西安工程技术（技师）学院
毕业论文 智能车库 使用说明书
指导老师：党志勇 学 员：贺永滔 班级：08电维技师 系部：电气工程系 日期：2011年3月25日
摘要
自动化智能立体车库是专门实现各种车辆的自动停放的存储设施，随着城市汽车量的不断增加，停车难问题已经成为各大城市的一种普遍现象。立体车库充分利用土地资源，发挥空间优势，最大限度的停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本论文简单的介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也做了简单的说明。在对自动化立体车库的设计中，采用了先进的PLC控制，利用编制软件编制了升降横移式立体车库控制系统程序。其稳定、可靠、快速的特点使控制系统性能良好。
本文以适应科技发展需求，突出其实用性，针对性，加强实际能力培训为原则。试验系统集实验，设计于学习技能训练为一体，以应用能力培养为目的，构思新颖，内容丰富而结合实际。
本论文着重介绍了各个硬件的结构和应用，简单的介绍了模拟车库系统需要的常用元件。在程序编制过程中主要由三菱PLC和触摸屏进行编制。使用车库时在通电正常后根据提示步骤在触摸屏上完成一系列的工作过程。即当要存车时在触摸屏上选定车库空位后，自己设置密码将车存入。要取车时，根据存车时所选仓位和自己设置的密码再次在触摸屏上输入，成功将车取出。在存车和取车时都会由一个堆垛机独立的完成将车存入和取出。如果在存车或取车过程中遇到长时间不能将车存入或取出，及在取车时忘记了自己当时所设置的密码，则应及时告知车库管理员。管理员根据情况帮用户把车取出，不会因为用户忘记密码或其它原因而不能取出自己的车。
随着现代化城市的快速发展和各种车辆的快速增多，人们可利用的空间将越来越少，立体车库的研制将在停车方面为人们节省一定的可用空间。
本组的毕业设计在取材方面采用了当前先进的产品，同时在论文方面还压缩了大量的理论知识，保证知识的前沿性、先进性。
关键词： PLC 触摸屏 堆垛机 仓库本体
目录
第一章 智能车库介绍
1.1智能车库系统介绍·········································（1） 第二章 系统硬件介绍
2.1 立体仓库·················································（3）
2.2 PLC介绍·················································（4） 2.3 触摸屏···················································（5） 2.4 步进电机·················································（6） 2.5步进电机驱动器···········································（7）· 2.6 堆垛机···················································（8） 2.7 终端保护·················································（8） 第三章 系统功能
3.1 系统功能················································（10） 第四章 控制要求
4.1 系统要求················································（11） 4.2 流程图··················································（13） 第五章 故障排除··············································（14） 第六章 注意事项
6.1 安装环境················································（15） 6.2 静电防护················································（15） 6.3 清洗····················································（15） 6.4 供电顺序················································（15） 第七章 接线图
7.1 硬件图··················································（16） 7.2 外围接线图··············································（17） 第八章 程序
8.1 PLC程序·················································（18） 8.2 触摸屏程序··············································（36）
第九章 设计图纸
9.1 托盘····················································（41） 9.2 桌子····················································（41） 9.3 触摸屏··················································（42） 9.4 仓库库体················································（43） 9.5 抽屉打孔面板············································（43） 9.6 端子图··················································（44） 第十章 总结
10.1 总结···················································（45） 10.2附录····················································(46) 10.3考文献··················································(48)
前言
随着社会的发展人们的生活水平有了极大的提高，现代的交通工具：家庭式轿车也逐渐进入了千家万户，但受到土地的限制，停车场的数量有限，立体式自动化停车库引入市场，提高了土地利用率及空间利用率，做到了有限的土地可以更多的停放车辆。
所以我们编制智能车库的思想从四方面出发：一是力求所有实训项目能满足现代人生活的需求；二是力求所有实训项目能反映出所学该专业的学生的技能水平；三是力求所有实训项目能体现机电类的实际工作经验，且具有一定广度和深度；四是力求所有的实训项目具有很强的可操作性。
在内容部分共分为九章，第一章是对智能车库整体的介绍；第二章是对系统硬件的介绍；第三章介绍的是系统功能；第四张是对控制要求进行了阐述；第五章是如何排除故障的方法；第六章是在操作中应该注意的事项；第七章是外围硬件的连接图；第八章是PLC程序与触摸屏程序；第九章是设计该车库的具体图纸。
那么本组精心设计的升降横移式立体车库以“安全、快捷”著称，配备完善的安全装置及其运作系统，实现存取车的快捷，整体效果优良。可以在地面及地下停车场使用，使用形式灵活、造价较低，可数倍提高停车数量。系列化、标准化的设计，使库体结构合理。多种保护装置安全可靠、布局灵活、组合方便，可采用多种型式形成不同类型的停车场。存取车所采用的操作方法式是“触屏式”。本车库广泛适用于办公写字楼、居民集中住宅区等处的地下室停放车辆，可充分利用地下室的有效空间高度和柱间距宽度来布置停车位。就同类型设备而言，空间利用率最高。整体设计与楼面融为一体、美观大方。
该设备可根据客户的场地及需要，实现多车位的设计，由于升降横移类停车设备规模可大可小，对场地的适应性较强，以最少的投资获取最具价值的回报。因此，采用这类设备的停车库十分普遍。
在此我们会尽量对我们的设计题材做到深入浅出，通俗易懂，图文并茂，可以帮助广大读者自学，并掌握电工的实践技能，为电工技能打下坚实的基础。相 信该设计方案会受到广大师生和广大一线工程技术人员的喜欢。
由于编写仓促，加之编者水平有限，出现错误和不当之处在所难免，恳请读者提出宝贵意见。
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第一章 立体车库介绍
1.1立体车库系统介绍：
随着城市建设的加快以及汽车数量的急剧增加，立体车库成为当前停车改革的必然趋势，尤其是在寸土寸金的大城市，采用立体车库是解决停车难的必然之路。目前市场上采用的是PLC控制模式，完美的解决了立体车库的使用率及停放车辆的安全问题。
本系统主要分为三个子系统，分别为：自动存取车系统、密码识别系统、监控系统。
1.1.1自动存取车系统： 存取车操作时，操作人员进入系统主界面，根据需要
选择存取车的策略模式。有存车需要时，点击“存车”按钮，系统进入存车界面，此时堆垛机开始按指定车位进行存车操作：首先，堆垛机的铲叉将入口处的车辆缓慢平稳的叉起后缩回，上升到指定位置，然后平移到对应纵行缓慢上升到指定的空车库。在整个存车过程中，堆垛机的运行全是自动的。
需要取车时，操作人员进入系统主界面，根据需要选择存取车的策略模式。有取车需要时，点击“取车”按钮，系统进入取车界面，用户只需输入存车时给定的密码和仓位号，确定后堆垛机会自动行走升降到所取车位的坐标点，然后命令铲叉将所取车辆从存车位内取出至取车位平台。确认车辆到位后，堆垛机自动复位至初始位置。
1.1.2密码识别： 用户存车操作时应注意：进入系统主界面之后需自己设定相
应的密码，然后按“确认”。堆垛机自动工作，将车放入空车位内。用户取车时，相应的在触摸屏上输入存车时自己所设定的密码及自己车所在的仓位号，按“确定”。堆垛机自动将车取出至载车平台。如果用户在取车时忘记自己存车时所设定的密码，请及时找车库管理员将车取出。不用担心自己的车不能取出而影响自己的事。
1.1.3监控系统：即是对存车与取车画面的一种监控，能客观明瞭的使工作人员
对整个车库的“存与取”车进一步的了解 ，以使用户更加方便的使用。
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立体仓库结构外形图如图所示：
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第二章自动存取车系统硬件介绍
2.1 立体仓库
仓库本体分为三个区，分别为存车区、储车区、和取车区。每个对应的车库都有相应的微动开关（即传感器）感应车辆的有无。当有车辆到达存车区时，通过传感器检测及所给的信号，由堆垛机自动运行完成一系列的存车过程。储车区是由十二个仓位组成，分成四行、三列，主要用于储存不同的车辆。取车时同样是通过相应的检测和所给信号由堆垛机自动完成相应的动作。
仓库实物图所示：
自动化的立体仓库是利用存储设备同计算机管理系统的协作来实现立体仓库的高层合理化，存取自动化，以及操作简单化，在现代生活占重要的地位，是高技术密集型机电一体化产品，其中堆垛机是仓库的关键负责家用轿车的入库、出库作业，可实现三个自由度（X、Y、Z轴）的运动，X轴方向和Y轴方向即堆垛机的水平运动与垂直运动采用滚珠丝杠作为传动机构，由步进电
机拖动，Z轴方向即货叉伸缩的前后运动，采用普通丝杠传动，由直流电机拖动。对于该车库两端具有独立的存车区与取车区，有利于无人自动操作和计算机管理，对于该仓库我们的要求就是实现基本的存、取车功能，以充分利用立体仓库，从而提高仓库的空间利用率。
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2.2 PLC的介绍
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司研制的。早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制装置，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正的具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代终末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算
机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。20世纪80年代初， 可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。20世纪末，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代化工业的需要。 PLC的特点：1）可靠性高，抗干扰能力强
2）配套齐全，功能完善，适用性强，性价比高 3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，改造容易 5）体积小，重量轻，能耗低
可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。而PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是循环扫描完成的。 可编程控制器的应用领域：
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：1）开关量逻辑控制
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2）运动控制 3）闭环过程控制 4）数据处理
5）通讯及联网
2.3 触摸屏：
触摸屏又称为触控面板，是2个可接收触头等输入信号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统，可根据预先编程的程序驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出高清晰
的文字。触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸 检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送至触摸屏 控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它 转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 选用三菱GOT1000，采用64位处理器，显示、运算、通讯三位一体的高速响应。内置有USB接口，传输速度可达12Mbps,RS232,RS422接口传输速度可达115.2Kbps。有65563色、256色与16色彩屏；高亮度、宽视角、高清晰，可显示鲜明、绚丽的换面。支持Unicode2.1高品位的字体、TrueType字体，支持斜体、下划线、斜体下划线等，表现力丰富、绚丽显示各种文字，语言切换画面可轻松实现。内存容量大幅增加，内置5M。或9M标准内存，最大可扩展57M内存含标准CF卡接口，实现GOT数据快速传送。丰富的连接方式，支持总线、CPU直接连接、计算机链接、支持不同厂商PLC、支持三菱伺服放大器、变频器等 连接，GOT与三菱PLC连接时，通过GOT可进行程序读取、写入，以使整个程序完善的进行。
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2.4 步进电机
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的：同时可通过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达到调速的目的。对于三菱FX2N-80MT来说，只有晶体管输出型能输出高速冲列和每次宽度可调的波形。因此对于步进电机的接线方式来说，脉冲端CP只能与Y0或Y1连接。步进
电机的控制是应用PLC的脉冲输出，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）
步进电机是将脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机是非常的简单。
另外步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系，在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机，虽然两者控制方式相似，但使用性能存在着较大的差异。性能比较：
1） 2） 3） 4） 5）
控制精度不同。 低频特性不同。 矩频特性不同。 过载能力不同。 运行性能不同。
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6） 速度响应性能不同。
所以步进与伺服各有适用场合而已，一般来说，大负载，高速度的应用，不要用步进电机，但低负载、低速度的场合，高细分的步进性能比交流伺服要好。
图：步进电机控制机系统 2.5步进电机驱动器
步进电机驱动器是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。
步进电机驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机按照一定的顺序通电，控制电机转动。
步进电机驱动器原理图
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步进电机驱动器接收的信号包括正向及负向脉冲，还有正反转的信号。当步进电机驱动器接受到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为：步进角），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的：同时可以通过控
制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速目的.
2.6 堆垛机
堆垛机主要由载货台、货叉机构、滚珠丝杆、水平运行机构、起升机构、安全保护装置和电气控制系统等几大部分组成。
堆垛机的工作原理：堆垛机是由步进电机通过与滚珠丝杆的配合在导轨上水平行走，由直流电机通过滚珠丝杆带动载货台做垂直升降运动，由载货台上的货叉做伸缩运动。通过上述三维运动可将指定仓位的货物取出或将货物送入指定仓位，以提高了堆垛机的运行效率。
堆垛机的功能：堆垛机接受计算机指令后，能在高层货架巷道中来回穿梭，能把车从载物台搬运到指定的车位中，或者把需要取出的车从仓库中搬运到载物台，以使用户更轻松，更省时的存与取车。
堆垛机沿货架仓库巷道内的轨道运行，使得作业效率提高，采用货叉伸缩机构，以提高仓库的利用率。
2.7终端保护
行程开关又称限位开关，是用以限定机械设备运动极限位置的电气开关，在实际生产中将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块，撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的
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电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各种机床和起重机械，用于控制其行程、进行终端限位保护.行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合，但在本次课题设计中我们采用的都是“微动式”开关。
终端保护主要有场板、场限环、终结端扩展和横向变参杂等。
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第三章 系统功能
3.1系统功能
该装置是将PLC控制技术、触摸屏技术、位置控制技术、步进电机驱动技术、直流电机驱动技术、传感器检测技术等有机结合成的一种教学仪器设备，在实训过程中，主要完成下面两方面的训练： （1）硬件方面的训练
该装置中所有器件的接口全部开放，在认真了解了设备硬件原理的基础上，按照系统原理接线框图，完成系统的硬件接线工作。 （2）软件方面的训练
在充分了解堆垛机工作过程基础上以及熟悉PLC功能指令后，按照系统流程图进行编程训练，理解系统程序的设计思想，掌握系统的编程设计方法。
综合上述：我们设计的智能车库还能够具备一、自动存取车；二、密码识别；三、监控系统等功能。
1）自动存取车：我们通过PLC程序来控制堆垛机的升降横移，以至使存 入或取出的车辆来回循环，并使我们车库效益达到最佳状态。
2）密码识别：通过编写触摸屏的过程使工作人员知道在存入或取出车辆的 过程中应尽可能的按照自己当前设置的密码存车或取车，以至使自己的爱车在存放的过程中更加安全。
3）监控系统：展现当前人机界面的灵活性，使工作人员能够很客观明瞭的 看到在存车或取车过程中所存在的问题，并可以直接观看到存完车后剩余的车位数，以至充分利用剩余空间。
充分展现了以上功能之后，我们具体的还将对硬件、软件做功能方面的介绍 硬件 例：1）立体效果很好的车库能充分的利用有效场地，以安全、快捷展现它独特的一面。2）采用先进的PLC、触摸屏技术很合理的对整个动作过程进行了全方位的控制。3）结构微小的步进电机乃至驱动器总是与结构简单的堆垛机配合完成PLC、触摸屏给定的输入信号，加之设有的终端保护使之整个动作过程更加完善。软件 例：高亮度、宽视角、高清晰、高品质的字体，可显示鲜明、绚丽换面的触摸屏软件与可靠性高，抗干扰能力强，深受广大学者欢迎的PLC软件共同使用为机电类的专业打下坚实的基础。
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第四章 控制要求
4.1 系统要求
系统在电气设计上，电机主要采用步进电机和直流电机，分别控制水平移动、垂直移动及载车台的铲叉动作。传感器采用微动开关，用于完成车的检测和限位保护等。
系统在机构设计上采用滚珠丝杆作为主要传动机构。当堆垛机平台移动到车位的指定位置时，铲叉向前伸出可将车辆送入或取出，当取出车或送入车后，则铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。其工作流程如下： 1）接通电源。 2）系统自检。 3）执行存车指令
将一带托盘汽车模型置于可驶入车位，放置模型时，入位要准确，并注意到仓位底部检测开关已动作。
a）选择欲存车仓位号（如10#），在触摸屏上按动仓位号对应按钮。 b）检查车位号是否正确，如不正确，返回重新选取车位，若正确输入密码，按动“存车”指令按钮，执行存入动作。若10#仓位内无汽车，则该指令将不被执行。
c）指令完成后，系统将自动返回原点。
d）如执行存入指令前，被选仓位（如10#）有汽车，则存车指令将不被执行。需要由用户手动将车移走。 4）执行取车指令
a）按动“取车”指令按钮，输入车位号及密码，输入完成后，点击确认。 b）完成之后，执行取车动作，若10#仓位有汽车，密码输入正确，则该指令将被执行取车动作。
c）取车时，堆垛机继续横移升降至被存车位处，铲叉运动将车取出然后运送至可驶出处。
d）指令完成后，系统将自动返回原点。
e）如执行取出指令前，被选仓位（如10#）无汽车，则取车指令将不被执行。需要由用户手动将车取出。
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f）根据前面的分析，该立体仓库系统的运行情况如下：
当通电完成后，立体仓库即可运行，在正常情况下，按下某一仓位的按钮和“取”或“存”按钮，输入密码完成及密码输入正确，系统将进行相应的动作，此时控制面板上的数码管显示相应的仓位号。当出现故障时，电机停止运转，在紧急情况下，按下急停按钮后，货物立即停在当前的位置，只有当故障排除后，才能重新运行。
5）存取车时遇到的问题 a)当忘记车位号或密码时
b)存车时，长时间存车，未存入车位 c)取车时，长时间取车，车辆并未取出
存取车时遇到的以上问题及突发事件应立即寻求管理员帮助，否则后果自负，最终解释权归永滔车库所有。
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状态流程图 西安工程技术学院毕业设计：智能车库
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第五章 排除故障
故障现象 处理方法 电源指示灯不亮 检查是否正常供电 1、检查电机接线是否正确 Z轴电机不动作 2、检查货叉的限位开关是否正常工作 3、检查在程序编写过程中是否存在纰漏。 4、对货叉的伸缩没有精确的定位 5、检查所用的电机是否符合要求 起重机不送货 1、检测是否处于自动状态 2、检测对应的仓位是否有货物 3、检测载货台是否没有货物 起重机不取货 1、检测是否处于自动状态 2、检测对应的仓位是否没有货物 3、检测载货台是否有货物未移去 PLC输入输出指示1、检测PLC是否真正有输出信号或输入信号 灯不亮 2、检测指示灯是否正常
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第六章 注意事项
6.1安装环境
避免将设备安装到下列场所：
.日光直射或者环境温度超出0到50℃范围的场所。
.相对温度超出35％RH到75％范围或者由于剧烈温度变化产生结露的场所。
.空气中存在腐蚀气体或可燃气体场所。 .对本体造成直接振动或撞击的场所。 .粉尘、铁屑或盐分较多的场所。
.会使本设备附着水、油或化学物质的场所。
空气中含有有机溶剂的例如苯、涂料稀释剂、酒精或者强碱物质如氨和苛性碱的场所。
6.2静电防护
在干燥的环境下有产生静电累积的危险，所以当需要触摸设备时，应选用通过接地设备对其进行放电再触摸。
6.3清洗
不要使用稀料或类似的溶液清洗，因为会溶解本体的某些部分并会造成褪色。
6.4供电顺序
在给PLC供电之前控制单元应处用于停止工作状态。 在接通电源之前
当您是第一次接通供电时，请注意一下事项：
请确认没有接线的碎屑或者尤其是导电物质在印制电路板上 确认电源接线、输入/输出接线和电压是正确的。 确认控制单元是处于停止工作状态。
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第七章 硬件图
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外围接线图：
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第八章 程序
8.2：PLC程序
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对于此程序的运作过程大致如下：
上下、左右移动式通过PLC的高速口输出脉冲传到步进驱动器，再由步进驱动器拖动步进电机，从而达到目的。
车库的移动，通过直流电机驱动铲叉运行，将车从车位铲出与放入。 密码：通过触摸屏将自己设定的密码输送到PLC中，并将密码记住，将车存入。
待到取车时，输入在触摸屏上输入相对应的密码，才可将车取出。
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8.2 触摸屏程序
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第九章 设计图纸
9.1 托盘
9.2 桌子
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