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立体车库是现代停车库发展的必然趋势,它具有占地面积小、空间利用率高等优势,可有效缓解城市停车难的现状。同时立体车库更能体现现代化程度,对改善城市面貌具有重大意义,具有广阔的发展前景

    车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

    立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式等。具体特点请参看附录A。

目前国内有立体车库厂家近百家，其市场已具备一定规模，但目前尚缺乏行业标准，生产厂家鱼龙混杂、产品质量良莠不齐，产品雷同、同质化严重且缺乏自我研发能力。本人经多年行业从业经验，参考国内外各种形式的立体车库，经武汉工业大学等多位教授、导师的协助和参与，研发出具有领先水平的新型立体车库“矩阵布置循环式”停车库。本设计方案与其它所有立体车库最大的不同在于车辆托盘运行机构由从动变为主动，从根本上改变了立体车库的运行模式，使得本设计在机械车库的历史上具有了划时代的意义。

     矩阵布置循环式停车库植入了人工智能车辆出入库管理系统，结合车库多车位提车的结构特点，具备客户停车学习能力，配合网络预约停车系统，使客户能随到随走，无需等待。另外更重要的是托盘动行机构的主动模式使得整个系统任一点出现故障，都不会影响其它车辆的出入库运行，将故障带来的影响降到最低。并且矩阵布置循环式停车库是目前单位容车量最大的形式，而其制造成本与现在的立体车库相当。其组成部分和功能说明如下：

1）矩阵布置循环式停车库由钢构或预置框架结构构成的车库体；电梯；轨道；依轨道行走的载车托盘；双向无线通讯系统；中央控制服务器组成。

2）中央控制服务器根据任务，计算最佳移动轨迹，通过双向无线通讯节点，向每个载车托盘车载双向无线通讯系统发指令，控制其行走。

3）载车托盘通过接受的指令自行控制其运动，并将运动细节返回给中央控制服务器，使中央控制服务器实时了解其运行状态，载车托盘终端根据接受的指令来自行控制转向及行走，根据射频库位号识别传感器返回的信号来判断是否为中央控制服务器所要求的移动路径及到达的库位。

4）矩阵布置循环式停车库的工作过程是：载车托盘通过四个行走轮依轨道实现纵向和横向的同步正反向移动，四个行走轮可以实现原地90度同步转向。存车时，车辆驶上载车托盘，司乘人员离开，载车托盘通过置换位留下的空间进行纵向和横向移动至电梯，由电梯将载车托盘升降至目的层，载车托盘通过置换位留下的空间进行纵向和横向移动至目的库位；取车时，载车托盘通过置换位留下的空间进行纵向和横向移动至电梯，由电梯将载车托盘升降至地面层，再通过置换位留下的空间进行纵向和横向移动至存取车口，司乘人员上车驶离。

主要特点：：

1）出现机械故障时，还能够完成存取车操作。

载车托盘是一个独立行走单元，可以移动至车库内的任何一个库位。当A电梯出现故障时，载车托盘可以通过B电梯来完成存取车操作；当一个载车托盘出现故障时，因为有置换空位，也不会影响其它载车托盘完成存取车操作。

2）本产品设置了6-12个进出车口，可同时进行存取车操作，解决了现有机械式立体车库不能对多台车进行操作，而造成的车辆滞留及人员等待的问题，并且做到真正意义上的提前预约式存取车操作。

因载车托盘是一个独立行走单元，电梯也是一个独立单元，在司乘人员上下车；驻车及启动离开的这段时间，不会影响电梯对其它载车托盘的运载操作。

3）可做成立体车库式充电站，对电动汽车进行充电。

每个载车托盘设有独立的供电装置，通过铺设于地面的安全滑线供电，可完成对行走及转向装置的供电，如加入对电动汽车充电的设备及接口，可实现对电动汽车进行充电。

4）占地面积小，容车率高，存、取车速度快。

5）采用中央服务器控制，全自动操作及显示，可预约存取车及空车位导向，管理智能化：计费、监控、检测和身份识别等完全由中央服务器控制

6）系统集成度高，全部采用模块化单元设计，维护保养简单。

7）库区全封闭，可防止人为的汽车损坏；防盗性好。

8）由于库区高度封闭，库内无人进入，故可采用CO2全自动灭火系统，一旦失火，可在极短时间内使全库区充满CO2气体，达到高效灭火，安全又可靠。

附图：

附图说明：

1：平常A库电梯用于对A库的车辆进行运送，当A库电梯出现故障时，A库的车辆可经B库电梯进行运送，反之亦然，这使得本产品在故障排除期间还能够完成存取车操作成为可能。

2：本车库设有12个进出车口，可同时进行存取车操作，可实行真正意义上的预约存取车。

3：每库每层设置至少一个置换位，置换位不设载车托盘，库内载车托盘通过置换位可进行循环移动，使1；3；7；9位置上的载车托盘可进出电梯。                         

    市场对产品是有要求的，通过国内外机械停车设备使用经验的总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车时，设备的可靠性、存取车速度、等待时间以及方便程度将是用户追求的目标。

电动汽车充电时间比较长，快充15-20分钟，慢充长达数小时，这就造成现在的充电站要占用大量而宝贵的土地资源。如采用矩阵布置循环式停车库做电动汽车充电站，将节约大量宝贵的土地资源。

立体车库

1.1  本课题研究的背景及意义

近些年来，伴随着我国人民物质生活水平的不断改善，我国机动车保有量越来越多，由于不合理的城市规划，停车设施的短缺、管理不善及其他一些原因，导致道路资源一天比一天紧张，交通供需矛盾日益显现出来。尤其是在静态交通中，传统停车场已经不能满足越来越多的停车需要。基于停车难的现实问题，让静态交通在道路上停车，对于本来就拥挤的动态交通和一寸土一寸金的城市空地上，无疑会让已经拥挤的道路问题越来越严重。因此必须高度重视城市面临的停车难问题，并积极寻找解决办法。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
   现在城市交通拥堵和停车难已经成为主要的社会问题，造成这些问题的主要原因是城市化的发展和人们生活水平的日益提高。我们可以通过动用各级政府的力量，各种鼓励修建停车场的相关政策以及使用立体式停车库位的措施解决这些问题。面对停车难问题，我们要从源头上想办法来解决这个难题。这就要求我们要从停车位建设和对车辆停放的管理两方面进行，以立体停车场为主要的停放地点，如果有需要可以短暂性的在路外以及公共区域停车。

之前停车位的控制系统大多数采用继电器，但是继电器控制系统有许多的不足之处。首先，它的体积很大，比较笨重。其次，它的控制很不稳定，需要许多人进行维护。除了继电器控制系统之外，还有的一些控制系统用的是单片机。但是这些控制系统在输入、输出部分上会有很大的消耗，并且它们系统的稳定性不好和抗性差等因素也会让机器经常需要人员维护。

但是PLC自身的抗、适用能力以及它的应用范围都是特别优秀的，这样，就会让我们设计的此车库的发展就有了更高的发展前景。PLC有在应用灵活方面有着无与伦比的优点，编程简便、且容易修改，配置也是很灵活的，同时它的结构模块化、功能齐全也是PLC技术应用的有力条件；安装简单、调试方便；体积小、能耗低，PLC的这一系列优点使它赢得了诸多智能立体车库的青睐，加之其价格逐年下降，所以实用性和现实性很强。

1.2  国内外的发展及研究现状

机械式智能立体车库的出现，很好地解决了世界各国停车难的问题，欧美国家是最早开始使用立体车库的国家。世界上第一个机械升降车库是1920年在美国修建成功的。并且，随着科技的发展，在随后的二三十年间，汽车日渐趋于大众化，其他的国家都开始进行一些立体车库的研究，并且也都取得了不错的成果。尤其是亚洲的一些国家，因为他们的土地资源稀缺，故而对于立体车库的使用就相对的比较广泛。在亚洲，最先使用立体车库的是日本，从日本开始进行机械停车设备的研究开始，已经有50年的历史了，他们每年间所生产的机械停车位就有十几万了，并且是以升降横移类作为主要目标的。

虽然我国总的土地面积挺大，但是由于我国人口基数大，以至于我们人均占有的土地面积就会非常少，土地资源匮乏还是很严重的。而我们国家是在上世纪80年代才开始的，那时候还是处于起步阶段的，一直到90年代，我们的机械停车设备才开始了技术引进，再加们的自主研发，很快就取得了相应的发展，目前都已经成为新兴的停车设备行业了。到了2006年底时，对于智能停车设备的研究企业已经翻了十几倍，包括全国的27个省市自治区的94个城市，而拥有智能停车设备设施的有284个。由此可以看出，我们国家这个的行业的发展是非常迅速的。并且，我国的智能停车设备方面的生产力、质量等等一些方面，都已经跟国际的高端水准相接近了。

智能立体车库的许多设备采用了现在机械、电子、光学、磁控、计算机等许多领域的先进技术，例如激光、交流变频调速技术、PLC、IC卡、总线控制技术、触摸屏等等，极大地提高了产品在技术含量、智能化程度、运行安全可靠性等方面的性能。近年来，越来越重视智能立体停车设备的研发工作，国内多家研究机构都进行了技术力量的投入，对智能立体停车设备的许多方面进行了研究，取得了很大的成果。

虽然机械式智能立体停车设施在我国作为一个新兴的产业，具有不可估量的发展前景，但是现在还没有进入一个快速的发展阶段，主要是因为我国在智能立体停车设备行业当中的发展还存在着许多不足之处：首先，虽然这个行业的企业已经具备一定的规模，但是他们的发展不平衡，大中型企业较少，仅20家左右，剩下的则是一些中小企业，中小企业技术力量相对比较薄弱，缺乏企业的自主开发能力；其次，智能立体车库对于安全方面的要求很高，然而有的企业自主研发的设施没有进行更加深入的研究，不能保障产品的安全性、可靠性和耐久性；第三，市场竞争杂乱，目前国内总体生产能力过剩，价格比较低，政府在对待智能立体停车产业发展方面的政策严重滞后；此外，平面停车场收费便宜，加上人们的意识还没有完全转变，都将成为智能立体停车设施难以普及的拦路虎。由此看来，想要加快我国智能停车设备产业的发展，我们需要在政策、市场、管理和技术等多方面进行努力。

1.3  论文的主要内容

这篇论文是有关设计一种可靠性高、便于操作的智能立体车库控制方法，它的基本设计原理是利用载车板改变位置（其系统为PLC）产生一个没有障碍的垂直通道，然后通过上层车位上下移动来存取车辆，PLC中主要的控制对象是车库内的横移小电机和升降大电机，以便它们在不同时间实现正反转，再控制车库内的其他的辅助装置。

【昆明智能库厂家】

本次设计的智能立体车库分为上、下两层。上层车库不可以平移仅仅用来上升与下降，下层车库也只是能进行左右移动。这次设计的新型智能立体车库中总共有6个车位，其中下层有一个为空位作为交换车位，可为载车盘提供一个上下的无障碍通道，另外5个车位用于存放车辆。当下层车位进出车时，不需要移动其他托盘就可直接进行进出车处理。当上层车位进出车时，首先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作到达下层，进行进出车处理，进出车完毕后上升回到原位置。

研究的具体内容包括：

1. 对新型智能立体车库PLC控制方案进行总体设计；

1. 选择控制系统中所需硬件并进行控制系统设计（CPU选型、输入输出接口配置、

各电器元件选型等）；

3. 控制系统程序设计（梯形图、语句表程序等）；

4. 对控制系统的工作原理进行分析和说明；

5. 介绍PLC基础知识，包含PLC的由来发展、功能、工作原理、S7-200 PLC指

令以及编程软件等内容介绍；

6. 智能立体车库控制特性、PLC系统控制要求；

7. 控制设计，包含：制定程序流程图、分配PLC I/O接口、绘制控制电路外部接

线图、编制程序；

8. 实现程序的调试

2  可编程控制器的概述

2.1  PLC的发展

PLC的发展与计算机技术、数字技术、通信网络技术、半导体技术、控制技术等的发展密切联系相辅相成，PLC的发展需要这些高新技术的辅助，而PLC对他们的需求也恰恰是这些高新技术发展的理由，双方都是互相利用共同促进。

近年来，PLC以高速状态发展，下面就是PLC发展的四个主要阶段：

1969年到1972年，PLC技术处于初始阶段，只能进行一些计数计时、顺序控制和简单的逻辑运算等功能。

1973年到1978年是PLC发展的成熟时期，这个阶段的PLC控制系统功能更加全面。它通过与具有众多优点的继电器控制系统结合起来，使它逐渐完美的面向工业控制。PLC从此开始了实用化的新篇章。

1978年到1984年，PLC处于快速发展阶段，这时的PLC一直处于快速发展，它的CPU采用8位和16位的微处理器，功能相对增强完善，加快了处理速度。容错技术和自我诊断功能有所发展，也同时具备了通信功能和远程 I/O能力，同时也添加了很多特殊功能。自此，开始形分布式通信网络体系。

1984年至今，PLC处于继续发展阶段，这时的PLC用户存储量增大，可以进行在线，人机对话、排错和纠错能力增强，加快了软件开发的周期。

就我国目前经济的发展前景，PLC的应用领域还将日益扩大，其功能也将日益强大，作为增长速度最快的工业控制器它将会继续发展下去。其主要的发展方向，一是朝着大型化的方向发展，二是向着小型化的方向发展，从而完成不同要求的控制和适应不同的场合。

1. 大型化

PLC控制技术为了满足不同种控制系统的不同需求，不断地向大存储量、高性能、

快速、增加I\O点数方向发展，表现如下：

（1）网络通信功能加强；

（2）智能模块得到发展；

（3）编程语言、编程工具走向标准化、高级化；

（4）发展外部故障诊断功能；

（5）编程组态软件得到迅速发展；

（6）实现软件、硬件标准化。

2. 小型化

占地面积小、功能全面、价格容易接受、简单容易操作是小型PLC发展的未来趋势。PLC发展的目标就是占领中小型工业控制场合，使PLC不仅能取代继电器，同时还能超过继电器控制系统。

2.2  PLC的分类及功能特点

PLC一般可按功能、控制规模、结构形式分类。

（1）按PLC的功能分类，有低、中和高档三类；

（2）按PLC的控制规模分类，可以分为小、中、大型机三类；

（3）按PLC的整体结构形式，有叠装式和模块式。

PLC面向工业控制的鲜明特点有以下几点：

1. 可靠性好、抗能力强；

2. 灵活性好、通用性强、功能齐全；

3. 编程简单、使用方便；

4. 模块化结构；

5. 安装简便、调试方便。

2.3  PLC的基本结构及工作原理

中央处理器（CPU）、电源、存储器、输入/输出（ I/O）接口、编程器等是PLC的基本组成单元。

1. 中央处理单元

中央处理单元由小型处理器与控制接口电路两部分组成，是PLC最主要的一个组成部分。

2. 存储器

PLC系统中的存储器主要是用来对使用者程序的保存和对系统本身程序的保存。

3. 输入、输出单元

PLC的CPU与立体车库设备的连接是通过输入、输出单元完成的。

4. 编程器

编程器有简单的和智能的两类。它是PLC外部一个比较重要的设备，主要是帮助使用者更好的使用系统程序。

5. 电源单元

电源单元是用来给PLC供电的，一般采用开关电源，它的首要作用是把用户提供的电源转换成PLC系统内各个耗电部分可以正常工作时所需的电源。PLC的电源主要特点是，占地空间小、重量轻、输入电压范围宽、抗能力强、高效。

PLC需要由控制系统的管理，通过运行一定的应用程序来完成用户的需求，否则就无法正常完成用户的任务。PLC为了确保每次在进行用户程序操作时系统的正常运行，就一定要完成通信信息处理、内部处理、CPU自我诊断检查三个必备环节。之后，PLC会对使用者程序执行进行一个扫描周期的扫描，扫描完成后，还要通过四个过程来达到数据处理的目的，这四个过程分别是：“系统自监测”、“与数字处理器交换信息”、“与编程器交换信息”、“网络通讯”。PLC将一遍又一遍的重复扫描，一遍一遍的执行以上过程，直到停机。

3  新型智能立体车库控制系统的总体设计

3.1  控制系统的选择

本设计其实是根据日趋成熟与自动化程度逐渐提高的PLC技术，针对当前车库管理系统中个别系统管理不全面、安全得不到保证、集成自动化程度不高和运行速度提不起来等这些问题，经过科技领域许多专家学者的不懈努力，设计出了这种新型智能立体车库控制系统。传统的设备通常采用继电器控制系统进行，但继电器控制系统体积比较很大，并且控制稳定性又比较差，需要大量人员进行维护， 除此之外更无法进行数学计算。在继电器控制系统之外，还有以单片机作为控制中心的控制系统，传统的车库通常以单片机作为控制核心，但这样做在输入输出的接口上会有很大的消耗，并且它的不稳定性和抗性比较差等因素同样会让机器经常需要人员进行维护。但是以单片机为核心的PLC技术就能避免这些很多的因素，作为可编程的PLC是一种微型的控制装置，主要由工业微型计算机、输入输出设备、也有抗的电路组成。并且它的工作是有顺序的有周期性的。那么，这个可编程的PLC也是有些特点的，我们从三个方面来看。

在此装置的输入输出端口采用了抗的措施，这样抗能力会有很大程度的提高，即便是在恶劣的环境中同样可以工作。这就是第一个方面，可靠性高。

我们在制造过程中应用了很多的集成电路以及微处理器，同时应用软件编程，大大的减少了硬连线，安装便捷。这是第二个方面，体积缩小，便于安装。编成器模块化，通过各种模块的自由灵活组合，形成各种控制系统，这样对于各种情况的适应能力都特别强。这就是第三个方面，通用性好。

基于PLC以上种种优点能够满足新型智能立体车库的各种性能要求，因此我们本次设计的立体车库的控制系统决定采用PLC。 

3.2  控制系统原理

本文设计的车库是小型的双层5车位的车库，

立体车库分为上、下两层。上层只能进行升降动作，下层只能进行平移动作。立体车库中总共有6个车位，其中一个为空位，可为载车盘提供上升和下降的通道，另外5个车位用于存放车辆。当下层车位需要存取车辆时，不需要改变别的载车板的位置就可以直接完成车辆的存取过程。当上层车位存取车时，第一步要做的是判断其对应的下方通道是不是畅通，如果不畅通，也就是其对应的下层车位上有载车板，那么我们首先要将载车板移开，直到建立一个无障碍通道后才可以将上层的车位下降至底层，进行存取过程，车辆存取过程完毕后，载车板复位。

本文设计的智能立体车库只涉及到两个车位的存取，位于底层的车辆自然可以直接开出。由此智能车库的运行原理可以知道，对于高层的车位中车辆的存取，是通过载车板的横移产生的垂直通道所实现的。也就是说，通过高层车位的升降实现的。载车板的运行是通过PLC技术所控制的，在这个系统中，主要通过车库导线小型电动机与大型起重电动机控制,产量在不同的时间相反旋转效应和在车库里其他辅助设备,如灯光,等等。

此次所设计的智能车库虽说只有上下两层五个车位而已，我们的智能车库的要求却是非常严格的，在各个环节中均是非常严格的，也只有如此，我们的设计才会完美。当然，这之中的重点，自然是存取车辆时人们的安全问题，我们的要求是百分之百确保人的安全。也只有如此，我们的设计才会被采纳。

针对如何可以让载车板横移、升降到完美的预判位置，并且是准确无误的，我们应用了行程开关。对于判断载车板上是否有车辆，我们采用了光电开关，让它在不同位置都会有不同的的功能，再一步提高了它的实用性。我们为了判断车辆有没有停放到指定位置，于是在载车板下面的两侧分别准备了关电开关的接收设备和发射设备。同是，我们在载车板对角上的光电开关，是为了判断载车板上是否有车辆。在车库的门口附近，在车位的入口两侧，我们安置了光电开关，这样可以起检测到外界是否有不符合规定的的动作或者在车位横移时是否有突况的出现。就像，在车辆没有停妥这也包括动作区域能有任何动物的情况，在运行途中有别的车辆想要进入的状况等等的这些意外情况，光电开关就会被遮挡，PLC便会2接收到信号，这时，PLC的输入就会 发生变化，蜂鸣器就会报警，设备运行自然就停止了。

3.3  新型智能立体车库控制系统的工作流程

3.3.1  新型智能立体车库工作流程

本课题要求设计的可靠性要高、易于操作的智能立体车库得控制方法，它的基本运行原理：通过载车板的移位产生一个竖直的无障碍通道，通过上层车位的上下实现车辆的存放，载车板移位是PLC进行控制的，这个系统的主要控制单元控制对象是车库通过一个小电机和起重电机的控制系统来控制他们在不同时间产生正反转,然后是车库里面的辅助设备。

【昆明智能库厂家】

那么根据智能立体车库它的控制要求，此次设计的智能立体车库控制系统应当满足“汽车入库”与“汽车出库”这两种需求。

汽车入库进行以下步骤：

1. 需进入底层的停车位直接驶入。

2. 如果需要进入上层车位，首先将与上层车位在垂直通道上的下层车位上的载车板横移到交换车位；然后将此上层停放车辆的车位的载车板竖直下降到底层，把车辆开上载车板后，再让载车板上升到原来的位置；最后让其它载车板横移至初始位置。

汽车出库进行以下步骤：

1. 底层汽车出库直接驶出载车板。

2. 如果上层车位的车辆出库，首先把与上层车位在垂直通道上的下层车位上的载车板横移到交换车位；然后把需要出库的车辆所在的载车板竖直下降到最下面一层；把车辆开出载车板，然后将载车板复位；最后把其他载车板横移到初始位置。

程序流程图是系统如何工作，怎样工作最简单明了的一个分析技术，通过流程图我们可以一目了然的知道智能立体车库是怎样完成车辆存取过程的，所以说程序流程图是本次设计的核心。

3.3.2  新型智能立体车库工作流程图

可以把智能立体车库的工作过程使用流程图表达，便会让人很直观、很明了地明白该智能车库工作的具体过程。

针对此流程图的说明：

（1）把PLC状态转为RUN，是对系统状态复位。

（2）若系统开始自检，当系统状态正常，那么转为使用上层作为存取的车位号；当系统状态异常，那么进行故障排除，一直到系统安全。

（3）选好要存取到哪个车位后，首先要判断在该车位垂直通道的下层车位上有没有载车板，如果有载车板的话，先将载车板横移，确定建好下降通道。

（4）建立好下载通道,应该将防坠钩松开;当确认后,选松开后，选中的车辆可以开始下降。

（5）载车板下降到底层，就可以开始存取车。

（6）确认存取完毕之后，载车板就开始上升。

（7）确认载车板已经上升到最高点,复位完成，车辆整个过程的存取结束。

通过这个流程图我们可以直观的、清晰地对知道智能立体车库是如何工作、如何实现汽车的存取过程，可以说这个新型智能立体车库工作流程图是本次设计的一个核心，所有的工作都是围绕着这个流程图，都是为了要实现这个流程图所展示的一系列过程，本次设计内容就是要实现这个流程图的各个环节。

4  新型智能立体车库控制系统硬件选择

4.1  电动机选型

电动机是将电能转化为机械能的电力设备,新型智能立体车库洗涤过程需要电动机作为动力。根据不同的工作需要的电源不同,电机可分为直流电动机和交流电动机。按结构及工作原理可分为:直流电机、感应电动机、同步电动机。按用途划分:驱动电机和控制电机。根据转子的结构:笼型感应电动机绕线转子感应电动机。除以速度:高速电机,低速电机、恒速电动机,电动机速度。

多数的直流电机和单相交流电动机使用最广泛,根据启动和运行可分为罩极式、分相起动系统、电容起动和电容器运行类型等。

查阅相关资料后，升降用电机选择电动机型号为Y132M2-6，其技术参数见表4-1

表4-1  Y132M2-6电动机主要性能参数

横移电机选择功率为0.18kW、减速比为80的G系列小型齿轮减速电机，其技术参数如表4-2所示。

表4-2  G系列小型齿轮减速电机技术参数

减速器选择型号为NGW L52-8的二级NGW-L减速器。其主要性能参数见表4-3。

表4-3  NGW L52性能参数

注： 、、、分别为减速各级的中心距和模数

4.2  传感元件的选择

光电开关（光电传感器）又称为光电接近开关,它是使用阻塞或测试的反射材料,由同步电路控制电路,来看看能不能找到对象。对象不仅是金属,只要是反射光线的东西都能被检测到。注入光电开关输入电流变送器转换成光信号,接收端根据接收到的光强度或检测目标对象。在车库里,光电开关可以用来检测是否有一辆车停在车库和停车的地方。

判断一辆车的停车位有没有车,以及车是不是停在指定的地方,一般采用对射型光电开关。

对射型光电开关由两个分开的结构部分,他们是发射机和接收机。需要切换开关信号的变化才可以工作,当我们挡住光线，这种开关信号可以产生变化。同时,和它在相同平面的光电开关也可以分开,距离甚至高达50米。

主要特点:它可以识别不透明反射对象;有效距离较大、光束在诱导时间的长度只有一次,不容易受到，可以用于野外或尘土飞扬的环境;两个单元设备的高消耗,必须铺设电缆。

图4-1为对射式光电开关。

图4-1 对射式光电开关

4.3  行程开关

行程开关,位置开关(又称限位开关)的一种，是一个常用的小电流主设备。通过生产机械零件的碰撞实现控制电路,达到控制的目的。限制机械运动的位置或行程通常使用这个开关,开关可以根据一定位置或行程自动停止,反向运动,变速运动或自动往复运动等机械运动。

为了能使载车板能平移到预定的位置，所以选用滚轮式行程开关。

下图为行程开关实物图。

图4-2 行程开关实物图

4.4  PLC选型

关键问题是PLC控制系统硬件配置能不能选择正确的机型。现在,国内外、西门子、松下、三菱和许多生产PLC公司,尽管公司不同,但PLC的基本功能并没有太大的区别。他们在某些方面的价格、服务、特殊性能不同,甚至同一制造商生产的型号也有很多不同的系列。同一系列还包括不同类型的CPU,他们的功能不同,所以选择PLC的机型需要考虑制造商、每个系列、CPU类型等许多方面。

升降横移式立体车库控制系统的核心控制单元确定和控制任务相关,本次智能立体停车库的设计是选择S7 - 200系列CPU226,可用输入点24，可用输出16号。

5  新型智能立体车库控制系统程序设计

5.1  I/O分配表

I / O端口模块用于实现PLC系统对所述工业过程的控制。在控制过程中，I / O端口模块测试场景的一系列参数作为PLC实现实际控制的一个依据。与此同时，它将会把通过PLC最终出来的处理结果发送到被控制设备，各种执行机构来进行驱动以实现PLC控制设备的目的。

对于小的系统中，系统内的例如80个点，一般不需要延伸;当系统是大系统时，会延长。不同的产品，系统和扩展模块的总点数的数目都有限制，当扩展不能满足要求，网络结构就可以使用;与此同时，一些厂商的单个模块不支持扩展模块，因此，在进行软件建立的时候要注意。

根据本次立体车库的设计要求，输入点，共有30个：六个停车位选择开关，限位开关6个，光电检测2个，楼层较低的载车板平移行程开关3个，3个链条检测输入，急停和复位按钮均1，防坠落安全装置的电磁铁输入3个，电机热继电器输入5个。输出点共有10个：电机接触器输出5个，电磁铁输出3个，蜂鸣器和灯光报警。

根据上述PLC控制系统设计的要求及为了很好的完成本次设计所选定的PLC型号，确定系统I/O地址分配如表5-1所示：

表5-1 I/O地址分配表

5.2  S7-200 PLC指令

1. 基本指令

S7-200 PLC基本逻辑指令主要有：标准触点指令、输出指令、置位和复位指令；

S7-200 PLC立即I/O指令主要有：立即触点指令、立即输出指令、立即置位和立即复位指令；

S7-200 PLC逻辑堆栈指令主要有：栈装载“与”（ALD）指令、栈装载“或”（OLD）指令、逻辑推入栈（LPS）指令、逻辑读栈（LRD）指令、逻辑弹出栈（LPP）指令；

此外还有S7-200 PLC取非指令和空操作指令、定时器和计数器指令、正/负跳变触点指令、顺序控制继电器指令、移位寄存器指令、比较触点指令。

2. 功能指令

S7-200 PLC传送指令包括：数据传输指令、数据传输和交换字节指令、传输的字节马上读、写指令；

S7-200 PLC数算指令包括：加、减、乘、除四指令、加减1指令、平方根指令，自然对数指令、自然指数指令、函数指令；

S7-200 PLC逻辑运算指令主要有:逻辑“与”指令、逻辑“或”指令、逻辑“异或”指令、取反指令；

移位和循环移位指令主要有：右移位指令、左移位指令、循环右移指令、循环左移指令；

S7-200 PLC程序控制指令是：有条件指令结束，暂停、监控定时器复位，跳跃和象征性的指令，循环和子程序调用的指令，子程序返回指令。

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5.3  梯形图及分析

5.3.1  梯形图的基本知识

1.梯形图的构成要素

其基本编程要素由触点、线圈、方框构成的

触点：闭合就表示的能量是可以流过的，这表示的是逻辑控制条件。它分为常开、常闭两种触点。

线圈：当能量留到时，表示此线圈被激活，这表示的是逻辑的输出结果。

方框：能量流过时，此方框的功能将执行，这表示的是某特定功能的指令。其功能是多种多样的，如计数器、定时器、数据运算等等。

我们清楚，梯形图中。任意输出的元素均可以组成一个梯级，并且每个梯形图通常是由一个或多个梯级所组成的。

2.梯形图的特征

梯形图（LAD）是一种图形语言，和电气控制电路图结合起来，符号的运用，如接触器、继电器、串并联符号包含类似的图形符号，更好也大大简化了标志，并增加了功能指令。梯形图由接触，线圈，功能方框三部分组成，并且，在梯形图，围绕左右的垂直线也被称为总线。对于梯形图图纸，应该开始从左母线为起点，通过接触、线圈或功能方框，最后在右母线结束。

我们清楚左母线为提供能量的母线，触点闭合能量流过，一直到下一个元件；那么触点断开就表示能量中断。对于能量流，我们把它称作“能流”。事实是这样的，梯形图是一种CPU的继电器的电路图，让从电源出发的电流经过系列的逻辑条件的控制，通过运算结果把逻辑输出的模拟过程决定了。

编程语言梯形图，是把逻辑运算和控制集合成一个整体，是一个面向对象的，实时的，图形化的。而且它的清晰，简洁，易读的信息流，非常适合电员工。在每一个制造商，拥有各类PLC梯形图作为他们的第一语言。

3.梯形图的绘制原则

（1）在梯形图的顺序：从上到下，从左到右。一个阶梯是一个圆圈在每层的梯形图中，并且逻辑所在的行是从左边的母线开始的，通过接触连接，在右边的母线或继电器线圈结束逻辑线。注：在左母线与线圈之间的接触是不能少的，但是线圈和右总线之间是不能有点，直接连接起来即可。

（2）通常，在一个梯形图中，只有一个编码的继电器不可以重复出现，但没有限制到接触。有些少部分的PLC，一步一步的指示或梯形图的跳转指令可以是两个线圈输出。

（3）在每个逻辑线路中，在上面放的支路是串联触点比较多的。如果把它放在下面的话，就会出现程序语句更繁杂的后果。

（4）在逻辑行中，左侧放并联接触数量多的分支。反过来如果是在右侧，将与上一条具有程序语句更繁杂相同的后果。

(5) 在同一个触点是不允许有双向电流的。

(6) 如果多个逻辑行具有相同条件可以把它合并，。并且，相同条件复杂是，对于PLC来说，意义是非常大的，因为PLC储存空间很小。

(7) 梯形图设计中，继电器输入触点按照相应输入设备为常开，这样的方式更好，对于错误的预防效果很好。故而，对于输入设备与PLC的输入端的连接用常开的比较好。若个别只能用闭合状态的，那么就按照常开状态的进行设计，然后把相应的触点改为闭合。

5.3.2  系统梯形图

采用PLC作为控制器，需要编写控制程序，在PLC的编程模式，梯形图被越来越广泛的应用，本次设计，也是用梯形图来完成编程。下为梯形图分析。

当PLC从STOP转变成RUN状态时，初始脉冲SM0.1对状态进行初始复位，并将状态S0.0置1。

此段程序用到特殊状态寄存器SM0.1。

SM系统状态位赋值如下：

SM是特殊标志寄存器，特殊内存字节SM0.0--SM0.7提供八个位，在每次扫描周期结尾处由S7-200 CPU更新。程序可以把这些位的状态给读取出来，然后根据该值来做出最终决定。见表5-2

表5-2 SM系统状态位赋值

本次设计程序中用的最多的指令为顺序控制继电器指令。西门子S7-200系列PLC提供了顺序流程的一些相关指令。如下：

LSCR n是用来是标记一个顺序控制器段(SCR)的开始，n代表的含义是顺序控制器S的地址，当这个顺序控制段开始工作的时候，此时的n就为1。

SCRE的作用是用来标记这个顺序控制段的完成。它必须作为每一控制段的结束。

SCRT n是用来进行SCR段的转移，如果n = 1，一方面，可以使接下来一个SCR部分使能 S置位，使得下一个SCR段开始工作，这个时候恢复这个SCR部分，使这部分SCR停止工作。所以控制SCRT的转换条件就可以实现相关的转移。

使用SCR时有许多的局限性，相同的S位只能在同一个程序中使用，如果在不同的程序中使用了同一个S位，那么它们的流程就会比较混乱。不能在SCR指令中使用JMP和LBL指令，其实对于用顺序流程控制指令都能实现跳转，完全可不用JMP。不能在SCR段中使用FOR、NEXT、END语句。

系统会依据下面那层3个限位开关给出的信号来判段下面那层两个车位该向什么方向移动。下层3个限位开关会出现下面三种情况：

(1) 下层4号、5号载车板分别停在1号、2号载车板下。

(2) 下层4号、5号载车板分别位于1号、3号载车板下方。

(3)  2号、3号载车板的下面分别停着4号和5号载车板，而1号载车板的垂直下方什么也没，是一个无障碍通道。

上段程序为情况1,即下层4号、5号载车板分别停在1号、2号载车板下:

如果1号、2号载车板的下面分别停着4号和5号载车板，则跳转到S2.3状态，S0.1复位，Q0.3得电，这时控制5号载车板向右边移动的接触器便会通电，5号车位就会向右边移动，什么时候碰到右限位开关，5号载车板什么时候便会停止向右移动，此时I2.2接通。程序状态跳转到S0.1，S2.3复位，再次判断当前下层载车板的位置。

上段程序为情况2，即4号、5号载车板分别位于1号、3号载车板下方，这时跳转到状态S2.1，同时S0.1复位。S2.1置位后，Q0.1得电，也就是控制4号载车板向右边移动的接触器得电，这时4号载车板开始向右边移动，直到碰到了中间限位开关才停止，此时I2.1接通，状态跳回到S0.1，S2.1复位。

上段程序为情况3，即4号、5号载车板分别位于2号、3号载车板下方。这个时候1号车库下面的停车位是空的，什么也没有，程序跳转到S1.0，S0.1复位。程序状态S1.0置位后，Q2.0被置位也就是说1号电磁铁由于得电后具有了磁性就会吸合，这个时候1号载车板的防止坠落的挂钩就会送开，T37常开触点接通，1号车库的载车板开始往下走，T38计时开始，5s后T38常闭触点就会接通，Q2.0被复位，电磁铁没电就会松开。1号载车板一直往下走直到碰到下限位开关停止，这个时候I0.6接通，M0.1～M0.6复位，并跳转到S0.0状态。此时1号载车板下降到达指定位置，可以进行存取车操作。

我们在这部分中用到的定时器是PLC的常用元件之一。接通延时定时器（TON）、有记忆接通延时定时器(TONR)和断开延时定时器(TOF)是由S7-200PLC为客户提供的。对于定时器的分辨率定义为单位时间的时间增量。S7-200PLC所提供的定时器有3个分辨率等级：1ms、10ms、100ms。对于定时器的定时时间的计算公式是这样的，T=PT*S。公式中字母的含义分别如下:T是实际定时时间，PT是设定值，S是分辨率了。对于三种等级的定时器介绍如下:1ms由系统每个1ms刷新一次，这个跟扫描周期以及程序处理是没有关系的。10ms是由系统在每个周期开始扫描时自动刷新，这样，在每个周期内仅仅就刷新一次，因此在同一个周期内的定时器位与它的当前值是不会发生变化的。100ms就是在执行指令时刷新。那么，这样看来，在100ms定时器激活后，如果在一个周期内没有进行定时器指令，亦或者是在一个周期没有多次进行定时器指令，那么计时就会失去准确性。故而，100ms定时器只是适用于在每个周期都要进行定时器指令的程序。

在完成车辆的存取过程后，对TD200面板按钮按下F5，M0.4连接，程序状态跳转到S0.6，检查一下停放车辆的长度是不是在车库允许的范围之内。

如果长时间报警中间继电器M3.0置位，设置的警示灯和蜂鸣器就会声光报警，及时排除报警源，然后按操作面板上的RESET按钮后，M3.0被复位，程序跳转到S00.0的状态。

如果车辆的长度在车库范围内，则程序就会跳转到状态S1.1，Q0.4便会通电，1号车位开始从往上走，一直上升，什么时候碰到上限位开关I0.0，什么时候停止，M0.1～M0.6复位，程序跳转到S0.0状态。

5.4  程序调试

PLC调试分为两个过程,即模拟调试和现场调试。调试PLC外部接线检查之前,确保接线是正确的。通过早期写测试程序良好外部连接通过电子扫描识别连接错误。出于安全考虑,现在主电路断开,当确认正确的连接与主电路,和调试程序下载到用户内存调试,程序,直到所有的功能都可以正常的完成整体控制和协调

5.4.1  程序的模拟调试

输入设计方案到S7-200编程软件，通过编译找出语法错误的程序，然后按照提示进行修改。在实验室模拟调试，实际输入信号的开关和按钮等用户程序可以在模拟中使用，然后使用PLC上的相关LED指示每个输出的状态，不必使用PLC实际负载（例如，接触器，电磁阀等等）。根据功能的流程图，使用该开关或按钮，以模拟实际的反馈信号，例如开启和关闭限位开关触点。调试应充分考虑各种可能的情况，在系统工作时，自动和手动两种途径中，每一个分支，各种可能的途径取得进展，应检查，不能错过。后发现问题应及时修改梯形图和PLC程序，直到在各种输入和输出之间可能的关系完全达到设计要求。

5.4.2  程序的现场调试

完成上述步骤后，PLC在总在线调试的控制现场，展示了系统调试过程中的电机和传感器有可能出现的问题，以及存在于PLC的I/ O接线图和梯形图编程的问题，发现问题及时解决。之后所有的调试，完全符合系统设计的要求，然后一段时间的测试后，系统可付诸实施。

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