)定性的是時間和環(huán)境，環(huán)境又包括溫度、濕度、塵埃、振動、電場、磁場干擾等因素。（6）有較高的精確度。傳感器的精確度表明傳感器輸出與被測量之間的對應程度以及重復一致的程度。（7）輸出信號易于微機接口。對于控制系統(tǒng)而言，要求傳感器的輸出信號盡量符合計算機控制系統(tǒng)輸入通道的信號要求，即為 O~5V，1~5V，O~10V，0 一 ZOmA，4 一ZOmA 等標準電壓、電流。（8）結構要簡單，易于安裝更換，易于維護，性價比要好。在選擇傳感器監(jiān)測裝置時，要以上述要求為依據(jù)。PSH16D 型升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)中所涉及到的傳感監(jiān)測裝置有以下幾種:4.2.1 感煙感溫傳感器立體停車庫對于防火的要求很高，所以在控制系統(tǒng)中，必須要選擇性能比較好的感溫感煙傳感設備。分布智能煙溫復合探測器，按照國家標準 GB4715-93 和 GB4716 一93 的要求設計，感煙靈敏度達到一級，即減光系數(shù)=1000;誤碼率1500m。在車庫運作過程中，煙溫探測器一旦測出被測量超出測量上限，就會發(fā)出火警信號，作為輸入量傳給控制系統(tǒng)。本設計系統(tǒng)中選的是嘉保 GB-2688 型煙溫復合型傳感器。4.2.2 紅外線傳感器停車庫安裝紅外探測器有兩種功能:車庫在運行時，不允許有其它物體進入車庫工作區(qū)域，例如人和小寵物;在夜間或者無管理員時，防止偷盜和蓄意破壞等違法行為。在警戒范圍內，為什么人在移動時被動紅外探測器能夠發(fā)生報警信號?在自然界，任何高于絕對溫度(一 273.巧℃)的物體(例如人和小寵物)，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關的。在被動紅外探測器中有兩個關鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PTR)，它能將波長為 8 一 12pm 之間的紅外信號變化轉變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體或小寵物進入車庫運行警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測基本概念就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個:一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射(反射)在 PTR 上；第二個作用是將警戒區(qū)內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的性是在 PTR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣 PTR 就能產(chǎn)生變化的電信號。被動紅外探測器具有多種型號，比如 DS 公司生產(chǎn)的 DS820、DS720、DS9360等等，從 6 米到 60 米，從單紅外到三技術，從壁掛式到吸頂式，那么所要求安裝的探測器必須要考慮防范的空間的大小，周邊的環(huán)境，出入口的特性等實際狀況。有時要考慮更換菲涅爾透鏡來滿足要求。由于被動紅外探測器是屬于一種微弱信號檢測設備，在安裝時，必須注意一些細節(jié)方面的問題，如高度、靈敏度等。正確安裝一個被動紅外探測器，必須掌握以下幾個方面的信息:首先是對探測器的性能特點必須了解，其次基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 11要合理確定安裝位置，最后必須要仔細調試。不能說探測器能報警就說明安裝好了，那么如何確定一個被動紅外探測器的安裝位置(1)根據(jù)說明書確定正常的安裝角度。安裝高度不是隨意的，會影響探測器的靈敏度和防小寵物的效果。(2)不易面對玻璃門窗。被動紅外探測器正對玻璃門窗，會有兩個問題:一是白光干擾，顯然 PTR 對白光具有很強的抑制功能，但畢竟不是 100%的抑制。因此避免正對玻璃門窗，可以避免強光的干擾。二是避免門窗外復雜的環(huán)境干擾。(3)不宜正對冷熱通風口或冷熱源。被動紅外探測器感應作用是與溫度的變化具有密切的關系，冷熱通風口和冷熱源均有可能引起探測器的誤報，對有些低性能的探測器，有時通過門窗的空氣對流也會造成誤報。(4)不宜正對易擺動的物體。易擺動的物體將會使微波探測器起作用，因此同樣可能造成誤報。(5)注意非法入侵路線。安裝探測器的目的是防止車庫在運行時有人或小寵物進入工作現(xiàn)場和休停期防止進入車庫偷盜。綜合考慮到以上的論述，本文所選的紅外線傳感器為歐姆龍公司生產(chǎn)的型號為E3F3 的傳感器。4.2.3 行程開關PSH16D 型升降橫移式立體停車庫橫移和升降定位所運用的檢測器件為行程開關。行程開關是將機械位移轉變?yōu)殡娦盘?，以實現(xiàn)對機械運動的電氣控制，應用于車庫系統(tǒng)的限位保護和行程控制。行程開關靠外加機械力使觸點動作，可分為三種:快速動作、非快速動作和微動。非快速行程開關在機械系統(tǒng)的移位控制中被廣泛的應用，其缺點就是觸頭的通、斷速度與機械運動部件推動推桿的速度有密切的關系。當運動部件移動速度較慢時，觸頭打開與閉合的速度就緩慢，觸點斷開時產(chǎn)生的電弧維持時間較長，容易損壞觸頭。當運動部件移動速度小于 0.4m/min 時應當選用快速動作的行程開關。停車庫中部件的運動均大于這個速度，使用的均為非快速行程開關。本文選用了兩種行程開關，一種的是歐姆龍公司的型號為 TZ-5104 的行程開關，它是常開，滾輪式的，額定電壓為直流 12V 到 110V，交流為 220V 到 380V。本設計中這種行程開關用于底層和中間層載車板的左右橫移限位，中間層和頂層載車板的升降限位。還有一種是歐姆龍公司的型號為 TZ5101 的行程開關，它是常開，頂柱式的。本設計中這種行程開關用于中間層和頂層的載車板下降到底層時限位用。4.3系統(tǒng)控制箱設計根據(jù)本設計的需要，有 1 到 16 號車位的 16 個選擇按鈕，自動按鈕、手動按鈕、啟動、停止按鈕、急停按鈕、還有手動控制的上、下、左、右四個按鈕。具體分布如圖 8?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 12圖 8 立體車庫控制箱示意圖4.4 電動機的選型在 PSH16D 型立體停車庫中，傳動機構是重要的組成部分，也是控制系統(tǒng)主要控制對象。控制系統(tǒng)控制傳動機構中的交流電機拖動載車板的上下升降和左右橫移。升降橫移式立體停車庫載車板橫移和升降速度都比較低，要求電機輸出轉速不能太高。目前，比較常用的方法是使用變頻器控制交流電機輸出轉速，但是在立體停車庫中電機的負載較大，則控制變頻器輸出功率較高，成本會有大的增加，并且要求電機在掉電時能夠機械制動，這是變頻器無法實現(xiàn)的 [12]。所以，選用帶制動的大功率減速電機作為車庫驅動電機，造價不高，安全可靠。4.4.1 升降傳動電機載車板采用拼裝式選用防滑鋼板焊接制作，在載車板的鋼板下面還設有肋板進行加固。根據(jù)車位規(guī)格：長 L=5000mm，寬 W=1850mm，高 H=1550mm；載重：1800kg。根據(jù)升降橫移式立體停車庫設計規(guī)范，可估算載車板的質量約為 500-550kg，載車板升降速度在 4m/min~6m/min，所以初步設計載車板的提升速度為 5m/min，即電機以 0.083m/s 的速度提升載車板，鋼絲繩的拉力為：（4.1）(1805)9.8230FmgN????則卷筒所需的有效功率：（4.2）23.1wPVW其中 F 為鋼絲繩的拉力， V 為提升速度。考慮傳動中的各種摩擦阻力，使載荷阻力增大 10% ，則 Pz＞P w×110%=2.1KW。電機輸出功率 Pz1Pz。根據(jù)立體停車庫的設備要求及以上的計算結果，所選應選用有制動功能的交流減速電動機，避免在停電的情況下載車板滑落，造成人員傷亡及車輛損壞。所以選用 JXJ231 擺線針輪減速三相異步電機 n=62.2r/min，減速比為 23?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 134.4.2 橫移傳動電機通過鏈傳動由滑輪實現(xiàn)橫移運動。 （參考文獻機械式三層升降橫移式立體車庫的設計）平移重量約為 G=26170N。取導軌面摩擦系數(shù) f = 0.20，則框架平移時所受阻力F：（4.3）26170.5234FGf N???平移速度為 v =8m/min，即 v=0.13m/s。（4.4）1534.8.W0.68kPv?考慮傳動中的各種摩擦阻力，使載荷阻力增大 10%，則（4.5）10%.61.74Z??取傳動中各部件的效率如下：鏈傳動效率 η=0.97，軸承效率 η=0.99，η 總=0.922，所需電機功率為：（4.6）1/=.74/920.8ZPk??總所以選用 JXJ112 擺線針輪減速三相異步電機 n=32.1r/min，減速比為 43。在升降、橫移傳動系統(tǒng)中均選用了 JXJ 型擺線針輪減速電動機，如圖 9 所示，其優(yōu)點是：1）采用了行星傳動原理，輸入軸輸出軸在同一軸心線上，結構緊湊體積小，不占用過多的車庫空間；2）高速比和高效率單級傳動，就能達到 1：87 的減速比，效率在 90%以上； 3）在運轉中同時接觸的齒對數(shù)多，重合度大，運轉平穩(wěn)，振動和噪音；4）使用可靠、壽命長，主要零件采用軸承鋼材料；5）設計合理，維修方便，容易分解安裝，最少零件個數(shù)以及簡單的潤滑。圖 9 JXJ 型擺線針輪減速電動機PSH16D 立體車庫中使用的減速電機均需要正反轉，以實現(xiàn)載車板的上下升降和車位架的左右平移?？刂葡到y(tǒng)驅動減速電機原理示意圖，如圖 10?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 14圖 10 控制系統(tǒng)驅動減速電機原理示意圖4.5 PLC 的選型4.5.1 PLC 的選型基于設計和調試的方便，本次設計采用德國西門子公司生產(chǎn)的 S7—200 系列。S7—200 性價比高，結構小巧、運行速度高、價格低廉及多功能多用途，在當今的很多企業(yè)得到廣泛的使用。s7—200 系列有 5 種 CPU 模塊，其中，CPU226 模塊有 24 輸入、16 輸出，具有擴展功能和較強的控制功能，適用于復雜的中小型控制系統(tǒng)，故本系統(tǒng)采用 CPU226 模塊為控制系統(tǒng)的基本單元。根據(jù)輸入輸出分析，該控制系統(tǒng)需要 83 個輸入和 45 個輸出，基本單元不能滿足輸入輸出的要求，需要增加擴展模塊。所選的擴展模塊為 16 入 16出的 EM223 擴展模塊，共需擴展 4 片?；締卧覀鹊臄U展接口與擴展模塊左側的擴展接口通過總線連接，擴展模塊右側的擴展接口與下一個擴展模塊左側的擴展接口通過總線連接。(1)如圖 11 所示，CPU226 本機集成了 24 點輸入和 16 點輸出，共有 40 個數(shù)子量I/O，可連接 7 個擴展模塊，最大可擴展至 248 點數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量I/O。CPU226 有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6 個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出。CPU226 配有兩個 RS-485 通信/編程口，具有 PPI 通信、MPI 通信和自由方式通信能力，適合本設計的要求。圖 11 CPU226 實物圖(2)如圖 12 所示，輸入/輸出擴展模塊 EM223 有 6 種類型，包括 24V DC4 入/4 出,24V DC4 入/繼電器 4 出, 24V DC8 入/8 出,24V DC8 入/繼電器 8 出, 24V DC16 入/16基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 15出,24V DC16 入/繼電器 16 出。6 種類型均有隔離，本設計采用的是 24V DC16 入/繼電器 16 出。圖 12 EM223 數(shù)字量混合模塊4.5.2 PLC 外部接線圖圖 13 車庫電氣控制原理示意圖基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 16圖 14 車庫電氣自動控制主電路原理示意圖5 立體停車庫控制系統(tǒng)軟件設計5.1 PLC 工作 過程PLC 的工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段 [12]。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 17（3）輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。值得注意的是，西門子公司 1998 年 10 月份之后生產(chǎn)的 PLC，在循環(huán)處理順序上做了部分調整，將輸出刷新階段提前到輸入刷新階段之前。這一點需要用戶在編程時格外注意。具體調整如表 5.1 所示。表 5.1 西門子 PLC 循環(huán)處理順序的調整步驟 98 年 10 月之前的 CPU 中的順序 98 年 10 月之后的 CPU 中的順序1 操作系統(tǒng)啟動周期監(jiān)視時間。 操作系統(tǒng)啟動周期監(jiān)視時間。2 CPU 讀取輸入模塊的輸入狀態(tài)，并更新輸入的過程映像表。 CPU 將來自輸出過程映像表的值寫入到輸出模塊。3 CPU 處理用戶程序并執(zhí)行程序所包含的指令。 CPU 讀取輸入模塊的輸入狀態(tài)，并更新輸入的過程映像表。4 CPU 將來自輸出過程映像表的值寫入到輸出模塊。 CPU 處理用戶程序并執(zhí)行程序所包含的指令。5在周期結束時，操作系統(tǒng)執(zhí)行未決的任務，例如下載和刪除塊、接受和發(fā)送全局數(shù)據(jù)。在周期結束時，操作系統(tǒng)執(zhí)行未決的任務，例如下載和刪除塊、接受和發(fā)送全局數(shù)據(jù)。6 最后，CPU 返回周期開始，并重新開始周期監(jiān)視時間。 最后，CPU 返回周期開始，并重新開始周期監(jiān)視時間。5.2 PLC 程序編制原則設計 PLC 應用程序的基本原則是：第一，最大限度滿足車庫的控制要求，即完整性原則。第二，確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。第三，力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。第四，考慮到擴展的需要，即接口和通信等留有適當?shù)挠嗟亍＠?，系統(tǒng)為 3*3立體車庫，即三層三列立體車庫，最多存放量 7 輛車。存取車控制只針對上層(二、三層)車位，而對于下層車位，存取車只需直接開進開出即可，采用梯形圖語言編寫。對車位的操作就是控制橫移小電機和升降大電機，使它們在不同時間實現(xiàn)正反轉。上層升降動作和以下各層的橫移動作必須是互鎖的，即當上層車位在升降時，下面各層車位不能移動，當下層車位在進行升降動作時，上層車位也不能移動，并且每次升降只能有一個車位進行上下運動。程序設計要求：（1）在底層的１號車位、2 號車位、3 號車位、4 號車位、5 號車位只能左右移動，不能上下移動；（2）在中間層的 6 號車位、7 號車位、8 號車位、9 號車位、10 號車位既能左右移動，也能上下移動；基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 18（3）在頂層的 11 號車位、12 號車位、13 號車位、14 號車位、15 號車位、16 號車位只能上下移動，不能左右移動；（4）底層車位，車輛可以“直接”開入或是開出。 （5）上排車位的汽車，要想開出需要先按下相應車位標號呼叫按鍵，再按下叫車按鍵，然后下排車位先左移動，讓出位置，建立好下行通道后，上排車位才能降至下層，再進出車輛。進出車輛完成后，載車板全部復位。因為載車板每次存取完車后都是全部復位的，故在本程序設計中沒有設計復位。5.3 I/O 點地址分配該系統(tǒng)中 PLC 主要完成對托盤的位置及運行狀態(tài)的檢測和存取車的操作。所用狀態(tài)元件、定時器及數(shù)據(jù)存儲器均選用具有掉電保護功能的元件，當系統(tǒng)掉電時元件保持掉電前的狀態(tài)，以保存現(xiàn)場信息；當發(fā)生意外情況時，按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運行并保存現(xiàn)場斷點信息。 表5.2 輸入/輸出（I/O）地址分配表名稱 代號 地址1-16號車位選擇按鈕 SB1-16 I0.0-I1.7上、下、左、右點動按鈕 SB17-20 I2.0-I2.3自動、手動切換按鈕 SB21 I2.4、I3.1急停按鈕 SB22 I2.5啟動按鈕 SB23 I2.6存車按鈕 SB24 I2.7取車按鈕 SB25 I3.0停止按鈕 SBS I3.21-10號車位左限位開關 SQ1-SQ10 I3.3-I4.41-10號車位右限位開關 SQ11-SQ20 I4.5-I5.66-16號車位上限位開關 SQ21-SQ31 I5.7-I7.16-16號車位下限位開關 SQ32-SQ37 I7.2-I7.7輸 入6-16號車位微提升 SQ38-SQ48 I8.0-I9.2基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 195.4 控制系統(tǒng)設計流程圖YY上限位開關煙溫檢測傳感器 BHBM1-BMBH2 I9.3-I9.41-6號門紅外線傳感器 B1-B6 I10.0-I10.5名稱 代號 地址1-10號車位橫向電機正轉（左移）KM101、KM201、KM301、KM401、KM501、KM601、KM701、KM801、KM901、KM1001Q0.0、Q0.2、Q0.4、Q0.6、Q1.1、Q1.3、Q3.0、Q3.2、Q3.4、Q3.61-10號車位橫向電機反轉（右移）KM102、KM202、KM302、KM402、KM502、KM602、KM702、KM802、KM902、KM1002Q0.1、Q0.3、Q0.5、Q0.7、Q1.2、Q1.4、Q3.1、Q3.3、Q3.5、Q3.76-16號車位升降電機正轉（上升）KM1、KM3、KM5、KM7、KM9、KM111、KM121、KM131、KM141、KM151、KM161Q7.0、Q7.2、Q8.0、Q8.2、Q9.0、Q4.0、Q4.2、Q5.0、Q5.2、Q6.0、Q6.26-16號車位升降電機反轉(下降）KM2、KM4、KM6、KM8、KM10、KM112、KM122、KM132、KM142、KM152、KM162QQ7.1、Q7.3、Q8.1、Q8.3、Q9.1、4.1、Q4.3、Q5.1、Q5.3、Q6.1、Q6.3設備運行燈 HG Q10.0報警燈 HR Q10.1輸 出警鈴 HA Q10.2NNN開始提取存取車位信息比較判斷空位位置下層載車板橫向移動下行通道是否建立載車板下降是否到位存取車等待載車板上升載車板是否到位基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 20YY N YY圖 15 立體停車庫二、三層控制流程圖圖 15 圖為 2、3 層車位的存取車流程，首先，按下啟動按鈕，然后系統(tǒng)系統(tǒng)初始化，然后根據(jù)需要，按下存車或是取車按鈕，再按下車位號，系統(tǒng)就開始工作，下層載車板開始橫移，建立下行通道，判斷下行通道是否建立好了，沒建立好，下層載車板就繼續(xù)橫移，如此循環(huán)，直至下行通道建立好為止，下行通道建立好后，上層載車板開始下降，直至到位，存取車等待，車輛存取完后，載車板上升，上升到位后，下層載車板開始復位，先是二層載車板復位，然后是一層載車板復位，下層載車板復位完后，程序結束，等待下一次的存取命令。圖 16 1、2 層載車板手動控制橫移流程圖圖 16 為 1、2 層載車板手動控制流程圖，其流程為首先按下啟動按鈕，然后按下手動按鈕，然后就選擇車位號，對其進行手動控制的橫移運動，不能同時按兩個車位號，左右橫移的最大限度是此車位載車板左右的限位開關位置，如果觸發(fā)了其中一個限位開關，那么載車板只能手動反向移動了。本設計的手動控制是當按著移動方向鍵時載車板才移動，放開后載車板停止移動。此設計是為了維修、調試和一些突發(fā)情況的復位。 載車板下降結束下層載車板橫移復位載車板是否到位基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 21YYYN Y圖 17 2、3 層載車板手動控制升降流程圖圖 17 為 2、3 層載車板手動控制升降流程圖，其流程為首先按下啟動按鈕，然后按下手動按鈕，然后就選擇車位號，在對其進行手動控制的升降運動前，應該先將對應下層載車板進行橫移運動建立下行通道（除 11 號車位） ，如果是選擇的 2 層載車板升降，那么這個載車板必須在其左限位或是右限位位置進行升降，因為只有在這兩個位子的正下方在右下限位開關。如果觸發(fā)了上限位開關或是下限位開關，那就只能反向升降了。然后再維修調試完后，把發(fā)生升降的載車板手動控制到初始化位置，然后是把發(fā)生了橫移的載車板手動控制到初始化位置。本設計的手動控制是當按著移動方向鍵時載車板才移動，放開后載車板停止移動。5.5 PLC 控制系統(tǒng)的梯形圖設計見附錄NN開始提取手動控制車位信息手動控制載車板橫移左右是否限位載車板只能反向升降維修、調試是否完畢將載車板橫移回初始化位置結束上下是否限位手動控制載車板升降將載車板升降回初始化位置基于 PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 226 總 結 升降橫移式立體停車庫運行以來，滿足了企業(yè)的要求，控制系統(tǒng)己經(jīng)投入批量生產(chǎn)。本文設計了立體停車庫的部分硬件系統(tǒng)和軟件控制程序，針對立體停車庫自動存取車的要求，展開了一系列的工作。我在本設計中主要完成了以下幾個方面的內容：1)針對本課題設計內容，我查閱國內外立體停車庫的相關文獻，并對立體停車庫工作原理的分析。2)確定了本課題的設計流程。3)在基于本立體停車庫工作原理的理解，我進行了升降橫移式立體停車庫的結構分析與控制系統(tǒng)部分硬件與軟件設計。4)在研究與設計中，運行系統(tǒng)的控制流程，應用 STEP 7-MicroWIN V4.0 編程軟件編寫了相應的 PLC 控制程序，本程序運用了模塊化編程思想，使程序簡化，縮短了掃描周期，實現(xiàn)自動存取車的功能?；?PLC 的 PSH16D 型立體停車庫控制系統(tǒng)設計 23盡管如此，本系統(tǒng)仍然存在許多需要改進的地方。如在本設計的研究中雖然對立體停車庫的部分硬件、軟件系統(tǒng)進行了分析，但在對存取車路線的優(yōu)化方面并沒有進行深入研究。在本次設計中我可以說是受益匪淺，學會了很多解決問題的方法。其實在大學里面不僅僅要學習書本上的知識，還要培養(yǎng)自己的思維方式，要學習怎樣運用