基于PLC的立体停车库设计1

分类号

毕 业 设 计（论 文）

题 目 基于PLC控制的立体停车库设计

并列英文题目 Design of Lifting and Transferring

Style Automatic Garage Control System Based On PLC

系 部 机电工程系 专业 机电一体化 姓 名 班级 机电 指导教师 职称 助 教 论文报告提交日期 2011年6月6日

基于PLC控制的立体停车库设计

摘要

当今，随着城市的发展，停车难问题的解决已到了刻不容缓的地步。在寸土寸金的市中心，特别是宾馆、商场、购物中心地段等车辆集中的地区，因此建造相当数量的立体车库已到了必不可少的地步。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。机械车库具有突出的节地优势。这次设计主要是设计五车位升降横移立体停车库. 在设计中,介绍了立体停车库的发展,及优势.介绍了立体停车库控制系统的设计及简要介绍了车库结构和安全机构。同时综合考虑了多种停车情况,对可编程控制器PLC实现停车系统自动控制进行了进一步的学习.这次立体停车库的设计对今后学习及研究自动控制系统在实际中的应用有一定的积极作用.

关键词：立体停车库 可编程控制器PLC 控制系统 机械机构

Abstract

Nowaday, as urban development, parking problems have been difficult to critical state. High cost of land downtown, in particular, hotels, shopping malls, shopping center lots and other vehicles concentrated, so a considerable number of parking construction has reached the point where necessary. Mechanical garage and compared to traditional natural underground garage, in many ways have shown superiority. Mechanical section of the garage to have outstanding advantages. This design is to design lifting and transferring five parking spaces. In the design, introduced the development of parking, and advantages. introduced the parking control system and a brief description of the garage structure and security agencies. At the same time considering a variety of parking situation, the parking system PLC PLC automatic control to achieve further study. The design of parking for future study and research on automatic control system in the practical application of a certain positive Effect.

Key words: the three-dimensional control system PLC control system machinery sector

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基于PLC控制的立体停车库设计

目录

摘要 ............................................................................................. 1 Abstract ...................................................................................... 1 第一章 绪论 ............................................................................. 4

1.1 立体车库的发展 ......................................................................... 4

1.2 前景 ............................................................................................. 5 1.3 立体车库的主要优点有 ............................................................ 5

第二章 立体车库设计总方案 ................................................ 6

2.1 立体停车库机械结构方案选择分析 ........................................ 6 2.2 升降横移结构动力的选择方案分析 ........................................ 6 2.3 停车位的安排方案分析 ............................................................ 7 2.4 上层载车板位置确定的方案分析 ............................................ 9 2.5 立体停车库停取车过程及原则 .............................................. 10

第三章 五车位立体停车库控制系统设计 ........................... 11

3.1 立体停车库控制部分硬件系统设计 ...................................... 11

3.1.1 电源部分控制电路设计 .................................................. 11 3.1.2 PLC部分 ......................................................................... 12 3.2 立体停车库控制系统软件设计 .............................................. 13

第四章 输入/输出分配及元器件选用 ................................. 15

4.1 PLC输入、输出点分配 ......................................................... 15 4.2 PLC的选用 .............................................................................. 16 4.3 电器元件的选择 ....................................................................... 17

4.3.1 接触器的选用 .................................................................. 17 4.3.2 熔断器的选用 .................................................................. 18 4.3.3 光电开关的选用 .............................................................. 18 4.3.4 接近开关的选用 .............................................................. 20

第五章 立体车库流程图设计及外部接线图 ...................... 21

5.1 停车时系统设计 ....................................................................... 21 5.2 取车时系统设计 ....................................................................... 23 5.3 PLC外部接线图 ...................................................................... 26

第六章 立体车库机械部分的设计 ...................................... 26

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6.1 停车板 ...................................................................................... 27 6.2 停车板支承框架 ....................................................................... 28 6.3 升降装置 ................................................................................... 29 6.4 导向板、立柱、滚轮、斜拉杆 .............................................. 29 6.5 底层横移装置 ........................................................................... 30 6.6 上层升降机构 ........................................................................... 31 6.7 显示有无车位信号灯 .............................................................. 31 6.8 安全保护装置 ........................................................................... 32

第七章 软件设计 .................................................................... 34

7.1 梯形图 ....................................................................................... 34 7.2 语句表 ....................................................................................... 43

总结与展望 ............................................................................... 48 致谢 ........................................................................................... 49 附录 英文资料 ...................................................................... 50 参考文献 ................................................................................... 64

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第一章 绪论

随着社会的进步和科学的发展，社会的各项措施都日益完善。与以往停车库不同，立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。城市用地面积紧张和城市汽车数量的不断增加，使停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。然而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，成为解决城市停车难问题的重要途径。

立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性，可以较容易得解决一些商业中心、车站、码头、饭店、住宅区等地方的停车难问题。

同时科学技术的不断发展及生产工艺的要求不断提高，电气控制技术也在进行不断的变革。电气控制技术的发展过程包括从最早的手动控制发展到自动控制，从最简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触电的接线及电气控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。另外，随着新的电器元件的不断出现和计算机技术的发展电气控制技术也随之不断发展。现代电气控制技术正是综合应该用了计算机、制动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果而迅速发展起来的。 1.1 立体车库的发展

立体车库是典型的机电一体化系统，它发祥于20年代的美国。50年代以后，美国、西欧相继发明了多种形式的立体车库。之后又有了更近一步的发展：立体车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断更新换代，日趋完美。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

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的利用空间的机械式停车设备。

在我国，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。 1.2 前景

在我国，机械式立体停车库的研究仍处于起步阶段，随着城市用地面积紧张和汽车已进入大多数百姓家，停车难问题日益显现。因此仅靠地面停车是远远不够的，要朝空中和地下发展。可以说停车设备的研制在我国具有广阔的前景。 1.3 立体车库的主要优点有

1）立体停车库的最大特点就是：可有效得节省占地面积，节省大量投资。据调查立体车库的占地面积相当于同等地面停车场的1/3-1/20。对紧张的城市用地来说，其经济效果很好;

2）立体车库停车取车靠电脑控制操作方便，简单,很大程度上方便了顾客和管理人员;

3）安全措施防止车辆丢失及损坏：用完善的安全装置可保证汽车安然无恙，外部人员不能随意进入，汽车不会受到人为损伤和丢失；

此外立体车库还可根据实际停车情况及需要来改变结构，实现其多样化。同时立体车库也可有自己的特点，成为城市生活的一个风景。

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第二章 立体车库设计总方案

设计要求:

立体车库有上下两层，一层有两个停车位，二层有三个停车位。 1．存车、取车要求 一层车直接开入/出停车位即可；如果需要停车到二层车位或需要将二层车位的车辆开出车库，只需按下停车位对应的按钮即可。要求二层停车位具有防坠装置。

2. 要求有运行指示灯、停车位满指示灯。要求整个系统具有紧急制动装置。

由设计要求，本设计选择适应对象:商城，地下室等公共场所。 2.1 立体停车库机械结构方案选择分析

机械式立体停车库发展到今天有了几种常见的形式 ：垂直循环式，平面移动式，升降横移式等几种常见的形式。

升降横移式:升降横移式立体车库用模块化设计，形式多为中、小型车库，停放车辆数目从几辆到几十辆不等，每个单元可以设计三层，四层，五层，半地下等形式，车位数从几个到上百个。节省占地，配置灵活，建设周期短；价格低，消防，外装修，土建工程等投资少；可采用自动控制，结构简单，安全可靠；存取车迅速，等待时间段；运行平稳，工作噪声低等特点。

根据本设计的要求可知为中、小型车库，及各种机械结构的分析 可知在本设计时应采用升降横移式立体停车库结构。 2.2 升降横移结构动力的选择方案分析

提升机构有液压提升机构和机械提升机构。液压传动传动技术正在向高压、高速，大功率，高度集成化，数字化方向发展。但是液压

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传动系统对各个部件及配合要求较高。

而机械式提升主要是通过电机旋转带动链传动或齿轮传动，一个升降板则要通过两头的电机旋转带动链传动，再动过齿轮传动带动升降板提升，这种构造对电机功率及稳定性要求比较高，同时对链子及齿轮的强度要求也较为严格，由于在设计时就要求有防坠装置，这要从整体来看，机械式提升机构经济成本比较低，也容易建造，检修也比较容易。所以本立体车库升降机构的设计采用链传动或齿轮传动。 2.3 停车位的安排方案分析

由要求分析可知该车库将占据三个地面车位，其上层停放3辆汽 车，下层停放2辆，由于下层车辆可直接开出，所以底层3个车位均为出入口。

1）对于下层应有几个周转位的讨论：

方案一：底层3个车位均为出入口，其中中间5号车位用于周转; 方案二：底层3个车位均为出入口，其中任意一个均可用作周转； 两种方案存取车最多/最少移动的车辆数都为3/0；横移机构数 1 2 3 1 2 3 4 5 6 4 5 6 只作 出口 只作 出口 兼周 出口 转位 出口兼周转位 图2.1方案一 图2.2方案二 目都为1；升降机构数目都为3。

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相同点：此时存取车最多/最少移动的车辆数3/0；在存取某一辆车时,对其他车位上车辆的影响最小。车库工作时最安全，速度最快，顾客满意度最高。

从横移机构数目分析：方案一的横移机构只有底层的一套。省去了在二层安装横移机构，不用考虑上层横移机构与升降机构的合理过渡问题，同时也减少对车库的整个框架建筑的承载和结构要求，节省了投资。

从升降结构来分析,方案二的升降通过三个电动机就可以实现。 不同点：在于两种方案中周转位的数量及位置确定。对于方案二，若上层停满车由于三个车位都可为周转位，因此6号5号车位可能有车，若1号车要下来，则要先移动5号载车板到4号位，再移动6号载车板到5号位，需移动两次，消耗电能等。方案一却不会出现此种现象。

2）哪个车位作为空车位的讨论： 方案1将空车位留在中间（5号车位）；

方案2下层靠边的任何一个车位（4号或6号车位）空下来; 方案1：将中间车位作为空车位，如想放下上层车辆，要么不用移动下层车辆，要么只需移动下层的一辆车即可实现取车。

方案2：以4或6号车位作为空车位，如果将下层靠边的任何一个车位空下来，处于上层的对角的车辆被放下时，需要下层的两辆车位来空出车位实现该对角车位的取车。

通过以上分析比较，最适合的是方案一。在设计方案中，按下层空车位在中间来设计。一般情况下，停车时先将下层的空车位停满，然后再停放在下上层的空车位。

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2.4 上层载车板位置确定的方案分析

自动复位是对所有载车板操作后，按下复位键后，自动回到原位置（即1、2、3、4、6载车板分别在1、2、3、4、6停车位）。

方案一:对载车板，每操作一次不自动复位到相应的车位，即采用与升降电梯相似的操作。即在整个系统启动后，处于初始状态，上层停车板在底层，且位于其相应的下层停车板的上方，当有车进入车库，需要停车时，车库管理人员操作相应的按钮开关实现停车，载车板之后在再次来车之前不动作。

方案二：对载车板进行此操作后，其都自动复位。 情况一：当1号4号载车板都无车时。

若采用方案一，1号载车板在4号的上方，若有车进入车库则可直接对1号载车板停放只需管理人员确认车内所有人员全都离开，若要1号载车板上升，只需按下上升按钮就可实现。若无车辆进入，则1号载车板为于4号停车位，不需上升，直到再有车进入时再上升，节省电能等，同时减轻了机械结构的承载量。

若用方案二则车停好后，此时4号车位无车，消耗少量电能等，同时1号载车板上有车若位于号车位，增加机械结构的承载量。

情况二：1号3号4号6号都停的有车时，1号车取车，若采用方案一则应先使其下方在车板右移需编辑程序，同样若3号车取车，还应编辑程序，编程工作量大。若采用方案二，则只需6号载车板左移就可实现。

取车时，由于取车时随机的，若采用方案一就有很多种取车程序的编程，工作量很大。若采用方案二，对载车板进行此操作后，其都自动复位，不用考虑取车顺序随机的情况，编程工作量减少。

对于电能消耗问题的解决可以规定停车时先停放下层载车板，下层载车板停满后在停放上层载车板。这样电能消耗少，并且载车板采

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用优质钢材重量轻，轻载上升消耗电能少。

经比较，方案二更好，固本设计采用方案二。 2.5 立体停车库停取车过程及原则

1）停取车过程：车库门口处也安装有信号灯，显示有无空车位，红灯表示车位已满，绿灯表示还有空车位，从而顾客节省停车时间。

立体停车库由管理员管理。停车时经过入车口时，入口处的光电开关闭合，输入信号。系统自动为司机安排停车位。

停车时，汽车需倒退入库。司机将车停放到位后，便可离开车库。 不设计转向机构：本车库结构紧凑，没有多余空间供转向，车库停放车辆少，专门设计转向机构增加资金的投入。但为了停车方便，在停车场应合理安排其空间及方向。光电开光对停车尺寸进行检测。确保停放车位置符合要求。载车板复位完成停车过程。

取车时，底层车位上的车可直接由司机开出。二层车的控制过程见后面。

2）停取车总原则

一般情况下，先对下层车位进行停车，再对上层车位停放车。停车库上层停车板只可以上下移动，不可以左右移动。下停车板只可以左右移动。存取车一次只对一辆汽车起作用。

取车时有自动取车和手动取车，自动取车过程及原则见后面。 但是为了车辆进出车库的方便，在实地建设时，须对建筑方位和进出口前的场地进行合理的规划和布置。

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第三章 五车位立体停车库控制系统设计

随着科学技术的不断发展及生产工艺的要求不断提高，电气控制技术也在进行不断的变革。电气控制技术的过程包括从最早的手动控制发展到自动控制，从最简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触电的接线及电气控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。另外， 随着新的电器元件的不断出现和计算机技术的发展电气控制技术也随之不断发展。因此利用可编程控制器原理设计了升降横移式五车位停车库系统。

升降横移式五位立体车库以PLC为控制核心，采用自动空气开关、交流接触器，按钮等可完成汽车存取过程，操作简单方便。 3.1 立体停车库控制部分硬件系统设计

立体车库控制系统包括硬件和软件两方面的设计内容。硬件集中安放在控制箱内，控制箱采用的金属外壳起到屏蔽作用，以保护系统运行的可靠性。PLC是计算机技术及微电子技术结合形成的微机系统，有很强的逻辑控制功能，且 PLC的梯形图编程语言易于编写和理解。PLC对工业环境有较好的适应性，其抗干扰行强，稳定性高。

硬件主要有：电气传动部分、PLC等组成。 3.1.1 电源部分控制电路设计

电器控制线路是由各种有触电的接触器、按钮、行程开关等按不同的连接方式组合而成的。以实现对电力拖动系统的启动。在设计时应有必要的保护措施以实现过载保护，短路保护等，对系统有保护作用，使其正常工作。

从220V电源应出现，接熔断器FU0(主电路)，以防止过高的电流流入电路而烧坏电气元件，实现短路保护的作用。再接一个空气开

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关，取220V的交流电供给PLC，而这个220V的交流电又并接到一个PSW上，从而得到24V的直流电供给操作面板和行程开关等低压元件。这个220V交流电的取得是再接第一个交流接触器KMO(主接触器CJ20-10)即主接触器上完成的，使PLC得电工作而升降电机和横移电机不得电工作，更安全的控制升降电机和横移电机。在主接触器之前接有相序保护器，在交流电发生相序不正常是使电路发生断路，从而保护电气元件不被破坏。 3.1.2 PLC部分

PLC由220V交流供电，与操作面板和行程开关等低压元件直接连接。

1）底层横移电机部分控制电路

横移电机控制线路的设计应有必要的保护措施以实现过载保护，短路保护等，从而实现电动机的正反转，制动，调速和保护使其满足生产工艺的要求从而实现生产过程自动化。

经过主接触器KM0后引出两路电路控制线路分别接到横移电机部分控制线路和升降电机部分控制线路。

应分别接入相应的两个交流接触器KM1（横移电机部分控制线路主接触器CJ10-5）和KM2（升降电机部分控制线路主接触器CJ10-5）用于控制各个电路的通断及控制三个三相交流电动机的相序，从而控制电动机的正反转，以控制停车板的左右横移。在接触器后都接有1个热继电器FR1，用于保护电机。

2）二层升降电机部分控制电路

同底层横移电机部分控制电路设计类似，经过主接触器KM0后引出一路电路控制线路接到二层升降电机部分控制线路，再分别接入相

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应的并接三个交流接触器KM3（1车位升降电机控制交流接触器），KM4（2车位升降电机控制交流接触器），KM5（3车位升降电机控制交流接触器）用于控制各个电路的通断及控制三个三相交流电动机的相序，从而控制电动机的正反转，以实现二层停车板的升降。在接触器后也应接入热继电器FR2，以保护电机。 3.2 立体停车库控制系统软件设计

本立体车库控制方式分为自动和手动控制。自动控制是PLC根据各个输入信号的情况进行自诊断，处理，执行，输出等以实现机构的自动控制。手动控制是在自动控制出现故障等情况下由现场工作人员操作相应的机械结构，以实现停取车等任务。

在系统中由检测装置检测各载车板位置、运行状态及现场情况再由PLC实现对系统的整体控制。其中接近开关，光电开关等分别检测载车板位置状态和车辆是否停放到位，并向PLC输入信号。操作人员通过对控制面板上按钮进行操作，实现向PLC输入信号。PLC经过判断并输出相应信号给接触器，继电器等器件控制电动机的启动和停止等动作。

PLC控制程序采用梯行图编写。整个程序包括各个车位的停车位安排程序，存取车程序，手动存取车程序等几个模块。

存车时，入车口处安装有信号灯，显示车位有无情况，红灯表示车位已满，绿灯表示还有空车位，从而节省时间。

当有车进入停车场先经过入车口处只对汽车起作用的红外感应装置，其向PLC输入停车信号，系统开始为司机安排停车位。离此处前2米出设计一个道闸，停车位没安排好前，道闸不打开。安排好车位后车辆才可以进入。

停车时为了避免二层车因停放位置不当而造成在升降的过程不

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必要的事故发生，在底层左边立柱上各安放一对红绿警示灯（用于底层及二层车辆，绿灯表示停放到位，红灯表示停放不到位）。工作过程：车辆开上停车板，指示灯开始工作引导司机正确停车。当指示灯为绿色时司机可从车上下来离开停车位。其中灯的点亮由安装在停车板前后两端的红外感应装置来给PLC发出输入信号。

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第四章 输入/输出分配及元器件选用

4.1 PLC输入、输出点分配

名称 1号车上限位开关 2号车上限位开关 3号车上限位开关 4号车左限位开关 6号车左限位开关 1车底部光电开关（判断车位是否车） 3车底部光电开关（判断车位是否车） 6车底部光电开关（判断车位是否车） 1号车呼叫按钮 3号车呼叫按钮 取车按钮 地址 I0.0 I0.2 I0.4 I0.6 I1.0 I1.2 名称 1号车下限位开关 2号车下限位开关 3号车下限位开关 4号车右限位开关 6号车右限位开关 2车底部光电开关（判断车位是否车） 地址 I0.1 I0.3 I0.5 I0.7 I1.1 I1.3 I1.4 4车底部光电开关（判断车位是否车） I1.5 I1.6 检测车位置是否到位光电开 I1.7 I2.0 I2.2 I2.4 2号车呼叫按钮 复位按钮 停车按钮 I2.1 I2.3 I2.5 15

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系统启动信号 I2.6 门口进车输入信号 I2.7 表1 输入点分配情况

输入输出点的确定根据实际的情况而定。输入点分配情况：

I1.7-I2.1为呼叫开关；I2.2-I2.4为功能开关； I0.0-I1.1为限位开关；I1.2-I1.6为光电开关；I2.5为停止开关；I2.7门口进车输入信号;共24个输入信号。

名称 地址 名称 地址 1号载车板上升输出信号 Q0.0 1号载车板下降输出信号 Q0.1 2号载车板上升输出信号 Q0.2 2号载车板下降输出信号 Q0.3 3号载车板上升输出信号 Q0.4 3号载车板下降输出信号 Q0.5 4号载车板左移输出信号 Q0.6 4号载车板右移输出信号 Q0.7 6号载车板左移输出信号 Q1.0 6号载车板右移输出信号 Q1.1 道闸输出信号 Q1.2 表2 输出点分配情况表

共11个输出信号。 4.2 PLC的选用

常见的PLC有日本三菱PLC和德国西门子PLC。三菱PLC便宜适用面广，结构灵活，传输质量高、速度快、带宽稳定，范围广，低成

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本,但是目前用的很少,很多硬件软件接口是专用的，兼容性比较差。

而西门子PLC贵但用的比较多，软件操作也比较方便，资料易找，可靠性相当好。西门子是真正的PLC，存储区每位都是周期扫描。因此选西门子PLC，因为用的比较多，和其他设备如触摸屏、软件组态监控等也比较好搞，为以后改造提供了可能。SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

PLC的CPU反应其主要性能，由设计需要及各类PLC性能及特点,本设计选用 SIMATIC S7-200 系列CPU226(24V传感器电源最大电流；240V AC电源输入电流；24点输入/16输出)并与操作面板直接连接。 4.3 电器元件的选择 4.3.1 接触器的选用

接触器是用来频繁地接通和分断带有负载的主电路或大容量控制电路的控制电器。主要用于控制电动机的起动、停止、反转、制动等运转状态。

接触器利用电磁吸力原理工作，吸引线圈通电使铁心吸合，带动常开触点闭合，常闭触点断开。反之，线圈断电，常开触点断开，常闭触点闭合。

国内常用的接触器主要有CJ10、CJ12、CJ20、3TB（CJX1）、S-K、CZ0系列，其中CJ20是国内联合设计的符合IEC国际标准的新型交流接触器，体积小，重量轻，寿命长，能耗低。

额定电流，一般根据电动机容量计算触点电流。

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Y801-4电动机的额定功率为0.55kW，经计算的I约为1.45A 查表《CJ10、10Z系列交流接触器主要技术数据》选择接触器型号为CJ10-5，其额定电流为5A。 4.3.2 熔断器的选用

熔断器是用来在低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护。当电路中出现短路时，串接在电路中的熔断器因电流产生的热量聚增是熔体熔化，从而自动分断电路。

按使用对象分类，熔断器可分为一般工业用（专职人员使用）、民用及家庭用（非熟练人员使用）、以及保护半导体器件用的快速熔断器。

熔断器的选择，主要是选择熔断器的种类、额定电压、熔断器的额定电流等级和熔体的额定电流。

额定电压是根据所保护电路的电压来选择的。熔体电流的选择是熔断器选择的核心。对于一台异步电动机，熔体可按下式选择：

查表《Y系列异步电动机技术数据》，得电机Y801-4的额定电流为1.6A,起动电流倍数为6.5，所以

IR?1.6?6.5?4.16A 2.5根据电流，查表《常用熔断器型号规格》选择型号为RC1A-5的半封闭插入式熔断器,其额定电流5A，分断能力0.25kA。 4.3.3 光电开关的选用

光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控

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制的电器。光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

图4.1 光电开关原理图

由光电开关工作方式，可知在升降横移式立体停车库中选用对射型光电开关。它由发送器和接收器两部分组成，结构上两者相互分离。

红外光电开关是一种对射式光电传感器，其物体不限于金属。该传感器具有探测距离远、可调节测量范围的优点。厂家给出的该红外开关的测量范围是0-8m, 在本立体车库设计中，其测量范围符合本设计的要求故采用的红外对射开关E18-M8NK。

1）停车厂门口安装一红外对射开关，只对车连起作用，车辆进入时，该装置给系统输入信号，系统开始自动为车辆安排车位及提供是否有车位等信息。

2）车库立柱上按一个光电开光检测车位是否停放到位。避免二层车因停放位置不当而造成在升降的过程不必要的事故发生。

3）在每个载车板对角线上安装一对红外光电开关。若载车板上有车，阻挡红外对射信号，光电开关无输出。若载车板上无车，有红外对射信号，光电开关有输出，依此实现载车板上是否有车的检测。

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4.3.4 接近开关的选用

在本立体车库中，一层车位左右移动，二层车位上下移动。其位置信号的检测由接近开关来实现。

近年来，接近开关获得了广泛的应用，它是靠移动物体于接近开关的感应头接近时，使它输出一个电信号，故又称为无触点开关。

于传统的限位开关相比，接近开关具有工作可靠、寿命长、功耗的、复定位精度高、操作频率高等优点。接近开关感测元件安装在载车板上随载车板运动，将接近开关触点安装在车库制动点上固定。本设计中选用电感式接近开关LW 18系列。

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第五章 立体车库流程图设计及外部接线图

5.1 停车时系统设计

车辆停好后载车板应如何复位问题的讨论：

方案一：车辆停好后，经过检测装置检测后直接上升； 方案二：车辆停好后，由操作人员按下复位开关，载车板上升； 载车板上升时，必须要确保车内人员完全离开载车板，才可上升。 若采用方案一，紧靠光电开关，是不可以确保车内人员完全离开载车板，其只可以确保车辆停放到位，若再加入其它的传感器，如生命传感器等，不仅增加了成本，并且还要增加输入点数量，在程序编程时也较复杂。

若采用方案二，只需管理人员确认车内所有人员全都离开，只需按下复位按钮就可实现。

由方案的讨论可知方案二更易实现所以二层车位的上升应由车库管理人员手动输入信号来实现。 5.1.1 流程图3.1分析:

首先入车口出光电开关检测有无从车辆进入，有车辆进入，系统自动开始按照停车原则安排停车位，以1号车位来说明。

有车进入，1号车位无车，则其应该下降。首先判断其下方4号车位有没有车，若没有车，则1号载车板下降;若1号车位下方4 号车位有车，则4号车位移动到5号空车位后，等4号载车板宰车位停好后，1号载车板下降。1号载车板下降到下限位开关后，停止下降。同时向PLC输入信号，让入车口处道闸开启，车辆进入。车辆到

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基于PLC控制的立体停车库设计

光电开关 是否闭合

判断是否有车进入

判断4,6车板是否有车

无 有

上车位不动 判断1车位是否有车

无 有

判断2车位是否有车

4车位右移 5车位 无 有

1号车板下降 2号车位下降 判断3车位是否有车

无 有 判断1车位是否 停好车 6车板左移 5车位

3车板不动

3车板下降

1号载车板 1号载车板

不运动 上升

图5.1 停车位安排车位及上升流程图

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基于PLC控制的立体停车库设计

停车位后，司机倒车将车停在1号载车板上，并在系统提示下将车停放到位。之后车内人员离开，管理人员确保车上所有人员都离开载车板后，按下复位按钮则系统输出信号使1号载车板开始上升，到1车位上限位开关后停止上升。同时4号车位载车板开始自动复位。

2号3号车位停放过程跟1号车位类似，其中3车位流程图于1车位相同。由于对下载车板的车辆停放可直接实现，故不需编写程序。2号停车位程序流程图见图5.1。 5.2 取车时系统设计

取车时，底层取车可直接由司机开出载车板实现，不需编写程序。 对于二层车辆（1、2、3、号停车位）车辆的取车方案的讨论： 方案一：手动操作实现； 方案二：自动编程实现；

方案三：自动编程或手动操作是实现。

方案一是管理人员操作机械结构实现，这种方法费时，不能满足取车时间短的需求，但在系统停电时可以取车；

方案二采用编程实现自动取车，取车时间短，方便。但是如果遇到一些情况如系统停电时就难以实现取车。

方案三采用自动编程或手动操作两种取车措施，同时解决了取车时间和停电时难以取车的问题。其中1号停车位的程序流程图顺序和3号停车位流程图顺序相同。

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基于PLC控制的立体停车库设计

按下2号 下降按钮

判断5车位是否有车 否 有 判断5车位来源

左移车板 右移车板 判断4车位是否有板 判断6车位是否有板 否 有 否 有

1车位 3车位 上升 上升

1升到位 3升到位

车板左移 车板右移

2号车板下降 图5.2 2号停车位程序流程图

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基于PLC控制的立体停车库设计

按下3车位 下降按钮

N Y

3车位不动 判断3车板是否有车

Y N

判断6号车位有无车 3车位不动

N Y

判断5车位是否有板

2车位板 4车位板（左移）

2号载 判断4车位是否有车 车板上升

N Y 1号载车板

上升

左移动6号 载车板

6号载车板

左移

图5.1 3号载车板取车流程图 3载车板下降

1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1L 0.0 0.1 0.2 0.3 . 0.4SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ625 KM0KM1KM2KM3KM4基于PLC控制的立体停车库设计

外部接线图

图5.4 PLC

外部接线图

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5.3 PLC

基于PLC控制的立体停车库设计

第六章 立体车库机械部分的设计

五位立体升将横移式立体车库的机械部分包括对停车架、升降机构、横移机构、安全装置等结构。各结构的选择及设计应根据实际和立体停车库的要求来计算和设计。 6.1 停车板

载车板放置在钢结构架中的载车板架上，用于停放车辆。载车板应采用非燃烧材料制造，质量要轻但应有足够的强度和刚度，且应能防止液体滴漏。载车板按结构形式可分为框架式和拼板式。

垂直升降类停车库按其适停车辆的尺寸及质量规格可分为中型轿车、大型轿车、特大型轿车、超大型轿车类停车库。

停车板主要用于停放车辆、承受车辆重量，并完成提升或横移的动作，因此停车板要有足够的空间尺寸和足够的强度刚度。同时为减少提升机构和横移机构的功率输出，其自身重量要轻。

图6.1 下层载车板尺寸设计图

根据《收容车辆尺寸表》中的各项车身尺寸，选取各项尺寸中最大的一组数据，即全长5350mm，全宽2000mm，全高1550mm，全重2000kg的车辆进行设计进行设计。

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基于PLC控制的立体停车库设计

1）车辆停到停车板上后，车内人员要开门出来，因此停车板在宽度方向上应留有足够的空间。通过对车辆的实际测量并考虑到车辆停放时的偏心，下停车板总宽L1=4000mm。由于下停车板只需在其底面与支承框架固定并作横移动作，其长度尺寸没有任何额外要求，因此根据车身全长尺寸，并参考车辆轴距，下停车板总长L2=5100mm。

2）上停车板的设计

上停车板在提升时受倾覆力作用，其底部应有坚固的支承框架。而当它降至底层时，该框架不能压触到下停车板，因此上停车板支承框架的最外圈尺寸大于下停车板，其四个角上用角铁或槽钢焊四个支腿6，将上停车板架高，架高高度取100mm，以使其不压触到下停车板。而架高的停车板须设一引坡，以使车辆能平稳地开上上停车板，引坡坡度取15?。鉴于以上原因，上停车板尺寸要比下停车板的尺寸大，取总宽L3?4400mm，总长L4?6000mm。 6.2 停车板支承框架

1）主结构架，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量（通过支撑停车室的载车板架）。

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。钢结构架的设计制造应符合GB/T 3811《起重机设计规范》的规定；

支承框架一方面支承停车钢板及车辆的重量，提高钢板刚度，另一方面起到连接钢板与提升机构的作用。上下停车板的支承框架均采用槽钢，靠螺栓螺母将钢板固定其上。最外圈的四根槽钢与停车板边缘留适当距离。

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基于PLC控制的立体停车库设计

图6.2 后悬臂结构图

6.3 升降装置

升降装置采用后悬臂结构，包括：（1）电机、减速箱和制动器；（2）传动部件，包括升降链条、链轮等；（3）升降导轨和对重导轨。电动机通过链条使载车台升降，同时对重也相应运动，平衡重量，这样有利于减小电机功率。

6.4 导向板、立柱、滚轮、斜拉杆

1）导向板：导向板的作用是为停车板升降导向。它与停车板的支承框架靠螺栓螺母及点焊固定，并与滚轮装配。升降时滚轮在立柱的槽内上下滚动，同时斜拉杆的一端也固定在导向板上。它由三块板料件靠螺栓螺母连接在一起，上边缘的两侧还有两块抱箍，正面下缘与停车板支承架同样靠螺栓螺母连接，同时配以点焊。立柱、滚轮以及支承架与两侧面的四个孔用于安装滚轮的轴。

2)立柱

提升机构的两根立柱设计采用实心方钢加工而成。其承受二层车辆、钢板、支承架等的重力作用，因此其选用优质钢材。

3)滚轮

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基于PLC控制的立体停车库设计

滚轮通过轴承装配在小轮轴上，小轮轴靠螺母固定在导向板上。导向板及停车板等被提升时，滚轮就在立柱的导槽内滚动。

4）斜拉杆

斜拉杆一端固定在导向板上，另一端固定在停车板及支承架上（2/3处），用于减小停车板对导向板的倾覆力矩，改善受力情况。 6.5 底层横移装置

目前在有轨起重设备的运行中，横移机构的驱动方式，即驱动轮的布置通常有：对面双轮驱动、单边中心驱动、对角双轮驱动、四角四轮驱动和一角单轮驱动等五种形式，本设计采用对面双轮驱动的方式，它是由电机通过传动轴带动两边轨道上的驱动轮一起工作。它的特点是集中驱动，使驱动轮的转速相等，从而保证了下停车板横移时各轮的同步运行，提高了运动的平稳性。另外对下停车板的整体刚度要求不高，对传动轴的加工要求较低。

1）电动机的选用计算

电动机的驱动力是通过主动轮与轨道间的粘着摩擦实现的。设电机输出的牵引力最大值为F，而总牵引力是各从动轮的运行静摩擦力FC和运动惯性力Fa之和，于是主动轮不打滑的条件为F?2Fc?Fa。单个从动轮的滚动摩阻力偶矩M用下式计算：

M??N （3-10）

式中,δ——滚动摩阻系数，查得钢质车轮与钢轨的滚动摩阻系数δ=0.05mm；

N——滚轮与钢轨支承面的正压力N。

于是M?0.005??4000?9.8?490N?mm。设滚轮的直径r=100mm，则单个从动轮运动所需的牵引力为FC?30

14M490??4.9 N。 r100基于PLC控制的立体停车库设计

设横移速度为v=0.15m/s，则其速度最大变化量Δv=0.15m/s，根据具体情况选取Δt=0.2s(其范围通常在0.01—0.5s),于是运动惯性力Fa?m??v0.15a?4000??2652N。因此总牵引力为 ?t0.2F?2Fc?Fa?2?4.9?2625?2634.8 N

电机要输出的功率P?F?v?2634.8?0.15?400W。查表JB3074-82《Y系列(IP44)电动机的技术数据》,选用电机型号为Y801-4。该电机的额定功率0.55kW，满载转速1390r/min，质量17kg。

2）减速器的选用

为保证下停车板的横移速度，即v=0.15m/s，选用传动比较大的蜗轮蜗杆减速器。滚轮直径取d轮?mm，于是滚轮的周长为

C轮??d轮???100?0.314m。所以下停车板横移时，滚轮的转速为

n?v0.151390??28.6r/min，故传动比i?取蜗杆头数Z1?1,?49.6。C轮0.31428.6查表GB/T10085-1988《CWU型减速器主要技术参数》，取蜗轮齿数

Z1?53。选用CWU160-53-ⅡF减速器（GB9147-88）,中心距a?160mm。

6.6 上层升降机构

上将结构采用链条式结构，在车库的上方各安装一台电动机并通过齿轮，链条等各部位的传动来实现停车般的上升和下降。

传动部分采用单相交流220V恒速电动机，转速为9r/min,它可提供稳定的力矩，使车库升降稳定。 6.7 显示有无车位信号灯

在实际观察中得知停车场应安装显示车位有无的信号灯，方便司机停车。信号灯用红、绿两个指示灯，如果此车库有空余车位供用户存车就显示绿色，如果此车库已存满就显示红色。

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基于PLC控制的立体停车库设计

6.8 安全保护装置

在该立体车库，安全装置是必不可少的。再设计安全装置时既可以从控制系统反面入手也可以否则当系统，尤其是提升系统出问题时，会造成重大的经济损失。

1） 提升系统的安全装置

设备后立柱上装有防坠落挂钩避免出现追车，碰车事故。当车库失火时，消防系统自动灭火。

机械安全装置包括有电磁铁、挂钩、挂环和缓冲器。如下图（1.1）的防坠装置，默认状态下挂钩被弹簧片弹向右侧，防止载车板坠落，电磁铁通电挂钩被拉向左侧释放载车板。载车版上升到位后挂环会自动套在挂钩上，而且挂钩受弹簧力的作用会紧套在挂环上，在电磁铁通电之前不会松开。

图6.3 防坠落挂钩结构图

2）限速器

限速器反映上停车板的实际运行速度，当上停车板的运行速度达到或超过设定的极限值时（一般为额定速度的115%以上），限速器停

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基于PLC控制的立体停车库设计

止运转，并借助绳轮中的摩擦力或夹绳机构提拉拉杆，通过机械动作发出信号，切断控制电路，使上停车板强行制停在立柱上，所以限速器是在上停车板超速并达到临界值时起监测及操纵作用。设计中的限速器安装在立柱顶上。

限速器装置由限速器、钢丝绳和张紧装置组成。钢丝绳的两端分别绕过限速器和张紧装置的绳轮形成一个封闭的环路后，固定在导向板安全钳的绳头拉手上，该拉手能提拉起安全钳连杆系统。使两导向板内侧的安全钳楔块撑紧导槽，是超速下落的上停车板被迫制停。在安全钳动作的同时，其提拉杆操纵安全开关，使控制电路断开。只有当所有安全开关复位后，释放安全钳，上停车板才能恢复正常的使用。

3）缓冲器

缓冲器是上停车板极限位置的最后一道安全装置。当所有保护措施都失效时，带有较大速度与能量的上停车板便会冲向底层，造成严重后果。因此必须设置缓冲器以吸收、消耗上停车板能量，减少损失。

弹簧缓冲器也称蓄能型缓冲器，由缓冲橡皮、缓冲座、压缩弹簧和缓冲弹簧座等部分组成，当弹簧缓冲器受到撞击时，弹簧会发生变形，于是将上停车板下落时产生的动能与势能转化为弹性变形能，是上停车板下落时得到缓冲、减速。安装时将4个弹簧缓冲器分别安装在上停车板四角边缘的正下方的地面上。

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第七章 软件设计

7.1 梯形图

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