立体停车库

摘要

随着人们生活条件的提高，汽车作为交通工具也逐渐进入了每个家庭，汽车给人们的出行带来方便的同时也为人们的停车问题带来了许多的烦恼，出门在外停车困难。可以停车的地方由于空间有限很快就可以停满。所以相比违章停靠的罚款还不如坐出租车。但是如果使用立体车库，它不仅节约了空间，同时还能给更多的车有停靠的地方。

立体车库可以随着人们的需要和以后停车的多少，能很方便的对它进行改造。可以不停的在上面加上几块停车板，无需报废重新购买新的大功率的、更加多的立体停车库。

本文结合了实际情况，以升降横移式立体停车库为例。描述了升降横移式立体停车库的运行原理和结构特点，介绍了其控制系统的组成、PLC控制的实现和控制软件的设计。

关键词 立体车库；PLC控制系统；可编程序控制器；钢结构

目录

第一章 升降横移式立体停车库机械部分----------------------------------------（4） 1.1升降横移式立体停车库介绍---------------------------------------------------（4） 1.1.1 工作原理---------------------------------------------------------------------（5） 1.1.2 机械部件结构和功能--------------------------------------------------------（5） 1.1.3 升降横移结构的设计-------------------------------------------------------（5） 1.1.4 升降式机构设计-------------------------------------------------------------（6） 1.1.5 横移式机构设计-------------------------------------------------------------（6） 1.1.6 安全机构设计---------------------------------------------------------------（6）

第二章 立体车库电气控制系统设计--------------------------------------------（8） 2.1.1PLC进行统一管理和监控---------------------------------------------------（8） 2.1.2自动存取车控制系统-------------------------------------------------------（8） 2.2 系统控制原理----------------------------------------------------------------（9） 2.2.1 主控单元------------------------------------------------------------------（9） 2.2.2 检测点---------------------------------------------------------------------（9） 2.2.3 控制点---------------------------------------------------------------------（10） 2.3.1 电机控制及接线设计-----------------------------------------------------（10） 2.4.1 保护装置------------------------------------------------------------------（10）

第三章 PLC可编程控制器--------------------------------------------------------（12） 3.1.1 PLC基本概念---------------------------------------------------------------（12） 3.2.1 PLC基本构成---------------------------------------------------------------（12） 3.2.2 PLC工作原理--------------------------------------------------------------（13） 结论------------------------------------------------------------------------------------（16） 参考文献------------------------------------------------------------------------------（17） 致谢------------------------------------------------------------------------------------（18）

第一章 升降横移式立体停车库机械部分

1.1升降横移式立体停车库介绍

立体车库停车装置在国际上已经有了30多年的历史了，目前在世界几个机械比较发达的国家试用比较广泛，如：美国，德国，日本等。

很多汽车公司不仅仅制造汽车，还以立体车库为收入来源。我国也有少数制造立体车库的公司。这些车库一般都用于繁华的市区且人流量大的地方。

目前，中国人口越来越多，汽车也随着人们的生活条件的提高走入了家家户户。停车难也对很多驾驶员造成了很大的困扰。现在的房价也越发的高了，车位的价格也非常的高，如果每个小区都能引进立体车库停车装置，我相信可以解决很多业主的停车问题。原来可以停一辆车的车位，用了3层立体车库就可以多停2辆车。而这个装置的价格我相信也远远没有现在的车位贵，最终受益的还是我们业主。

立体车库特别是升降式多层的受到了很多开发商的喜爱： 1.节省空间

自动立体停车库停车容量大，占地面积小。也可停放各种类型的车辆，特别是轿车。而投资却比同等容量的地下停车库少，施工周期短，耗电少，占地面积也远比地下车库少。

2.外观好看更现代化

自动立体停车库最适合用于商场、宾馆、办公楼前、旅游区，在老式却独具风格的建筑物前。采用优质合金、新型装饰材料，可以达到耳目一新的效果。

3.安全性更高

首先是立体车库本身，是使用了钢架结构，再者停车位置高，相比车辆停在地面上的被划伤，它可以百分之百的保证车辆的安全。也为人们的财产安全给予了良好的保证。

通过以上的介绍可以看出升降式多层立体车库是人们以后停车的必要选择，中国发展的这么快，相信用不了多久每个小区，商店，办公楼等等都会安装上这样方便的，利于人们生活的停车装置。

1.1.1 工作原理

升降横移式立体停车库是指利用停车库上面的载车板通过上下升降左右横移起到车辆的停放和取走的停车设备。每个车位下方都有一个停车板可以通过这个板的移动来完成停车的。

1.1.2 机械部件结构和功能

下面我以三层三列的升降横移式立体停车库作为研究对象进行分析。升降横移式立体停车库主要由：框架，载车板，横移控制系统，升降控制系统四个部分组成。

（1）结构框架：我们使用的是钢架结构，这种结构充分的利用了三角形的稳定性。比如输送电线的钢架铁塔是我们生活中最常见的利用三角形稳定性的建筑，北京奥运会的鸟巢也是利用了这样的结构。

（2）载车板及其升降的控制系统：每块载车板都给它配备了一个独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。每当电机正转时载车板上升达到指定高度，相反电机反转时车板下降到制定位置。根据汽车的重量决定电机功率的大小和齿轮链条的大小。在由车辆的大小高度决定上下2块车板之间的距离。再由车辆宽度和长度决定载车板的长和宽度的大小。

（3）载车板及其横移的控制系统：每块车载板因为需要横移所以给它还配备了4个刚轮方便它的左右移动可以在导轨上面自由的行驶。同时正上方无需取走的车辆的车载板也会跟着正下方的车载板一起横移当旁边，方便需要取走的车辆所在车载板可以安全的更加快捷的到地面。

图1 地上3X3升降横移立体车库运动原理图

1.1.3 升降横移结构的设计

三层三列的升降横移式立体停车库可以把上面的车载板分为两种不同的类型。升降横移式立体车库底层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。

1.1.4 升降式机构设计

升降主要是通过钢丝绳，链条和液压缸的三个组成形成的，实现上升和下降的功能。

1.1.5 横移式机构设计

横移主要是通过车载板下方的滚轮和导轨两个部分组成的，实现左右横移的功能。

1.1.6 安全机构设计

对于每件机械设备，安全都是非常重要的。升降横移式立体停车库也是这样。

（1）急停按钮：每当车载板遇到特殊状况时操作者可以立即按下急停按钮，使机器立即停止减少不必要的伤害。

（2）重量控制报警：当车辆停到了载车板上面，如果车辆的重量超过了链条和电机的所限定的重量时，报警器就会自动报警，提示车主把车开走。防止车辆上去以后掉落下来造成损失。

第二章 立体车库电气控制系统设计

2.1.1PLC进行统一管理和监控

通过PLC控制载车板上下左右的传动装置，来完成对车辆从存到取的过程。每个车位内车辆的出入由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的程序来调度车辆进出。如图2.1所示是PLC硬件图。

PLC硬件图

2.1.2自动存取车控制系统

（1）弱电系统：由各种信号的采集、报警与控制输出组成。PLC输出数据给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。

（2）强电系统：由载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位距离及载车板的上下行程的距离。车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置通过载车板输送汽车到指定位置。

（3）急停开关：系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。

（4）系统输出控制信号：包括控制电机运行方向信号，控制电机

运行信号，控制电磁铁信号、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。

2.2 系统控制原理

升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。

操作者要通过操作面板将需要传送的指令传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行机构，来完成车库现场的运作。从而达到停车的目的。

由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。国内外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车位、大容量的现代化升降横移式立体车库中，为人们节省了很多的可用空间。

2.2.1 主控单元

在升降横移式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象，首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转；然后是车库内的各种辅助装置。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。

一般小型车库选用按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行对其控制。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置，因本系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其它抗干扰措施。

PLC 控制原理图

2.2.2 检测点

（1）载车板上汽车停放到位否检测：采用光电开关在底层进行扫描检测。光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边，在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电关光源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。

（2） 载车板上有无车检测：在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关，用于检测载车板上有无车。

（3） 载车板平移运动是否到位检测：只有下层载车板有平移运动，在每个车位上分别安装一只限位开关，用于检测载车板平移运动是否到位。

（4） 载车板升降是否到位检测：只有上层载车板有升降运动，在每个载车板垂直运动的轨道上，在低层和上层分别安装一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位。

（5） 上层载车板吊钩是否挂好检测：控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。

2.2.3 控制点

（1） 一层载车板左右平移控制：一层载车板只有两个，每个载车板只有左右移动两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。

（2） 二层载车板升降横移运动控制：二层载车板有两个，每个载车板有横移、升降四个动作，采自动抱闸的三相交流电机控制。

（3） 三层载车板升降运动控制：三层载车板有三个，每个载车板只有升降两个动作，采用带自动抱闸的三相交流电机控制。

（4） 吊钩动作控制：只有二、三层的载车板使用吊钩，每个载车板用2 套吊钩，吊钩用电磁铁控制。

2.3.1 电机控制及接线设计

在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的；当上层车位在升降时，地面层车不可以升降，也不可以横向移动。

2.4.1 保护装置

（1） 设有断电、缺相、断相和相序保护：在主电源发生缺相，设备发生断相、反相时，保护器动作切断设备主电源。

（2） 延时保护：当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作。设定三次自动停止，处于保护状态，停止任何操作。

（3） 防人、异物误闯入红外线检测装置：设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会自动急停。待人员或异物离开设备后，按动“复位”按钮，设备将恢复运行。保证设备安全运转，以防误伤人员。用光电开关检测。

（4） 车辆定位装置：载车板的末端装有前、后、左、右限位装置。

（5） 防止载车板坠落装置：设置防坠落装置，载载车板运行到停车位后，为防止载车板因故突然落下，设防止坠落装置，保证入库车辆安全。

（6） 汽车长度限制装置：设置超长光电检测装置：当进入设备的车辆超过适停车辆尺寸时，设备自动锁闭并报警提示。

（7） 紧急停止装置：设置紧急制动开关，当出现异常情况时，

能使停车设备立即停止运转。

（8） 防止超限运行装置：设置限位开关，包括，上限位开关，下限位开关，左限位开关，右限位开关，极限开关等。当到位开关出现故障时，超限位开关能使设备停止工作。

（9） 警示灯及警示蜂鸣器：设置设备运转信号显示。提示设备处于运转状态及对异常情况报警。

（10） 电机自带刹车装置：防止载车板自动滑动。

第三章 PLC可编程控制器

3.1.1 PLC的基本概念

现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量，

多品种，多规格，低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC)正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

1985年国际电工委员会(IEC)对PLC的定义如下：可编程控制器

是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输出和输出，控制各种类型机械的生产过程。

PLC的应用面广、功能强大、试用方便，已经广泛地应用在各种

机械设备和生产过程的自动控制系统中。PLC仍处于不断的发展之中，起功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用之广、普及程度之高，是其它计算机控制设备无法比拟的。

3.2.1 PLC的基本结构

PLC主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等部

分组成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是链接现场设备与CPU之

间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机链接（见图3.1）。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模版，各模块通过总线连接，安装在机架

或导轨上。不同厂商生产的不同系列产品在每个机架上可插放的模块

数是不同的，一般为3—10块。可扩展的机架数也不同，一般为2—8个机架。基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长一般不超过10M。

图3.1 PLC硬件结构图

3.2.2 PLC的工作原理

PLC的CPU连续执行用户程序、完成控制功能是以扫描工作方

式进行的。所谓扫描工作方式，即CPU从程序段的第一句顺序读取顺序执行，直至最后一句。CPU在扫描周期中，要完成以下任务：

1.输入处理阶段

每次扫描周期开始时，先读数字输入点的当前值，然后把这些值

写到输入映像寄存器中。

CPU以8位（1个字节）为增量的方法来保留输入映像寄存器。

在每次扫描开始时，CPU会将映像寄存器中未使用的输入位清零。

2.执行程序

在扫描周期的执行程序阶段里，CPU执行程序是从第一条指令开

始，直到最后一条指令结束。不论在主程序或中断程序执行过程中，直接L/O指令允许对输入点和输出点直接存取。

如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断程序就作为程

序的一部分存储下来。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行。

3.处理通讯请求

在扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通讯端口接收到的任何

信息。

4.执行CPU的自诊断测试

在扫描周期中，CPU检查其硬件，以及用户存储器（仅在PUN模

式下），它也检查所有的L/O模块的状态。

5.输出处理阶段

在每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输

送给数字输出点。CPU以1个字节增量来保留输出映像寄存器。当CPU操作模式从RUN切换到STOP，数字输出设置为输出表中定义的值，或保持当前状态，模拟输出保持最后写入的值。

6.扫描周期中断

当中断事件发生时，CPU以异步扫描方式，根据中断优先级来处

理中断。

7.输入输出映像寄存器

输入输出映像寄存器是PLC的RAM工作区中将一特定区域的存

储单元作为输入映像寄存器和输出映像寄存器的存储区。

输入映像寄存器存储着对应位输入“继电器”的通/断状态，高电

平1为通，低电平0为断。输入映像寄存器的内容只能被PLC的CPU读出，而不能被改写。

输出映像寄存器单元存储着对应位输出“寄存器”的状态。在执

行用户程序时，输出映像寄存器既可以被PLC的CPU读取，也可以被CPU改写。

8. 立即I/O

立即I/O指令允许对实际输入输出点直接存取。尽管通常用映像

寄存器作为I/O的源操作数或目的操作数，但执行立即I/O指令对输入输出映像寄存器的影响是不同的。当使用立即I/O指令来存取输入点的值时，输入映像寄存器的值尚未更新，而使用立即I/O指令来存取输入点的同时，相应的输出映像寄存器被更新了。

PLC在执行程序是存在I/O滞后现象，造成I/O响应滞

后的原因：

1）扫描方式

2）电路惯性——输入滤波时间常数和输出继电器触点的机械之后

3）与程序设计安排有关。

结论

虽然立体车库目前在我国应用还较少，但我国城市人口较多，随

着家庭轿车的增加，立体车库未来市场必将是巨大的。市场需要大量低价格、方便、快捷、具有优越的使用性能的机械停车设备，它能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能。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，比较追求的是存取速度、等待时间以及方便的程度。

机械立体停车库的种类很多，我们必须通过仔细的技术分析才可以做出正确的选择，利用一切可以利用的条件，建造出适应人们和市场需求的机械立体停车库。总之，在我们面临着停车困难、土地短缺的情况下，使用机械立体停车库是可行、明智的选择，它的前景将是无限美好的。

参 考 文 献

（1） 付翠玉，关景泰.立体车库发展的现状与挑战 [M].机械设计与制造，2005；

（2） 中华人民共和国机械行业标准，升降横移类机械式停车设备.北京:国家机械工业局发布，2000；

（3） 中国重型机械工业协会，停车设备管理委员会编. 机械式立体车库 [M].海洋出版社， 2001；

（4） 中华人民共和国机械工业部，机械行业标准《机械式停车设备类别、型式与基本参数》.1998；

（5） 卢金鼎，山静民主编. 机电一体化技术 [M].中国轻工业出版社，1996；

致 谢

这次的论文设计是我在电大上学的这几年来，相关知识用的最为广泛的一次，把我这几年学到的知识基本都用了上来，它不只是设计和思考，而是把我所学的知识用到了生活中。通过这几个月的思考和设计让我的思维和对社会的需求有了很明显的认识。动手能力和理论的结合也有了相当大的进步。

XXX老师从我对本文的选题，思考，一直到最后写完这篇文章，在每个环节都给我了很多细心的意见和指导，最后使我完成了这篇文章。XXX老师渊博的知识和实事求是的工作态度给我留下了深刻的印象，也是我走向社会第一部必须要学习的一个地方。我相信这种工作态度会使我终身受益。在此向XXX老师表达我衷心的感谢和崇高的敬意！