（机械工程专业论文）立体车库控制系统.pdf

摘爱 摘要 随着。7 l 车上业的发展，以及国家的经济型仕会、节约型经济的政策、 可持续发展战略等，决定了立体停车设各的发展和立体停车设施问题。 近些年，立体车库市场有迅猛发展的态势，采用灵活的传输设备和物流线 路以及可靠的控制系统是实现立体车库自动化的关键，使立体车库管理进 入智能化、科学化，一体化的智能管理阶段。 通过对现有各种停车设备的特点和使用条件的比较分析，并搜集整 理用户在使用过程中的反馈意见，设计一套能够满足当今中国市场要求 的，优质高效又比较经济的立体车库控制系统。 本文以v is u mb a s i c6 0 为开发工具、以w i n d o w s 为操作平台，运 用h m i ( 人机界面) 与p l c 控制技术，变频调速技术，实现立体车库存 取车的自动运行，并对车库运行状况采取实时监控。利用p c 和p l c 的通 讯，通过r s 一2 3 2 串行接口技术实现p c 机与下位p l c 系统之刚的数据传 输，开发了车库的数据库管理系统、对停车信息进行记录，存储、更新、 查询、收费、打印报表等功能的进行控制和管理。 关键词：立体车库；控制系统；p l c ；人机界面 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t oi n d u s t r y ，a n dt h es t r a t e g yo f t h ee c o n o m ic a ls o c i e t ya n dt h es u s t a i n i n gd e v e l o p m e n t a l s t r a t a g e m ，d e c i d e dt h ed e v e l o p m e n to fs t e r e og a r a g e i nt h e n e a rf u t u r e ，t h em a r k e to ft h es t e r e og a r a g eh a so n e h i g h - s p e e d i n gt r e n d ，m a k et h es t e r e og a r a g eg e tt h ei n t e l l i g e n t ， s c i e n t i f i co fi n t e l l e e t i v em a n a g e m e n te f f e c ts w i t hc o m p a r i n ga n da n a l y z i n gt oa l ik i n d so ft h en o w a d a y s p a r k i n gf a c i l i t y ，a n dg a t h e r i n ga n ds e t t l i n gt h e f e e d b a c k i n f o r m a t i o nf r o mt h eu s e r si naw o r k i n gp r o c e s s ，d e s i g nas e t o fm a n a g e m e n ts y s t e mt os a t i s f yt h em a r k e to fc h i n a ，a n di ti sh i g h q u a l i t ya n de f f i c i e n c y ，a n de c o n o m i c a l b a s e dw i n d o w so p e r a t i o ns y s t e m ，v b 6 0a sd e v e l o p i n gt o o l s ， m a k eu s eo ft h et e c h n o l o g i e so fh i ma n dp l c ，d i s c u s s e dt h ea p p l y i n g t h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yo fm i c r o c o m p u t e rt os t e r e og a r a g eb a s ei n t h i sp a p e r s o f t w a r eo fc o m m u n i c a t i o n ，p r o g r a m m e db yt h em s c o m m o fv b6 0 ，r e a l i z e ss e r i a lc o m m u n i c a t i o nb e t w e e np l ca n dp ca n d m a n a g e m e n tt h r o u g hn e t w o r k ，w h i c hi sd e s i g n e d k e y w o r d s ：s t e r e og a r a g e ；c o n t r o ls y s t e m ；p l c ；h m i h 原创性声明 奉人郑币声明：所呈交的学位论义，是本人舀甘帅的指譬 下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科 研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在义 - f 以明确方式标明。本声明的法律责任山本人承担。 论文作者签名：盔玺缢日期：型：垒兰兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盔蔓：徨导师签名：& 熟日期：i 6 ：竺丝 第l 幸绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究意义 随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、 可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题 近些年，立体车库市场有迅猛发展的态势，采用灵活的传输设备和物流线 路以及可靠的控制系统是实现立体车库自动化的关键，立体车库应具备优 越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度，管理人员数量少，便 于防盗等特点，使立体车库管理进入智能化、科学化，一体化的智能管理 阶段。 1 2 国内外的发展概况 1 2 1 国外的发展概况 国外发展立体车库较早的有日本、韩国、德国等国家。在亚洲，应 用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。弧洲的机械式停车设备技术起 源于日本。1 9 6 0 年以后，立体车库逐年增多，品种也从单一垂直循环式 发展为多种形式，到今已开发生产出九大类近百个品种。管理体制、技 术标准等方面日趋完善，日本在役的停车设备最多。目前全日本已经投 入使用机械式停车位超过3 0 0 多万个。 韩国机械式停车设备行业是仿效日本起家的，发展历程比较平稳。 2 0 世纪7 0 年代为起步阶段，8 0 年代为引进阶段，9 0 年代为使用阶段。 制造企业有近百家，由于受到政府的重视，年增率速度达到3 0 ，2 0 0 0 年后为发展阶段，自动化停车设备随供应量的扩大得到迅猛发展。 由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不是很突出，停车设 备应用不是很多。产品形式多数为巷道堆垛式，多层升降横移式产品应 用也很好。德国的停车业很发达，生产停车设备的厂商约有2 4 家，其中 k l a u s 和o t t ov o h r 两家公司的产量约占德国总产量的8 0 n 1 。德国和意大 利等欧洲国家的停车库优势在巷道堆垛类产品上。 1 2 2 国内及港澳台地区的发展及现状 台湾地区在2 0 世纪7 0 年代初，公共和民间停车场7 0 是地上和地下 自、人7 p 砸， 一彳伊论文 平面停车场。早在l9 8 1 年，闩商即在台兴建完成第一座垂商循环式停乍 塔，落于来束饭店的建筑体之中，1 9 8 2 年生产出第一台双层式停车设备。 随着汽车的大量进口，使机械停车设备制造业得到快速发展，到1 9 9 6 年 制造企业达到6 0 0 多家，停车设备行业进入发展高峰阶段。但从1 9 9 7 年 起，台湾房地产萧条，股市暴跃，停车设备行业出现滑坡，经过优胜劣 汰后，行业进入稳步发展阶段 1 。 1 9 8 4 年，北京有色冶金设计院的工程师们，在设计一个综合写字楼 项目中，发现与其配套停车位难以解决，由此开始开发设计机械式停车 设备。经过几年的努力，1 9 8 8 年我国第一个采用二层升降横移式机械停 车设备的地下车库在北京建成。两年后，位于中国石化总公司北京设计 院院内，第一座竖直循环式机械车库建成；这两个机械车库的建成，揭 开了我国机械式停车设备行业的开篇，为解决城市停车难的问题丌了新 的途径。 我国在2 0 世纪9 0 年代初开始研制和使用机械式停车设备。9 0 年代 后停车设备的应用逐步推广，已经形成新兴的停车设备行业。 机械停车设备技术在我国发展经过了三个阶段：第一个阶段为自主 开发阶段，此阶段为行业发展初期，市场较小，因此种类较少，技术单 一；第二阶段是技术引进阶段，为了弥补各自的不足，开始寻求合作， 利用国外的成熟技术、国内的廉价的生产成本，加入到行业的竞争中； 第三阶段就是消化与创新阶段，从2 0 0 3 年开始，市场竞争加剧，各企业 为加强自身的竞争力，开始在降低产品成本，提高产品技术水平方面下 功夫，对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用 情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。 目前，国内停车行业现状有如下特点： ( 1 ) 品种规格增多，技术水平提高 我国停车设备的品种规格有了更多的发展，可以适应各种条件的需 要，技术含量较高的垂直升降类、巷道堆垛类，多层平面移动类车库也 得到广泛采用，改变了过去只做垂直循环类和升降横移类车库，且规格 较少的局面，见表卜l 。 产品的技术水平有很大提高，如垂直升降类车库采用了先进的变频 技术，提升速度已从过去的7 5 9 0 m m i n 提高到1 2 0 m m i n 。目i j i ，生产 的停车设备产品品种满足率已达到9 0 以上，由于企业强化了技术丌发 第1 睾绪论 j ! ! ! ! 自e ! ! 自! ! 自! ! ! 自e 自! ! ! ! 目e 自! 日目! ! ! e ! ! ! ! 女! ! s ! ! ! ! ! ! 舞i , i ! ! ! ! e ! ! ! ! ! ! 自! 曼 的力度，涌现了一大批具有自主创新的技术，大大提高了产品的安令忭、 可靠性和运行效率，使我们的停车设备已经达到了幽际丸迸水1 7 ， 表1 1 仝幽机械式订乍库( 珀何) 炎掣分布惦况毕行个 2 0 0 0 年 2 0 0 1 拒2 0 0 2 年 2 0 0 3 址2 0 0 4 4 序号设备类! 1 1 拥有荤新增母拥有晕新增帚拥有景新增景 拥有帚 新增帚拥自昂 1 升降横移类 6 8 9 06 4 6 51 3 3 5 52 0 4 3 43 3 7 8 92 9 6 6 46 3 4 5 34 5 1 9 41 0 8 6 4 7 2 简易升降类 3 9 96 6 01 0 5 91 1 3 82 1 9 79 8 23 1 7 92 2 0 35 3 8 2 3挂】堕堆垛类4 2 62 6 5 83 0 8 41 1 3 64 2 2 05 2 84 7 4 88 8 35 6 3 l 4乖育升降类1 2 6 68 5 42 1 2 07 9 82 9 1 81 0 2 83 9 4 6 9 9 2 4 9 3 8 5 i t - 血移动类 o 6 4 6 47 4 58 0 91 0 1 31 8 2 21 5 0 53 3 2 7 6 乖商循环类 1 5 8 801 5 8 82 5 61 8 4 42 8 42 1 2 82 8 l2 4 0 9 7 多层循蚪类7 4o7 4 0 7 42 2 73 0 1 1 6 3 1 7 8水r 循纬类 7 4 4 0 1 1 4o1 1 43 01 4 45 i1 9 5 总计 1 0 7 1 71 0 7 4 12 1 4 5 82 4 5 0 74 5 9 6 53 3 7 5 67 9 7 2 l5 1 1 2 51 3 0 8 4 6 9 专用升降机 2 653 l2 75 85 01 0 84 01 4 8 资科柬源：2 0 0 4 年机槭式停车设备行业年会纪要 ( 2 ) 行业高速发展，企业规模生产初步形成 从统计情况看，行业内年投运停车泊位5 0 0 车位以上或年产值1 0 0 0 力t 元以上的企业已达2 2 家，已达到了初始规模。其中有1 2 个企业达到 年数运行停车泊位1 5 0 0 个以上或年产值达到5 0 0 0 万元以上，已经达到 了经济规模。 近几年，行业保持继续高速增长的势头，详情见表卜2 。 表卜22 0 0 0 - 2 0 0 5 年库位和车库增长情况表 年 份2 0 0 0 2 0 0 l 2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 新增庠位( 个) 7 3 4 51 0 7 4 l2 4 5 0 7 3 3 7 5 65 1 1 2 5 6 7 1 1 2 库位比上一年增幅4 1 0 4 6 1 2 8 53 8 5 1 3 1 新增车库( 庳)9 91 2 l1 9 63 0 33 9 34 7 2 车库比上一年增幅9 8 2 2 6 2 5 5 3 0 2 0 瓷料来源：2 0 0 5 年机械式停车设备行业年会纪要 ( 3 ) 市场覆盖率不断扩大 1 9 9 7 年以前，机械式停车设备基本上是在北京、上海、广州、深圳 几个大城市采用，到2 0 0 0 年已扩展到省会城市，2 0 0 1 年扩展到全困主 要的大中城市，2 0 0 3 年已扩展到一些中小城市，截至目前全国己有2 6 个省( 市) 的7 9 个城市采用了机械式停车设备1 。 ， ( 4 ) 用户服务面扩大 根据2 0 0 4 年机械式停车设备行业年会的统计资料，停车设备不仅是 住宅小区、同时也被政府机关、医院，商务大楼、大型商场、饭店等积 极采用，在有效解决停车难的前提下，节约了大量的城市土地资源。机 械式立体车库用户分类见图l - l 。 ， 。 图i 1 机械式立体车库川户分类 ( 5 ) 出口量增加 ，2 0 0 5 年行业出口额超过了l 亿元人民币，出1 3 国家增多，且由过去 的单一车台板加工出口变成成套设备出口。 截止2 0 0 5 年，机械式停车设备国内销售额突破1 0 亿元人民币；全 国机械式停车库总量突破1 0 0 0 个；全国机械式停车设备泊位总数突破 1 0 万个”3 。 一 我国机械停车设备经过了十多年的研制、开发与使用，现有产品可 以说已基本上能够满足国内的需求，无论生产规模还是技术水平都已接 近和达到了国际水平，出口量也在不断增加。两且产品的质量也有很大 的提高，尤其是变频调速、激光测距、p l c 、i c 卡、触摸屏等新兴智能 控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用，大大提高了产 品的高技术含量和现代化水平。 4 第1 帝绪论 1 3 国内停车位需求量预测分析 据嗣家统计局资料显示，随着我固顺利加入f 0 ，轿4 的家晓化，7 乍曲得到1 。述发砭( 见f 刳l2 j 。从幽中j 见，从2 ( j f j 27 fd _ 、，我 的轿车呈不低于4 0 的高速增长态势，需要大量的停乍位。各地方的停 车位发展速度滞后于汽车发展速度，必然导致停车难。目f ； ，停车难已 成为大中城市发展的社会问题。 图1 2 全国小轿车发壤趋势图 据有关部门统计，2 0 0 4 年，我国城市汽车保有量已突破1 0 0 0 万辆， 到2 0 1 0 年将达到2 0 0 0 万辆。以长三角区域经济很发达的中小城市绍兴市 为例，2 0 0 4 年市区人均g d p 为4 3 2 0 美元，中国轻纺城坐落地绍兴县人 均g d p 为5 6 5 8 美元，轿车的购买力强盛，目前，绍兴市的汽车保有量约1 2 万 辆，其中绍兴市区的汽车保有量近3 万辆，加上绍兴县的约2 5 2 辆汽车， 约三分之一在市区行驶，除交通拥挤外，市区的泊车位更趋不足，按照畅 通工程b 类城市的要求，市区的停车要达到近80 0 0 个，而目前城区可供 使用的泊车位不足1 0 0 0 个，泊车难、路边和人行道乱停车等违章泊车的现 象越来越严重 1 。 数量如此众多的汽车停放，导致停车难问题的出现，见表1 - 3 。表中 的车位需求按实际拥有量的1 2 倍估算，机械式车位按需求车位的1 0 估 计。结合表1 - 2 可以看出，即使库位高速发展的2 0 0 4 年( 增幅5 1 ) 和2 0 0 5 年( 增幅3 1 ) ，需求量与实际拥有量的比例也仪为3 6 ：1 ，呵见我们机械 停车设备行业拥有巨大的商机和广阔的市场。 表1 _ 3 城市车位需求与实际车位对比 单位：万辆 年份轿车拥有帚车t 奇需求机械车位实际机械车何 2 0 0 0 6 1 27 3 57 ，3 507 4 2 0 0 17 0 48 45 8 4 51 ，1 2 0 0 21 0 8 8 1 3 0 51 3 0 52 4 5 2 0 0 31 9 02 2 82 2 835 1 2 0 0 4 3 0 03 6 03 679 7 2 0 0 54 2 05 0 45 0 41 3 0 8 2 0 0 66 0 07 2 0 7 21 9 8 0 资科来源：国家统计局 机械式立体停车库与自行式平面停车场相比的优点阳。“1 ： ( 1 ) 节省土地：据了解，机械式立体停车库的占地面积约为平面停 车场的1 2 至l 2 5 ，空间利用率比自行式停车库提高7 5 以上，有效提高 车位利用率。 ( 2 ) 造价低：机械式立体停车主要向垂直空间发展，占地面积少。 机械式停车设备每个泊位投资约2 l o 万元，而建筑自行式停车场( 库) 每个泊位的造价约为2 0 万元，历以总体成本低于同等规模地下停车库。 ( 3 ) 安全性能好：机械式立体停车库是自动停车和取车，杜绝人为 因素，采用自动化智能控制，存取车方便快捷，对车辆的防盗性和防护 性都很好另外，火灾隐患也大为降低。 ( 4 ) 可以免除采暖通风设施：运行中的耗电量比工人管理的地下车 库低得多。 ( 5 ) 使用方便：按设计要求，一般存取车时间不超过1 2 0 秒钟，通 常不可能出现存、取车排队的现象。 ( 6 ) 高环保性：机械式立体停车库内的车辆是车主熄火后由机械装 置存入车库，因此车库内空气污染较低，还省去了大量的通风设备投 资 ， 诸多因素表明，我国立体停车产业与其配套产业目前正在成为潜力 巨大的前途性产业。停车设备制造业面临千载难逢的发展良机，具有高 6 筑1 节铭沧 科技、离交令十牛、高可靠性、高效串的机械，声体停午厍将i 有l ，j 、旧 发展f j i j 景。 1 4 立体车库的分类 国家质量监督检验检疫总局颁白的特种设备日爿之( 幽质捡锚 【2 0 0 4 1 3 1 号) 中，把机械式停车设备共分为九大类“，代码4 d 1 0 - - - 4 d 9 0 ， 即：升降横移式( p s h ) ，巷道堆垛式( p x d ) 、垂直升降式( p c s ) 、垂直循环式 ( p c s ) 、水平循环式( p s x ) 、多层循环式( p d s ) 、平面移动式( p p y ) 、简易列阡 式( p j s ) 、汽车专用升降机式( p q s ) 。 其中部分立体车库的结构形式如下： 图i 一3 升降横移式立体车库 图卜4 巷道堆垛式立体中库 ；。；。；些尘兰主：兰兰! ! i _ ； ； 图卜5 垂直升降式立体车库 图i 一6 竖直循环式立体车库 在现有立体停车系统中，最新最先进的形式是智能搬运器式停车系 统，高速运行于巷道中的搬运器可进行三维方向的动作完成车的存取。 第1 审绪论 智能化无人搬运小车的车库停车密度最高，单位建造费用最低。这一万 案逐渐成为各大城市解决停车难问题的最侍选择。 1 5 车库选型 机械式车库在设计和选择库型时首先应考虑以下因素：停车库的库 容量、停放车辆的规格、停车库的存( 取) 车时间、停车库所服务的区 域半径、车位周转率、管理与收费方式等，同时必须考虑土地价格、土 建成本，设备投资以及投资回报率等因素“”。一般情况下，不同类型的 机械式停车设备都有其独特的优点，只有正确选用，4 能充分发挥停车 设备的作用。 1 5 1 立体车库的主要技术指标 ( 1 ) 适用车型大多数汽车都是按杯准外形来生产的，根据汽车尺寸的 不同，选择适用车型，设计时可采用标准车型尺寸，参考表卜4 ，根据 存取设备的运动精度在各个方向上加大安全余量，一般取2 0 0 - - 3 0 0 m m ， 由此而算出停车车位空间。 表1 4 汽车设计车型外廓尺寸及重量 外廓尺寸( 1 1 1 ) 车璎 重量( t ) 长 宽高 小 小 4 s1 71 61 5 - 轿 中5 0 51 8 51 6 1 6 车 大5 0 62 0 51 6 52 2 轻犁车5 0 51 8 522 资料来源：小型车国标规定 ( 2 ) 库容与库容利用率和存取时间利用有限的占地面积停放更多 的车辆即库容最大是立体车库最根本的设计目标，同时尽可能缩短车库 存取时间。 1 5 2 车库选型 各种机械式立体车库的特点及适用场合详见表1 5 “”。 9 表卜5机械式立体车库的分类特点及使用场合 序号类毽特点及使用 结构简单、操作简便、能耗价格低、设置灵活、自动化稃 1 、 升降横移式度较低、因受力链绳及存取时间的限制，可建停车规模有 限，一般层高不超过赢层，占地面积大。 一一 占地面积小，存取智能化，。牵一发而动全身”，存取车 2 、 垂直循环式速度慢，产生噪音、震动大，耗能高，j 作机动性较筹。 当! i 构易变形。存取室狭小，存取车不方便，日前较少使h j 。 结构简单，与垂直循环式相比，能耗、度动及噪音稍低， 3 、水平循环式 占地面积大，目前也较少使用。 自动存取，方便快捷，具有较j 的适h 性，地f 空间利州 4 、 多层循环式 率较高，适合地f 室安装。 5 、 平面移动式 形式多样，适用范围广。 6 、 巷道堆垛式低噪声，耗能低，自动化技术高，等待时间长，进出口少。 占地面积小最小的一类，耗能低，存取高速智能化，环境 7 、 雄直升降式 影响小，对地基、消防要求高，平均午傍成本较高。 8 、 简易升降式结构简单。操作容易。 9 ， 汽车升降机节省空间，捉高车库利用率，但仅起般运作用。 比较各种车库的优缺点，垂直升降类车库具有平面和空间利用率高、 技术性能好、节能、噪声小、速度高，出入车快，进出入车方式自由、 安全装置齐全可靠、操作简单维护方便等独特优点。垂直升降式立体车 库是一种综合性能比较优良的车库，自动化程度较高，具有广阔的发展 前景。本文选定垂直升降式立体车库( 见图1 7 示意) 作为研究对象， 重点讨论控制和通信系统设计的关键技术。 1 0 第1 争绍沦 ，r r 1 唾驴短p _ r 、 q 秘矽 厂 广、 l 刮 _ r 、 唾驴咱p 1 、k 驴卿 1 飞 q 分护 h、i - 三三j 、，、 亭一i ：= = j _ 、_ 、 亭l |l i ! = = l j ，- 、 _ 、 h吲 ，、，_ 、 l - | l l 、_ 、 h吲 侧面图 正面图 ， 图i 一7 垂直升降式立体车库 1 6 本章小结 本章主要介绍了由于汽车工业的迅猛发展，导致停车难问题的 出现为了更好的解决停车问题，形成了一种发展经济高效的立体 车库的趋势通过对国内外立体车库发展现状的介绍，作出了国内 4 停车需求的市场预测。 通过对立体车库的九种分类及特点的了解，按照其适用场合， 以及投资经济性比较分析，选择垂直升降式立体车库作为本论文的 研究对象。 ， 第2 章立体车库的基本结构 2 1 车库概述 垂直升降式立体车库的机械结构比较复杂，必须对关键机构进行重 点设计，其中主要包括钢架结构，升降装置、存取装置、载车台回转装 置、安全保护装置等。 本文研究的垂直升降式立体车库以6 层1 2 库位为例，每层2 库位，分a 区、b n ，采用垂直提升式，结构示意如图2 - 1 所示。由1 台电磁制动三相 异步电动机( 2 2 k w ) 作为主拖动电动机，2 台7 5 k w 的交流电动机作为平层 补偿电动机，l 台开门控电动机，1 台升降电机，1 台升转电动机，l 台横 向移动电动棚鲴成。 1 升降装置 2 钢架结构 3 回转装置4 存取装置 图2 一l 垂直升降式立体车库示意图 2 2 钢架结构 钢架结构包括：1 ) 主结构架，用于承受车库自身部件重量和存入车 辆重量；2 ) 内部结构支架，用于构成存车室和支撑停车库内一些机械和 2 第2 葶 体下卒的茸本钻构 电气部件。钢结构的设计应符合g b t 3 8 l l 起重机设计规范的规定。 2 3 存取装置 在立体牟，年中要完成的主要任务就足如f 住敲翘的日f 问内五个地，二 成车辆的存取，而立体车库中曳引升降机的速度已经设定，冈此设计一 套合理而安全的存取装鼍和一套旋转装置将成为本车库设计的重要任 务。如果设计合理，一方面可以减少存取车辆的时问，另一方面可以增 加车辆存取过程中的安全性。 2 3 1 存取方式的选择 垂直升降式立体车库的存取方式主要有： ( 1 ) 滑叉载车式：车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由三 级滑叉装置横移至存车室。 ( 2 ) 链传动载车式：车辆与载车板一起提升，且与载车板一起由 链传动横移至存车室。 ( 3 ) 叉梳载车式：车辆由升降装置上的梳叉提升，且通过梳叉横 移把车辆送至存车室相交错的叉齿上。 ( 4 ) 履带输送式：搬运器在车辆前后轮处有两个主动履带，横移 时由这两个主动履带带动存车室上的被动履带，将车辆送至存车室。 其中滑叉载车式和链传动载车式存取车方式是指每个停车位都有一 个放置车辆的载车板，通过对载车板的存取实现存取汽车。由于每个车 位都有一个载车板，因此在连续存车或连续取车时，都会有一个存或取 载车板的空行程，增加了存取车时间，影响车库的存取车效率。 伸缩叉梳式和叉式小车交接系统机构简单，传动部件少，维护工作 量少，运行效率高，因此更适合中小型车库使用”。 考虑到存取车时间是一个影响立体车库使用的重要因素，所以选择 效率较高的叉梳式存取方式。 2 3 2 固定和横移叉梳 叉梳式就是库位是一个叉梳而升降机中还有一个与它相错的叉梳， 升降机平层以后，横移装置把移动叉梳横移到位，通过两个叉梳的相对 交错运动实现汽车的存取。 根据移动叉梳的不同，叉梳式存取方式又有两种：一种是停车j 车位 叉梳作横向移动，而升降机中的叉梳不作横向移动；另一种是停车库位 中的叉梳固定，升降机中的叉梳升降到位后作横向移动。前一种方式中， 升降机内的机构简单，但是每一个停车位最少需要一个动力源和一套传 动机构，一方面增加了整个车库的成本：另一方面，由于运动机构的增 加必然降低整车库的可靠性。后一种方式中，停车位的叉梳系统结构大 为简化，而升降机内的机构稍微复杂，从总体来看，运动机构减少，增 加了整个车库的可靠性。通过上面的分析，决定采用后一种叉梳式存取 方式“1 。 停车位的叉梳设计为固定的，升降机中的叉梳在动力系统的带动f 。可以横向移动。叉梳的推出方式有双向和单向两种方式，单向推出叉梳 的横移机构简单，但是安装叉梳的旋转台必须能作l g o 。旋转才能实现 左右方向存取车辆；双向推出叉梳不需要作1 8 0 。旋转就能实现左右方 向存取车辆，但是要实现双向推出，其横移机构就要复杂许多，而且会 增加横移叉梳的宽度，从而增加升降机井道的宽度。因为旋转台是必须 的装置，为了减小车库井道的宽度和降低横移机构的复杂性，把旋转台 安装在升降机上，移动叉梳安装在旋转台上，它们之间通过轨道连接。 旋转台能实现1 8 0 。正反向旋转，在旋转台的带动下，横移叉梳只需单 向伸缩就可实现对井道两边库位上汽车的存取。这样固定停车位就不需 要动力源，除升降机的动力源之外，只有旋转、横移和载车台升降三两 个动力源，它们都安装在升降机中，而且运动部件也大为减少。这不仅 提高了整个系统的可靠性，而且使得维修方便。 1 后轮义梳2 纵梁3 移动导轨4 边粱5 盖扳横梁6 前轮叉梳 图2 2 横移叉梳结构示意图 4 麓2 章一体下车f n 革本结柳 移动叉梳的结构示意见图2 2 。 固定叉梳的结构与横移叉梳币好相反，横移叉梳的梳义部分对声刚 疋义梳枕足空络，横移又梳的宅倍部分刈j 通州定 梳b l 是梳足，l | jf if j 移叉梳中间盖花纹钢板的部分固定叉梳是一个完全的大空格。这样j 能 实现两个叉梳的相错运动。 由于车辆的存取是通过横移叉梳与固定叉梳的相错运动来实现的， 因此在叉梳的结构设计时，必须能使横移叉梳与固定叉梳能够实现相错 运动，不发生运动干涉，而且横移叉梳在存取车时的上f 运动空问要充 足。 - 2 4 回转升降装置 升降回转装置由螺旋幅、升降架、回转台等部分组成。通过比较分 析现存同类立体车库的横移与旋转机构的优缺点，把旋转装置与横移装 置全部放在升降机上，采用内置式转盘。 存取车时，叉梳有升降移动，通过旋转台升降来实现。需要上升时， 电机驱动螺旋幅使剪叉式升降架打开而升高；下降时，通过电机反转而 带动螺旋幅使剪式升降架下降。需要回转时，通过旋转电机驱动齿轮减 速箱，其输出小齿轮驱动回转大齿轮完成回转动作。 旋转台的结构示意见图2 - 3 、2 - 4 。， 1 导轨槽2 横梁3 纵粱4 弧形粱5 连接法兰6 加强筋 图2 - 3 旋转台示意图( 俯视图) 力、j 、学衙十中伊论文 图2 - 4 旋转台简图( 主视图) 2 5 升降装置 升降装置包括：1 ) 曳引驱动机。即电机、减速箱和制动器；2 ) 传 动部件，包括钢丝绳和滑轮( 或升降链条、链轮) 等；3 ) 对重和平衡 链；4 ) 升降导轨和对重导轨。曳引驱动机通过钢丝绳( 或链条) 使载车 台升降，同时对重也相应运动，平衡重量，这样有利于减小电机功率。 2 6 存取车过程 立体车库控制系统通过人机界面来实现。存车时，在人机界面的主界 面中。按“存车界面”，再选择所需要存车的库位( 按“取消”键可重新选 择库位) ，判断无误后，按确定，自动完成存车过程；取车时，人机界面 进入取车界面，直接选择想要取车的库位( 按“取消”键可重新选择取车 库位) ，判断无误后，按确定，自动完成取车过程。 用户存车，进入存车界面。发布存车指令，人机界面将相应信号送给 p l c ，此时，大门打开，司机将车开到升降台指定位置后下车，选择库位并 按“确定”键，此时，大门开始关闭。p l c 根据选取库位判断是否需要旋转， 若需要。则起动旋转电机。同时，升降台低速上升，到达换速限位开关， 转为快速上升，快要到达指定层时，升降台切换为低速上升，达到指定 层碰撞到主平层行程开关时，主电机制动。计数器根据平层开关设定的数 值，发布平层指令，开始平层。当平层行程开关均闭合( 四角水平) 时，平 层结束。此时，旋转台升起，叉梳伸出，把汽车推进库位，停放准确后， 旋转台下降，横移叉梳落至库位槽内，此时汽车被架在库位上，车被存 入库位。叉梳自动退出库位，回到旋转台原位。此时，在人机界面上显 示相应库位有车信息。同时升降台低速下降，至换速限位点，转为快速 下降，快到一层时切换为慢速下降，到达一层时平层，旋转台恢复至原 状态，完成存车操作系统采用变频器实现多速段调速控制“”。 存车流程见图2 5 。 1 6 麓2 节 体辛庠的革本纪构 司机开车入库 列夕库车辆，荭行# 宽高重等删星 检测车辆是否停车到位，提示锁车门 司机出库，库门关闭 根据库位指令判断是否旋转 f i 升降机上升i i 上升到车位后平层，馐移叉掎伸出 叉梳到位，车是否停放可靠 i f 叉梳收回l i i 存车结柬l 例2 - 5 存车沉程图 +，。 取车时，在人机界面上选择取车界面，选择库位，判断无误后，按确 定。进入取车操作。根据库位位置，p l c 判断是开始取车前将旋转台旋转 1 8 0 。还是取完车后再旋转1 8 0 。然后，升降台开始快速上升，到达指定 层，并平层。此时，横移叉梳进入库位，当到达库位限位时，旋转台上 升，横移叉梳上抬，托起汽车，将车拉出库位，送至旋转台上。此时，汽车 被架在旋转台上，旋转台下降复位。人机界面上相应库位的车消失，升 降台下降至一层，开始平层，平层完毕，p l c 根据先前的判断是否将旋转 台旋转1 8 0 。，并检测旋转台是否到位。大门打丌，司机把车从升降台上 丌出。延时1 0 s 后，大门自动关闭，取车过程结束。 取车流程见图2 - 6 。 取车指令输入 螺车位判断旋转台是否旋转 升降机到职车泊位处 伸出叉梳取车检测并缩回 升降机下降到底层 i i 车库门开i i 司机入库把车开出 l l 取车结柬l 幽2 6 取下沉样翻 2 7 本章小结 本章对垂直升降式立体车库的结构形式进行设计，采用简洁灵活的 梳叉式横移存取方式，内置式旋转台，使停车库位的叉梳结构大为简化， 而升降台内的机构相对复杂。总的来说，运动机构部件减少，系统可靠 性增加，使得维护保养方便。 筇章体乍啐控制系铣改计 第3 章立体车库控制系统设计 3 1 立体车库控制系统的主要要求 立体车库动作复杂，要求控制系统实现顺序动作控制、速度控制， 定位控制、及安全互锁控制。操作简单、迅速，使用方便，安全可靠， 维护量小，使用环境安全，这是自动化立体停车设备的基本特点。 立体车库对控制系统主要有以下几个方面的要求1 ： ( 1 ) 自动操作：存取车时，按钮操作，只要按动选车位按钮，控制 系统根掘当盼车库存车状况，自动选择调度方案，以最短的时m 完成年 辆的出入库。 ( 2 ) 安全互锁控制：立体车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所 以必须要有如光电检测等安全设施，及时检测车库状况，避免事故发生。 ( 3 ) 高速、平稳：为了缩短存取时间，要求传动装置以高速度运行。 同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、低噪声与平 稳起动和制动 3 2 立体车库控制系统的总体设计 立体车库是一种机电结合的产品，在控制系统的管理下来完成各种 车型的存储和取出。一般来说，基于可编程控制器p l c 的控制系统能够 适应和满足立体车库高性能的使用要求。但是，因为p l c 控制其显示和 文字处理功能比较差，难以实现网络化管理，而p c 技术具有非常优良的 显示和文字处理功能，且易于互相联网通信，实现网络化管理“”。为了 便于管理和维护，并能通过p c 实现车库的数据库管理功能，整个立体 车库的控制系统以触摸屏为用户人机界面，以可编程控制器p l c 为主控 制器进行前端控制，并通过人机界面上的控制按钮，由工作人员现场操作 来实现对车库的管理和控制。采用p c 机为上位机，p l c 为下位机，两 者之间的通信由p l c 的串行通信、适配器模块与p c 机的r s 一2 3 2 接口 通过串行通信数据线来完成n ”。 垂直升降式立体车库整个控制系统分为p l c 控制系统、通讯系统、 人机界面、信号检测、数据库及报表管理系统等控制系统采用高性能 光敏元件、传感器，检测移动叉梳的运动位置、库位状态、旋转台上汽 车停放位置等，然后把检测到的数据传送给p l c 作为控制的输入信号。 9 i 自、j 、学鲫卜学伊i 仓文 法车库的控制系统核心是p l c ，当用户进行操作时，p l c 接收用广t 的指令，发却操作流程，判断检测元件的状态，读取执行7 i 件的信息， 然后通过软件控制合理的时序安排，反馈信息，指挥执行元件动作。 为保证立体车库运行稳定、安全，主电机、平层电机均为断电抱闸 型，避免突然掉电时升降台滑落；同时适当加配重，以减小主电机的提升 转矩；为减少磨损和增加安全保障，升降台升降、旋转台旋转、叉梳横向 伸缩移动均有滑道和限位保护开关。 在主线路上，为了防止电源的干扰，增加外部保护器件，如自动空 气丌关、隔离变压器等，避免因过流信号而损坏p l c 。 车库控制系统的逻辑控制部分则是车库运行安全可靠的关键。变频 器是利用继电器接点和p l c 连接，为了防止因接触不良而带来的误动作， 选择使用高可靠性的控制继电器，以达到提高系系统可靠性的目的。 系统控制流程见图3 一l 。 图3 - 1系统控制流程图 2 0 第辛 体寸庠打制系绎泞计 3 3 控制系统的硬件构成 由于恢垂直升降式立 4 乍j 毒j 扛制系统拄：l j j l ；i ：只无敛亨j f 天肇，j 1l - 车库要求高度的运行可靠性和快速性，因而选用日本三菱f x z 、系列可编 程序控制器( p l c ) 作为控制系统的主控机，三菱f x 2 、系列p l c 具有高速度、 小型化、高级功能逻辑选件以及定位控制等优点，在基本单元上扩展可 进行1 6 2 , 5 6 点的灵活输入输出组合；可运用s f c ( 顺序功能图) 方式和梯 形图两种方式编程，指令系统丰富，编程方便，还只有数据处理和运算 指令。 经分析可知输入信号为4 7 个，包括保护、工作状态选择、位置检测、 速度控制等，输出信号为1 6 个，包括升降台升降、平层、升降台旋转等。 根掘以上情况，按经济适用原则，选择三菱f x 2 n 一3 2 m r ，外加2 个f x 2 n 一1 6 e x 扩展输入模块。 由控制系统框图3 - 2 可知，变频器只完成调速功能，逻辑控制部分由 p l c 完成。p l c 负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出信号， 同时变频器也将本身工作状态输送给p l c ，形成双向联络关系。系统还配 置与曳引电机同轴联接的旋转编码器及p g 卡，完成速度检测及反馈，形 成速度和位置闭环“”。 选用三菱a 5 4 0 系列变频器，安装f r a 5 a p 卡( p g 卡) ”“，在电动状 态下调速范围可达1 ：1 0 0 0 ，速度变动率小于0 0 2 ，短时零速锁定力矩 可达1 5 0 。用脉冲编码器检测曳引电机的转速，将信号反馈给变频器， 自动补偿速度变化”“。 旋转编码器与曳引电机同轴联接，通过f r a 5 a p 卡对电动机测速和 反馈升降机的位置。选用海德( h e d s s ) i s c 3 8 1 0 2 4 8 增量式光电脉冲旋 转编码器，产生a 、b 两相脉冲”“。根据a 、b 相脉冲相序，可判断电动机 的转向；根据a 、b 相脉冲的频率，可测得电动机的转速。若以a 、b 相脉 冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可形成代表正反向脉冲位移的脉冲序列。 编码器将此脉冲输出给f x a 5 a p 卡，以反馈给变频器，以便进行运算调 节。 p l c 控制系统接线图见附录2 。 山东大学硕十学付论文 图3 - 2 立体车库控制系统组成框图 ， 3 4 升降机电路设计 9 t 6 升降曳引电机采用一台2 2 k w 的三相交流电动机，为了提高存取车的 效率，保证平层精度，p l c 经变频器对曳引电机进行调速，从而拖动升降 机升降运行，原理见图3 3 。为使升降机升降平稳，预置几段加减速度， 以获得适宜的运动曲线。 - “ 升降机启动运行时，p l c 高速计数器c 2 3 5 开始记数编码器脉冲信号， 在启动后经过2 s 的延时，达到系统设定的速度正常运行，当计数满足人 机界面上选择库位时产生的脉冲设定值时，升降机转为低速运行，直到 库层的平层光电基准点接收信号停止。 ， 编码器安装在曳引电机主轴上，其输出送到变频器，形成电机转速 的闭环控制编码器送输出的信号经变频器分频( 1 - 1 6 4 ) 后送到p l c 的高速计数( c t ) 模块，与车位的平层信号组合实现升降机位置的精确 测量和定位 ， 。此外，编码器的输出信号还用于升降机速度的实时测量和监控 贫3 审 体乍序控制系统嫂计 任勰 图3 - 3 升降机升降原理图 3 5 立体车库的p l c 程序设计 根据立体车库存取车的流程，采用步进梯形图形式进行设计。存车 与取车程序大部分相似，不同之处在于横移叉梳和旋转台的动作顺序， 所以可在两个流程间实现步进点的互相跳转，充分利用予程序功能，简 化整个逻辑关系。 平层控制方案中，采用三角平层方式，确定一个基准点后，由2 台平 层补偿电动机各自控制2 角；减速传感器采用圆柱形接收式光电开关，位 于每层主限位开关( 除顶层、底层外) 下4 0 0 m m 处。 本车库控制系统分手动操作和自动操作两部分。手动操作是专门用 于车库设备的安装调试、维修和故障处理：自动操作为车库正常运行时 使用，安装在车库外面控制室内，方便用户存、取车操作。两套系统处于 互锁状态，互不影响。程序设计方案如下： ( 1 ) 判断是否旋转及指定层。通过接收触摸屏按键信息来判断旋转 台是否需要旋转、升降台移动到指定的哪一层，来决定下一步动作。 ( 2 ) 库位记忆和清除每次存车到位后，根据库位上的光电检测， 给p l c 库位记忆辅助继电器m 卜m 1 2 一个信号，使库位所对应的辅助继电器 上电。h m i 读取这一继电器状态，显示相应库位有车，取车时刚好相反。 存车时，将车开到升降台指定位置，升降台上存9 0 。布置的长条形 光电开关x 0 1 7 检测汽车外形及停放位置，x 0 5 3 检测旋转台的位冒，此时 根据i 上的指令判断是否需要旋转，若旋转需x 0 2 0 榆测旋转台足甭旋转 剑位，m 6 3 、m 6 4 上电，根据相应库层的脉冲计数，p l c 即町发出指令让 升降机运行到所需库层。而后根据基准点丌始平层，平层结束旋转台升 起，触发存车指令，伸出叉梳，库位上的检测车辆停放剑位，旋转台下 降，叉梳复位，人机界面显示该库位已有车，说明存车结束。取车过程 类似，只是旋转台升降及叉梳移动顺序有所不同。 3 5 1 库层检测 采用变频器调速双闭环控制，利