【正文】 1 引言 本課題研究的背景及意義 近些年來 ， 伴隨著我國人民物質(zhì)生活水平的不斷改善， 我國機動車保有量越來越多，由于不合理的城市規(guī)劃，停車設(shè)施的短缺、管理不善及其他一些原因，導(dǎo)致道路資源一天比一天緊張，交通供需矛盾日益顯現(xiàn)出來。尤其是在靜態(tài)交通中，傳統(tǒng)停車場已經(jīng)不能滿足越來越多的停車需要?；谕＼囯y的現(xiàn)實問題，讓靜態(tài)交通在道路上停車，對于本來就擁擠的動態(tài)交通和一寸土一寸金的城市空地上，無疑會讓已經(jīng)擁擠的道路問題越來越嚴(yán)重。因此必須高度重視城市面臨的停車難問題，并積極尋找解決辦法。 現(xiàn)在城市交通擁堵和停車難已經(jīng)成為主要的社會問題，造成這些問題的主要原因是城市化的發(fā)展和人們生活水平的日益提高。我們可以通過動用各級政府的力量，出臺各種鼓勵修建停車場的相關(guān)政策以及使用立體式停車庫位的措施解決這些問題。面對停車難問題，我們要從源頭上想辦法來解決這個難題。這就要求我們要從停車位建設(shè)和對車輛停放的管理兩方面進(jìn)行，以立體停車場為主要的停放地點，如果有需要可以短暫性的在路外以及公共區(qū)域停車。 之前停車位的控制系統(tǒng)大多數(shù)采用繼電器，但是繼電器控制系統(tǒng)有許多的不足之處。首先，它的體積很大，比較笨重。其次，它的控制很不穩(wěn)定，需要許多人進(jìn)行維護(hù) 。除了繼電器控制系統(tǒng)之外，還 有 的一些控制系統(tǒng)用的是單片機。 但 是這些控制系統(tǒng) 在輸入 、 輸出 部分 上 會有很大的消耗 ，并且 它們系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好 和抗干擾性差等因素也會讓機器經(jīng)常需要人員維護(hù)。 但是 PLC 自身的抗干擾、適用能力以及它的應(yīng)用范圍都是特別優(yōu)秀的，這樣，就會讓我們設(shè)計的此車庫的發(fā)展就有了更高的發(fā)展前景。 PLC 有在應(yīng)用靈活方面有著無與倫比的優(yōu)點，編程簡便、且容易修改，配置也是很靈活的，同時它的結(jié)構(gòu)模塊化、功能齊全也是 PLC 技術(shù)應(yīng)用的有力條件 ；安裝簡單、調(diào)試方便；體積小、能耗低， PLC的這一系列優(yōu)點使它贏得了諸多智能立體車庫的青睞，加之其價格 逐年下降，所以實用性和現(xiàn)實性很強。 國內(nèi)外的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 機械式智能立體車庫的出現(xiàn)，很好地解決了世界各國停車難的問題，歐美國家是最早開始使用立體車庫的國家。 世界上第一個機械升降車庫是 1920 年在美國修建成功的。并且，隨著科技的發(fā)展，在隨后的二三十年間，汽車日漸趨于大眾化，其他的國家都開始進(jìn)行一些立體車庫的研究，并且也都取得了不錯的成果。尤其是亞洲的一些國家，因為他們的土地資源稀缺，故而對于立體車庫的使用就相對的比較廣泛。在亞洲，最先使用立體車庫的是日本，從日本開始進(jìn)行機械停車設(shè)備的研究開始，已經(jīng) 有50 年的歷史了，他們每年間所生產(chǎn)的機械停車位就有十幾萬了，并且是以升降橫移類作為主要目標(biāo)的。 雖然我國總的土地面積挺大，但是由于我國人口基數(shù)大，以至于我們?nèi)司加械耐恋孛娣e就會非常少，土地資源匱乏還是很嚴(yán)重的。 而我們國家是在上世紀(jì) 80 年代才開始的，那時候還是處于起步階段的，一直到 90 年代，我們的機械停車設(shè)備才開始了技術(shù)引進(jìn)，再加上我們的自主研發(fā)，很快就取得了相應(yīng)的發(fā)展，目前都已經(jīng)成為新興的停車設(shè)備行業(yè)了。到了 2020 年底時，對于智能停車設(shè)備的研究企業(yè)已經(jīng)翻了十幾倍，包括全國的 27 個省市自治區(qū)的 94 個城市， 而擁有智能停車設(shè)備設(shè)施的有 284 個。由此可以看出，我們國家這個的行業(yè)的發(fā)展是非常迅速的。并且，我國的智能停車設(shè)備方面的生產(chǎn)力、質(zhì)量等等一些方面，都已經(jīng)跟國際的高端水準(zhǔn)相接近了。 智能立體車庫的 許多設(shè)備采用了 現(xiàn)在 機械、電子、光學(xué)、磁控、計算機等 許多 領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，例如激光測距、交流變頻調(diào)速技術(shù)、 PLC、 IC 卡、總線控制技術(shù) 、 觸摸屏等 等 ， 極大地 提高了產(chǎn)品在技術(shù)含量、智能 化 程度、運行 安全 可靠性等方面的性能。近年來，越來越重視 智能 立體停車設(shè)備的研發(fā)工作，國內(nèi) 多家 研究機構(gòu)都 進(jìn)行了技術(shù)力量 的投入 ，對 智能 立體停車設(shè)備的 許 多 方面進(jìn)行 了 研究，取得了 很大 的成果。 雖然機械式 智能 立體停車 設(shè)施 在 我 國作為 一個 新興的產(chǎn)業(yè)，具有 不可估量 的發(fā)展前景，但是 現(xiàn)在還沒有 進(jìn)入 一個快速的 發(fā)展 階段 ，主要 是 因為我國 在智能 立體停車設(shè)備行業(yè) 當(dāng)中 的發(fā)展 還 存在著 許多不足之處： 首先，雖然 這個行業(yè)的 企業(yè)已經(jīng) 具備 一定的規(guī)模，但是 他們的 發(fā)展不平衡，大中型企業(yè) 較少，僅 20 家左右， 剩下 的則是 一些 中小企業(yè)，中小企業(yè)技術(shù)力量 相對比較 薄弱，缺乏 企業(yè)的 自主開發(fā)能力 ； 其次， 智能 立體車庫對 于 安全 方面的要求很高 ， 然而 有 的企業(yè) 自主研發(fā)的 設(shè)施沒有進(jìn)行更加深入 的研究， 不能保障 產(chǎn)品的安全性、可靠 性 和 耐久性 ； 第三，市場競爭 雜亂 ，目前 國內(nèi) 總體生產(chǎn)能力過剩，價格 比較 低 ， 政府在對 待智能 立體停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面 的政策 嚴(yán)重滯后 ； 此外，平面停車場收費 便宜，加上 人們 的 意識 還沒有 完全轉(zhuǎn)變， 都將成為智能 立體停車 設(shè)施 難以普及 的攔路虎 。由此看來， 想要 加快我國 智能 停車設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我們 需要在政策、市場、管理和技術(shù)等多方面 進(jìn)行 努力。 論文的主要內(nèi)容 這篇論文是有關(guān) 設(shè)計 一種 可靠性高、 便于 操作的智能立體車庫控制方法， 它的 基本 設(shè)計 原理 是 利用載車板 改變位置（ 其系統(tǒng)為 PLC） 產(chǎn)生 一個沒有 障礙的 垂直通道，然后 通過 上 層車位 上下移動 來存取車輛 ， PLC 中 主要的控制對象 是 車庫內(nèi)的橫移小電機和升降大電機， 以便 它們在不同時間 實現(xiàn) 正反轉(zhuǎn)， 再 控制 車庫內(nèi)的 其他 的 輔助裝置。 本次設(shè)計的智能立體車庫分為上、下兩層。上層車庫不可以平移僅僅用來上升與下降，下層車庫也只是能進(jìn)行左右移動。這次設(shè)計的新型智能立體車庫中總共有 6 個車位，其中下層有一個為空位作為交換車位，可為載車盤提供一個上下的無障礙通道，另外 5 個車位用于存放車輛。當(dāng)下層車位進(jìn)出車時，不需要移動其他托盤就可直接進(jìn)行進(jìn)出車處理。當(dāng)上層車位進(jìn)出車時，首先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時要進(jìn)行相應(yīng) 的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降動作到達(dá)下層，進(jìn)行進(jìn)出車處理，進(jìn)出車完畢后上升回到原位置。 研究的具體內(nèi)容包括： 1. 對新型智能立體車庫 PLC 控制方案進(jìn)行總體設(shè)計； 2. 選擇控制系統(tǒng)中所需硬件并進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計（ CPU 選型、輸入輸出接口配置、 各電器元件選型等）； 3. 控制系統(tǒng)程序設(shè)計（梯形圖、語句表程序等）； 4. 對控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析和說明； 5. 介紹 PLC 基礎(chǔ)知識，包含 PLC 的由來發(fā)展、功能、工作原理、 S7200 PLC 指 令以及編程軟件等內(nèi)容介紹； 6. 智能立體車庫控制特性 、 PLC 系統(tǒng)控制要求； 7. 控制設(shè)計，包含：制定程序流程圖、分配 PLC I/O 接口、繪制控制電路外部接 線圖、編制程序； 8. 實現(xiàn)程序的調(diào)試 2 可編程控制器的概述 PLC 的發(fā)展 PLC 的發(fā)展與計算機技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)等的發(fā)展密切聯(lián)系相輔相成， PLC 的發(fā)展需要這些高新技術(shù)的輔助，而 PLC 對他們的需求也恰恰是這些高新技術(shù)發(fā)展的理由，雙方都是互相利用共同促進(jìn)。 近年來， PLC 以高速狀態(tài)發(fā)展，下面就是 PLC 發(fā)展的四個主要階段： 1969 年到 1972 年， PLC 技術(shù)處 于初始階段，只能進(jìn)行一些計數(shù)計時、順序控制和簡單的邏輯運算等功能。 1973 年到 1978 年是 PLC 發(fā)展的成熟時期，這個階段的 PLC 控制系統(tǒng)功能更加全面 。 它通過與具有眾多優(yōu)點的 繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來，使它逐漸完美的面向工業(yè)控制。 PLC 從此開始了實用化的新篇章。 1978 年到 1984 年， PLC 處于快速發(fā)展階段，這時的 PLC 一直處于快速發(fā)展，它的 CPU 采用 8 位和 16 位的微處理器，功能相對增強完善，加快了處理速度。容錯技術(shù)和自我診斷功能有所發(fā)展，也同時具備了通信功能和遠(yuǎn)程 I/O 能力，同時也添加了很多特殊功能。自此 ，開始形分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系。 1984 年至今， PLC 處于繼續(xù)發(fā)展階段，這時的 PLC 用戶存儲量增大，可以進(jìn)行在線仿真，人機對話、排錯和糾錯能力增強，加快了軟件開發(fā)的周期。 就我國目前經(jīng)濟的發(fā)展前景， PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域還將日益擴大，其功能也將日益強大，作為增長速度最快的工業(yè)控制器它將會繼續(xù)發(fā)展下去。其主要的發(fā)展方向，一是朝著大型化的方向發(fā)展，二是向著小型化的方向發(fā)展，從而完成不同要求的控制和適應(yīng)不同的場合。 1. 大型化 PLC 控制技術(shù)為了滿足不同種控制系統(tǒng)的不同需求，不斷地向大存儲量、高性能、 快速、增加 I\O 點數(shù)方 向發(fā)展，表現(xiàn)如下： （ 1） 網(wǎng)絡(luò)通信功能加強； （ 2） 智能模塊得到發(fā)展； （ 3） 編程語言、編程工具走向標(biāo)準(zhǔn)化、高級化； （ 4） 發(fā)展外部故障診斷功能； （ 5） 編程組態(tài)軟件得到迅速發(fā)展； （ 6） 實現(xiàn)軟件、硬件標(biāo)準(zhǔn)化。 2. 小型化 占地面積小 、功能 全面 、價格 容易接受 、簡 單容 易 操作 是小型 PLC 發(fā)展的 未來趨勢 。 PLC 發(fā)展的目標(biāo)就是 占領(lǐng)中小型工業(yè)控制場合，使 PLC 不僅能取代繼電器，同時還能超過繼電器控制系統(tǒng)。 PLC 的分類及功 能特點 PLC 一般可按功能、控制規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式分類。 （ 1） 按 PLC 的功能分類， 有 低、中和高檔三類； （ 2） 按 PLC 的 控制規(guī)模分類，可以分為小、中、大型機三類； （ 3） 按 PLC 的 整體 結(jié)構(gòu)形式， 有 疊裝式 和 模塊式 。 PLC 面向工業(yè)控制的鮮明特點有以下幾點： 1. 可靠性好、抗干擾能力強； 2. 靈活性好、通用性強、功能齊全； 3. 編程簡單、使用方便； 4. 模塊化結(jié)構(gòu)； 5. 安裝簡便、調(diào)試方便。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 中央處理器（ CPU）、電源、存儲器、輸入 /輸出（ I/O）接口、編程器等 是 PLC的基本組成單元 。 1. 中央處理單元 中央處理單元由小型處理器與控制接口電路兩部分組成，是 PLC 最主要的一個組成部分。 2. 存儲器 PLC 系統(tǒng)中的存儲器 主要是用來對使用者程序的保存和對系統(tǒng)本身程序的保存 。 3. 輸入、輸出單元 PLC 的 CPU 與立體車庫設(shè)備的連接是通過輸入、輸出單元完成的。 4. 編程器 編程器有簡單的和智能的兩類。它是 PLC 外部一個比較重要的設(shè)備，主要是幫助使用者更好的使用系統(tǒng)程序。 5. 電源單元 電源單元 是用來給 PLC 供電的 ，一般采用開關(guān)電源， 它的首要 作用是把 用戶提供的電源轉(zhuǎn)換成 PLC 系統(tǒng)內(nèi)各個耗電部分可以正常工作時所需的電源 。 PLC 的電源 主要特點是， 占地空間 小、重量輕、輸入電壓范圍寬、抗干擾 能力強 、 高效 。 PLC需要由控制系統(tǒng)的管理，通過運行一定的應(yīng) 用程序來完成用戶的需求，否則就無法正常完成用戶的任務(wù)。 PLC為了確保每次在進(jìn)行用戶程序操作時系統(tǒng)的正常運行，就一定要完成通信信息處理、內(nèi)部處理、 CPU自我診斷檢查三個必備環(huán)節(jié) 。 之后，PLC會對使用者程序執(zhí)行進(jìn)行一個掃描周期的掃描， 掃描完成后，還要通過四個過程來達(dá)到數(shù)據(jù)處理的目的，這四個過程分別是：“系統(tǒng)自監(jiān)測”、“與數(shù)字處理器交換信息”、“與編程器交換信息”、“網(wǎng)絡(luò)通訊”。 PLC將一遍又一遍的重復(fù)掃描，一遍一遍的執(zhí)行以上過程，直到停機。 PLC的工作過程如圖 21所示。 圖 21 PLC的工作過程 3 新型智能立體車庫 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 控