全自动立体停车场模拟控制系统设计2(1).docx

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1、 甘 肃 机 电 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 全自动立体停车场模拟系统设计 王娟霞 学校： 甘肃机电职业技学院 系部： 电气工程系 专业： 电气自动化 班级： G143403 指导教师： 刘祥祥 2017 年 5 月 22 日 1 摘 要 智能建筑将是信息社会最重要的基础设施之一。停车场管理控制系统则是现代建筑中不可或缺的一部分。随着计算机控制技术的发展，停车场管理控制系统的功能及软硬件设施也伴随其发展而不断改进。本文在对停车场管理及控制系统基本功能研究的基础上改进其系统构成及控制流程 ，应运 plc 作为现场控制器，对现场设备进行信号采集 与控制。研究了停车场及其控制系统在只能建

2、筑中的作用及其自身管理模式的发展，变化。对典型停车场的管理及控制功能需求进行进行分析与研究，在此基础上提出模块化控制管理流程。根据管理及控制功能需求，充分研究了相关系统组 件的工作原理及性能指标，据此进行系统功能设计及硬件选型。在选用 plc作为现场控制器的基础上，研究了 plc 网络的构成及其网络通信协议，采用 profibbus的通信协议，根据控制需求对 plc控制器的编程相关软件进行组态，并完成 plc 控制程序的设计。改进停车场车路控制系统并完成控制程序设计 关键词：停车场 、 plc、 控制系统、通信协议 2 目 录 摘 要 . 1 第 1 章绪论 . 4 1.1课题研究的意义 .

3、4 1.2智能立体停车场国内立体停车场发展现状 . 6 1.3本文研究的主要内容 . 7 第 2 章智能立体停车场控制系统的总 体设计 . 9 2.1智能立体停车场的选型和设计方案分析 . 9 2.1.1 立体停车场的型号选择 . 9 2.1.2 立体停车场的设计方案分析 . 10 2.2智能立体停车场的工作过程 . 11 2.3智能立体停车场的设计要求 . 14 2.4智能立体停车场的总 体设计 . 15 2.5智能立体停车场现场电气控制系统的设计方案 . 16 2.6本章小结 . 17 第 3 章智能立体停车场控制系统的硬件设计 . 18 3.1可编程控制器的选型 . 18 3.2 工控计

4、算机的选择 . 20 3.3 PLC 在立体停车场中的工 作过程 . 21 3.4升降横移装置的驱动方式 . 22 3.5变频器与电机选型 . 23 3.6位置检测装置和控制系统原理 . 24 3.7本章小结 . 25 第 4 章智能立体停车场监控系统的软件设计 . 26 4.1组态软件的 应用 . 26 4.1.1 开发工具概述 . 26 4.1.2 组态软件在立体停车场中的功能 . 27 4.2 组 态 软 件 的 设 计 步 骤 . 27 4.3监控系统上位功能的实现 . 28 4.3.1 存取车指令的编写 . 28 4.3.2 梯形图语言的编写 . 29 4.3.3 监控系统操作界面

5、. 29 4.3.4 系统运行前的调试 . 30 3 4.3.5 仿真测试 . 30 4.4本章小结 . 33 结 论 . 34 参考文献 . 35 附录 A 2号车位存取车命令语言 . 37 致 谢 . 39 4 第 1 章绪论 1.1 课题研究的意义 随着当下经济的改革与发展，城市化的趋势越来越明显，大众的生活质量也得到了明显改善，因此大多数家庭开始选择拥有一辆私人汽车。中国产业信息网发布的 2015-2020 年中国汽车整车制造市场评估及投资前景预测报告显示，截止到 2015 年 6 月，我国汽车保有量已经突破了 1.63 亿辆如图 1-1，保有量已经仅次于美国，成为全球第二 。 图 1

6、-1历年汽车保有量 面对着 “ 城市 ” 这样一个受到空间限制的地域，在空间利用方面出现了很多亟待解决的难题，这当中，属 “ 停车场 ” 问题最为紧迫也最为严重，是急需要措施解决的一个重要难题，原因有两点，其一：由于经济发展，大分市民为了出行方便购买汽车，车辆的数量不断增长，特别是居民区、娱乐场所、公司大厦的高速增长导致周边人流居多，停车时没有车位成为一个难题。其二：城市土地资源匮乏，价格不菲，地面停车场因占用土地较多，其发展受到较大限制。智能化的 5 停车场的建造，不仅仅是对当下城市里有车无处停放问题的最好解决手段之一，也能够在一定程度上缓解其心 地面积大的难题，为本来就狹小的城市区域节省空

7、间。 未來几年，从城市需求的角度上讲，中国需要智能立体停车场数量明显高于其他发达国家。中国关于这方的发展是源于九十年代开始，之后到了二十一世纪开始借鉴国外的科学经验，并自主进行研制相应设施，同时在北京、上海、香港等比较发达的城市开始投入使用。升降式自动立体停车场是一种性价比极高的建筑物，不仅包括了升降式停车设备，其规划建设涉及领域较多，例如城市整体景观、建筑结构、照明供电、安全消防、通讯监查、收费管理等，机械停车设备的发展已经具备了停车设备屮最为先进的技术，为了使 我国停车技术更加完善，需要社会上的精英踊跃参与，把国外先进成熟的停车设备技术成功的运用到我国的停车设备技术上，从而开发出安全，可靠

8、，性能良好，自动化高，存取速度快的停车设备来满足我国目前的市场需求。除此外，中国的停车设备在研发中还存在着许多难以解决的问题，因为没有统一规范的技术准则，绝大多数的停车场设备都是模仿或者引进国外的技术进行制造，缺少一些有能力的研发团队，生产技术水平较低，造成我国自动化停车场发展进步缓慢；有的公司为了抢占市场，增加经济收入，采用了错误的竞争手段；所以，没有权威的科研单位参与，无创新 能力，政策相对发达国家不成熟，管理制度不完善等。都是 目 前存在的问题，要想解决以上的问题，需要在立体停车场的政策上、市场上、管理上与技术上寻求更多的方法进行相应完善，进而使得难题都被攻克。 停车场政策方面可以按照发

9、达国家的政策及法规来形成我国有效的停车场政策，规划出我国停车位需求的大概数量，制定相关的停车收费标准，确定立体停车场的管理规定，对投资赞助的相关企业提供一定福利，从而激发投资者的热情。而市场方面应成立一套有法律依据的规定，对违章停车的行为加大惩罚，从而逐渐减少或彻底解决“ 路满库空 ” 的现象。鼓励有实力的公司来管理运作停车场，加大贯彻政府管理和监督机制，使我国停车产业稳定发展。 本课题设计是利用 PLC 技术的自动化特点，来应对目前我国智能立体停车场所存在的管理繁杂，智能化水平不足，安全性低 的缺点，参照目前世界上成熟的停车场技术，设计了一种技术较为先进、安全性能高、自动化系数高的立体停车场

10、系统 。 6 1.2 智能立体停车场国内立体停车场发展现状 我国智能立体停车场设备研发工作开始于 1980 年代中期， 90 年代以后才得飞速发展。目前全国已成功建成的智能立体停车场有 8000多个，当下在上海、北京、深圳、广州、天津、成都、大连、南京、济南、福州、沈阳 等大中型城市都接二连三的出现了立体停车场，其中因为场地 或者是经济条件的限制，依旧以规模较小的立体停车场占据主 体地位，一百个车位以下的占据了 64%，超过了半数之 多，一百至五百车位的有 33%,五百个以上车位的仅仅有3%。其中按建设区 域划分，将近一半都是建设在商业住宅小区，而企事业单位进行 占地的占据 30%,用于公共领

11、域的则有 20%,如图 1-2 所示。 图 1-2 立体车停车场建设区域比例 当下国内已建成的立体停车场中升降横移类占据了大部分，达到了总的 84%,在这之外还有像垂直升降类与平面移动类。从相关技术层面来看，则是由一开始的机械传动式渐渐转变成为了液压传动式、机械液压传动式、电传动式这几种，呈现着智能化的趋势。其中使用的相关操作方式也由一开始的手动操作开始慢慢演化成为电气操作、企事业单位 公共区域 商业住宅小区 7 PLC 操作与现场总线操作，同时在和美国、澳大利亚、瑞士等发达国家进行比较时，中国的技术方面依旧有着很大不足，因此，中国的智能停车场的开发与研究还有更大的进步空间。 中国对设备这方面

12、给与越来越多的关注，在 2004 年之 后，相关检测机构就对立体停车场生产运营企业进行相应的检查，同时给出明确要求，在 2005 年 3 月 31 日之前没有得到许可证的相关企业不能从事立体停车场生产建设的工作，不能出现无牌照经营的状况，保证经由检查的产品才能够流向市场。而在 _内其他很多学院与研究机构也给与了很多技术方向的支持，在对包括结构、系统、存取形式、系统稳定性、工艺性等各种方向进行的研究分析，进而研发相关技术得到应用。在另一方面 W 家也对规章制度进行相应的完善调整，上至中央，下至地方，都进行了一系列法律条文的制定，进而使得立体车停车场市场能够得到有效的 管理，减少出现市场混乱的状况

13、。 即使在一定程度上我国在立体停车场方面已经有明显进步，其实和真正的市场需要还有着很大的差距。相关设备依旧需要对成本问题进行进一步改善，改良技术使设备变得价格低廉且更加安全也尤为重要。 1.3 本文研究的主要内容 本文以智能立体停车场的控制系统为研究对象，研究智能立体停车场的主体结构，通过对电气系统控制的硬件和软件分析，探讨其智能立体停车场的存取车原理，从而设计出理想方案，使可编程控制器PLC 控制立体停车场完成对车辆自动存取功能的实现。用组态软件监控仿真研究上位机实现实时存取过程， 最后提出人机界面系统的合理方案，展现了该课题的简洁操作，而实现立体停车场的智能化设计。其主要研究内容如下： 阐

14、述智能立体停车场的设计理念，主要针对于升降横移式智能立体停车场予以控制系统构造方面的深入研究，指出存取车的原理与流程，提出总体设计方案。 通过对停车场排队算法和存取车策略的研究，得到了停车场系统的各项运行指标。为达到能源消耗与效率方面最为优化的目的，对停车场存取车策略进行了分析。 对 PLC 进行了选型分析，根据智能立体停车场控制要求，确定各硬件的型号，针对立体停车场控制系统的总体设计方案，对 PLC 的 8 I/O口进行了分配。 针对智能立体停车场进行软件程序编写，对上位机进行相关的设计，采用组态软件实现监控系统，并进行仿真测试。 9 第 2 章智能立体停车场控制系统的总体设计 在本章论文研

15、究中，首先介绍了智能立体停车场的分类，然后对立体停车场存车取车的流程进行研究分析，再根据系统运行中的特性，分别介绍与分析了智能立体停车场立体电气控制系统架构、电气控制方案以及设计要求。 2.1 智能立体停车场的选型和设计方案分析 2.1.1立体停车场的型号选择 由结构特性来区分，立体停车场可分为平面型和立体型两种，平面型又可分成地下平面型和地上平面型；立体式停车场又可由控制类型划分为为自动型、半自动型和全自动型立体停车场。当今，智能立体停车场的种类发展多样， 主要的有：垂直循环形式、垂直提升形式、箱型水平循环形式、圆形水平循环形式、巷道堆垛形式、升降横移形式等。本文采用实际运用最多的的升降横移

16、式立体停车场来进行分析研究，如图 2-1 所示。 图 2-1 升降横移式立体停车场 升降横移式立体停车场的整体构造可设计成多层停车，停车位可根据需要建成数十个到上百个。升降横移式立体停车场的主要特点是空间占用少，土建地基、外装修、消防投资少，成本费用低，取车存车时间短，配置灵活；引入具有较高智能的控制系统，结构简单，安全性能高，工作过程稳定，运行时噪声低。 10 2.1.2立体停车场的设计方案分析 1) 智能立体停车场的运行原则 升降横移立体停车场以 NxM二维矩阵为基础建立其车位结构，依据此特征，在设计立体停车场时将包含多个列与多个层，其中， M 表示其列数，而 N 则表示其具有的层数。因此

17、通过此原则便可计算得到立体停车场所能提供的总车位数为： P=NXM-(N-1) (2-1) 式 (2-1)中 : N表示停车场的层数 (即矩阵的行 ） M表示停车场的列数 (即矩阵的列 ） P表示车位数 假如先需要建设出一座可以停下 18 辆车的三层升降横移立体停车场，由公式 (2-1)可得出， N=3， P=18， 则 M=7。 2) 智能立体停车场的设计流程 下面将详细的介绍设计开发停车场控制系统的主要思路与过程： 确定被控对象的型号，分析智能立体停车场的工作流程，明确被控对象的控制要求和控制方式，最后阐述现场电气控制系统方案。 在明确了控制系统大致的设计方向后，将如下两个方面展开以进行深

18、入的开发工作，首先是设计开发控制系统硬件部分，其次是对智能立体停车场模型进行仿真和测试。 硬件层次：首先是选定主控制器的型号，分配 PLC 的 I/O 地址，并且规划外部连接线路。同时还要设计报警电路，设计手动、自动控制电路及动力主电路，连接运行显示，安全联锁联动等。 软件层次：使用模块化的方式，开发的程序易于后期修正，内容包括了有初始化程序，主程序，载车板复位及自动取车存车子程序，运行显示子程序。 其立体停车场控制系统的总体设计方案流程如图 2-2 所示。 11 图 2-2 立体停车场控制系统的设计方案流程 2.2 智能立体停车场的工作过程 智能立体停车场的每个车位下面都有一个用于承载车辆的

19、载车板，当立体停车场存取车的过程中，需要通过载车板的升降和横移到达指定位置，其移动由停车场的电机驱动，在钢丝绳的拉伸下载车板受到曳引而进行升降动作，仅靠一台电机就能够移动载车板。 如图 2-3 所示即为在九宫格立体停车场中进行取车与存车作业过程。假设立体停车场内车位己达到 7 辆满载，当要取出 1 号停车位上的车辆时，可分为以下几步： 将 5 号、 7 号车位上车辆分别向右移动至 1 号空位和 2 号空位，再将 4 号、 6 号车位上的车辆移动到 5 号、 7 号原来车位，即 1 号车位下方将有下降的空 间； 将 1 号车位上的载车托 盘从三 层下降到一层，此时 1 号车位载车板上的车可离开，

20、即完成了该车辆的取车流程； 12 将 1 号车位的载车板向上复位到最开始的位置； 将原 4 号， 5 号， 6 号， 7 号车位上的载车板平行向左移回到原始车位。 综上所述，其他车位的车辆也按照此原则，即：最上层的载车板只能上下垂直移动，一层的载车板只能左右平行移动，而中间的载车板既可上下移动，也能左右移动。此外其他车位同样有复位功能。 13 图 2-3 智能立体停车场的存取车 14 2.3 智能立体停车场的设计要求 在开发设计智能立体停车场时，要充分的体现其便利性、人性化以及较高的智能化。所以提出如下要求： 1) 采用 PC端控制，在 PC上显示车辆存放的位置和车位号码，以及当前车位是否有车

21、的状态。 2) 存车时车主在电脑屏幕上输入自己车辆想要存入的车位号码，按照规定的程序，此载车板会通过移动进入最下层，使车辆存入车库，当车主存车完毕离开停车场时按下复位按钮，车辆载车盘会恢复到初始位置。 3)当车辆超重或者停车场控制系统产生故障之时，电脑上发出警报提示并且在屏幕上显示，在 PC上显示该停车场发生的故障。 程序设计要求如下： 1) 下层车位上的载车板向左右方向移动，上层车位上的载车板上下升降运动，來完成停车场的存车取车： 2) 在人工操纵时可以停止或者启动各个的载车板； 3) 在寻觅空车位的过程中，车主可以依靠电脑系统自动操纵，并且控制车辆前往空闲的位置；而等到其需要取车时，该系统

22、可以将车辆送达至一层以方便车主取用。 单个车位存取控制流程图如图 2-4. 15 图 2-4单个车位存取车流程图 2.4 智能立体停车场的总体设计 立体停车场是功能丰富的大型设备，其中应用了先进的机械工程、电子技术、计算机、通信工程领域的技术，立体停车场将结合系统的需求分析，进行管理控制系统的设计。 PLC(可编程控制器 )的功能已经能够基本地满足立体停车场的控制管理需求。 不过 PLC控制的也存在一定的缺陷，表现为不具备处理大型数据的能力，并且在文字显示与处理方面没有达到预期的要求，因此为了更好地管理与维护，同时实现网络化管理以及通信，该系统的控制端 16 将通过 PC 来实现，系统的上位机

23、的监控系统包含了组态软件、管理软件以及 PC 三个部分， PLC 则作为其下位机。下位 机与上位机相互间的通信将通过串行通信以及适配器实现。 升降式横移立体停车场系统可以划分成若干个部分，包括管理软件、控制执行部分、检测系统、上位机管理系统、操作面板、显示仪表 、 PLC控制系统等。如下图 2-5 所示即为停车场控制管理系统整体的结构设计。 图 2-5系统总体设计图 2.5 智能立体停车场现场电气控制系统的设计方案 在本课题的研究开发过程中，根据智能立体停车场的内部结构特点，必须充分重视此系统在便捷性、可靠性以及安全性方面的要求。虽然从运算速度以及精度角度来看，单片机的确已经达到了其相关要求，

24、不过因为该系统与大量的外部电路相接，会引入较多的干扰因素从而可能导致其控制失衡，会使单片机程序混乱，这是研究中所会遇到的问题。而可编程控制器 PLC 是比单片机更加完美设备，从实际应用的方面上来考虑， PLC 控制器集成了计算机、自动化和通信方面的技术，具有较高稳定性，在工业控制中发挥了重要的作用，在实现实际现场控制上有着很大的优势，适合 应用于一些安全稳定性能较高的控制系统。所以在本次研究中将 PLC 作为智能立体停车场的系统控制设备。 17 立体停车场根据停车场所能容纳车辆的情况，可选用的设备也不同，如 3X3, 3X4 的智能立体停车场最大能存入的车量数分别为 7 辆和 10 辆。根据停

25、车场设备的控制要求，都可选择西门子公司的 S7-200来作为控制系统的设备，其最大控制可点数能达到 256 点，可满足控制要求。智能立体停车场系统控制 。 上位机和下位机共同组成了智能立体停车场的控制系统。工业控制的计算机作为上位机的中心，上位机一般在控制室，监控室中，上位机的作用是管理停车场及监控停车场，以便发生故障时能第一时间发现，下位机将围绕着 PLC进行工作，在输出以及输出点的作用下控制现场。若待设计开发的场馆有较大的占地面积，也可以搭配适宜的操作器、触摸屏等完成停车场的自动控制，但在本次论文设计中没有涉及到。 2.6 本章小结 本章首先对所研究的智能立体停车场进行选型，结合升降横移式

26、立体停车场的设计要求和工作方式，充分考虑系统的稳定性，智能性，经济性，制 定了可行的总体设计方案。 18 第 3 章智能立体停车场控制系统的硬件设计 为了实现立体停车场的自动化管理，停车场内的基础设备必须要达到一定标准，可编程控制器和工控机是人们研究立体停车场要考虑的两种不可缺少的控制设备，而变频器能可靠、快速、简洁的对交流电机控制无级调速，光电开关，行程开关等，可以在发生故障时将反馈数据上传到系统，给出相应的开关量，让控制器件能够及时的进行处理信息，安全系数大大提高。本章介绍了控制系统中所有的硬件配置，并且说明了所用硬件的性能。 3.1 可编程控制器的选型 可编程控制器也称为 PLC， 其产

27、品的种类很多，从总体上来说这一项硬件的制造技术已经趋于成熟，不同型号的 PLC之间更多的是在功能、结构还有价格上存在差异，并没有绝对的最好和最差之分，本系统在挑选 PLC的时候需要同时考虑了多个因素。 1)机型的选择 PLC机型按结构分为整体型、组合型和叠装型三种。 整体型：这一类的 PLC 多用于小型的控制系统，因为 1/端口数量比较少，所以可编程拓展的能力比较差。 组合型：组合型的 PLC 比整体性大，不仅运算量而且体积也要大得多，为了便于拆卸和维修，组合型的机器按照不同职能被分成几个独立模块，想要提升 PLC 性能的话也可以针对性的升级更换某一个模块。西门子公司的 S7-400 就属于组

28、合式结构。 叠装型：此种 PLC 是多个模块的组合。包括了一个最基本的 CPU模块还有数个 I/O 模块作为拓展，在安装时，仅用电缆将各个模块叠装在一起，配置灵活，西门子公司开发的 S7-200 就采用了叠装型结构的 PLC。 通过对本文研究的停车场控制系统的功能分析，控制系统适用于工艺过程比较固定、维修量较小的场合，且以开关量控制为主，用小型 PLC 就能实现其控制需要。综合以上对三大 PLC 产品机型的分析，由于西门子 S7-200 采用叠装式结构，其配置灵活，可靠性高，并且具有强大的通信能力和丰富的扩展功能等。经过在控制性、拓展性和适用性几个方面的比较之后，本系统最终选择了西门子公司 S

29、7-200型的可编程控制器。 19 2)CPU的选择 目前 S7-200 系 列 的 PLC 主要有 CPU221， CPU222,CPU224 和 CPU226。 对于组合型的 PLC,它们之间的差异主要就是 CPU 性能的差异，这四种 CPU 的 I/O 信号点数存在差异，拓展能力也有所不同。 CPU221:拥有 6 个输入点和 4 个输出点一共 10 个 I/O 信号点，不具备拓展能力。 CPU222:拥有 8 个输入点和 6 个输出点一共 14 个 I/O 信号点，拓展能力的极限是链接 2 个拓展模块，新增的 I/O 信号点数最多是 78个。 CPU224:拥有 14 个输入点和 10

30、 个输出点一共 24 个 I/O 信号点，拓展能力的极限是链接 7 个拓展模块，新增的 I/O信号点数最多是 168个。 CPU226:拥有 24 个输入点和 16 个输出点一共 40 个 I/O 信号点，拓展能力的极限是链接 7 个拓展模块，新增的 I/O信号点数最多是 168个。 经过对 CPU 集成的 I/O 点的点数和模块的扩展能力、程序存储器与数据存储器的空间和通信接口个数的综合考虑，本控制系统选取CPU226 作为控器，如图 3-1 所示。 图 3-1CPU226 实物图 3)接口模块的选择 因为本系统在进行地址分配时需要输入和输出大量的信号量，所以 S7-200PLC 本身具有的

31、 I/O 信息点无法满足系统需求，必须额外配备 I/O 点扩展模块来增加信号传递的效率。 20 能够给 PLCS7-200 增加 I/O 信号点的拓展模块有 EM221、 EM222、EM223 这三种 ,第一种只能提供输入信号点，第二种只能提供输出信号点，第三种能够同时提供输入和输出点。 EM221: 8 点数字量输入。 EM221 模块具有 8 点 DC 输入，有隔离。EM222: 8 点数字量输出。输出的方式还有两种形式，一种是 24V 直流电输出另一种是经过继电器输出，两种输出方式可以配合不同的信号接收装置使用。 EM223: 4 个输入 4 个输出一共是 8 个信号点， DC24V4

32、 点输入 /继电器 4 点输出 ;DC24V8 点输入 /8 点输出 ;DC24V8 点输入 /继电器 8 点输出 ;DC24V16 点输入 /16 点输出 ;DC24V16 点输入 /继电器 16 点输出。六利类型均有隔离。 经过对以上三大类型扩展模块的分析，由于 EM223 可扩展的 I/O点数最多，功能最丰富，所以选取 EM223 为扩展模块，如图 3-2 所示 。 图 3-2 EM223 数字量混合模块 3.2 工控计算机的选择 工业控制机是指控制工业自动化进程的计算机，所以也有工业个人计算机的说法，这种计算机比起普通计算机的专业性更强，虽然无法接受 pc 机的一些软件应用，但是在数据

33、处理分析和运算速度上表现的更快，稳定性也更加优秀。 常见的工控机包括 I/O信号处理系统还有 PC 所应有的基本配置，控制现场的物理信号被传感器感知到变成电信号之后通过 I/O信息传输渠道传递到 PLC 的 CPU 之中再通过 A/D 转换器变成数字量输入计算机，计算机运算完毕之后的数字信号再通过完全相反的途径叫传变成 21 电信号然后变成仪器的控制信号。 由于 1PC 的性能可靠、软件多样而且成本和售价相对较低，展现出较高的性价比，所以在开发出来之后很快就取代了传统工控机的地位，逐渐成为现在工业控制中最常用的计算机。 本系统虽然不是作用于传统的工业领域，但是工控机的作用范围也早已不只是局限于

34、工业生产的运用范畴，停车场控制系统、交 通闸道自动收费系统这些需要处理用户信息的系统都已经用上了工控机。本系统经过综合考量选用了 “ 研华 ” 1PC-610MB 工业控制计算机，这是一款主流的工控计算机，性能方面有着大量实际运行的项目给予的证明，价格方面也比较低。具体的配置包括： 1G 内存， 160G 硬盘，配以三星 17 寸液晶显示器，鼠标，键盘等 ，如图 3-3 所示。 图 3-3 研华 1PC-610MB 3.3 PLC 在立体停车场中的工作过程 PLC的工作按照运行周期进行 ，一 个运行周期结束就立刻进入下一个运行周期，除非是机器被关闭或者出现故障，每一个运行周期都包括了信息采样输

35、入、核心程序运算还有信息输出这三部分组成，运行周期的长度还取决于 CPU 运行速度。 1) 输入采样阶段 这一阶段之中 PLC 按照顺序从 I/O 输入信号点读取所有信息并且存储在对应的区域内，全部的信息读取完毕之后，进入到 PLC 运行周期的后两个阶段。但是在后两个阶段之中，无论数据发生怎样的变化，最开始存储下来的输入信号都不会改变，运算结果被存储在新的空间里，这样增加了系统的稳定性。如果输入的脉冲信号宽度小于一个扫描周期，就有可能被忽略掉。 22 2) 用户程序执行阶段 这一阶段之中， PLC 首先获取了用户的程序结构，然后依次扫描结构之中的每一条控制线路，根据逻辑运算判断线圈在系统内部存

36、储区域之中的状态。演算出来的梯形图先后被作用于程序的执行，判断梯形图信号中是否需要执行程序之中的特殊功能指令，然后按照从上到下的顺序将逻辑线圈的状态和数据进行变动，并且锁定整个程序，直到下一个运行周期才能再次运行。 3) 输出刷新阶段 当 PLC 将程序执行完毕之后进入到刷新阶段，这一阶段 PLC 的 CPU按照存储数据刷新输出电路，然后进行对外输出。 设计 PLC应用程序的基本原则有以下几点： 满足停车场的控制要求。 在长期工作状态下也要保障系统的稳定可靠。 最终制成的系统操作性需要尽可能的简洁让管理人员能够快速上手使用。 考虑到系统需要扩展，以便留出合适的接口和通信余地 。 3.4 升降横

37、移装置的驱动方式 在立体停车场中车辆的移动依靠着传动机构的运作来完成，整个停车场的传动系统包括了纵向和横向传动两种方式，每一层的停车场必然会有一个横向传动，纵向传动则根据停车场的规划来决定数量，一个纵向传动机构就足以满足需求，通过纵向传动和横向传动组合车辆可以到达车库的任何一个车位 poj,但是车库较大或者车辆存取过于频繁的情况下，车库也可以选择安装两个或者是多个纵向传动机构来减少操作次数加快操作速度。以 3 层的小型立体停车场为例，当车辆开进最下面一层也就是用户所能接触的地面层，车辆停放到的任意一个之后，系统如果接收到复位到第三层的指令就会将通过横向传动机构到把车辆上方的第二层载车板移动开，

38、到达第二层的车辆会在第三层还有空位的情况下传动到第三层。所以说第一层没有纵向传送机构，在车辆复位时，第二层和第三层分别需要留出一个车位作为传送的中转点，这两个规定也是停车场自动管理系统的 必 然需要。 根据目前的 启动设备驱动方式来说，本系统共有四种可以选择 驱动 方式： 23 液压驱动：液压驱动的功率比普通电机功率大的多，虽然在加速和减速的控制上有一定的困难，但是用于重物的移动效果非常好。只不过液压驱动设备的安装成本过高，而 II 液压系统和电控系统都有一定的危险性所以不适合用于本系统所处的环境。 一角驱动：这种方式由于有一个固定脚的存在，所以加速和减速的过程比较平稳，能够让被移动的物体更准

39、确地停放在指定位置，但是通常只适用于较轻的重物。 对角驱动：对角驱动有两个固定角，当重物沿着轨道进行横向运输的时候，两个固定角上的驱动装置都能够控制物体速度，这种情况下驱动轮的负重并不会因为物体的位置而发生改变，而且在一台驱动装置发生故障的时候另一台装置也可以继续完成运输工作。 四角驱动：相当于是两个对角驱动的交叉重叠，本质上和对角驱动的作用原理差别不大，但是能够在重物重量更大的情况下保障驱动轮的负载状况，所以多用于大型的起重机装置之中。 本系统出于对移动速度、载重量、准确度还有价格几个方面的考虑选择使用一角驱动作为横向传动的驱动方式。 3.5 变频器与 电机选型 本系统将是一个自动控制系统，

40、这离不开对于电机的运用，市场上可供选购的电机种类繁多，不同功率不同工作环境承受能力的电机在价格方面都存在着很大的差异。在功率方面，因为本系统只支持车辆的单一数据操作，所以功率上限非常明确。普通的经济型私家车总量大概是 1.4 吨左右，中高档车的重量可以达到 2 吨到 3 吨，其他更重的车辆也不属于本停车场管理系统的承载范围，所以电机的功率按照车辆最大重量为 5 吨来进行准备计算，结果认为电机功率应该在2kW 以上为最佳，当然更高功率的电机能够支持系统用更高的速度完成车辆横移操作，但是那样 也存在着速度过高带来的安全隐患，所以也不应该选择比 2KW功率高出太多的电机。所以本系统选取了额定功率 2

41、.2 kw，转速 1 3 90 转每分钟的三相异步电动机。 变频器的作用是控制电机转速，它能够接受计算机传送过来的电信号并调整输出频率，从而改变电机的转动速度，变频器输出频率越高，电机转速越快，当变频器发出相反的电流时，电机也会反向运转，从而实现载车板的反向横移。当变频器处于加速状态的时候电机也处于加速状态，变频器保持输出频率不变的时候电机 匀速 运作。 24 本系统在变频器方面最终选择了施耐德 ATV71 系列，这一款变频器自带了起重和物料运输的工作模块，能够满足系统中的需求，在性能方面这款变频器的表现也很不错，独立的冷却回路防止机器工作过热，良好的电气控制技术更加体现操作者编写程序的执行效

42、果和准确性。机器内部有着应对高次谐波电流干扰还有过载状况的应急元件，能够在故障时通过停止工作并且锁死的方式避免安全事故处理 .如图3-4 所示， ATV71 与 PLC可以通过 PR0F1BUS-DP方式通讯。 图 3-4PLC、 变频器与电机控制示意图 3.6 位置检测装置和控制系统原理 为了避免系统空转造成的电力资源浪费和安全隐患，木系统应该是在测到入库车辆正确请放到上层车位之后才能够进行车辆的纵向和横向移动，为了能够正确地检测到这一物理信息就需要有相应的位置检测装置。通常用来检测车辆位置的检测装置是限位开关，这种限位开关安置在停车位的地板上，当车轮第一次碾过时候限位开关进行闭合然后松开，

43、当车轮第二次点过的时候再进行一次闭合松开，同时前排车轮会碰到车位前方的另一组限位开关，再次发出信号。 计算机在接收到第一组限位开关发送两次开关闭合信息还有第二组限位开关发出一组信号之后才认可车辆停放完好， 并且允许其他动作进行。当车辆出库的时候限位开关感知状况完全相反，第一组限位开关和第二组限位开关先同时开关，然后第一组开关才会单独开关。通过这一位置 检 测装置，系统能够有效避免车辆以外的人和物触动系统运行。 25 本系统操作电机的关键就是控制正转和反转的切换，使运载车辆能够及时减速停放在准确位置上。为了在系统运行时候，为实现载车板的均速平稳的运行，电机采用变频调速，变频调速主要应用在本次系统

44、的电机启动和启停的速度控制上。变频器控制的电动机相较于传统拖行式电动机的优势在于运行的准确性，能够让计算机对于电机效率的控制精确 到每一转之上，然后按照计算结果控制电机效率，而不是根据电机效率调整自己的运算结果。 这些优点可以让立体停车场系统的存取车效率更高，系统的性能更加稳定。 对于一个三层小型立体停车场来说，系统之中需要在第一层安装两个个电动机控制车辆的横向运输，中间层安装六个电动机，每个载车板下都有一个负责横向运输，另负责一个纵向运输，最上层因为不需要横向运输只需要纵 A运输，所以只需要在每个载车板下方安置一个电动机用于纵向运输，当然每一个电机都需要配置一个变频器作为控制装置。 因此 横向和纵向运输的电机运行方式存在差异。 3.7 本章小结 本 章内容根据硬件系统的整体结构，分别介绍了控制系统的核心元件 ， 可编程控制器的特点及型号选择，然后阐释 PLC 的