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1、南 京 工 程 学 院毕 业 论 文继续教育学院 08 级 工业电气自动化 专业题 目： 基于PLC的立体车库控制系统设计 学生姓名： 袁帅 指导教师: 林尔付 2011年4月目 录第1章 绪论1.1 课题的研究意义.21.2 国内外的发展概况.21.3 国内停车位需求量预测分析.31.4 立体车库的分类.31.5 车库选型.31.6 本章小结.4第2章 自动立体车库的简介2.1 钢架结构及钢材选择.52.2 存取装置.52.3 回转升降装置.72.4升降装置.72.5 存取车过程.72.6 本章小结.9第3章 立体车库控制系统设计3.1 立体车库控制系统的主要要求.93.2 立体车库控制系统
2、的总体设计.93.3 控制系统的硬件构成.103.4 升降机电路设计.123.5 立体车库的PLC程序设计.133.6 信号检测.173.7 安全措施.173.8 可靠性设计.173.9 实验模拟.183.10 本章小结.18结论与展望.19参考文献.20致谢摘 要随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。近年来，立体车库市场迅猛发展，采用灵活的传输设备和物流线路以及可靠的控制系统是实现立体车库自动化的关键，使立体车库管理进入智能化、科学化、一体化的智能管理阶段。立体停车库生产在中国是个新兴行业，立体停车库可缓解城
3、市动、静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地价值。本系统采用PLC、计算机结合组态画面监控，按动按钮或控制组态画面即可完成汽车存取过程，操作简单，存取方便。控制电路部分采用交流接触器传统方式，使运行安全可靠。设计采用可分组合，模块式安装，方便灵活，具备维护使用方便，造价低等特点PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入
4、/输出控制各种类型的机械或生产过程.当前，PLC在立体车库控制系统中的应用如火如荼。例如，以Visual Basic 6.0为开发工具，以Windows为操作平台，运用HMI(人机界面)与PLC控制技术以及变频调速技术，实现立体车库存取车的自动运行，并对车库运行状况采取实时监控。这些已经代表了目前PLC在立体车库控制系统中应用的新技术。通过对现有各种停车设备的特点和使用条件的比较分析，并搜集整理用户在使用过程中的反馈意见，设计一套能够满足当今中国市场要求的，优质高效又比较经济的立体车库控制系统，是我一直追求的愿望。限于学识基础，本文仅就立体车库的分类及基本结构作一简单介绍，并重点尝试进行了基于
5、PLC的立体车库控制系统的设计。关键词:立体车库；控制系统；PLC第1章 绪 论1.1 课题的研究意义随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题。近些年，立体车库市场有迅猛发展的态势，采用灵活的传输设备和物流线路以及可靠的控制系统是实现立体车库自动化的关键，立体车库应具备优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度，管理人员数量少，便于防盗等特点，使立体车库管理进入智能化、科学化，一体化的智能管理阶段。1.2 国内外的发展概况一、国外的发展概况国外发展立体车库较早的有日本、韩国、德国等国家。在亚洲，应用较普遍的是日
6、本、韩国和我国台湾省。亚洲的机械式停车设备技术起源于日本。1960年以后，立体车库逐年增多，品种也从单一垂直循环式发展为多种形式，到今已开发生产出九大类近百个品种。管理体制、技术标准等方面日趋完善，日本在役的停车设备最多。目前全日本已经投入使用机械式停车位超过300多万个。韩国机械式停车设备行业是仿效日本起家的，发展历程比较平稳。20世纪70年代为起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为使用阶段。制造企业有近百家，由于受到政府的重视，年增率速度达到30%, 2000年后为发展阶段，自动化停车设备随供应量的扩大得到迅猛发展。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不是很突出，停车设备应用不是很
7、多。产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式产品应用也很好。德国的停车业很发达，生产停车设备的厂商约有24家，其中KLAUS和OTTO WOHR两家公司的产量约占德国总产量的80%。德国和意大利等欧洲国家的停车库优势在巷道堆垛类产品上。二、 国内及港澳台地区的发展及现状台湾地区在20世纪70年代初，公共和民间停车场70%是地上和地下平面停车场。早在1981年，日商即在台兴建完成第座垂改循环式停车塔，落十来来饭店的建筑体之中，1982年生产出第一台双层式停车设务随着汽车的大量进口，使机械停车设备制造业得到快速发展，到1996年制造企业达到600多家，停车设备行业进入发展高峰阶段。但从1997年起
8、，台湾房地产萧条，股市暴跃，停车设备行业出现滑坡，经过优胜劣汰后，行业进入稳步发展阶段。1984年，北京有色冶金设计院的工程师们，在设计一个综合写字楼项目中，发现与其配套停车位难以解决，由此开始开发设计机械式停车设备。经过几年的努力，1988年我国第一个采用二层升降横移式机械停，设备的地下车库在北京建成。两年后，位于中国石化总公司北京设计院院内，第一座竖直循环式机械车库建成。这两个机械车库的建成，揭开了我国机械式停车设备行业的开篇，为解决城市停车难的问题开了新的途径。我国在20世纪90年代初开始研制和使用机械式停车设备。90年代后停车设备的应用逐步推广，己经形成新兴的停车设备行业。机械停车设备
9、技术在我国发展经过了三个阶段:第一个阶段为自主开发阶段，此阶段为行业发展初期，市场较小，因此种类较少，技术单一；第二阶段是技术引进阶段，为了弥补各自的不足，开始寻求合作，利用国外的成熟技术、国内的廉价的生产成本，加入到行业的竞争中；第三阶段就是消化与创新阶段，从2003年开始，市场竞争加剧，各企业为加强自身的竞争力，开始在降低产品成本，提高产品技术水平方面下功夫，对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。目前，国内停车行业现状有如下特点:1品种规格增多，技术水平提高2市场覆盖率不断扩大3用户服务面扩大4出口量增加1.3 国内停车位需求量预测
10、分析据国家统计局资料显示，随着我国顺利加入WTO，轿车的家庭化，汽车工业得到飞速发展。2002年以来，我国的轿车呈不低于40%的高速增长态势，需要大量的停车位。各地方的停车位发展速度滞后于汽车发展速度，必然导致停车难。目前，停车难己成为大中城市发展的社会问题据有关部门统计，2004年，我国城市汽车保有量已突破1000万辆，到2010年将达到2000万辆。数量如此众多的汽车停放，导致停车难问题的出现，可见我们机械停车设备行业拥有巨大的商机和广阔的市场。机械式立体停车库与自行式平面停车场相比的优点：1节省土地:据了解，机械式立体停车库的占地面积约为平面停车场的1/2至1/25，空间利用率比自行式停
11、车库提高75%以上，有效提高车位利用率。2造价低:机械式立体停车主要向垂直空间发展，占地面积少。机械式停车设备每个泊位投资约210万元，而建筑自行式停车场(库)每个泊位的造价约为20万元，所以总体成本低于同等规模地下停车库。3安全性能好:机械式立体停车库是自动停车和取车，杜绝人为因素，采用自动化智能控制，存取车方便快捷，对车辆的防盗性和防护性都很好。另外，火灾隐患也大为降低。4可以免除采暖通风设施:运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。5使用方便:按设计要求，一般存取车时间不超过120秒钟，通常不可能出现存、取车排队的现象。6高环保性:机械式立体停车库内的车辆是车主熄火后由机械装置存入车库
12、，因此车库内空气污染较低，还省去了大量的通风设备投资。诸多因素表明，我国立体停车产业与其配套产业目前正在成为潜力巨大的前途性产业。停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高科技、高安全性、高可靠性、高效率的机械式、立体停车库将具有巨大的发展前景。1.4 立体车库的分类国家质量监督检验检疫总局颁布的特种设备目录(国质检锅200431号)中，把机械式停车设备共分为九大类，代码4D104D90,即:升降横移式(psh)，巷道堆垛式(pxd)、垂直升降式(pcs)、垂直循环式(pcs)、水平循环式(psx)、多层循环式(pds)、平面移动式(ppy)、简易升降式(pjs)、汽车专用升降机式(pqs)
13、。1.5 车库选型机械式车库在设计和选择库型时首先应考虑以下因素:停车库的库容量、停放车辆的规格、停车库的存(取)车时间、停车库所服务的区域半径、车位周转率、管理与收费方式等，同时必须考虑土地价格、土建成本，设备投资以及投资回报率等因素。一般情况下，不同类型的机械式停车设备都有其独特的优点，只有正确选用，才能充分发挥停车设备的作用。一、立体车库的主要技术指标1适用车型大多数汽车都是按标准外形来生产的，根据汽车尺寸的不同，选择适用车型，设计时可采用标准车型尺寸，根据存取设备的运动精度在各个方向上加大安全余量，一般取200-300mm,由此而算出停车车位空间。2库容与库容利用率和存取时间利用有限的
14、占地面积停放更多的车辆即库容最大是立体车库最根本的设计目标，同时尽可能缩短车库存取时间。二、车库选型各种机械式立体车库的特点及适用场合详见表1-1。表1-1 机械式立体车库的分类特点及使用场合比较各种车库的优缺点，垂直升降类车库具有平面和空间利用率高、技术性能好、节能、噪声小、速度高，出入车快，进出入车方式自由、安全装置齐全可靠、操作简单维护方便等独特优点。垂直升降式立体车库是一种综合性能比较优良的车库，自动化程度较高，具有广阔的发展前景。本文选定垂直升降式立体车库(见图1-1示意)作为研究对象，重点讨论控制系统设计的关键技术。 图1-1垂直升降式立体车库1.6 本章小结本章主要介绍了由于汽车
15、工业的迅猛发展，导致停车难问题的出现。为了更好的解决停车问题，形成了一种发展经济高效的立体车库的趋势。通过对国内外立体车库发展现状的介绍，作出了国内停车需求的市场预测。通过对立体车库的九种分类及特点的了解，按照其适用场合，以及投资经济性比较分析，选择垂直升降式立体车库作为本论文的研究对象。第2章 立体车库的基本结构2.1 钢架结构及钢材选择钢架结构包括:1)主结构架，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量；2)内部结构支架，用于构成存车室和支撑停车库内一些机械和电气部件。钢结构的设计应符合(B/T3811起重机设计规范的规定。2.2 存取装置在立体车库中要完成的主要任务就是如何在最短的时间内完
16、全地完成车辆的存取，而立体车库中曳引升降机的速度己经设定，因此设计一套合理而安全的存取装置和一套旋转装置将成为本车库设计的重要任务。如果设计合理，一方面可以减少存取车辆的时间，另一方面可以增加车辆存取过程中的安全性。一、存取方式的选择垂直升降式立体车库的存取方式主要有:1滑叉载车式:车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由三级滑叉装置横移至存车室。2链传动载车式:车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由链传动横移至存车室。3叉梳载车式:车辆由升降装置上的梳叉提升，且通过梳叉横移把车辆送至存车室相交错的叉齿上。4履带输送式:搬运器在车辆前后轮处有两个主动履带，横移时由这两个主动履带带动存车室上的被动
17、履带，将车辆送至存车室。其中滑叉载车式和链传动载车式存取车方式是指每个停车位都有一个放置车辆的载车板，通过对载车板的存取实现存取汽车。由于每个车位都有一个载车板，因此在连续存车或连续取车时，都会有一个存或取载车板的空行程，增加了存取车时间，影响车库的存取车效率。伸缩叉梳式和叉式小车交接系统机构简单，传动部件少，维护工作量少，运行效率高，因此更适合中小型车库使用。考虑到存取车时间是一个影响立体车库使用的重要因素，所以选择效率较高的叉梳式存取方式。二、固定和横移叉梳叉梳式就是库位是一个叉梳，而升降机中还有一个与它相错的叉梳，升降机平层以后，横移装置把移动叉梳横移到位，通过两个叉梳的相对交错运动实现
18、汽车的存取。根据移动叉梳的不同，叉梳式存取方式又有两种:一种是停车库位叉梳作横向移动，而升降机中的叉梳不作横向移动:另一种是停车库位中的叉梳固定，升降机中的叉梳升降到位后作横向移动。前一种方式中，升降机内的机构简单，但是每一个停车位最少需要一个动力源和一套传动机构，一方面增加了整个车库的成本；另一方面，由于运动机构的增加必然降低整车库的可靠性。后一种方式中，停车位的叉梳系统结构大为简化，而升降机内的机构稍微复杂，从总体来看，运动机构减少，增加了整个车库的可靠性。通过上面的分析，决定采用后一种叉梳式存取方式。停车位的叉梳设计为囚定的，升降机中的叉梳在动力系统的带动下可以横向移动。叉梳的推出方式有
19、双向和单向两种方式，单向推出叉梳的横移机构简单，但是安装叉梳的旋转台必须能作180旋转才能实现左右方向存取车辆；双向推出叉梳不需要作180。旋转就能实现左右方向存取车辆，但是要实现双向推出，其横移机构就要复杂许多，而且会增加横移叉梳的宽度，从而增加升降机井道的宽度。因为旋转台是必须的装置，为了减小车库井道的宽度和降低横移机构的复杂性，把旋转台安装在升降机上，移动叉梳安装在旋转台上，它们之间通过轨道连接。旋转台能实现180。正反向旋转，在旋转台的带动下，横移叉梳只需单向伸缩就可实现对井道两边库位上汽车的存取。这样固定停车位就不需要动力源，除升降机的动力源之外，只有旋转、横移和载车台升降三两个动力
20、源，它们都安装在升降机中，而且运动部件也大为减少。这不仅提高了整个系统的可靠性，而且使得维修方便。移动叉梳的结构示意见图2-2。固定叉梳的结构与横移叉梳正好相反，横移又梳的梳叉部分对应固定叉梳就是空格，横移叉梳的空格部分对应固定叉梳就是梳叉，而且横移叉梳中间盖花纹钢板的部分固定叉梳是一个完全的大空格。这样才能实现两个叉梳的相错运动。由于车辆的存取是通过横移叉梳与固定叉梳的相错运动来实现的，因此在叉梳的结构设计时，必须能使横移叉梳与固定叉梳能够实现相错运动，不发生运动干涉，而且横移叉梳在存取车时的上下运动空间要充足。2.3 回转升降装置升降回转装置由螺旋幅、升降架、回转台等部分组成。通过比较分析
21、现存同类立体车库的横移与旋转机构的优缺点，把旋转装置与横移装置全部放在升降机上，采用内置式转盘。存取车时，叉梳有升降移动，通过旋转台升降来实现。需要上升时，电机驱动螺旋幅使剪叉式升降架打开而升高:下降时，通过电机反转而带动螺旋幅使剪式升降架下降。需要回转时，通过旋转电机驱动齿轮减速箱，其输出小齿轮驱动回转大齿轮完成回转动作。旋转台的结构示意见图2-3和2-4。2.4 升降装置升降装置包括):1曳引驱动机，即电机、减速箱和制动器；2)传动部件，包括钢丝绳和滑轮(或升降链条、链轮)等；3)对重和平衡链；4)外降导轨和对重导轨。曳引驱动机通过钢丝绳(或链条)使载车台升降，同时对重也相应运动，平衡重量
22、，这样有利于减小电机功率。垂直升降式停车设备曳引驱动机构主要有以下几种设置形式：1）定滑轮机构曳引驱动形式 2）动滑轮机构曳引驱动机构 3）曳引驱动机构下置驱动形式 4）车库升降系统驱动形式 升降机构是垂直升降式立体停车设备中非常重要一个子系统，负责将存取机构及存入的车辆提升到指定的楼层，或者将出库的车辆及存取机构带到地面，它在整个立体车库中安全要求最高，不能发生意外，造成车辆或人员损失。2.5 存取车过程立体车库控制系统通过人机界面来实现。存车时，在人机界面的主界面中，按“存车界面”，再选择所需要存车的库位(按“取消”键可重新选择库位)，判断无误后，按确定，自动完成存车过程:取车时，人机界面
23、进入取车界面，直接选择想要取车的库位(按“取消”键可重新选择取车库位)，判断无误后，按确定，自动完成取车过程。用户存车，进入存车界面。发布存车指令，人机界面将相应信号送给PLC，此时，大门打开，司机将车开到升降台指定位置后下车，选择库位并按“确定”键，此时，大门开始关闭。PLC根据选取库位判断是否需要旋转，若需要，则起动旋转电机。同时，升降台低速上升，到达换速限位开关，转为快速上升，快要到达指定层时，升降台切换为低速上升，达到指定层碰撞到主平层行程开关时，主电机制动。计数器根据平层开关设定的数值，发布平层指令，开始平层。当平层行程开关均闭合(四角水平)时，平层结束。此时，旋转台升起，叉梳伸出，
24、把汽车推进库位，停放准确后，旋转台下降，横移又梳落至库位槽内，此时汽车被架在库位上，车被存入库位。叉梳自动退出库位，回到旋转台原位。此时，在人机界面上显示相应库位有车信息。同时升降台低速下降，至换速限位点，转为快速下降，快到一层时切换为慢速下降，到达一层时平层，旋转台恢复至原状态，完成存车操作。系统采用变频器实现多速段调速控制。存车流程见图2-5。取车时，在人机界面上选择取车界面，选择库位，判断无误后，按确定。进入取车操作。根据库位位置，PLC判断是开始取车前将旋转台旋转180还是取完车后再旋转180。然后，升降台开始快速上升，到达指定层，并平层。此时，横移叉梳进入库位，当到达库位限位时，旋转
25、台上升，横移叉梳上抬，托起汽车，将车拉出库位，送至旋转台上。此时，汽车被架在旋转台上，旋转台下降复位。人机界面上相应库位的车消失，升降台下降至一层，开始平层，平层完毕，PLC根据先前的判断是否将旋转台旋转180，并检测旋转台是否到位。大门打开，司机把车从升降台上开出，延时l0s后，大门自动关闭，取车过程结束。取车流程见图2-6。 2.6 本章小结本章对垂直升降式立体车库的结构形式进行设计，采用简洁灵活的梳叉式横移存取方式，内置式旋转台，使停车库位的叉梳结构大为简化，而升降台内的机构相对复杂。总的来说，运动机构部件减少，系统可靠性增加，使得维护保养方便。第3章 立体车库控制系统设计3.1体车库控
26、制系统的主要要求立体车库对控制系统主要有以下几个方面的要求：1.自动操作:存取车时，按钮操作，只要按动选车位按钮，控制系统根据当前车库存车状况，自动选择调度方案，以最短的!间完成车辆的出入库。2.安全互锁控制:立体车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所以必须要有如光电检测等安全设施，及时检测车库状况，避免事故发生。3.高速、平稳:为了缩短存取时间，要求传动装置以高速度运行，同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、低噪声与平稳起动和制动。3.2 立体车库控制系统的总体设计立体车库是一种机电结合的产品，在控制系统的管理下来完成各种车型的存储和取出。一般来说，基于可编程控制器PLC的控制系
27、统能够适应和满足立体车库高性能的使用要求。但是，因为PLC控制其显示和文字处理功能比较差，难以实现网络化管理，而PC技术具有非常优良的显示和文字处理功能，且易于互相联网通信，实现网络化管理。为了便于管理和维护，并能通过PC实现车库的数据库管理功能，整个立体车库的控制系统以触摸屏为用户人机界面，以可编程控制器PLC为主控制器进行前端控制，并通过人机界面上的控制按钮，由工作人员现场操作来实现对车库的管理和控制。采用PC机为上位机，PLC为下位机，两者之间的通信由PLC的串行通信、适配器模块与PC机的RS-232接口通过串行通信数据线来完成。系统控制流程见图3-1。垂直升降式立体车库整个控制系统分为
28、PLC控制系统、通讯系统、人机界面、信号检测、数据库及报表管理系统等。控制系统采用高性能光敏元件、传感器，检测移动叉梳的运动位置、库位状态、旋转台上汽车停放位置等，然后把检测到的数据传送给PLC作为控制的输入信号。该车库的控制系统核心是PLC,当用户进行操作时，PLC接收用户的指令，发布操作流程，判断检测元件的状态，读取执行元件的信息，然后通过软件控制合理的时序安排，反馈信息，指挥执行元件动作。为保证立体车库运行稳定、安全，主电机、平层电机均为断电抱闸型，避免突然掉电时升降台滑落:同时适当加配重，以减小主电机的提升转矩:为减少磨损和增加安全保障，升降台升降、旋转台旋转、叉梳横向伸缩移动均有滑道
29、和限位保护开关。在主线路上，为了防止电源的干扰，增加外部保护器件，如自动空气开关、隔离变压器等，避免因过流信号而损坏PLC。车库控制系统的逻辑控制部分则是车库运行安全可靠的关键。变频器是利用继电器接点和PLC连接，为了防止因接触不良而带来的误动作，选择使用高可靠性的控制继电器，以达到提高系系统可靠性的目的。3.3 控制系统的硬件构成由于该垂直升降式立体车库控制系统控制量只有数字开关量，并且车库要求高度的运行可靠性和快速性，因而选用日本三菱FX2N、系列可编程序控制器(PLC)作为控制系统的主控机，三菱FX2N、系列PLC具有高速度、小型化、高级功能逻辑选件以及定位控制等优点，在基本单元上扩展可
30、进行16-256点的灵活输入输出组合；可运用SFC顺序功能图)方式和梯形图两种方式编程，指令系统丰富，编程方便，还具有数据处理和运算指令。图3-2立体车库控制系统组成框图由控制系统框图3-2可知，变频器只完成调速功能，逻辑控制部分由PLC完成。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出信号，同时变频器也将本身工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置与曳引电机同轴联接的旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度和位置闭环。选用三菱A540系列变频器，安装FR-ASAP卡(PG卡)，在电动状态下调速范围可达1: 1000，速度变动率小于0. 02，短时零速锁定力矩可达I50
31、%。用脉冲编码器检测曳引电机的转速，将信号反馈给变频器，自动补偿速度变化。旋转编码器与曳引电机同轴联接，通过FR-ASAP卡对电动机测速和反馈升降机的位置。选用海德(HEDSS) ISC38-I024B增量式光电脉冲旋转编码器，产生A, B两相脉冲。根据A, B相脉冲相序，可判断电动机的转向；根据A, B相脉冲的频率，可测得电动机的转速。若以A, B相脉冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可形成代表正反向脉冲位移的脉冲序列。编码器将此脉冲输出给FX- ASAP卡，以反馈给变频器，以便进行运算调节。PLC控制系统接线图如图3-4。图3-4 PLC控制系统接线图3.4 升降机电路设计升降曳引电机采用一台2
32、2KW的三相交流电动机，为了提高存取车的效率，保证平层精度，PLC经变频器对曳引电机进行调速，从而拖动升降机升降运行，原理见图3-5。为使升降机升降平稳，预置几段加减速度，以获得适宜的运动曲线。图3-4 升降机升降原理图升降机启动运行时，PLC高速计数器C235开始记数编码器脉冲信号，在启动后经过2S的延时，达到系统设定的速度正常运行，当计数满足人机界面上选择库位时产生的脉冲设定值时，升降机转为低速运行，直到库层的平层光电基准点接收信号停止。 编码器安装在曳引电机主轴上，其输出送到变频器，形成电机转速的闭环控制。编码器送输出的信号经变频器分频C1-1/64)后送到PLC的高速计数(CT)模块，
33、与车位的平层信号组合实现升降机位置的精确测量和定位。此外，编码器的输出信号还用于升降机速度的实时测量和监控。3.5 立体车库的PLC程序设计根据立体车库存取车的流程，采用步进梯形图形式进行设计。存车与取车程序大部分相似，不同之处在于横移叉梳和旋转台的动作顺序，所以可在两个流程间实现步进点的互相跳转，充分利用子程序功能，简化整个逻辑关系。平层控制方案中，采用三角平层方式，确定一个基准点后，由2台平层补偿电动机各自控制2角；减速传感器采用圆柱形接收式光电开关，位于每层主限位开关(除顶层、底层外)下400mm处。本车库控制系统分手动操作和自动操作两部分。手动操作是专门用于车库设备的安装调试、维修和故
34、障处理；自动操作为车库正常运行时使用，安装在车库外面控制室内，方便用户存、取车操作。两套系统处于互锁状态，互不影响。程序设计方案如下:1.判断是否旋转及指定层。通过接收触摸屏按键信息来判断旋转台是否需要旋转、升降台移动到指定的哪一层，来决定下一步动作。2.库位记忆和清除。每次存车到位后，根据库位上的光电检测，给PLC库位记忆辅助继电器M1-M12一个信号，使库位所对应的辅助继电器上电。HMI读取这一继电器状态，显示相应库位有车，取车时刚好相反。存车时，将车开到升降台指定位置，升降台上存90布置的长条形光电开关X017检测汽车外形及停放位置，X053检测旋转台的位置，此时根据HMI上的指令判断是
35、否需要旋转，若旋转需X020检测旋转台是否旋转到位，M63、M64上电，根据相应库层的脉冲计数，PLC即可发出指令让升降机运行到所需库层。而后根据基准点开始平层，平层结束旋转台升起，触发存车指令，伸出叉梳，库位上的检测车辆停放到位，旋转台下降，叉梳复位，人机界面显示该库位己有车，说明存车结束。取车过程类似，只是旋转台升降及叉梳移动顺序有所不同。一、库层检测采用变频器调速双闭环控制，利用旋转编码器构成速度闭环和位置闭环。脉冲编码器的输出一般为A和A-, B和B-两对差动信号，用于位置和速度测量。信号被引入FR-A5AP卡(PG卡)后，经辩相和乘以倍率后变成代表位移的测量脉冲，将其引入PLC的高速
36、计数端，进行位置控制。系统采用相对计数方式进行位置测量。系统运行前虚先将升降机升降单位平层点脉冲数通过编程方式存入PLC内存单元D12。存车或取车时，在人机界面上进行库位选择，相应的辅助继电器军一位，并把对应的库层数值K1-K6送入寄存器D10。在升降机运行过程中，通过旋转编码参检测，C235高速计数，软件实时计算库层位置、换速点位置等信号。控制梯形图见3-5。图3-5 升降机库层检测升降机运行中位移的计算如下:H=SI,式中S为脉冲当量；I为累计脉冲数；H为升降机位移。S=（D）/（P）,D为曳引轮直径；为PG卡的分频比；为减速器的减速比； P为编码器每转对应的脉冲数。假定=1/32, D=
37、580mm，电机输入转速为N=1450r/min,P=1024, =1/18代入S=（D）/（P），可得S=1mm/脉冲。据此算出S的单位脉冲距离，根据库位单位换速点的高度，可知单位换速点的脉冲数，并通过编程方式存入内存单元D12。二、存取控制 梳式交换是用横移叉梳平移及升降装置实现存取车操作，存取车全部过程自动完成。 横向移动控制是指当升降机移到指定层并平层后，将乍送入或取出左右库位的控制电路，该动作是由平层后的信一号触发，直到升降台上限位开关动作。当在人机界面上选取操作时，触发某库区呼叫，升降台首先响应库层信号，接通库层感应辅助继电器并保持，同时，根据库区位置而判断是否需要旋转升降台，然后
38、刁开始升降机的运行。当升降机到达人机选定的库层时，根据平层基准点感应信号停止升降机运行，并开始平层。待平层后，根据人机界面的信号指令，判断是否升降旋转台，若为存车信号M200，则需先让Y016动作，升起旋转台，再启动横电机Y005，将横移叉梳送入相应库位；若为取车信号M201，则先启动横向移动电动机Y005，待叉梳伸出限位X054发出信号后，旋转台升降电机Y016动作，将车从库位上举起，然后叉梳收缩，旋转台下降，升降机又开始下降运行到原位。控制梯形图见图3-6。图3-6 叉梳存取控制三、平层电路因为升降机的自重和车辆重量之和较大，而且升降机面积又较大，受到不平衡力作用后，容易变形。导致升降台到
39、达某一层后，升降机下面四角与库层可能不共面，横向移动装置不能将横移叉梳推入库位，因而必须先进行平层。升降台的平层采用二角平层策略，句角必须平层后，才 允许移动叉梳。 采用2部平层电机，在升降旋转台呈三角形布置安装一个主平层行程开关和二个辅助平层行程开关，在升降机运行井道中每层布置平层基准点C1-C6，其由X021-X026检测，在A区布置辅助平层光电检测点X035-X042, B区布置辅助平层光电检测点X043-X050。若某角的开关没有闭合，对应的平层电机就会正向起动，带动该角上升到指定位置；若某角的开关闭合过，对应的平层电机就会反向起动，带动该角下降到指定位置，直到触发相应库层的辅助光电检
40、测开关。升降台下降时的平层原理同上，其控制电路梯形图如图3-7所示。图3-7 平层电路梯形图四、旋转控制图3-8 旋转台控制为了提高立体车库的存车率，应尽可能减少车库的占地面积。因此，要求车库的各部件间的配合紧凑，转盘的转角及转盘上叉梳的位置精度指标要求较高。否则在升降机带动汽车升降时会造成严重的事故。采用一套光电传感器，由X017检测旋转台上是否有车，X053检测旋转台中位，X020检测旋台旋转位置，X027, X030检测升降机的原始位置。由于转盘带动叉梳和轿车一起旋转，转动部分的惯量较大，为了提高效率和保证转角的精度，转盘也由变频器对其驱动电机进行变速控制。并与精密的位置传感器和灵巧的限
41、位装置相结合，达到快速旋转和精确定位。由于叉梳只能单方向伸缩，根据人机界面的选择，旋转台的旋转动作可能在升降机启动前，也可能在升降机下降停止后。若为B区存取车，旋转台必须先旋转180，在升降机下降停止后，检测到旋转台上没车，则需旋转复位，进入S28步序；若为A区存取车，旋转台在升降机下降停止后，进入X27步序，再由X017检测旋转台上有无车，有则旋转，没有则不。控制电路梯形图见3-8。3.6 信号检测立体车库的存取过程是自动完成的，从司机开车入库起到把车开出，全部过程在各项检测的严密监视下完成，完善的检测手段是立体车库安全可靠运行的保证。采用一套光电传感器，由X017检测旋转台上是否有车，X0
42、54, X055检测叉梳的伸缩，X053检测旋转台中位，X020检测旋台旋转位置，X056, X057检测旋转台的升降，X051, X052检测平层运动的上限，X027, X030检测升降机的原始位置。除上面介绍的与升降机、横移机构，转盘等控制部分相配合的检测外，还有以下几个方面:1.车辆外形尺寸检测。对车的高度、长度、宽度、重量等进行检测。一旦发现超标就报警，并予以提示。2.移动目标或异物的检测。为确保人身安全，可以设置车库的运动检测区域，当检测区有移动目标时，运动检测功能发出报警信号。3.存取车过程中的检测。在横移机构动作之前，检测车位上有无汽车。在存取车过程中，对升降机上的汽车状态进行监
43、视。3.7 安全措施在车库使用过程中，由于各种不确定因素影响，在运行中可能出现一些不安全问题，主要有以下几点：1）失控超速运行2）终端越位3）带故障运行4）突然停驶等针对上述多种因素，车库采取的安全措施:1超速保护系统：限速器，安全钳2撞底缓冲装置: 缓冲器3超越上下限工作位置是的保护装置4.视频监控:在车库出入口，值班室和车库内主要区段安装定热摄像机，在大范围库位区安装球形云台，以便实现对车库全方位的实时监控。如果在车库光照条件不好的情况下，可选用黑白摄像机。5.运行件卡阻报替:当车辆起吊时，如传动或钢索卡阻，自动停机并报警。6.钢丝绳断头监测:立体车库的车辆垂直运输是靠提升机构实现的，而提
44、升钢丝绳是车库安全运行的关键环节之一。因此，必需对钢丝绳断头实行跟踪监测，目前对钢丝绳断头监测可采用霍尔元件，把监测到钢丝绳的断头信号输给计算机存档，当钢丝绳断头数积累超过许可限度，则应及时更换新的钢丝绳。7.横移报警:当移动叉梳横移时，如遇障碍，自动停机并报警。8.防停电装置:当对车库进存取操作时，如发生停电、机器可自锁，以防坠落。9.缓冲器:底部设有缓冲器，下降或进车时，减少振动。3.8 可靠性设计可靠性是一切控制系统或装置的关键，本车库的可靠性设计包含以下方面:1.多重联锁保护。关键的动作采取软件和硬件双重联锁保护，软件多重保护，硬件强制联锁。2.冗余措施。对车库影响较大的:F:.要部件
45、采取冗余措施，如供电电源和PLC的输入电源均可采用双路供电。重要信号的检测采用双传感器等。3.隔离技术。为了增加整个系统的可靠性，应对PLC、变频器等采取严格的隔离措施，主要包括防电源侧和现场侧来的干扰。对交流电源采用对称滤波技术，对现场来的干扰用光电隔离。3.9 试验模拟本立体车库的控制梯形图是用三菱FXGP/WIN-C软件编制的，该软件是专门用于开发FX系列PLC的编程程序，可以用梯形图、指令表或者SFC顺序功能图)进行编程。软件的操作环境要求有RS-232 (COMI-COM4)串行口，FX-422CBA型SC通用适配器，以便于程序传输。梯形图编制完成后，在GX-Simulator中模拟程序的执行，对虚拟PLC执行监控和调试。在GX Developer V7.08)中转换以后，在其工具菜单下，选择梯形图逻辑测试启动，完成对仿真程序的编译测试，可以从进程指示器了解编译测试过程。通过了编译测试，自动进入仿真窗口。结果如图3-9所示。图3-9 梯形图仿真3.10 本章小结本章对立体车库控制系统进行了总体的设计，并针对车库运动的核心执行机构分单元进行了控制分析和梯形图设
