垂直提升式立体车库电气系统

COMPLETETEMPORARYTASKSASSIGNEDBYTHEMANAGERSECOND,CHARACTERISTICFUNCTIONS1,ACCORDINGTOTHECOMPANY,“ARESPONSIBILITYOFTHREE“,“SIXSYSTEMS“REQUIREMENTSOFTHEMANAGEMENTSYSTEM,RESPONSIBLEFOR“ARESPONSIBILITYOFTHREE“SYSTEMANDTHEFORMULATIONOFMAJORRULESANDREGULATIONS,ANDISRESPONSIBLEFORTRAINING,IMPLEMENTATION,INSPECTIONANDGUIDEITSOPERATION2,THECOMPANYRESPONSIBLEFORTHEDEPARTMENTWORKSHOPANNUALANDMONTHLYECONOMICRESPONSIBILITYECONOMICRESPONSIBILITYSYSTEMANDVARIOUSSPECIALFORMULATION,REVISION,INSPECTION,EVALUATION,INTERNALEVALUATION,SUMMARY,APPROVEDANDCOMMUNICATED,AUDITS,SURVEYS,FEEDBACKFROMSENIORDEPARTMENTASSESSMENT3,RESPONSIBLEFORTHECOMPANYSLONGTERMPLAN,ANNUALPLANOFWORK4,ISRESPONSIBLEFORTHECOMPANYSMONTHLYOPERATINGCONDITIONSANALYSISANDMONTHLYFOCUSASSESSMENTFOCUS5RULESANDREGULATIONS,THECOMPANYRESPONSIBLEFORTHEDEVELOPMENT,EXAMINATION,INSPECTIONANDTRAINING,DISCOVERYMANAGER10QUALITYACCIDENTSOFWORK,THECOMPANYRESPONSIBLEFORTHEDEPARTMENTOFINVESTIGATION,JUDGE,PROCESSING,ANALYSIS,SUMMARYANDREPORTING11,ANDISRESPONSIBLEFORIMPLEMENTIMPLEMENTATIONIMPLEMENTATIONNATIONALOFFINANCIALSYSTEM,ANDFINANCIALDISCIPLINE,ACCORDINGTOCOMPANY“AACCOUNTABILITYTHREEOF“SYSTEMREQUIREMENTS,DEVELOPEDCOMPANYFINANCIALMANAGEMENTANDFINANCIALSUPERVISIONSYSTEMINCLUDINGFUNDSCOSTSAPPROVALSYSTEM,ANDBORROWINGAPPROVALSYSTEM,ANDSETTLEMENTSYSTEMCASHMANAGEMENTSYSTEM,BYMANAGERAPPROVEDHOUSERIOUSLYORGANIZATIONIMPLEMENTATION,ANDIMPLEMENTATION,AND学号毕业设计说明书GRADUATEDESIGN设计题目学生姓名专业班级学院指导教师2015年7月5日摘要I摘要随着我国汽车保有量的增加，许多城市出现停车难问题，停车难问题已经严重影响到了人们的日常生活。机械式立体车库可以有效的解决这个难题，是未来车库发展的大势所趋。本论文讨论了一种以直线电机作为横移机构的垂直提升式立体停车库的控制系统设计，旨在实现立体停车库的全自动、安全、可靠地运行。论文首先针对机械式立体车库的国内外发展状况、优缺点、主要的类型以及国内行业发展中存在的问题等进行了详细的说明。然后就垂直提升式立体车库进行重点介绍。包括立体车库的总体结构和运行原理，升降机构与横移机构的工作方式以及自动控制系统的整体设计。论文重点研究了垂直提升式立体车库自动控制系统的硬件设计，综合各项因素，选定PLC作为控制系统的硬件方案，将用到S7200，S7300，变频器，通讯接口板等硬件设备。最后对垂直提升式立体车库发展中仍然存在的问题进行说明，并对立体车库未来的发展空间进行合理的展望。关键词垂直升降式立体停车库；直线电机直接驱动；PLC控制系统COMPLETETEMPORARYTASKSASSIGNEDBYTHEMANAGERSECOND,CHARACTERISTICFUNCTIONS1,ACCORDINGTOTHECOMPANY,“ARESPONSIBILITYOFTHREE“,“SIXSYSTEMS“REQUIREMENTSOFTHEMANAGEMENTSYSTEM,RESPONSIBLEFOR“ARESPONSIBILITYOFTHREE“SYSTEMANDTHEFORMULATIONOFMAJORRULESANDREGULATIONS,ANDISRESPONSIBLEFORTRAINING,IMPLEMENTATION,INSPECTIONANDGUIDEITSOPERATION2,THECOMPANYRESPONSIBLEFORTHEDEPARTMENTWORKSHOPANNUALANDMONTHLYECONOMICRESPONSIBILITYECONOMICRESPONSIBILITYSYSTEMANDVARIOUSSPECIALFORMULATION,REVISION,INSPECTION,EVALUATION,INTERNALEVALUATION,SUMMARY,APPROVEDANDCOMMUNICATED,AUDITS,SURVEYS,FEEDBACKFROMSENIORDEPARTMENTASSESSMENT3,RESPONSIBLEFORTHECOMPANYSLONGTERMPLAN,ANNUALPLANOFWORK4,ISRESPONSIBLEFORTHECOMPANYSMONTHLYOPERATINGCONDITIONSANALYSISANDMONTHLYFOCUSASSESSMENTFOCUS5RULESANDREGULATIONS,THECOMPANYRESPONSIBLEFORTHEDEVELOPMENT,EXAMINATION,INSPECTIONANDTRAINING,DISCOVERYMANAGER10QUALITYACCIDENTSOFWORK,THECOMPANYRESPONSIBLEFORTHEDEPARTMENTOFINVESTIGATION,JUDGE,PROCESSING,ANALYSIS,SUMMARYANDREPORTING11,ANDISRESPONSIBLEFORIMPLEMENTIMPLEMENTATIONIMPLEMENTATIONNATIONALOFFINANCIALSYSTEM,ANDFINANCIALDISCIPLINE,ACCORDINGTOCOMPANY“AACCOUNTABILITYTHREEOF“SYSTEMREQUIREMENTS,DEVELOPEDCOMPANYFINANCIALMANAGEMENTANDFINANCIALSUPERVISIONSYSTEMINCLUDINGFUNDSCOSTSAPPROVALSYSTEM,ANDBORROWINGAPPROVALSYSTEM,ANDSETTLEMENTSYSTEMCASHMANAGEMENTSYSTEM,BYMANAGERAPPROVEDHOUSERIOUSLYORGANIZATIONIMPLEMENTATION,ANDIMPLEMENTATION,ANDABSTRACTIIABSTRACTALONGWITHTHEINCREASEOFTHEQUANTITYOFTHECAR,MANYCITIESHAVETHEPARKINGPROBLEM,THEPARKINGPROBLEMHASSERIOUSLYAFFECTEDPEOPLESDAILYLIFEMECHANICALSOLIDGARAGECANEFFECTIVELYSOLVETHISPROBLEM,ISTHEFUTUREOFTHEGENERALTRENDOFTHEGARAGEDEVELOPMENTTHISPAPERDISCUSSEDALINEARMOTORASTHESHOGGINGMECHANISMOFVERTICALLIFTINGTYPESTEREOGARAGECONTROLSYSTEMDESIGN,TOACHIEVETHREEDIMENSIONALCARPARKINGLOTFULLAUTOMATIC,SAFEANDRELIABLEOPERATIONFIRSTLY,THEPAPEREXPLAINSTHEDEVELOPMENTSTATUS,THEADVANTAGESANDDISADVANTAGES,THEMAINTYPESANDTHEPROBLEMSOFTHEDEVELOPMENTOFTHEDOMESTICINDUSTRYANDTHENFOCUSONTHEVERTICALLIFTINGSTEREOGARAGEINCLUDINGTHEOVERALLSTRUCTUREANDOPERATIONALPRINCIPLEOFSTEREOGARAGE,LIFTINGMECHANISM,ANDASHOGGINGMECHANISMANDAUTOMATICCONTROLSYSTEMFORTHEOVERALLDESIGNTHEEMPHASISOFTHISPAPERISTORESEARCHTHEAUTOMATICVERTICALLIFTINGTYPESTEREOGARAGECONTROLSYSTEMHARDWAREDESIGN,THECOMPREHENSIVEFACTORSSELECTEDPLCASTHECONTROLSYSTEMHARDWAREDESIGN,WILLUSETHES7200,S7300,INVERTER,COMMUNICATIONINTERFACEBOARDHARDWAREEQUIPMENTATLAST,THEPROBLEMSINTHEDEVELOPMENTOFVERTICALLIFTINGSTEREOGARAGEAREEXPLAINED,ANDTHEFUTUREDEVELOPMENTOFSTEREOGARAGEISREASONABLEKEYWORDSVERTICALLIFTTYPESOLIDSTOPLINEARMOTORDRIVEPLCCONTROLSYSTEMCOMMUNICATIONPROTOCOL目录III目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111机械式立体停车库研究的背景和意义1111机械式立体车库的国内外的发展状况1112国内机械式立体车库的发展状况2113机械式立体车库的特点4114机械式立体停车库的主要类型512课题的研究思路和主要研究工作713本章小结7第2章机械式立体车库的结构和运行原理921垂直提升式立体车库简介922垂直提升式立体车库的总体结构9221结构框架部分10222升降装置10223横移机构12224载车板14225旋转托盘14226安全保护装置14227消防系统15228监控系统1523垂直提升式立体车库运行原理16231车库的存取车流程16232垂直提升层定位和横移定位原理17233提升机构速度的控制1824本章小结19第3章垂直提升式立体车库控制系统的硬件方案2031控制系统的设计要求2032硬件系统的方案2033控制系统的硬件组成22331S7300PLC23332S7200PLC26333变频器27目录IV334光电传感器28335上位机2934本章小结30第4章总结和展望31参考文献32谢辞33第1章绪论1第1章绪论11机械式立体停车库研究的背景和意义随着我国国民经济的快速发展以及城镇化水平的不断提高，汽车作为最普遍的交通工具已经成了人们日常生活中必不可少的一部分。由此带来的私家车数量急剧上升，截至2014年11月27日，全国民用机动车保有量达264亿辆，其中汽车154亿辆，平均每百户家庭拥有25辆私家车；驾驶人达3亿人，其中汽车驾驶人244亿人。驾驶人数量位居世界第一，汽车数量仅次于美国居第二位。这使得一些城市出现严重的交通拥堵，特别是车流量较大的地区，“行车难”等诸多问题逐年加剧，而“停车难”在近几年“寸土寸金”的时代就更为突出。汽车停车场建设滞后导致国内的静态交通基础设施严重落后于动态交通基础设施，停车困难的问题已逐渐成为影响和制约城市建设以及经济发展的重要因素。业内人士认为，停车用地问题涉及城市规划、建设、市政、环保、公安交管等多个部门，是个巨大的系统工程。因此，单靠一个简单的措施并不能解决城市停车难的问题。要解决停车问题，关键是要充分发挥地下停车场的作用，同时更为重要的是要向建设立体停车设备方向发展。停车设备建设是汽车工业和城市发展的基本条件之一，停车设备本身也是城市交通战略和城市道路产业政策不可缺少的组成部分，对于确保安全、流畅的交通环境，整洁优美的生活环境以及保持社会的安定起着重要的作用。作为解决这一问题的有效措施先进的机械式立体停车库，集机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等多种技术于一体，实现了地面停车向空间的扩展，具有节约空间、自动化操控、安全可靠、建设成本低、配置灵活等优点越来越受到人们的青睐。机械车库与传统车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。传统车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，而对处于市区繁华地带的大酒店来说，垂直提升式立体车库的层数能达到数十层，高度能达到几十甚至上百米的大容量，高空间利用率可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。目录2111机械式立体车库的国内外的发展状况机械式立体停车是解决各大城市停车难问题的有效途径，最早起源于欧美国家。1920年，美国建成第一座机械升降式车库，50年代以后，随着私人汽车的大量出现，美国、西欧的国家相继发明了多种形式的立体车库。德国和意大利等第1章绪论3欧洲国家对停车设备的开发和生产较早，较好的有意大利,INTERPARK、德国PALL等，优势主要在于巷道堆垛类的产品。由于欧洲国家土地资源比较富余，人口不是特别的多，所以停车问题不是很突出，因此立体停车设备的应用不是很广。产品形式多为巷道堆垛式，多层升降横移式车库的应用也很好。由于土地资源紧张在亚洲某些国家的表现比较突出，日本是个小岛国，其立体停车库的建设十分的发达，立体停车库在日本各个城市随处可见。日本大约从50年代中期开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今己有四十多年的历史了。近年来在日本的许多城市里，可用来建设停车场的空地很少且价格昂贵，所以能最大限度利用空间的机械式自动化停车库得到迅速发展。1962年日本研制出了第一台自动立体停车设备包括机械式停车设备、自动停车管理收费系统、停车导航系统、出入口控制设备、读卡机及停车管理工具等等，与此同时，日本还开发了二层、三层及多层多列式立体车库。根据日本政府调查统计，60年代末，仅首都东京就建成了各种形式的机械化汽车库达40座。到了1983年，全日本共建成机械式车库25434座，共191万个车位，到1991年底，日本建造的机械式立体停车装置有12万多台，可容车73万辆，建造的装配自行式立体停车场近900座，可容车20多万辆。从90年代起日本政府每年投入运行的机械式立体停车位都在10万以上，目前在全日本投入使用的机械式停车位超过300万个。现在日本在停车场库的技术研究与开发、制造、管理等方面的水平都处于领先地位，所建成的立体停车场的数量和其容车量也居于世界前列。如今，立体车库在西欧、东南亚、韩国、日本都得到了广泛的应用，形成了一个包括制造、安装、使用和维修的行业体系。目前在日木从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产机械式停车装置的公司约有130多家，比较大的公司有三菱重工业、石川岛播磨重工业、日精、新明和工业、昭和起重机制作所等株式会社。另外还有一些公司专门生产停车场用的辅助设备如停车场管理系统、收费系统等。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也较早，较好的公司有意大利，德国的PALL等。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。韩国的机械停车设备技术是日本技术的派生，产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始进入供应使用阶段。由于韩国政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，近几年泊位增长速度都在30左右。112国内机械式立体车库的发展状况台湾相对于大陆应用机械式车库比较早，台湾在20世纪70年代初，公共华北理工大学电气工程学院4民间停车场70是地上和地下平面停车场，机械式停车库仍是鲜为人知。1980年台湾引进本“旧精”技术，建成了第一座垂直循环式停车库。1982年生产出一台双层式停车设备。1991年，制造企业达到了35家。90年代初，随着汽车大量进口，使机械式停车设备制造业得到迅猛发展。1992年制造企业数量增加65家，到1996年仅登记在案的制造企业总数就有644家，停车设备行业进入发展的高峰阶段。但从1997年起，由于台湾房地产萧条，股市暴跌，停车设备业出现了滑坡，经优胜劣汰后，行业进入稳步发展阶段。我国的立体停车设备早期的开发工作是从上世纪80年代末开始的，1989年推出了第一个双层式停车设备。当时己经开展工作研究、开发和制造机械式立体停车设备的单位有十多家，如北京恩菲科技产业集团、敬稳北京机电设备有限公司、江苏双良停车设备有限公司、杭州西子立体车库有限公司、北京鸿安停车库有限公司、许继银天车库工业有限公司、上海天地停车设备有限公司、济南天辰立体停车设备有限公司、山东莱钢泰达协固车库有限公司等企业。我国立体停车设备的生产企业大多技术力量薄弱，自主开发能力差，多靠引进国外技术图纸或与外国的企业合作，制造水平基本上是跟踪国外先进技术。1990年国家知识产权局开始授予停车设备专利，到2002年12月共有350多项专利通过了实质性审查或授予了专利权。其中发明专利85项，实用新型专利251项，外观设计专利14项，分别占243，717和4发明专利还较少，即原创性的成果少，停车设备领域研究的深度和水平有待提高。我国在80年代就曾由机械部策划引进，但直到90年代初才受到重视，1997年，筹建成立了停车设备行业协会，建设部、公安部、劳动部现在都己制定专业标准并指定了归口管理部门。在北京、上海、广州、深圳等地己经建立起一些立体停车库，产品主要从韩国、日本、德国等进口，国产比例约为30近几年来，由于汽车工业和汽车需求市场的快速发展，国内自动化立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。深圳、上海、广州、重庆等城市正在建设，有些已经建成使用，收到了很好的效果。北京市2002年新建立体车库67个，泊位14901个，占全国泊位总数的61，比2001年增长262；上海市新建立体车库41个，泊位3381个，占全国总泊位数的14，比2001年增长46。近日，济南天辰立体停车设备有限公司的一座升降横移式立体车库在山东省立医院建成并使用，该车库造价100余万元，共设有36个车位，是济南市第一座投入使用的机械式立体车库。据不完全统计，全国安装投运的停车位己从1989年的68个增加到2002年的24507个，尤其是2002年安装投入运行的泊位数超过了过去历年安装投运的总和，但只占到总需求量的2左右。从分布情况看，己安装、投运的停车库分布在25个省市、自治区的30多个城市，除北京、上海这样的大城第1章绪论5市外，已扩展到省会城市，甚至一些中小城市如无锡、常州、温州等。从采用机械式停车设备的类型看，应用较多的仍然是升降横移类、简易升降类、仓储类包括巷道堆垛类和多层平面移动类和垂直升降类，尤其是升目前我国立体停车设备行业进入稳步发展我国是从20世纪80年代初开始研制和使用机械停车设备的。80年代尚处于起步阶段，90年代以来，机械停车设备逐渐步入了技术引进与自主研发相结合的初步发展阶段，得到了较快的发展，已经形成为新兴的停车设备行业。据统计，1997年全国只有9个机械式停车设备生产企业，只有11个省、市、自治区的13个城市拥有机械式停车设备。而截至2006年底，全国的机械式停车设备生产企业已发展到100多家，已有27个省、市、自治区的94个城市兴建机械式立体停车全国机械式停车库泊位拥有量达到284,752个。目前，我国的机械停车设备在生产能力和产品质量方面，已接近国外先进水平。许多设备采用了当前机械、电子、光学、磁控、计算机等领域的先进技术，大大提高了产品在技术含量、智能程度、运行可靠性等方面的性能。近年来，立体停车设备的自主研发工作也越来越被重视，国内许多研究机构都投入技术力量，对机械立体停车设备的各个方面，例如结构优化、控制系统设计、存取策略优化、可靠性分析、生产工艺等方面进行研究，取得了很多的成果。与此同时，国家也逐步配套与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，以加强规划引导、技术开发和标准化工作，虽然机械式立体停车库在中国作为新兴的产业，具有相当可观的发展前景，但是目前仍未进入高速发展时期，主要因为我国的立体停车设备行业的发展存在着一些问题首先，虽然行业里的企业已经形成一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在20家左右，其它的则是中小企业居多，中小企业技术力量薄弱，靠仿效或引进国外的技术，缺乏自主开发能力。其次，机械式立体车库是对安全性能要求很高的机电一体化设备，但是有些自主研发的产品缺乏深入的研究，产品的可靠性、安全性、耐久性还不能完全保障；第三，市场竞争无序，目前总体生产能力过剩，价格偏低；政府在对立体停车产业发展的政策方面严重滞后；此外，平面停车场收费低廉以及人们在意识上尚未完全转变，也是立体停车难以普及的重要原因。由此看来，为加快我国机械停车设备产业的发展，需要在政策、市场、管理和技术等多方面做出努力。我国停车设施的建设迫在眉睫，所以立体车库在我国有着很大的市场，它的研究与建设在我国还有很长的路要走。因此将立体车库作为我们的毕业设计将更加符合现实要求，顺应当今科技发展的潮流，也更加增进了我们的知识。华北理工大学电气工程学院6113机械式立体车库的特点立体车库就像高层大楼，不同是一个住人，一个存车。由于向高层发展，所以十分节省土地，据统计，传统停车场停50辆车需要1600平方米，而采用垂直提升式立体车库只需50平方米，也就是说，可以达到每1平方米即停放一辆小车。从工程造价方面来比较，同样以50个车位计算，传统建设需约750万元，立体停车建设造价仅400万元。不管是从占地面积还是成本价格来说，都是立体车位占优，物美价廉，却无人问津，这个问题困惑了我们，建成后立体停车位闲置率很高，明明车位严重不足，却宁可违规停车也不愿停在立体停车位里面。这个到底是什么情况个人认为人们对于新兴事物总是有个认知过程，认可到接受还是需要一段时间。让我们一起来看看立体停车库的优点和发展前景。1占地面积小。一般为普通停车场的六分之一到二十五分之一，可以向高空、地下发展。2成本低。由于机械式立体停车库主要向高空或地下扩展，虽然工建造时费用较高，但可省去大量的土地使用费等开支，在当前高地价时十分有效。因此就单个泊位的建设成本而言，一般低于同等规模的地上停车场。3自动化程度高，使用方便。机械式立体停车库自动化程度高，用户通过简单的操作，就能实现对车辆的自动存取；配备自动检测系统以及安全保护措施，安全性能好。4配置灵活，适应性强。机械式立体停车库具有多种类型，设计上具有较大的灵活性，可随时安装拆卸。可适应各种形式的地形或建筑物。机械式立体停车库也存在一些缺点，并且在一定程度上制约了其推广和应用首先，建造成本偏高，除了初期建筑和设备的投资费用，维护成本也较高，以保障设备的安全、持久地运行；第二，存取车耗费时间长，虽然各种类别的机械停车设备运行速度较快，但由于单套设备往往只有一套存取装置，不允许多辆车同时出入库，在面临存取高峰期时可能会出现等待的情况。114机械式立体停车库的主要类型机械式停车设备就是指将汽车搬运或存放到泊车位使用的机械设备的总称，主要由钢结构、提升装置、平移装置、安全保护系统和自动控制系统等几个部分组成。根据我国发布的JBT87131998机械式停车设备类别、型式与墓本参数标准，机械式停车设备的类别名称及代号现介绍几种具有一定代表性的类型第1章绪论7表11几种常见的机械车库类型及其代号类型代号类型代号升降横移类SH平面移动类PY垂直循环类CX巷道堆垛类XD水平循环类SX垂直升降类CS多层循环类DX简易升降类JS汽车升降类QS1升降横移式通过载车板的升降和横移来实现车辆的存取，此类停车库将的载车板与升降装置组合在一起，构成立体化存车的形式，多为中、小型车库，一般设在街头广场上，泊位数目较少，运行速度慢。结构上，除顶层外，每层均有一个空车位，为交换车位留空间；车辆进出层的载车台作横向运动，最顶层或地下最底层的载车板作升降运动，中间层既能升降也能横向移动。这种车库造价不高，车位的布置紧凑，易于进行自动控制。缺点是每块载车板都需要机进行移动，结构比较复杂，容易出故障。2垂直循环式该立体停车库在循环式中最有代表性的，运行主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置的数个托盘上，由链条带动做循环运动，在平衡机构控制下保持水平。这种车库结构简单，控制系统简单，但缺点也很多，例如泊位数不能过多、运行噪音大、存取速度较慢、能耗高等，因此使用率较低。3巷道堆垛式这种车库一般设在地下，利用巷道堆垛机或桥式起重机搬运车辆，搬运机两侧为停车位，搬运机在中间的一个轨道上运动，搬运到相应的位置时，启动存取车电机，将车存到车位，好像当前使用的存储仓库，汽车就是货物。最早出现在美国，造价较高，适合停放百辆或者千辆车。4垂直提升式该立体停车设备利用提升机构将载车台提升到目标层，再启动横移电机把车存入车位，工作方式类似于垂直电梯。这种车库有几十米高，每层可设2个或多个泊位，可单独建设或安装于建筑物内，一般采用可编程序逻辑控制器构PLC成其自动控制系统，实现车辆的全自动存取、自动计费等功华北理工大学电气工程学院8能。垂直提升式立体车库的机械结构和控制系统要求十分复杂，对地基、消防、运行可靠性和安全性的要求也更高，因此造价相对较高。但是相比于其他几种形式的立体车库，其在结构强度，空间利用率、技术性能、存取效率以及能耗等很多方面都更有优势，具有十分广阔的市场前景。以下是几种常见的立体车库。图11垂直提升式图12升降横移式图13垂直循环式图14巷道堆垛式12课题的研究思路和主要研究工作1通过查阅大量的文献资料，了解机械式立体车库的国内外的发展现状、各类机械立体车库的工作原理及特点；比较几种主流立体车库的不同，对垂直提升式立体车库进行重点研究。2在车库总体方案和PLC自动控制系统硬件设计的基础上，熟悉主流机械车库的运行流程，并绘出流程图。对车库的各部分构造做一个简单的说明，并从设备运行所需要的环境出发，进行综合选择。通过查阅大量文献资料，以国内外出现的新型智能立体停车库的自动控制系统为参考对象，着重于自动控制系统硬件方案的制定和具体实现。第1章绪论913本章小结本章主要对当前流行的立体车库的发展现状进行研究，涉及到国外的和国内的先进车库发展背景。对不同种类的车库的优缺点进行讨论，在不同的环境要求下需要选择不同的车库，本文将重点研究垂直提升式立体车库也称垂直升降式立华北理工大学电气工程学院10体车库的硬件系统。第2章机械式立体车库的结构和运行原理11第2章机械式立体车库的结构和运行原理21垂直提升式立体车库简介垂直提升式立体车库也称垂直升降式立体车库也叫电梯式或塔式立体车库，是利用升降机构和存取机构实现车辆存取的机械停车设备。该车库一般由钢结构框架、升降装置、横移装置、存取装置、载车台回转装置、安全保护装置、自动控制系统和检测装置等组成。就像电梯一样，此类车库的停车位分布在电梯井周围，每层一般设2个或多个泊位，大都在10层以上，可停放几十辆车，多的达数百辆，而占地面积不到60M2。所以具有很高的空间利用率，很适合建在城市中心车流量较多地区或者住宅小区内。垂直提升式立体停车库最早出现在20世纪20年代，当时是以汽车专用电梯作为提升工具,驾驶员需随车升降。到60年代后期，许多发达国家的大城市都出现了停车难问题，使得立体车库进一步改进，出现了机械存取机构，无需驾驶员跟车，增加了人员的安全。至80年代末90年代初，随着计算机、可编程控制器以及交流变频调速技术的不断发展和成熟，垂直提升式立体车库开始在美国、日本、西欧、韩国、中国台湾等地兴起，成为机械式立体车库的一大种类。22垂直提升式立体车库的总体结构此次研究的的课题为垂直提升式立体车库，该车库不仅建造成本高，而且结构相对复杂。为了简化设计的结构，将选择每层两个车位的类型作为此次研究的对象。这种类型布局简单，容易进行透彻的分析，为了更明了该类型的结构将画出结构简图进行分析，以3层6车位为例（图21中分别表示为1钢结构框架2提升装置3载车板4对重块5横移电机）底层为零层，供车辆和人员出入用，中间为提升通道，两侧是停车位，实际应用中可以进行拓展。该型车库的主要结构有结构框架部分，载车板部分，升降装置，横移装置，安全保护装置和自动控制系统。华北理工大学电气工程学院12图21双车位垂直提升式立体车库结构简图221结构框架部分钢结构框架由外部装饰材料和内部钢结构组成，外部装饰材料需要防雨防火，还要与周围环境相协调，具有耐久性。内部钢结构主要由立柱、横梁、斜撑、车位架等组成，易于安装和拆卸，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量、内置停车位并且安装机械传动和电气控制部件。由于需要承受很重的重量，所以钢结构的质量必须保证。主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢等数种型钢形式，就其连接形式而言比较单一，即焊接和螺栓连接两种形式。载车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它辅助结构则以角焊代之。焊接和螺栓连接是车库钢结构部分的两种主要的连接方式，其连接方式的质量优劣将直接影响车库整体结构性能的优良与否，所以在车库的设计和建造中具有很重要的位置。立体车库在连接过程中主要运用对焊、角焊和螺栓连接。222升降装置由于该型车库一般较高，为了提高运行效率，要求升降系统必须具有较高的提升速度和良好的可靠性。在参照和比较几种现有升降驱动方式的基础上，决定选用先进的曳引驱动技术，曳引驱动是在曳引绳的一端连接重物，另一端接对重块，依靠绳子与滑轮的摩擦力来驱动曳引绳运动，因此，只要在曳引系12345第2章机械式立体车库的结构和运行原理13统的摩擦力允许范围内，只要通过改变曳引绳的长度就可以改变提升的高度，对于垂直提升式立体车库非常适合。当重物到顶端时或意外卡住时，因为受摩擦力限制，不会出现强制的暴力驱动，导致钢丝绳断掉或电机损坏而引起坠落。在电梯中曳引驱动技术应用比较多，而在停车设备中，由于车辆自身比较重，可以采用曳引电机下置的的曳引驱动技术，立体车库提升机构的布局图如下载车箱上有一个动滑轮，运行时曳引电机的运行速度是升降台提升速度的二倍，而电机钢丝绳的受力则是载车台整重的二分之一。有效地减少了驱动电机的负荷，从而减少电机成本，减少故障率的发生。驱动电机安装在地上，有利于维护和修理。图22提升机构的结构简图华北理工大学电气工程学院14图23曳引电机主线路图采用成熟的升降机提升装置驱动电机直接决定了提升系统的性能，包括启动和制动时的准确性，每一层高度的准确性以及减少安全事故的发生。对于提升电机不但需要有足够的输出功率，并且还必须具有较硬的机械特性，也就是对于不同重量的车都有较好的提升能力。综合考虑，可以选用高效节能的异步电动机作为提升电机，控制方式采用变频变压调速技术，不仅能够实现良好的调速性能和运行平稳性，还可满足停车时对每一层精度的要求。223横移机构与滑叉、链轮、履带等需要中间传动机构的存取方式不同，本车库的横移装置采用直线电机直接驱动，由于去除了中间的机械传动环节，横移电机将直接作用于载车板，能够实现运动的快速动态响应，节省时间和能耗，从而有效提高车库的运行效率,减少故障发生率。直线电机直接驱动是一种新型的驱动技术，目前已经广泛应用于物流系统、第2章机械式立体车库的结构和运行原理15工业设备、信息与自动化系统、交通与民用、军事等领域的应用，例如磁悬浮列车、电磁炮、数控机床、物流分拣输送系统、生产流水线和装配线等。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它由传统旋转电机演变而来，可看成将一台旋转电机沿径向剖开，并展开成平面，如图24所示，由定子演变而来的一侧称为初级，转子侧演变为次级。实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间保持祸合。直线电机既可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级，考虑到制造成本、运行费用等因素，一般均采用短初级长次级。直线电机工作原理与旋转电机相似，以直线感应电动机为例初级绕组在通入三相交流电流后，便在气隙中形成行波磁场，次级在行波磁场作用下，将感应电动势并产生电流，次级电流的磁场与初级电流的行波磁场相互作用产生电磁推力若次级固定，则初级将在推力作用下做直线运动，反之，则次级做直线运动。图24由旋转电机演变为直线电机的过程将横移电机安装在升降台上构成横移机构如图25所示，包括横移电机、滚轮和导轨、电磁铁等。横移装置装在升降台上，横移电机可以选用感应直线电动机，采用短初级长次级的结构。升降台表面镀一层铜，形成横移电机的次级，因为横移电机的初级与升降台表面之间存在气隙，当横移电机通电后，初级便能够在升降台的表面实现横移动作，再配上电磁铁和反射式光电传感器，就可以实现横移电机启动和制动、存取载车板等功能。图25载车板上的结构电磁铁华北理工大学电气工程学院16224载车板载车板是用于停靠车辆的装置，一辆车配一个载车板，搬运过程中通过搬运载车板实现对车辆的搬运。因此对载车板的质量要求十分严苛。首先，载车板必须强度足够承受不同车辆，而且在加速过程中也能承受，其次，需要质地轻盈，搬运过程中比较节省能源，此外，还应具有阻燃性，在汽车发生漏油导致火灾或其他火患时应耐得住高温，具有良好的隔热性能。用户停车时将车停在升降台上的载车板上，然后离开。连续存取时，需要从车位上取下载车板，所以会耗费一些时间。225旋转托盘取车时车辆下降到零层时，由旋转托盘进行旋转180度动作，使用户可以直接将车开出，这样做符合立体车库全自动化的硬件要求，将给车库带来更好的场地适应性。可以避免用户倒车出库带来危险和影响取车速度。托盘安装在载车板下方，升降台上。内部配备一台电机，通电后可以正反转转动。如图26图26旋转台结构图226安全保护装置由于立体车库全程由电能进行操控，所以应防止停电导致无法存取车，所以，每一个车库至少配备一台大功率的发电机，可以在停电时及时发动。此外，停电会导致正在提升的升降台坠落，所以必须在设计时考虑到这一点。综合考虑可以在电机的传动上安装抱闸。在停电的第一时刻，启动抱闸，将升降台固定在当前位置，防止坠落。载车板轴承主视图内置电机俯视图主视图俯视图载车板内置电机旋转轴第2章机械式立体车库的结构和运行原理17227消防系统由于车库较高，且内含有一个竖井，发生火灾时十分容易蔓延，机械式立体汽车库中只要有一辆车出现火灾险情,将殃及整个车库所有车辆,后果不堪设想。但是通常此类车库平时无人停留,火灾时对人的伤害几乎为零。由于相邻的停车单元通过防火墙相隔,发生火灾的停车单元不会通过辐射将相邻同层的停车单元引燃,当火灾发展引起着火车辆油箱破裂时,喷溅的燃油也不会影响到相邻同层的停车单元。但由于建筑设计中左右相邻的停车单元间隔墙留有通道供维修人员通行,因而当停车单元发生火灾后,可能由于油箱破裂,燃油泄漏到左右相邻的停车单元以及部分烟气流动引起相邻停车单元发生火灾,可以通过增加防火门防止火灾向两侧存放单元的蔓延。然而由于地下车库处于封闭状态,出入口少,供气不足,这就导致发生火灾时生成大量浓烟,并很快充满整个空间,并且烟气温度升高很快所以将在车库内设置一个自动灭火系统，该系统由温度传感器，处理机构，灭火水管，报警器的组成。一旦发生火灾，温度传感器将感应到温度上升，将信号传给处理机构，出发报警器，引起人们注意，是否确认灭火，然后启动电磁机构打开水管进行灭火，除此外还应设置好内部的排水。228监控系统用户存取车全程进行摄像监控，对车库内部也应该全部实现监控，可以使操作人员对内部有一个较好的了解，当出现故障时也可以在第一时间确认。市场上普通的安防监控系统即可满足要求。监控系统主要由摄像机的部分、传输的部分、控制与记录部分以及显示部分四大块组成。摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。在被监视场所面积较大时，在摄像机上加装变焦距镜头，使摄像机所能观察的距离的更远、更清楚；还可把摄像机安装在电动云台上，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度更大。在某些情况下，特别是在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输的图像、声音信号。同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台等进行控制，因而在传输的系统中还包含有控制信号的传输。控制与记录部分负责对摄像机及其辅助部件（如镜头、云台）的控制，并对图像、声音信号华北理工大学电气工程学院18的进行记录。硬盘录像机的技术发展得较完善，它不但可以记录图像和声音，而且还包含了画面分割切换、云台镜头控制等功能，基本上取代了以往使用的画面切换器、画面分割器、云台控制器、镜头控制器等产品。如果客户要求能对云台、镜头（特别是高速球）进行非常方便的控制，则可以加配控制键盘。显示部分一般由几台或多台监视器组成，液晶，等离子，DLP大屏等技术正逐步取代传统的CRT监视器。23垂直提升式立体车库运行原理231车库的存取车流程图27车库的存取车流程图1用户想要存取车，现在门口刷卡机上刷卡，选择存车还是取车，初次使用没有卡的用户由工作人员进行帮助存取车。2系统确认用户要求时打开大门让用户进入，同时内部开始工作。3如果是存车，则先确认是否有车位，没有的话直接显示在外部屏幕上“车位已满”，否则，开始检测提升机构上是否有载车板，有的话直接降到一层，打开车库门，用户将车开入，否则，选择最低空闲层停稳后，启动横移机构将库位中的载车板移到提升机构，再返回一层，开启车门，用户将车开入。提升第2章机械式立体车库的结构和运行原理19到目标层，启动横移机构，将车和载车板一同移入泊车位。4取车。用户到门口刷卡，系统读取用户信息，明确车辆所在位置。检测提升机构是否有载车板，有的话将其放置到没有载车板的车位上，然后移动至目标车位，将载车板和车辆一块托出。下降到一层，启动旋转台，旋转180度，调转车头，然后打开库门。用户将车开出。232垂直提升层定位和横移定位原理提升机构和横移机构的定位在车库运行当中十分的重要，如果定位不准，将无法保障安全。本车库引入反射式光电开关传感器进行定位。本车库中，每层的平层位置都安装有反射镜片反光板，光电发射器和接收器安装在升降台上，每经过一层时，PLC通过检测光电开关输出信号的变化，根据运动方向自动将层数加1或者减1，从而不断更新当前所在层的值，并显示在显示器上；当升降台到达目标层时，则停止对电机供电并且关闭抱闸，锁定升降台。就横移机构而言，光电发射器和接收器安装在横移机构上，反射镜安装在升降台表面，考虑到实际的若干种动作可能，为了实现左右两侧载车板的存取，需要设计4个反光镜定位点，如图28中所示，从左至右依次编号为1，2，3，4，分别代表为取左侧的载车板所要运动到的点，取出右侧的载车板后所运动到的点，取出左侧的载车板后所运动到的点，取右侧的载车板所要运动到的点。华北理工大学电气工程学院20图28垂直和水平方向的传感器原理233提升机构速度的控制垂直提升式立体车库由于自身的较高较复杂的特性，所以对升降机构和横移机构的启动和制动、速度控制以及定位精确度等方面有较高要求，为此我们选择了可变频变压的变频器作为提升电机的驱动。在运行过程中，PLC可根据当前的运行距离动态生成速度的给定值，并且引入PI环节以构成速度闭环控制系统，能够有效提高系统的动态响应能力。图29为理想的速度给定曲线，包括加速段、匀速段、减速段及爬行段，加、减速段的加速度保持不变，速度的变化比较平稳；此外，为了提高定位精度，在到达目标层之前须设定一段低速爬行阶段，使升降台保持一个很低的爬行速度，以保证到目标层时提升电机能够准确的制动；实际运算中，结合当前的运行距离，根据软件内部设定的加速度、最大运行速度、最小运行速度等参数确定电机运动时间。需要注意的是，不是所有的动作都需要速度曲线，速度曲线只适用于长行程的动作如提升系统的层间运动、横移系统的平移运动，当运动距离较短时，如相邻层间运动时，则不适合速度曲线。第2章机械式立体车库的结构和运行原理21图29理想的运行速度曲线图24本章小结本章概述了垂直提升式立体车库的发展概况。对车库的运行流程进行介绍，接着对立体车库的总体结构和运行原理进行详细说明，结构上以此说明各部分的构成及运行中要注意的事项。原理上介绍了运行流程，安全控制原理和速度控制理论。对垂直提升式立体车库的总理结构有一个良好的认识。华北理工大学电气工程学院22第3章垂直提升式立体车库控制系统硬件方案31控制系统的设计要求由于立体车库要执行的步骤较多而且构造十分复杂，运行时要求控制系统实现存取车流程动作、速度控制、精确定位、通讯服务和安全保护控制等。而且要确保操作简单，使用方便，存取迅速，安全可靠。这在设计硬件时有以下的要求。1完全智能化操作。存取车时，用户可通过按钮、键盘、刷卡或者触摸屏操作，系统做出操作提示并自动对用户输入的信息进行分析，自动完成用户需要的操作。当出现故障时，自动控制系统也应该能够检测出故障，并对用户进行提示。2运行过程高效平稳，存取车效率高。由于车库只有一个提升系统，为了节省存取时间，要求提升装置能够以较高速度运行；同时，为了保证车辆在提升过程中的安全，提升装置需要加减速控制；另外，由于横移式载车板具有惯性，有必要加入PI环节以提高横移系统动态响应性能。3安全保护功能。车库是为用户提供服务的，因此，当出现机械故障时，必须第一时间自动保护汽车的安全。可以在车库内加入各种传感器，来感知故障的出现，并及时做出反应。例如，提升装置在出现停电或其它机械故障时，可以自动停止运行，防止汽车跌落造成人员和财产的损失。32硬件系统的方案立体车库的自动化程度较高，运行过程中需要完成固定的存取车流程，对速度进行控制，对传感器进行整体的检测还需要对发生紧急的情况进行处理。由于PLC是专门为顺序生产