基于S7-200PLC的立体车库设计

基于S7-200PLC的立体车库设计

涂元明

(延边大学吉林省延边朝鲜族自治州133000)

摘要：针对目前我国停车难的现状，设计开发了一种成本低、利用率高、提车方便、维修简易的新型机电一体化自动化新型升降横移式停车装置。介绍了新型立体汽车停车车库并对其主要工作部件的结构，工作原理，机电传动设计进行介绍，科学地计算运动参数，优化结构，证实运动合理性。该立体车库的空间利用率比传统的停车方式高900%，并且停放准确率为100%，不仅对空间资源有很大的利用，而且在经济方面也有很大的潜力和市场前景。

关键词：立体汽车停车车库；机电一体；ANSYS；PLC

随着我国经济的快速发展和城市现代化水平不断提高，交通运输业得到全面快速发展。现今，我国在汽车停车方面仍依据《根据城市交通管理办法》规定采用传统划线停车方法[1-2]，这浪费了大量的人力、物力。由于小轿车的停车工作强度高，占地广大，车辆差异大，停车误差大，我们迫切需要一套自动化程度高，使停放过程变得高效、稳定、快捷，有效减少停车占地广提高土地利用率[3]。

目前立体车库的发展前景很广阔，现有的立体车库在结构和设计的方面还不完善。立体车库大致可分为循环方式、升降或横移方式、巷道堆垛方式以及旋转方式，现有的立体车库存在着存取速度过慢、机构过于复杂能耗高、噪音和震动大、停车规模有限的问题。而本文提及的这种立体汽车停车车库工作时噪音震动小，工作效率极高停放每辆车平均时间仅需，成本低廉且维修方便，安全保障到位结构简易，该装置可应用于实际工业生产及应用，提高停车的效率同时操作容易，可广泛应用于城市居民小区、工作单位等场所。

1总体方案的设计

经过调查研究，立体汽车停车车库有四种典型结构：1）循环方式；2）升降或横移方式；3）巷道堆垛方式；4）旋转式。其特点如下：

1）循环方式：结构与工作原理简易，容易维护，但存在出入口有限，再停车取车高峰时期所需要等待的时间很长。

2）升降或横移方式：多为半自动或自动结构，但结构复杂设计困难。

3）巷道堆垛方式：存车安全，但会增加再巷道内往复行走得时间，工作效率低。

4）旋转式：利用中心圆盘回转并采用提升装置使车辆升降和输出车辆进出，美观易于维护，但造价高且生产过程艰难。

为追求最好停车效率，总体方案定为基于PLC控制的升降横移式立体停车车库。传动方式为步进电机传动，计数装置采用光敏传感器，安全装置采用光敏传感器。

1.1设计条件

1）结构条件：无避让的工作原理，运载小车台板具有升降功能，存取车时无须避让容量比例大，同种空间停车位越多越经济，配置红外线控制等安全防护检测装置，确保全程运行安全可靠，全自动。

2）车库密度：机械式立体车库采用地下平面横移和巷道堆垛都必须有通道，而智能车库只要运载轨道，每一层都能在每个停车位上有效增加一个车位，两车之间无需空位；可节省1/4的空间用于存放车辆。

1.2总体结构

本设计的立体车库主体结构为送车机构、自动旋转候车台、铝合金车库架子，如图一所示。包括整体铝合金停车库、载车板、齿条传动导轨滑台系统、横移系统、自动旋转机构、角钢车台。为了保证车库各个零部件的连接强度，零部件之间采用螺栓连接。

2停车库结构设计

2.1送车机构

送车机构为车库的主要机构，该机构具有三自由度，在送车过程中，实现目标车辆三个方向上的运动，可以将车辆准确停到相应车位。在送车机构中，包含前后位移机构、竖直升降机构、水平位移机构。

2.2自动旋转候车台

自动旋转候车台为车辆进入停车库的平台，且实现其自动转向。其包括，自动旋转转盘，车台和三角片。其中自动旋转转盘通过螺栓连接固定在车台上，为保证车台的稳定，通过三角片和螺栓对其进行加固。

3电机选型

同步带在运行时主要克服载有垂直升降机构和汽车的滑块车轮对机架轨道的静阻力，以及滑块车轮安装处轴承的摩擦阻力，其计算公式为：

4PLC控制及单片机控制

根据PLC编程及应用一书中相关部分，本设计采用西门子S7-200PLC和MM420变频器控制步进电机的启动、正转、反转、调速和停止的功能。

1）步进电机控制程序：按下开关SB1，I0.O闭合，Q0.0线圈得电自锁，使步进电机正转，计时器T37开始计时。10s后，T37常闭触点断开，常开触点闭合，Q0.0失电断开，Q0.1得电自锁，电机反转，计时器T38开始计时。1s后，T38常闭触点断开，常开触点闭合，Q0.1失电断开，Q0.0得电自锁，以此周而复始。任意时刻可按停止开关SB2，I0.1断开，机器停止工作。2）步进电机接线图：笔者采用硬件接线，通过模拟量输出控制AIN1，来控制变频器的频率，从而改变电机转速。

5实际结果分析

据《中国立体停车场行业需求与投资规划分析报告》数据显示，传统停车场停50辆车需要1650平方米，而采用露天电梯塔式立体停车只需50平方米，也就是说，可以达到每1平方米即停放一辆小车。我们的车库则实现了至少900%的利用率(详情见表1）,并且停车准确率达100%。

6结论

1）.立体汽车停车车库能准确安全地将车送至指定车库并将其取回

2）.齿轮齿条机构承载力大，传动平稳，噪声小；在送取车过程中不会出现车板不稳定、噪音大、车滑落、车板与车库及其内部车碰撞、送车位置不准等情况，车停在车库中不会翻落。

3）.该车库容车量大；送取车各自独立；有手动、自动两种模式，灵活度高；自动化程度高，使用方便，效率高；性能稳定.

4）.本设计仍待改进，如：可加强车板与动力系统间的连接，使其更稳定；缩小每个车库的盈余空间；扩大传感器功能，使其能将车库有无车的情况上传，从而在无人控制的情况下使车板将来车自动送往空车库，以提升设计的自动化。

参考文献：

[1]《根据城市交通管理办法》

[2]宋秋红，安丰贞，方铀，等．城市立体车库的现状及展望［J］．科技园地，2012(100．5):17－20．

[3]杨玉萍,张小美,沈世德.同步带传动系统横向振动的分析研究[J].机械设计,2003(01):28-30.

作者简介：涂元明（1997-12-23），男，汉族，籍贯：浙江省衢州市，学历：本科