自動化立體車庫設計PLC單片機

第一章緒論1.1課題的背景和意義自上世紀80年代中國開始出現(xiàn)私人汽車，到2003年社會保有量達到1219萬輛，私人汽車突破千萬輛用了近20年，而突破2000萬輛僅僅用了3年時間。2010年，我國汽車的保有量達到了7000萬輛。據公安部交管局統(tǒng)計，2010年9月底，我國機動車保有量達1.99億輛，其中汽車8500多萬輛。每年新增機動車2000多萬輛；機動車駕駛人達2.05億人，其中汽車駕駛人1.44億人西安截至2010年11月，機動車保有量達到116萬輛。如此快速增長的機動車保有量與城市停車難之間形成了巨大的矛盾，自動化立體車庫可充分利用上地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。跟據建設部城市交通工程技術中心對全國15個大城市停車現(xiàn)狀的調查，城市機動車保有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。城市建設規(guī)劃上的準備不足和城市私家車的噴井式增長是停車難產生的最主要原因。專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，單雙號駕車，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，并且增加公交車數量,以及規(guī)劃公交車專用車道.以減少機動車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論圖1.1被汽車占據了的現(xiàn)代城市采取什么措施，在城市規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內彌補不足，管理部門和政府所需投入得精力和資金都不小。當然,隨著科技的發(fā)展,新的科技技術成果應用在停車空間的縮小上,大型自動化立體車庫的產生,能有有效的緩解城市停車難的問題.自動化立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停車難最有效的手段，也是停車產業(yè)發(fā)展的必由之路。圖1.2美國大型自動化立體車庫自動化立體車庫與傳統(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，自動化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自動化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，人在車庫內或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，自動化立體車庫從管理上可以做到徹底的人車分流,在地下車庫中采用立體式存車，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設立立體停車樓。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條件。1.2課題的關鍵技術及其國內外研究發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀早在50多年前，立體停車設備就在國外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對家庭使用的雙層停車設備；利用住宅區(qū)空地建起2-4層升降橫移停車設備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔；利用廣場、建筑物下面的空間建設地下停車庫。自70年代末起，世界經濟飛速發(fā)展，汽車逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū)和一些發(fā)達國家積極開展了機械式立體停車技術的研究開發(fā)和制造應用。以日本、美國、德國等為代表的發(fā)達國家在停車技術領域的研究處于世界領先水平，韓國和我國的港、澳、臺地區(qū)的停車行業(yè)也通過引進移植，也得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了本地區(qū)的停車難問題，并開始向外輸出技術和產品.目前世界停車產業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術幾乎包含了當今機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術等領域的所有成熟的先進技術。機械方面，應用了許多新材料、新工藝。設備結構采用模塊化設計，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼結構選用新型優(yōu)質鋼材，既提高了設備的強度和剛度，又使設備輕巧美觀，載車板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強韌、耐用。控制技術方面，廣泛采用可編程序控制器PLC和矢量變頻變壓調速閉環(huán)控制技術，使運行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動和噪音也趨于最小。控制形式有，按鈕式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光電開關、光電管、機械式行程開關、磁性接近開關、光敏感應開關等，安全保護裝置日益完善，如汽車出入時的聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈條和鋼絲繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車圖像攝影對比安全檢測、自動消防滅火系統(tǒng)等等。日本是最早應用機械式立體車庫的國家之一，其在上世紀60年代初就開發(fā)并使用可最大限度的利用空間的機械式停車設備。當時日本全國汽車保有量大約為500萬輛，大多采用的是垂直循環(huán)式停車設備。從80年代開始，日本開始向亞洲地區(qū)的韓國、中國及臺灣地區(qū)出口產品及技術。韓國機械車庫技術是日本機械停車技術的派生。其機械停車產業(yè)從20世紀70年代中期開始起步，80年代開始引進日本技術，經過消化生產和本土化，90年代開始為供應使用階段。由于這幾個階段得到政府的高度重視，各種機械停車設備得到普遍開發(fā)和利用，韓國近幾年增長速度都在30%左右。目前韓國停車設備行業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。1.2.2國內研究現(xiàn)狀圖1.3自動化立體車庫(太乙路)我國自動化立體車庫的早期研究開發(fā)工作是從80年代中期開始，90年代開始引進和生產立體停車設備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有應用。參照日本等國標準制定的我國行業(yè)標準也于近幾年出臺，目前停車設備生產廠已發(fā)展到幾百家，生產各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口。自動化立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機械停車設備，其規(guī)劃建設涉及到區(qū)域整體景觀、交通疏導、供電照明、建筑結構、通風排水、環(huán)境保護、安全消防、收費管理等各學科領域，就停車設備本身而言，其機械結構的發(fā)展已形成了停車設備獨有的技術特征，需要多學科、多專業(yè)的復合型人才積極參與，把國外停車技術和各領域的成熟技術移植到我國停車產業(yè)，開發(fā)出更安全、更經濟、更高效、更節(jié)能、更省地的產品，滿足國內外市場的需求。在我國的停車產業(yè)中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術標準；多數產品是仿效或引進國外技術制造，技術水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產能力不足；市場競爭無序，個別企業(yè)為搶占市場，采取低價競爭；缺少科研設計單位的支持，技術創(chuàng)新能力嚴重不足；政策不配套，對停車產業(yè)發(fā)展和管理嚴重滯后等。解決上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術多方面做出努力。政策方面應參照發(fā)達國家的有關政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專用和公共停車位的合理數量，實現(xiàn)投資主體多元化，確定車庫的管理屬性和停車收費標準，給予投資和經營者相應的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場方面應建立車庫市場運行機制，利用價格杠桿調高占路停車收費標準，逐步消除“路滿庫空”現(xiàn)象。鼓勵按照市場規(guī)則經營車庫，并實施政府監(jiān)督和政策調控，使停車產業(yè)良性發(fā)展1.3本文的主要工作目標和工作內容目前機械立體停車設備主要分九大類，即升降橫移類，垂直循環(huán)類，水平循環(huán)類，多層循環(huán)類，平面移動類，巷道堆垛類，垂直升降類，簡易升降類，和汽車專用升降機類。其中垂直循環(huán)類，水平循環(huán)類，多層循環(huán)類，平面移動類，巷道堆垛類為全自動停車設備。在對國內外各種同類產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)升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)模可大可小，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。因此，最終確定研究對象為升降橫移式立體車庫。我選擇三層三列式升降橫移式立體車庫，一共七個車位（兩個通道），三層三列式升降橫移式立體車庫是最基本得升降橫移式車庫，與大型自動化立體車庫原理相同。本論文旨在說明原理及實現(xiàn)過程。本論文重點在電氣控制環(huán)節(jié)和單片機顯示環(huán)節(jié)，使用對射型光電開關檢測車輛有無，將光電開關的信號端接電磁繼電器線圈端，使有無車信號轉變成繼電器的開關信號，常開節(jié)點接單片機輸入端，常閉節(jié)點接PLC輸入端。使用單片機控制信號燈顯示和LCD已經顯示屏的顯示。使用PLC控制接觸器線圈的通電情況，再用接觸器控制380V電機A、B、C三相，進而控制電機的正反轉。以便實現(xiàn)車庫左右平移和上下移動,進而實現(xiàn)存取車過程。使用歐姆龍PLCCZOOH系列的160點可編程序控制器(96個信號輸入點，64個繼電器輸出點)。由于畢業(yè)設計試驗經費有限，實際使用試驗室歐姆龍40點CPM1APLC（24點輸入16點輸出）進行一個車位存取的演示，其他車位存取程序類似，只是輸入輸出點地址不同，所使用的主要器件另行介紹，只使用一組對射型光電開關連接電路，其他用一個開關代替，旨在說明原理和可實現(xiàn)性。升降橫移式立體車庫的機械部分設計方面進行簡單的介紹，對升降橫移式立體車庫進行簡介和車庫車體結構和功能進行簡單介紹。重點介紹電氣控制環(huán)節(jié)和單片機控制顯示環(huán)節(jié)。可編程控制器PLC以及車位信號的采集和車位信號如何輸入單片機和PLC都做了詳細的介紹。第二章升降橫移式立體車庫機械部分設計2.1升降橫移式立體車庫簡介升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設備。升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，車位數從幾個到上百個均可采用，能利用多種場地條件，運用多種組合方式，有效利用場地現(xiàn)有空間。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。車庫地面的車只作橫移，不必升降，上層車位或下層車位需通過中間層橫移出空位，將載車板升或降到地面層，司機才可進入車庫內將汽車開進或開出車庫。圖2.1為一個地上7車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：三層三個車位可以升降，二層兩個車位可以升降和平移，一層的兩個車位只能橫向橫移，空余車位供三層和二層的車位下降時借用。1、2號車位可以直接存放車輛;7號車位需要下降后再存放車輛;3號車位，則需先將1號和2號載車板右移，再將3號載車板下降;4號車位，則需先將2號載車板右移，再將4號存車板下降；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板降下。由于升降橫移式停車設備對場地的適應性強，介紹系統(tǒng)各機械部分部件結構和功能可根據不同的地形和空間進行任意的組合、排列，規(guī)?？纱罂尚。瑢ν两ǖ囊蟊容^低，因此，應用非常廣泛。圖2.1七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖圖2.27車位升降橫移式立體車庫工作原理圖比較圖2.1和圖2.2立體車庫發(fā)現(xiàn)通道空閑車位在中間的時候（如圖2.2）時，以存取3號車位的汽車為例，圖2.1時1,、2號車位整體朝右平移一個車位三號載車板才能下來。而圖2.2時只需要將1號載車板向右平移一個車位就行，存取車得時候橫移載車板數目最少，最省功，比較節(jié)能。本著低碳綠色生活的原則,我們就選擇（圖2.2）7車位升降橫移式立體車庫作為研究對象.2.2立體車庫機械部分部件結構和功能以三層三列式自動化立體車庫為模型建立研究對象。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。下面我們簡要對車庫的主要組成(圖2.3所示)進行介紹.圖2.3升降橫移式立體車庫主要組成2.2.1結構框架立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中我們選用鋼架結構(如圖2.2所示)。鋼架結構與其它建筑結構相比具有可靠性高、材料的強度高，鋼結構自重小、材料的塑性和韌性好、鋼結構制造簡便，施工工期短等優(yōu)點，還能回收利用，綠色低碳環(huán)保。2.2.2上載車板及其提升系統(tǒng)每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。電機順時針旋轉時，載車板上升，電機逆時針旋轉時，載車板下降。根據載車板及車重確定鏈條所需的傳動力。根據傳動力與載車板的移動速度確定電機功率。根據車身高度確定上下載車板間的距離，根據這個距離確定傳動皮帶的長度。2.2.3下載車板及其橫移系統(tǒng)由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。圖2.4下載車板及其橫移系統(tǒng)每塊下載車板的后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統(tǒng)，藏于載車板內。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅動長傳動軸運轉，長傳動軸上的主動鋼輪在導軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。2.2.4安全裝置上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側相應位置處各裝兩只耳環(huán)，當上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環(huán)內，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安全裝置主要是行程極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是使載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如果碰撞到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止。自動化立體車庫為防止載車板橫向移動的時候行程開關拒動，分別在車庫左右兩側多安裝一組行程開關，進行安全保護，防止載車板橫移時劃出軌道或者撞到其他車輛。圖2.5防墜落裝置二層和三層的每個車位都安裝有防墜落裝置，用以電磁鐵連接兩個掛鉤，當載車板上升時候，會自動跟掛鉤相連，掛鉤鎖死，防止載車板因外力突然下降，砸壞下層車輛或者人員，在襯板的防墜落裝置正常情況下市不承重的，只有在載車板突然意外下降時起到承重作用。當然，自動化立體車庫本身作為一件用電設備，本身就應該有一些保護裝置。（在3.5章節(jié)電氣安全設計詳細介紹）1.設有斷電、缺相、斷相和相序保護：在主電源發(fā)生缺相，設備發(fā)生斷相、反相時，保護器動作切斷設備主電源。2.延時保護：當車停不進設備時，設備將自動停止任何操作。試進入（設定）三次自動停止，處于保護狀態(tài)，停止任何操作。3.防人、異物誤闖入紅外線檢測裝置：設置自動鎖閉系統(tǒng)，當設備運轉時，如有人或異物進入設備中，設備將會自動急停。待人員或異物離開設備后，按動“復位”按鈕，設備將恢復運行。保證設備安全運轉，以防誤傷人員。用光電開關檢測.2.2.5控制系統(tǒng)升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器控制，主要有自動、復位、急停三種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態(tài)，圖2.6顯示及其控制面板復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現(xiàn)異常的緊急場合。對于本文中所列的7車位升降橫移式立體停車設備，PLC主要控制二、三層五個升降電機的正反轉和一、二層四個橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位安全掛鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等，使用單片機控制信號燈的顯示和T12864ELCD顯示板得顯示，使用光電開關檢測載車板上是否有車，然后把有無車信號轉變成開關信號分別作為單片機和PLC的輸入端信號，進行電氣控制。控制的目標是強弱電結合，弱電控制強電，以提高安全性和可靠性。電氣控制環(huán)節(jié)在下一章節(jié)進行重點介紹。第三章自動化立體車庫電氣控制環(huán)節(jié)設計3.1PLC可控制編程器介紹3.1.1 PLC的基本結構可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：1、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%~+15%范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。2、中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映像區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映像區(qū)內或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映像區(qū)內的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。3、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器，存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4、輸入輸出接口電路 （1）、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 （2）、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。5、功能模塊 如計數、定位等功能模塊6、通信模塊 如以太網、RS485、Profibus-DP通訊模塊等3.1.2 PLC內部運作方式雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數器等名稱，但PLC內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一：輸入狀態(tài)檢查。PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1或0代表開或關），并將其狀態(tài)寫入內存中對應之位置。步驟二：程式執(zhí)行。將階梯圖程式逐行取入CPU中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至輸出端。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中的輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部位接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC之反應時間，PLC輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生”。PLC用周期循環(huán)掃描、集中輸入與集中輸出的工作方式。3.1.3 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小，很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制備。圖3.1PLC的硬件系統(tǒng)結構框圖3.2立體車庫電氣控制系統(tǒng)整體設計3.2.1電氣控制整體設計整個自動化升降橫移式立體車庫設計電氣部分分為PLC控制環(huán)節(jié)和單片機顯示控制面板設計,使用對射型光電開關安裝在載車板兩邊,用來檢測車位是否有車,在把對射型光電開關的信號輸出線接到電磁繼電器線圈兩端,將信號轉化為開關信號,所選用的電磁繼電器是12v的五接口繼電器,有一組常開常閉開關,在把常開常閉開關分別接到單片機輸入端和歐姆龍PLC輸入端,這樣車位有無車輛情況就反應到了PLC和單片機的高低電平信號,我們只需要檢測單片機或者PLC輸入口的電平情況即可,信號輸入進單片機后,通過單片機編程,實現(xiàn)按鈕信號燈得點亮和切換,還有LCD顯示屏T12864E的一個信息顯示.信號通過繼電器常閉節(jié)點輸入歐姆龍PLC,然后PLC編程,通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內車輛的調入調出由PLC根據當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調度策略調度車輛進出。自動化升降橫移式立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)包含弱電與強電兩套系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的采集、控制輸出與報警。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關斷。強電系統(tǒng)包括載車板電機控制線路、控制電機正反轉的接觸器、到限位和載車板的上下行程限位。車庫采用光電開關檢測車庫空位，用升降裝置輸送汽車到位。系統(tǒng)在控制面板處設有急停開關，當發(fā)生意外時，按下急停開關，斷掉所有電機電源，使載車盤無法繼續(xù)運行，以保證人員及設備的安全。自動化升降橫移式立體車庫是一種比較典型的眾學科機電一體化產品，集機械、信息技術、電子于一體。其中電子技術、信息技術和傳感技術的合理運用與組合構成了車庫的控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)是整個車庫系統(tǒng)的重要組成部分，也是車庫系統(tǒng)的核心。執(zhí)行機構好比“四肢”，框架好比“軀體”，那么控制系統(tǒng)就是“大腦”。它指揮著車庫的每個運行過程，并對整個系統(tǒng)的狀態(tài)過程進行監(jiān)控。升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅動執(zhí)行結構，來完成車庫現(xiàn)場的運作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖3.1所示。圖3.1車庫系統(tǒng)控制原理框圖圖3.2統(tǒng)控制原理框圖由于PLC的可靠性、抗干擾能力強。國內外現(xiàn)有的升降橫移式立體車庫，它們的系統(tǒng)控制形式大都采用可PLC編程控制器控制，特別是應用在智能化要求程度高、多車尾、大容量的現(xiàn)代化升降橫移式立體車庫中。PLC的可靠性、抗干擾能力強。目前比較使用的PLC廠商有,西門子,三菱,歐姆龍.德國西門子PLC價格最昂貴,性價比不高,但是可靠性很高,功能強勁,抗干擾能力也最強大,網絡總線西門子占優(yōu)勢,使用最廣泛,大型工控設備一般都使用西門子PLC.三菱和歐姆龍都是日本生產的,編程軟件風格有很大的相似之處,三菱價格次之,歐姆龍最便宜,性價比最高,而且新一代的山嶺和歐姆龍的可靠性也很高,抗干擾能力也很強,最近西門子PLC總線容易被病毒感染,所以大家很多都轉向三菱PLC.本次設計我選用歐姆龍PLCC2OOH系列的160點可編程序控制器(96個信號輸入點，64個繼電器輸出點)完全滿足容量的要求,但由于學校實驗室設備限制,只能使用40點位的歐姆龍CPM1APLC（24點輸入16點輸出）進行一個車位存取的演示，其他車位存取程序類似，只是輸入輸出點地址不同，所使用的主要器件另行介紹，只使用一組對射型光電開關連接電路，其他用一個開關代替，旨在說明原理和可實現(xiàn)性。在升降橫移式立體車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象主要是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內實現(xiàn)正反轉;其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了對射型光電開關。車庫選用按鈕操作，界面清楚，易于操作，在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置，因本系統(tǒng)只有開關量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此可不必再另外增加其它抗干擾措施。3.2.2檢測點與控制點分布1.檢測點分布(1)載車板上汽車是否停放到位檢測采用光電開關在底層進行掃描檢測。光電開關的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊，在載車板前后位置均進行檢測，當有車輛停放不到位時，車就把光電關光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后，系統(tǒng)才能正常工作。(2)載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關，用于檢測載車板上有無車。(3)載車板平移運動是否到位檢測只有下層載車板有平移運動，在每個車位上分別安裝一只行程開關，用于檢測載車板平移運動是否到位。載車板升降是否到位檢測只有上層載車板有升降運動，在每個載車板垂直運動的軌道上，在低層和上層分別安裝一只限位開關，用于檢測載車板下降和上升是否到位。(5)上層載車板吊鉤是否掛好檢測控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號，可用于指示吊鉤是否已把載車板掛好。2.控制點分布(1)一層載車板左右平移控制一層載車板只有兩個，每個載車板只有左右移動兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。(2)二層載車板升降橫移運動控制二層載車板有兩個，每個載車板有橫移、升降四個動作，采用自動抱閘的三相交流電機控制。三層載車板升降運動控制三層載車板有三個，每個載車板只有升降兩個動作，采用帶自動抱閘的三相交流電機控制。吊鉤動作控制只有二、三層的載車板使用吊鉤，每個載車板用2套吊鉤，吊鉤用電磁鐵控制。3.3控制面板的整體設計控制面板雙色發(fā)光二極管顯示此時車位空缺情況，紅色表示此時車位已停車，按下按鍵表示取車；藍色表示此時車位未滿，按下按鍵表示停車。LCD液晶顯示屏漢字顯示此時空車位情況，并且建議從低處開始存取。3.2.1控制面板器件介紹1.對射型光電開關E3F-3NDIE3F-5L圖3.3對射型光電開關對射型光電開關由發(fā)射端和接收端兩部分組成,接DC12V電壓,結構上是兩者相互分離的，在光束被中斷的情況下會產生一個開關信號變化，典型的方式是位于同一軸線上的光電開關可以相互分開達50米。發(fā)射極電路圖和接收極電路圖如下圖3.4發(fā)射極電路圖和接收極電路圖光電開關的接收器和發(fā)射器分別安裝在底層左右兩邊，在載車板前后位置均進行檢測，當有車輛停放不到位時，車就把光電關光源擋住，此時系統(tǒng)不能動作，只有車輛停放到位后，系統(tǒng)才能正常工作。輸出電流DC:<200mAAC:<200mA繼電器輸出，觸電電流1A3A絕緣電阻>200MΩ工作環(huán)境照度太陽光10000LX以下白熾燈300LX以下檢測距離5M輸出方式PNP型2.12V電磁繼電器我所選用的是松樂小型電磁繼電器SRD-12VDC-SL-C（T7312V）220V10A5引腳。圖3.5松樂電磁繼電器接線圖SRD-12VDC-SL-C電磁繼電器線圈驅動電壓是12V，有一組常開觸點和一組常閉觸點，三個腳這側兩邊是線圈端口，不分正負電壓，是電壓驅動。中間一個腳是觸點的公共COM端。在線圈兩端加上12V電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點和靜觸點（敞開觸電）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，是動觸點與原來的靜觸點（常閉觸電）釋放，這樣吸合、釋放，從而達到了電路中的導通、切斷的目的。把對射型光電開關信號端和COM端接到電磁繼電器兩端，這樣就把光電開關與電磁繼電器來連接了起來，圖3.6電磁繼電器結構原理圖3.單片機最小系統(tǒng)圖3.7單片機最小系統(tǒng)(西安科技大學長信實驗室)選用的單片機芯片為STC89C51芯片,其個端口功能如下:圖3.889C51單片機端子圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻抗輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。4.HD74LS04反向器芯片圖3.9HD74LS04引腳由于STC89C51端口驅動能力一般，輸出端口接的發(fā)光二極管比較多,,加74LS04反向器點亮7組發(fā)光二極管,74LS04IOL16mA(最大16mA的驅動能力)發(fā)圖3.1074LS04引腳光二極管點亮電流為20mA左右，可以使用74LS04點亮發(fā)光二極管。5.共陰極發(fā)光二極管圖3.11紅綠雙色共陰極發(fā)光二極管極限參數在室溫25℃耗散功率：50mW脈沖電流（1／10工作循環(huán)0.1毫秒波寬）:100mA工作電流（IF）：20mA反向電壓（VR）：5V工作溫度范圍：-20℃~+80℃焊錫溫度（從根部4.0毫米處）:260℃for5Seconds光電參數在室溫25℃發(fā)光強度:R:40-80mcdG:20-40mcd主發(fā)光波段：R:620-640nmG:570-575nm電壓:1.9-2.5V反向電流:10μA6.T12864ELCD顯示屏T12864E漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。主要技術參數和顯示特性:電源：VDD3.3V~+5V(內置升壓電路，無需負壓)；顯示內容：128列×64行顯示顏色：蘭/黃綠顯示角度：6：00鐘直視LCD類型：STN與MCU接口：8位或4位并行/3位串行配置LED背光多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等圖3.12T12864ELCD邏輯工作電壓(VDD)：4.5～5.5V電源地：0V工作溫度(Ta)：-10℃～60℃(常溫)/-20℃～70℃（寬溫）引腳名稱說明引腳名稱說明1VSSGND11DB4數據42VDD+5V12DB5數據53V0懸空13DB6數據64RS(CS)H:DATEL:INSTRUCTION14DB7數據75R/W(S/D)H:READL:WITE15PSBH:PARALLELMODEL:SERIALMODE6EENABLESIGNAL16NC空腳7DB0數據017RST低電平有效8DB1數據118VEENEGATIVE9DB2數據219LEDA背光電源+5V10DB3數據320LEDK背光電源0V表3.1T12864ELCD引腳功能圖7.24V帶燈按鈕開關圖3.1324V帶燈按鈕開關每個車位都有相對應的一個按鍵,有七個車位,就有七個帶便七個車位的按鍵,按鍵內部集成有顯示紅綠的信號顯示燈,紅燈表示此時此車位一停車,綠燈表示此時此車位位空車位.如下圖,此時控制面板上1、2、3、4、6車位信號燈綠燈亮，表示此時1、2、3、4、6車位位空車位。而5、7號車位信號燈紅燈亮，則表示此時5、7號車位液晶有車存入，在綠燈亮的車位信號按鈕按下時，表示取當前車位的車輛，在紅燈亮的車位信號按鈕按下時，表示存車于當前車位。按鍵下紅綠燈亮滅情況由單片機控制，而單片機的信號是由對射型光電開關信號經電磁繼電器轉變成高低電平信號控制，也就是說，此時燈亮與否與對射型光電開關信號有關，當有車輛停入，對射型光電開關發(fā)射端和接收端光信號被擋住，接收端信號線和COM端之間就會產生12V電壓信號，使電磁繼電器線圈帶電，電磁線圈帶電就吸合常開接點觸頭，給單片機輸入端一個信號，然后有點偏激控制此車位的紅燈亮，綠燈滅。有車，紅燈亮。無車綠燈亮。3.2.2改裝開關因為市面上沒有顯示兩種顏色的按鈕式不自鎖24V開關，所以我買了24V單色按鈕式不自鎖開關，用雙色發(fā)光二極管進行改造，使之適合單片機控制。圖3.15改裝示意圖（1）拆開按鈕開關，去掉原有的24V單色燈泡和原有燈泡的引腳鐵片，把三引腳兩色發(fā)光二極管的引腳彎成如圖所示的形狀，（2）用電烙鐵在按鈕開關底座上燙一個洞，這樣連上原來燈泡的兩個引腳的引出通道，就有三個引腳引出通道，三引腳發(fā)光二極管就能通過此通道引出。（3）把發(fā)光二極管插到通道里面，在看看按鍵是否擋住，能否正常按下。（4）然后安裝外殼。然后拆開開關按鍵頂蓋，在卸下頂蓋上的白塑料片，在用黑色彩筆在頂蓋白塑料片上寫上相應的車位號，或者功能，在安裝好。圖3.16安裝改造好的就如圖所示3.3.3控制面板硬件介紹使用上一小節(jié)所制作的開關按鈕,和單片機最小系統(tǒng),,和光電開關電磁繼電器組成了控制面板的硬件部分,實現(xiàn)車位顯示和存取車操作,LCD液晶顯示屏顯示當前空車位情況,和建議從底層開始存車等等.圖3.17顯示控制面板硬件實物圖每個車位車板上用來檢測車輛有無的對射型光電開關信號線和COM端接到12V電磁繼電器線圈端，繼電器常開觸點一端接地，一端接單片機輸入端，當車位有車時，對射型光電開關信號端與COM端會產生一12V電壓信號，使繼電器線圈通電，電磁繼電器常開觸點就閉合，輸入單片機輸入端子就為低電平，相應的輸出端子輸出一組高電平和一組低電平，用來控制信號燈的顯示，在控制液晶顯示器顯示此前空車位情況和對司機同志的建議。 顯示屏為T12864E藍屏液晶顯示，LCD顯示時注意本顯示控制面板LCD只寫入程序，不用讀入程序，所以R/W為低，PSB為高表示當前LCD數據通信選用并行口通信，共有8位數據端口，DB0~DB7 接單片機P3口，并且注意8位并行時序連接圖。 發(fā)光二極管為雙色共陰極發(fā)光二極管，點亮電流為20mA，由于STC89C51端口驅動能力一般，輸出端口接的發(fā)光二極管比較多,,加74LS04反向器點亮7組發(fā)光二極管,74LS04IOL16mA(最大16mA的驅動能力)，基本可以使雙色共陰極發(fā)光二極管正常點亮。下圖為顯示控制面板電路整體連接圖：圖3.18控制面板硬件電路圖3.3.4控制面板顯示程序設計開始開始程序初始化按鍵掃描獲取按鍵信息循環(huán)掃描按鍵LCD顯示和二極管顯示判斷按鍵情況圖3.19控制面板顯示程序流程圖程序主要介紹：本顯示控制面板使用繼電器開關量信號作為單片機的輸入信號，信號屬于電平信號，要加按鍵防抖動程序的話，只需要給按鍵按下的瞬間加一個5ms的延遲，然后在重新掃描按鍵是否按下，不用加按鍵彈起掃描程序。 if(key1==0) { delay(5);if(key1==0) { d1=1; d11=0; } } （2）為了使單片機循環(huán)掃描各個電磁繼電器常開觸點的接通情況，我們加入一個while（1）語句，進行大循環(huán)，讓程序一直在while（1）語句里面執(zhí)行程序。（3）延時子程序voiddelay(unsignedintt){ unsignedinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}（4）LCD顯示時注意本顯示控制面板LCD只寫入程序，不用讀入程序，所以R/W=0PSB=1表示當前LCD數據通信選用并行口通信，讓單片機P3口作為數據通信口，并且注意8位并行時序連接圖。程序清單如下:程序見附錄表1。3.4PLC控制系統(tǒng)設計3.4.1PLC控制系統(tǒng)接線設計圖3.20電氣線路圖PLC接線設計：在升降橫移式立體停車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內實現(xiàn)正反轉，其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了對射型光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器，其簡化接線圖見圖3.21。圖3.21簡化PLC接線圖電機控制及接線設計：在存取車時兩個車位的升降不能同時進行，某個車位的升降和橫移也不能同時進行，這兩個動作必須互鎖的，即當上層車位在升降時，地面層車位不能移動，反之亦然，并且上層車位每次只能有一個車位進行上下升降運動。這些在程序中可采用連鎖和互鎖的方法來解決。如圖3.22所示。圖3.22電機控制原理圖由于學校實驗室設備有限,我選用歐姆龍40點CPM1APLC（24點輸入16點輸出）進行一個車位存取的演示，其他車位存取程序類似，只是輸入輸出點地址不同，所使用的主要器件另行介紹，只使用一組對射型光電開關連接電路，其他用一個開關代替，旨在說明原理和可實現(xiàn)性。下圖為PLC端子連接圖(3號車位存取情況)圖3.23號車位端子連接圖3.4.2PLC程序設計本文所設計的PLC存取車控制系統(tǒng)只針對上2層和3層的車位，而對于1層車位，存取車直接開進開出即可?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫。程序流程見圖3.24。圖3.24存取車程序流程圖需要說明的是，載車板用鏈條依靠載車板上的吊點懸吊在托架上，在靜止狀態(tài)時，防墜（安全）掛鉤掛住載車板，以存取三號車位的汽車為例，開機情況下首先按下存取車號碼按鍵，（按鍵顯示燈是紅時，表示此時車位已有汽車停入，按下按鍵，表示取此車位的汽車。按鍵顯示綠燈時，表示此時車位為空，按下按鍵，表示存車），然后PLC控制一號車位橫移電機正轉（正轉，則車位右移），一號車位右移一個車位后出發(fā)行程開關后停止，然后三號車位防墜落裝置打開，三號車位的提升電機反轉（提升機電反轉則載車板下移），到達一號車位為止后觸發(fā)行程開關，停止，存車時，車輛停入，光電開關檢測車輛是否停好確定存好后有10S延時。取車時，直接取走車輛在襯板復位。其中檢測車位有無車輛使用對射型光電開關，將對射型光電開關的信號線接到電磁繼電器線圈兩端，將有無車信號轉變成PLC輸入端口的開關信號。當然還要多安裝幾個光電開關，用來檢測車輛是否停好，停車人員是否按時撤離等等。根據車庫的運行控制要求，程序設計方案如下：（1）初始化程序提出系統(tǒng)的控制信息，掃描各到位開關信號；（2）主控制程序按照進車優(yōu)先的原則，將最多的車位保持在進車位置。每個載車板運動之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位才可以動作，前后動作互鎖。判斷是否有空位是根據橫移電機所對應的到位行程開關動作信息來確定的。液壓升降系統(tǒng)啟、停動作也是根據相應的到位行程開關來確定；（3）故障報警程序故障報警程序能夠實時地采集設備異常信息，及時發(fā)出聲光報警信號，提醒司機和管理人員進行處理。若在程序執(zhí)行過程中，有人、物侵入車庫空間或車輛超長，PLC將按照閉鎖關系停止設備運行，同時發(fā)出故障報警。該程序完整而高效的完成了二層升降平移式車庫全部動作，具有安全可靠性。完全達到了作為民用機電一體化設備所應具備的條件，充分發(fā)揮了它的作用。所謂輸入輸出點定義是指整體輸入輸出點的分布和每個輸入輸出點的名稱定義，它們會給程序的編制、系統(tǒng)的調試和文本的打印等帶來很多方便。因為本系統(tǒng)是對開關量控制的應用系統(tǒng)，并對控制速度要求不高，選用一般的可編程序控制器，其具有的自診斷功能和采用的循環(huán)掃描工作方式完全能滿足要求。本系統(tǒng)輸入端有開關、暫停、復位、和各車位按鍵，輸出端需要控制9臺電機(4臺橫移小電機和5臺升降大電機)，加上一些用于人機交流及安全檢測的數字量輸入輸出，如數字鍵盤輸入、LCD數碼顯示、安全檢測、及各種操作按鈕等。再考慮到系統(tǒng)的可擴展性，選用OMRON公司的CZOOH系列的160點可編程序控制器(96個信號輸入點，64個繼電器輸出點)完全滿足容量的要求。我們在分配輸入輸出點時按照控制功能分段，相同功能的輸入板和輸出板組成一組。一般情況下輸入點與輸入信號，輸出點與輸出控制一一對應。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號分配給每一個輸入信號和輸出信號。升降橫移式立體停車庫的輸入點、輸出點的具體分布可按表3.1和表3.2進行，該表按照輸入、輸出部分不可重疊來排列的。0000啟動按鈕0113-01153-4號車右限位開關0001緊停按鈕0202-02043-4號車上限位開關0002-0063-7號車位按鈕0207-02093-4號車下限位開關0013門前光電開關0210-02125-7號車上限位開關0014-00151-2號車左限位開關0213-02155-7號車下限位開關0103-01041-2號車右限位開關0301-03071-7號車光電開關0108-01103-4號車左限位開關0401-0600安全檢測型號若干表3.2輸入點分配01900-019011-2號電機左轉01912-019145-7號電機提升01902-019031-2號電機右轉01800-018025-7號電機下降01904-019053-4號電機左轉01710報警燈01906-019073-4號電機右轉01711運行燈01908-019093-4號電機提升01717可存車信號燈01910-019113-4號電機下降01718可取車信號燈表3.3輸出點分配根據實際控制所需要的輸入輸出點數，選用歐姆龍公司CZOOH系列160點可編程序控制器的存儲容量完全能滿足升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)的要求。本升降橫移式立體停車庫控制系統(tǒng)分為兩種工作方式：全自動方式和急停方式，有緊急情況時，按下急停按鍵，全車庫電動機斷電并啟動自鎖裝置，使載車板不在移動，當緊急情況解除后，按下復位按鍵，電動機自鎖裝置打開，電機繼續(xù)工作。全自動方式是立體停車庫的正常工作方式，當輸入某載車板車輛進入命令后，系統(tǒng)可自動判斷路徑并移動載車板，自動完成進出載車板動作，刷新載車板有無車信息。當有人進入車庫時，由于人擋住了光電開關，運行燈停止，車庫自動停止運行;還有每個車位和立柱兩側的光電開關用它們來檢測車輛，當檢測到不符合規(guī)定的項目時，車庫不能運行。使用歐姆龍40點CPM1APLC（24點輸入16點輸出）進行一個車位存取的演示，輸入輸出點分配情況如下表:0000啟動按鈕00041號左行程開關00013號車位按鈕00053號右行程開關00023號車位光電檢測00063號左行程開關00031號右行程開關表3.3輸入點分配010011號車位電機右移線圈01005存車指示燈010021號車位電機左移線圈01006防墜落電磁鐵線圈010033號車位電機下移線圈01007取車指示燈010043號車位電機上移線圈表3.4輸出點分配3號車位存取程序如下所示：由于篇幅有限，其他車位存取程序不做詳細介紹。以上程序已經經過老師驗收，可以實現(xiàn)3號車位的存取操作。1、2號車位直接進行車輛存取，只做顯示車位有無車情況。5號車位車輛存取,平移時是1、3車位載車板整體向右平移一個單位，然后觸發(fā)車位右行程開關停止，然后打開5號車位防墜落裝置，5號載車板開始下降，到達一層時觸發(fā)下行程開關停止，進行存取車操作，判斷車輛是否已經停好或者已經取出，然后載車板上移觸發(fā)上行程開關停止，放墜落裝置自動松開，1、3車位載車板復位，這就是5號車位存取車過程。4號車位與3號車位對稱，開始時只需2號車位載車板向左平移一個單位，最后在平移回來進行復位。6號車位載車板直接下移兩個車位即可?？梢娷囄淮嫒〕绦蚓哂泻芏嘞嗨菩裕總€車位載車板都配備自己的檢測位置的行程開關和判斷車輛有無的對射型光電開關，因此不存在輸入點數的重復性，只需要給每個車位按鍵進行互鎖。3.5電氣安全設計1、設有斷電、缺相、斷相和相序保護：在主電源發(fā)生缺相，設備發(fā)生斷相、反相時，保護器動作切斷設備主電源。由于自動化立體車庫主要設備就是三相交流電機，所以必須設置三相交流電機保護電路。（1）短路保護短路是由于絕緣損壞、接線錯誤等原因導致電流從非正常路徑流過的現(xiàn)象。瞬時短路電流可能達到電機額定電流的幾十倍甚至上百倍，如果不能及時切斷電源，則有可能造成電機不可修復的損壞，還有可能導致觸電、火災等危險。三相交流異步電動機短路保護應該滿足以下要求：一是必須在很短的時間內切斷電源；二是當電機正常啟動、制動時，保護裝置不應誤動作。常用的短路保護裝置有熔斷器和斷路器。（2）過流保護過電流是指電動機的工作電流超過其額定值，如果時間久了，就會使電機過熱損壞電機，因此需要采取保護措施。過電流時，電流仍由正常路徑流通，其值比短路電流值要小。過電流一般是由于負載過大或是啟動不正確。為了避免影響電動機正常工作，過電流保護動作值應該比正常啟動電流略大一些。過電流保護也要求保護裝置能瞬時動作。過電流保護采用過電流繼電器。（3）過載保護電動機過載是指其工作電流超過額定值使繞組過熱。引起過載的原因很多，如負載的突然增加、電源電壓降低、電動機軸承磨損等。過載與過流類似，但也有差別。主要的不同在于動作效應的不同。過電流是由電磁效應來引發(fā)保護裝置動作，針對電流的瞬時大?。欢^載保護則是由電流的熱效應，即電流對時間的累積結果來引發(fā)保護裝置動作。一般情況下同一電路中，過載保護動作電流值要比過電流小，而這兩者又均比上面提到的短路保護動作電流值小。值得注意的是，短路保護、過電流保護和過載保護是不能互相代替的。過載保護應采用熱繼電器或電動機保護器作為保護元件。（4）斷相保護異步電動機在正常運行時，如果電源任意一相線路突然斷路，電動機就處于斷相運行。此時電動機實際上是在單相電源下運行，電動機定子電流會增大，轉速要下降甚至會堵轉，時間一長就會燒壞電機。實踐表明，斷相運行是使電動機損壞的主要原因之一，因此應進行斷相保護。引起電動機斷相運行的原因很多，如熔斷器一相熔體燒斷，電動機繞組一相斷路、一相接觸不良或松脫，電源一相線路斷開等，其中尤以熔斷器一相燒斷的情況最為常見。斷相運行時，線路電流和電動機繞組連接因斷相形式不同而不同；電動機負載越大，故障電流也越大。斷相運行時，通?？梢愿鶕娏骰螂妷喊l(fā)生的變化特征檢測出斷相信號來構成斷相保護裝置。斷相保護有很多方法，如下：1）用帶斷相保護的熱繼電器2）采用電壓繼電器3）采用欠電流繼電器4）斷絲電壓保護5）采用專門為斷相運行而設計的斷相保護繼電器（5）溫度保護在電動機電流沒有超過額定值時，由于車庫通風不良、環(huán)境溫度過高、啟動次數過于頻繁等原因，電動機也會過熱。這種情況下用以上的過流保護或過載保護都不能解決問題，因此需要直接反映溫度變化的熱保護器。溫度保護通?？刹捎脺囟壤^電器。溫度繼電器主要有雙金屬片和熱敏電阻式兩種，它們都被直接埋置在發(fā)熱部位。溫度保護與過載保護都是利用溫度來觸發(fā)保護，但并不完全相同。過載保護是因為電流長時間超出額定值使得繼電器升溫觸發(fā)保護；而溫度保護是由于散熱不良，環(huán)境溫度過高等因素使得電機過熱從而觸發(fā)保護。溫度保護被觸發(fā)時，電動機中的電流值有可能是正常的，因此過載保護不一定會起作用。溫度保護與過載保護也是不能互相替代的。2、延時保護：當車停不進設備時，設備將自動停止任何操作。試進入（設定）三次自動停止，處于保護狀態(tài)，停止任何操作。3、防人、異物誤闖入紅外線檢測裝置：先進行聲音警報，并且設置自動鎖閉系統(tǒng)，當設備運轉時，如有人或異物進入設備中，設備將會緊急報警，人員或者人員沒有按時撤離車庫設備就會自動急停。待人員或異物離開設備后，按動“復位”按鈕，設備將恢復運行。保證設備安全運轉，以防誤傷人員。用光電開關檢測。4、車輛定位：載車板的末端裝有前、后、左、右限位裝置。載車板上有汽車車輪雙邊橋，載車板前端有前輪橫杠，這樣就能使汽車停放在載車板大概重心位置。載車板末端有一對光電開關，檢測車輛長度是否滿足自動化停車庫的長度要求。5、防止載車板墜落裝置：設置防墜落裝置，載車板運行到停車位后，為防止載車板因故突然落下，設防止墜落裝置，保證入庫車輛安全，二層和三層的每個車位都安裝有防墜落裝置，用以電磁鐵連接兩個掛鉤，當載車板上升時候，會自動跟掛鉤相連，掛鉤鎖死防止載車板因外力突然下降，砸壞下層車輛或者人員，在襯板的防墜落裝置正常情況下市不承重的，只有在載車板突然意外下降時起到承重作用。6、汽車長度限制裝置：設置超長光電檢測裝置。當進入設備的車輛的長度超過停車輛適量尺寸時，設備自動鎖閉并報警提示。7、緊急停止裝置：設置緊急制動開關，當出現(xiàn)異常情況時，能使停車設備立即停止運轉。按下復位按鈕后，車庫繼續(xù)工作。8、防止超限運行裝置：設置限位開關，包括，上限位開關，下限位開關，左限位開關，右限位開關，極限開關等。當到位開關出現(xiàn)故障時，超限位開關能使設備停止工作，每個車位都有自己的限位開關，相互不共用，再在車庫整體左右滑道兩邊各安裝一組限位開關，防止各車位載車板限位開關失效引起車輛碰撞，用于緊急情況。9、警示燈及警示蜂鳴器：設置設備運轉信號顯示。提示設備處于運轉狀態(tài)及對異常情況報警。10、電機自帶剎車裝置：防止載車板自動滑。電磁抱閘：電機與電磁抱閘的電源是同步的，電磁抱閘的電源從電動機的接線盒或接觸器下端引出，電磁抱閘的工作原理：通電時,電磁力使得抱閘裝置分開,電機可以轉動,停電時,由于內部失去磁力，彈簧使得抱閘裝置合上，電機停轉。第四章結論與展望4.1結語我國立體車庫發(fā)展雖經歷了十來年的發(fā)展，但仍處于初級的停車功能，是最原始的使用階段，它的設計水平、經濟價值還有待于完善和開發(fā)。為此對立體車庫設計方案優(yōu)化具有重大的現(xiàn)實意義和潛在的市場經濟效益。本文在參閱了國內外有關立體停車庫的大量資料的前提下，對升降橫移式立體車庫設計機構裝置和控制系統(tǒng)進行細致研究，得出了以下重要的結論：1.通過大量的網上調研工作，對自動化立體車庫的發(fā)展特點和發(fā)展方向進行了總結，通過對市場需求的分析和對比國內外立體車庫的發(fā)展狀況，分析了智能立體車庫廣闊的市場前景和趨勢。2.使用很多簡單器件，完成復雜功能。使用雙色發(fā)光二極管（共陰極）改裝，控制面板簡單方便，直接明了，功能使用。3.使用單片控制LCD顯示和發(fā)光二極管顯示車輛有無，力求設備最簡，功能實用，操作方便等優(yōu)點。使用紅綠共陰極發(fā)光二極管顯示車位有無汽車，紅燈表示此時車庫有車，按下按鍵表示取車；綠燈亮的時候表示此時車位為空車位，按下按鍵表示存車。4.針對智能立體車庫的功能要求，提出了控制系統(tǒng)的詳細方案。為達到車庫中的檢測要求，確定了經濟而適用的傳感器。在車庫自動控制系統(tǒng)中，選用了歐姆龍公司的CZOOH型PLC可編程控制器，并對PLC功能和特點進行詳細的分析，給出了接線圖和控制程序。演示時使用歐姆龍40點位CPM1APLC（24點輸入16點輸出）進行一個車位（3號車位）存取的演示，已經經過老師檢驗，功能可行，程序通過。5.自動化立體車庫作為一個大型用電設備，其主要設備為三相交流電機，所以必須設置三相交流電機保護電路。對三相交流電機進行了短路保護、過流保護、過載保護、斷相保護、溫度保護等等。車庫作為一種成熟工業(yè)產品，還必須加一些安全裝置，如防人、異物誤闖入紅外線檢測裝置，電機自帶剎車裝置，警示燈及警示蜂鳴器，緊急停止裝置，汽車長度限制裝置等等。4.2展望目前世界上自動化立體車庫技術已經非常成熟，歐美、日本、韓國等發(fā)達國家早于中國開始研制自動化立體車庫技術，在他們國家已經形成比較完善了自動化存取車技術，停車產業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術幾乎包含了當今機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術等領域的所有成熟先進技術等等，我們完全可以先學學魯迅先生，先拿來用用，然后結合自己的實際國情進行本土化推廣?！皫熞拈L技以自強”，當年超級大國美國和蘇聯(lián)就是在相互學習模仿中雙雙強大，相互趕超的。我國在自動化立體車庫項目上也可以和先進國家相互學習，相互趕超。目前在我國雖然立體車庫應用還較少，但我國城市人口密度較稠，隨著家庭轎車的增加，但我們有巨大的市場。對產品的需求，將會向兩個極端發(fā)展：一個極端就是價格的極端，市場大量需要低價格的機械停車設備，它只要能夠達到增加停車位的目的，能夠保證最基本的使用性能，以價格優(yōu)勢占領市場，這一部分的市場份額預計將達到50%-70%；另一個極端就是技術與性能的極端，要求停車設備具有優(yōu)越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。通過國內外機械停車設備使用經驗的總結，可以發(fā)現(xiàn)人們在利用機械停車設備存取車時，比較追求的是存取車速度、等待時間以及方便的程度。此外，未來的機械停車設備市場，也會更加注重完善的售后服務系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程故障處理系統(tǒng)。自動化立體車庫的種類繁多，我們必須通過詳盡的技術分析才可以有明智的決斷，利用一切可以利用的因素，建造出經濟技術合理和適應市場要求的機械立體停車庫?？傊谖覀兠媾R著建設現(xiàn)代化大都市的重任和土地資源異常奇缺的情況下，使用機械立體停車庫是可行、明智的選擇，它的前景將是無限美好的。致謝 行文至此，我的這篇論文已接近尾聲；歲月如梭，我四年的大學時光也即將敲響結束的鐘聲。離別在即，站在人生的又一個轉折點上，心中難免思緒萬千，一種感恩之情油然而生。 在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導師李磊老師的指導與督促，同時感謝她的諒解與包容。沒有李磊老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的院系領導，尤其是付院長，謝謝他在這四年中對我的嚴厲教導，他獨特的做事方式，和幽默詼諧的語言風格很讓我感動，還記得那是因為犯錯誤被老師教導辦公室，付院長沒有罵我們，只是和我們談了談家常，說了他一位學生的經歷，讓我們讀了那位學長寫的一份很真摯的檢討信，我深感愧疚，這件事至今還深深的影響著我。再次向他表示由衷的感謝。也感謝李忠老師，趙永秀老師，馬莉老師，魯堅秋老師等等，在課程設計中對我無私的幫助，衷心的感謝他們。在這四年的學期中結識的各位生活和學習上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝。謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻給你們！本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學術界的前輩們致敬！參考文獻【1】鄭寶舉、袁永康、員超.智能立體停車庫控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)【J】計算機測量與控制.2003（6）【2】張煒立體車庫中自動搬運小車的研究機械電子工程20080201【3】樊曉兵霍罡《歐姆龍CP1HPLC應用基礎與編程實踐》機械工業(yè)出版社【4】喻樂康，左東曉《機械停車庫的技術發(fā)展[J]建設機械技術與管理》1999,1:30-32【5】黃向慧楊世興《現(xiàn)代電氣自動化控制技術》人民郵電出版社【6】王永華《現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術》（第二版）北京航空航天出版社【7】楊可楨程光蘊《機械設計基礎》高等教育出版社【8】查蔓莉，林明星，ChaManli，LinMingXing立體停車庫監(jiān)控系統(tǒng)[期刊論文]ISTICEIPKU-2006年z1期【9】居榮，鞠勇，JuRong，JuYong基于PLC的通用多層升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計[期刊論文]《電氣自動化》ISTICPKU-2007年2期【10】張啟君.立體車庫的主要型式及技術特點[M].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，1999；【11】付翠玉，關景泰.立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[M].機械設計與制造，2005；【12】任伯森等，機械式立體車庫.海洋出版社，2001；【13】國家機械工業(yè)局，機械行業(yè)標準《簡易升降類機械式停車設備》1999；【14】中華人民共和國機械工業(yè)部，機械行業(yè)標準《機械式停車設備類別、型式與基本參數》.1998；【15】國家機械工業(yè)局，機械行業(yè)標準《升降橫移類機械式停車設備》.1999；【16】李正吾等編著.機電一體化技術及其應用[M].機械工業(yè)出版社，1990；

【17】盧金鼎，山靜民主編.機電一體化技術[M].中國輕工業(yè)出版社，1996；【18】王芳卿.立體停車庫及其控制.電器傳動，1998；【19】中華人民共和國機械行業(yè)標準，升降橫移類機械式停車設備.北京:國家機械工業(yè)局發(fā)布，2000；【20】朱善君，翁樟，鄧麗曼等.可編程序控制器的系統(tǒng)原理·應用·維護.北京:清華大學出版社，1993；【21】郝艷芳，趙武，畢建中.自動化立體停車設備的安全技術.山西太原華北工學[20]孟榮光.旋轉車藍式自動控制立體車庫.北方工業(yè)大學學報，2000；【22】徐世許等編著.可編程序控制器原理·應用·網絡.合肥:中國科技大學出版社，2000；【23】顧戰(zhàn)松等編.可編程控制器原理與應用.北京:國防工業(yè)出版社；【24】王也平等編.可編程控制器原理與應用.成都:西南交通大學出版社，1994；【25】林小峰編.可編程控制器原理及應用.高等教育出版社，1991；【26】OMRONSYSMACC200H可編程序控制器操作手冊，1995；【27】OMRONSYSMACCPMIA可編程序控制器操作手冊，1997；【28】杜桂榮，彭斌，邵兵，劉振全.多層升降橫移式立體停車庫的結構和控制系統(tǒng).甘肅工業(yè)大學學報，2003；【29】劉豪.高強度螺栓連接鋼結構的制作與安裝.北京:化工施工技術，2002；【30】王也仿等編.可編程控制器應用技術.北京:機械工業(yè)出版社；【31】龍馭球，包世華等編.結構力學(上、下冊).北京:高等教育出版社；【32】萬舟，劉龍，許曉平.實現(xiàn)立體車庫智能化的構想.昆明理工大學學報，1998；【33】蔣圣平等.PLC在立體停車庫系統(tǒng)控制中的應用.華北工學院測試技術學報，2000．【34】朱林主編石油工業(yè)出版社《機電一體化系統(tǒng)設計》(第二版)2008;【35】楊有啟鈕英建編著首都經濟貿易大學出版社《電氣安全工程》2008；附錄表1#include<reg51.h>#include<intrins.h>unsignedchari;sbitd1=P1^0;sbitd2=P1^1;sbitd3=P1^2;sbitd4=P1^3;sbitd5=P1^4;sbitd6=P1^5;sbitd7=P1^6;sbitd11=P1^7;sbitd12=P2^0;sbitd13=P2^1;sbitd14=P2^2;sbitd15=P2^3;sbitd16=P2^4;sbitd17=P2^5;sbitkey1=P0^0;sbitkey2=P0^1;sbitkey3=P0^2;sbitkey4=P0^3;sbitkey5=P0^4;sbitkey6=P0^5;sbitkey7=P0^6;sbitRS=P0^7;sbitRW=P2^6;sbitE=P2^7;#defineFIRST_ADDR0//定義字符/漢字顯示起始位置//延時子程序voiddelay(unsignedintt){ unsignedinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}//測忙voidchk_busy(){RS=0;RW=1;E=1;while((P0&0x80)==0x80);E=0;}//寫數據voidlcdwd(unsignedchardispdata){ chk_busy(); _nop_(); RS=1; RW=0; E=1; P3=dispdata; delay(5); E=0; P3=0xff;}//寫指令代碼voidlcdwc(unsignedch