摘要：
城市汽车的数量随着进击的快速发展而飞快增长，城市的地面停车资源紧缺，导致停车越来越难，从而使城市停车管理问题突出。如何采用新的技术手段来提升市区停车管理的效率，以缓解“拥堵”及“停车难”是当前研究城市管理工作的热点问题。本项目将结合停车管理、网络支持技术和PLC等相关进行研究，从停车管理这一业务领域的角度出发，研究最优泊位选择和利用方法，提高市区业主闲置车位的利用效率，最终达到改善市区停车难的问题。不仅有利于车主方便、快捷的泊车，而且便于更有效地利用地面有限的停车位。
通过整理搜集资料，对本级涉及的立体车库的结构和运行原理作了分析，打算利用cc-link，plc和HMI来实现立体车库的控制系统。因为plc具有稳定可靠的特点，触摸屏使用方便，能直观的看出车库的运行情况，且两者兼容性良好。整个控制系统以PLC为核心控制设备，控制车库的正常运作，同时我们可以建立cc-link现场总线通信网络来进行远程控制。系统以触摸屏作为人机交互界面，让车主自己存取车，操作成功后，系统自动更新车位显示。
我们对立体车库控制系统进行了实物调试。控制系统运行流畅，结构合理，简单直观。
关键字:立体车库;PLC;触摸屏;控制系统
第一章 绪论
1.1课题研究背景和意义
在21世纪，中国汽车业和汽车消费市场的快速发展。汽车成为运输的重要手段。每户拥有私家车显著的持续增长。 2012中国正式加入所谓的“汽车社会”[1]。
中国是太早进入汽车社会，停车行业在处在刚刚起步的阶段。由于汽车的飞速增长，交通已经面临巨大的困难。更值得注意的是在汽车数量的迅速增加，但是停车增长缓慢，导致一些大城市汽车过多，但是，是停车场车位严重不足。停车位缺乏这是世界各地的问题。许多城市在停车问题上投入了大量的人力，财力，虽然无法停车的问题已经得到的改善，但目前还没有得到根本解决，停车在街上、绿化带公园和无处停放的现象比较普遍，交通管理压力较大。一般的解决方案是建立一个大型的停车场地面停车。现在所有地方都向城市化发展，土地资源基本都用作建立小区，大型商场，土地越来越少，尤其是现在，所有人都走上小康生活，汽车城了每个家庭的标配，在城中、住宅区内，找不到停车位的问题通过创建地下停车场的方法来解决已经是非常困难[2]。由于停车位供给严重不足，致使许多城市停车贵，导致生活品质下降，这样一来，立体车库的建立迫在眉睫。一个车库类似于一座商场，可以做成多层，占地小，车位多，节能解决土地资源不够的问题，又可以解决无法停车的问题，一举两得[3-4]。
立体车库已经发展了一段时间，主要在大型商场，贸易中心和游乐场周围。跟着私人汽车的日益普及，密度增加，而机械式立体停车设备，集电子技术，电工技术，计算机技术于一体，从而使车库立体化。
立体车库的特点
现在的停车场设备主要为平面停车场，机械师立体车库，与传统的平面停车场相比，和机械式立体车库主要有以下优点[5]：
（1）车库容积率大，节省占地面积。机械立体车库有没有必要建坡道和匝道，存取车主要由一个托盘或支持提升的或滑动的动作来完成，各层车架之间的高度根据大于车的最高高度10cm设计，单辆汽车存放的平均空间占用的土地面积达到最小，大大提高其利用率，根据调查图片那个样的机械式立体车库停车容量比平面停车场节省占地65%左右，在这个寸土寸金的大城市显得非常重要。
(2)成本低，运行省，效率高。机械式立体停车主要向垂直方向发展，但工程造价比一般的车库高出25%左右，但它可以节省大量的土地使用率和其他费用。全面研究和分析表明，垂直升降式立体车库的成本大约平面停车场的2/3，多层的升降横移式立体车库是平面停车场的1/3，而立体车库可以达到无人管理，存取车过程方便，能耗小，其周围的墙壁也可以用来作为广告收入，所以投资回报只需短短几年，对于生产企业来说，车库利润可达到20%左右。
（3）自动化程度高，使用方便，操作简单，存取车快速，管理成本低。机械式停车设备及自动化生产线，仓库采用自动化智能自动控制，自动存取车，由传感器感知车位，省去了业主找停车位（或找车）的过程。存取车方便，平均存取时间对于普通立体车库机械不超过两分钟。因为采用自动化操作，易于管理，不管有多少个停车位的机械停车系统，只要一个人完成的经营，管理成本相对减少。
（4）安全性和可靠性高。存取过程没有驾驶员及其它人员的干预，防止人为偷盗，安全性较高，还能预防车库抢劫和恶性社会案件的发生。在技术方面，立体车库机械用钢架，强度，刚度和稳定性设计有足够的余量，还具有车身超长检测、上限位保险、机械定位锁定等控制功能，所以充分保证车库的安全运行有足够的抗风抗震能力。此外，火灾危险性大大减少。
（5）形式灵活，适应性强。机械式立体车库形式多样，适用于不同的环境，如在地层，地下室，商业中心，住宅小区建等，周围景观设计的例子。新的停车收费系统的机械设计更模块化，标准化系数，互换性好，对地基没有特殊要求，可以很容易地组装，并根据用户要求进行修改。
（6）环保性好。机械式立体车库内的车辆是熄火后由机械装置存入车库，因此，低空气污染，环境友好。虽然相对传统停车库立体车库有很多优点，但它也有一些缺点，如成本高，后期维护前，设备成本高。总的来说，机械式立体车库在节约土地，环境，安全，配置灵活上有很大的优势，尤其是在城市中心停车困难的情况下，利用机械式立体车库能有效缓解目前的危机，因此，我们必须积极发展立体停车场
1.2立体车库研究的意义
随着汽车工业的发展，以及国家的经济社会，节约型，可持续发展战略的经济政策，决定停车位和停车设施问题的发展。在过去的十年里，我们已经使用了大量房地产开发城市土地，造成城市公共设施用地十分紧张。城市规模无限扩张是不可能的，在很长一段时间里土地稀缺的问题将继续存在。此外，由于历史原因，过去的中国城市道路和城市设计建筑设计规划时，基本是没有考虑到了一些停车位方面的，根据当前形势的技术难度和转型的经济成本又很大。因此，在未来几十年，充分利用停车位，解决停车难问题，由平面停车向立体停车发展，由简单的机械立体车库向计算机高度自动化的管理立体车库发展，把车库建成具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑，改善城市环境和拥塞，并能产生高效率的经济效益，前景非常好，小区住宅的停车问题如果得以解决，势必会提高城市交通状况。交通状况的好坏直接影响生活质量、人们的出行和办事效率，同时也限制了汽车工业的发展。研究项目与人“行，住”关系紧密，并通过对这一问题的研究，找到合适的我国大中型居住城市的立体车库的实施方案，即在住宅小区推行使用机械式立体停车设备，就可以解决现在住宅小区内因为停车难引起的许多问题。
我这次所要研究的立体停车库主要针对解决写字楼，新建小区这种占地面积较小的地方的停车需求，打算设计垂直升降式的立体车库，这种车库造价低，维护性好，存取车方便，耗时短，完全可以满足对于工作，回家等生活节奏快的人的停车需要，解决停车难的困扰，也响应了推进城市现代化建设水平的号召。
1.3课题研究的内容
经过各种对比，选择垂直升降式立体停车库作为本课题研究设计对象。通过对这种立体车库的工作原理，结构框架和控制方法做了详细的研究之后，设计了一系列的立体车库控制方案，由PLC结合现场总线的网络控制模式，现场通过人机来控制PLC。采用人机界面GT1000工控触摸屏，功能强大以及和三菱Q系列PLC兼容性良好，实现车主存取车的过程和人机信息交互。本设计属于工程应用，需要从实际出发，主要侧重点在于以PLC为核心的立体车库控制系统部分和触摸屏人机交互系统部分。
1.4本文的结构
本论文首先介绍分析了立体车库硬件总体机械框架结构和工作原理，其次对立体车库PLC控制系统进行总体硬件设计，再次对应硬件编写相应的PLC控制程序和触摸屏应用的编写，最后进行车库控制系统的调试。本文共分为五章进行讲述，具体结构安排如下:
第一章讲述立体车库控制系统的设计背景及研究的意义和研究内容。
第二章介绍立体车库研究现状与发展前景。
第三章介绍系统总体方案设计。
第四章介绍控制系统系统软件设计。
第五章介绍了控制系统调试。
第六章结论与展望。
第二章 立体车库的研究现状
2.1立体车库的研究现状
2.1.1国外立体车库发展现状
建立体停车设备是解决大都市出现的停车难问题的有效办法。大城市土地资源都非常紧张，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场基本都集中在亚洲的日本、韩国、中国等地。
早在1920年，美国建成了世界上第一座机械式立体停车设备。50年代以后，美国和西欧陆续建成了多种型式的立体库60年代后期，随着世界汽车工业的迅速发展，城市汽车拥有量急剧增长，尤其是大量私人小轿车的出现，使美、日、欧等工业发达国家的大城市均出现了不同程度的停车难问题，尤其是在市场中心的商业区，建筑物高度密集，不可能腾出大量地皮建停车场。此时，占地面积小的立体式停车设备才能得到发展普及。
亚洲的停车技术最早起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至信已有五十几年的历史。日本土地面积小，人口密集集中，立体车库在日本应用的最多，1993年，日本东京举行了世界级的自动化立体设备展览会，红极一时。日本从19591983年，引进了建造机械式立体停车库技术之后，就己经建造了25454座多种形式的机械式车库，平均每座容车量达到十辆左右，最多的容量能达到百辆以上。从1970年末，日本立体车库容量以1.51.7倍的速度逐年递增，从技术层面来看，日本更重视密集型自动立体停车库[6]。
韩国机械停车设备技术是引进日本技术。产业从20世纪70年代中始起步，80年代开始引进日本技术，经过生产和本土化，90年代开始为使用阶段。由于得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右[7]。
西方国家研究立体车库技术的时间也比较早。例如德国Palis和意大利Sotefin,Interpark等。但是欧洲国家人口密度分布比较均匀，相对来说土地资源比较充足，停车难问题表现的不是很严重，应用市场不是很大，所以对于建立耗费较高的立体车库显得不是很有必要[8]。
2.1.2国内立体车库的发展现状
我国对立体车库的要发比较晚，1980年之前可以说是一片空白，当时我国重工业发展落后，且没有市场需求。我们最早在80年代中期开始研究立体车库，先从国外引进技术，并从1990年开始生产立体车库，目前拥有约20年的历史。自2003年以来，机械式立体车库在我国稳步发展的情况下功能大幅度提高而且种类也繁多。目前，有制造立体车库厂商100多个，在市场上规模较大。对于我国来说，立体车库仍是一个新技术，研发时间不够长。但是，中国处于僧多粥少的状态，人均占有面积十分有限，立体车库的发展是非常有必要的[9]。
我国立体车库的技术，主要来自日本，原来生产的产品主要模仿的日本，但是经过多年的自主研发和创新，目前已形成具有一定规模生产和销售市场。高科技立体停车场将是停车未来的发展趋势。
尽管机械式立体停车库的发展已经具有了一定的生产水平，但事实是，中国的停车库没有较高的利用率，许多城市的立体车库大部分车位常年处于空置，原因主要有以下四个方面[10-12]：
1、离不开司机的惯性思维，想着地上有停车位，懒得找立体车库停车，而且对立体停车的质量也并不放心；
2、有些司机觉得像这种有先进的设备，装修较好的立体停车场应该是价格也比较高;
3、位于停车院最不起眼的地方，或者隐藏在漂亮的办公室后面的立体机械停车库是不是很容易被司机找到；
4、立体车库按照设计要求，即使是最困难的存取车位，通常存取车时间也不应该超过两分钟，但事实上，是很难做到的，重点集中取车的机械车库也难以应付。这些情况极大地限制了立体停车库的开发。
但是，为了真正意义上实现立体停车场的“物尽其用”，作者认为它应该是主要从以下两个方面下手:
1、引领所有司机更深层次的了解立体车库的优点;
2、我们需要政府的政策，通过合理而有效的方法给予大力支持。
但最终，最重要的是要确保立体车库的质量，加强售后服务和技术支持，只要质量和服务都过关，人们就会更多地利用立体停车库。据调查，国内众多厂商立体车库的质量测试不过关，所以才没有生产许可证，2004年6月1日之前的评估停车位设备生产许可证的生产企业，在全国100多家公司中，只有8家企业取得生产许可证[13]。
综上所述，对于立体车库生产厂家，停车场品质保证已成为生产企业的当务之急。传统的设计方法显然已经不能满足产品更快的现代发展的需要，公司只有开发新的科技，创新现有的技术引进车库停车技术的发展，才能赢得这波加剧的竞争和长期得发展。
第三章 系统总体方案设计
3.1立体车库的主要类型及特点
立体车库种类很多，分类也不一样，按照结构性能上又可以分:自动型、自走型及半自动型三种，根据运行原理的不同又可以分:升降横移式、简易升降式、垂直循环式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等[14]，其特点如下[15-16]：
升降横移式停车位使用的在车版滑动动作来实现获取车辆，车库是将载运和存放汽车的载车板组合在一起使用的设备，构成中小型立体车库，停车位数目从几辆至几十辆，一般设计为两三层，很少多于五层的车库。在结构上，除了顶部，但每层都有一个空车位，用来进行移位。与平面停车库相比较，这种立体车库的成本低，结构紧凑，易于实现自动控制，建立在空地上更方便。但缺点是，每个载体板驱动需要支撑机构，结构复杂，安全性较低。楼层设计不宜过高，停车位的数量也有限，否则容易造成停车情况混乱，能源损失巨大。
简易升降式停车库一般2层或2层以上，汽车存取由升降机构或俯仰机构使完成，结构简单，对地基要求低，适用于多种场所，建成后易于挪动。
垂直循环类机械式停车设备采用了垂直方向作圆周运动的停车系统存取车辆，其工作原理是电机通过减速机带动传动机构，在牵引构件链条上，每隔一定距离安装一个存车架，当电机启动时，存车架随链条一起做循环运动，达到存取车的目的。存车时，司机将车开至车库存车托架的准确位置后，关好车门退出车库，按动操作按键，电机启动后，存车托架随之运动，另一存车托架转至进口位置时，则可进行下一个存车动作;取车时，按动操作台存车编号按键，电机启动，在可编程序控制器作用下使其按最短路程运行至出口，司机进入存车托架将车开出。
垂直升降式立体车库使用升降机构到达目标层，然后启动横移滑动机构，相当于一个电梯。车库楼层较高，停车位较多，采用可编程逻辑控制器，单独使用或安装在建筑内部，可以构成自动控制系统，实现所有功能的自动化。垂直升降式立体车库的机械结构和控制系统设计比较复杂，在地基，安全性和运行可靠性方面要求较高，所以相对来说成本高。但是，相比于其他形式的车库，这个在空间使用率，性能结构等多个方面，能耗和效率方面都比较优势，发展前景非常广阔相比。
平面移动式立体车库在同一层面上，用平面移动式立体停车设备为全自动停车方式。通过全自动机型机械动作。利用升降机及横移小车将载车板送至固定的各层各个车位。存车时，只需将车辆停放在出入口停车室，人员即可离开，载车板会自动将车辆送到固定的停车位。
巷道堆垛类停车设备，使用堆垛机或桥式起重机当做搬运设备，在操纵车辆可以在同一时间二维运动，迅速进入指定车位，到达指定地点停放，。它看起来像一个仓库，最早在美国出现，适用于几百个，甚至上千个车位的大型自动化停车，性价比非常高。
3.2立体车库的组成
立体车库包括机械部分与自动控制部分组成，机械部分为：出入车库传动装置、出入车位智能板车、车位、安全保护装置等；自动控制部分分为：现场控制部分、监控部分、信息管理部分。
图3-1 车库组成示意图
此次研究的车库类型为垂直升降式，其平面图为
图3-2 俯视平面图（第一层）
如图所示，车在入库时可以选择自己已经预定的车位进行停车，若车位在楼上或楼下，可以经过电梯口搭乘到自己的楼层进行停车。
第四章 立体车库控制系统软件设计
4.1 PLC及触摸屏编程软件的介绍
4.1.1 PLC编程软件介绍[21]
为了适应自动化行业的发展需求，实现FA工程环境的横向组合，三菱电机公司推出了可以整合PLC、HMI、和网络、控制运动器等工控设备的iQ Platform管理软件iQ Works，实现设计全过程的信息共享。
作为iQ Works软件包中管理的PLC部分，三菱电机公司推出了新一代的PLC编程软件GX Works2，以支持三菱电机公司FA工程环境的整合。
GX Works2 软件支持简单工程和结构化工程两种编程方式：简单工程的编程环境和原来的GX Developer类似；结构化工程的编程环境则与GX IEC Developer类似。
GX Works2编程功能：
1.根据个人喜好改变梯形图的颜色
2.工程操作便利
3.具有指令提示功能
4.添加智能功能模块数据
5.兼容GX Developer的编程环境
6.计算机上的工程程序保护功能
7.多个传输连接路径的设置
可以进行多个连接传输设置，针对不同的传输路径，一次性设置好，连接时切换连接设置即可。
8.具有程序监控功能
9.菜单自动隐藏功能
10.用户库功能
为了增强设计开发的通用型，GX Works2集成了用户库功能，可以对库进行操作，包括新建库（可见多个库）、从工程中获取库、从工程中删除库、保存库、更改库名、设置库口令、更改库编辑状态、库帮助显示等。
4.1.2触摸屏编程软件介绍
触摸屏应用程序编程软件为GT designer3。具有新的设备自动化概念，具有开放简易的扩展功能，带有脚本，集成了控件，带有丰富的图库供用户使用。它可以满足多种需要，包括从单用户、多用户到基于网络的工厂自动化控制与监视。
第五章 立体车库控制系统调试
5.1系统模块化调试
在初步设计完成后，为了保证立体车库控制系统运行过程中的安全性、可靠性、合理性与稳定性，进行调试是必不可少的。系统调试是对实现系统设计的思想方法并得出结论的重要步骤。调试的过程是验证程序的正确性，我们可以在调试的过程中发现并修改错误，适当增加一些功能。
这次设计的立体车库控制系统主要有PLC和触摸屏部分组成，PLC控制器和触摸屏人机交互系统协同工作，共同完成车库的正常运行。
5.2 PLC部分的调试
5.2.1编译环境的系统配置
创建工程之前需要创建编软件的环境。本课题编译环境需要一台电脑（PC端）、一台PLC（Q系列CPU）、一条USB电缆线。通讯方式如下图5-1所示。
图5-1：通讯方式
打开一个已编译好的工程。如下图5-2所示，7个操作步骤。第一步，在导航窗口下点击“连接目标”。第二步，双击“Connection1”（此为当前连接目标）。第三步，双击“Serial USB”(串行通讯)。第四步，进入详细设置界面，点击“USB”，单击“确定”按钮。本课题采用USB电缆线作为PLC与PC机的通讯。第五步，点击“PLC Module”，确定使用的接口。第六步，点击“通讯测试按钮”,执行CPU与PC机之间的通讯。第七步，显示通讯成功画面“已成功与Q02/Q02HCPU连接”。单击确定，就此完成了通讯设置。
图5-2
