巷道堆垛式立体车库模型的总体设计

1、摘 要 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 设计（论文）题目：设计（论文）题目： 巷道堆垛式立体车库模型的总体设计 摘 要 摘摘 要要 立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车保 有量的不断增加，停车难问题已经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可 充分利用土地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题 的重要途径。本课题以较为典型的巷道堆垛式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库 的制造成本和运行效率的双重因素来实现立体车库的设计与运行。 本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调查的基础上，选择三层三列式车库 结构为研究模型。堆垛式立

2、体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分， 传动机结构部分和控制系统部分。本文简单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，依据堆垛式立体车库的运行原理，运用力学理论对堆垛式立 体车库的结构进行了全面的力学分析，其中包括堆垛式立体车库的框架结构的强度、横 移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。在堆垛式立体车库控制系统的设 计中，采用了先进的 plc 控制器，运用欧姆龙公司的编程软件编制堆垛式立体车库控制 系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器 plc 作为控制系统简单易行。 其稳定、可靠、快捷、性价比高的特点使得控制系统非常完美。为了使停

3、车设备满足使 用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准以及巷道堆垛式立体车库的 实际应用，在堆垛式立体车库设计中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝 对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。 关键词关键词：立体车库，控制系统，可编程控制器，钢结构 abstract abstractabstract stereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. as the quantity of urban aut

4、omobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-park has become a common phenomenon. mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. it has become an important way for static traffic problem of citi

5、es. the issue studies the type mechanical parking system which named up- down and translation stereo garage, and regards of the two factors of manufacture and operational efficiency synthetically. on the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroa

6、d, we choose three-layer and three-formulistic garage structure as the research model. according to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、 part of driving-framework and part of control system. the paper

7、simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. including intension of the framework structure and axes, etc. the paper adopted plc as control system in designing the up-down and translation stereo garage, plc software of omro

8、n company was used to weave the program of control system, through debugging running the proved that adopted plc as control system is simple and easy to realize. the characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. in order to sati

9、sfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking system-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage. this can ensure absolute safety for car and make the whole stereo garage safety and running smooth. abstract keywords:k

10、eywords: stereo garage, control system, plc, steel structure. 目 录 目录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 课题的背景和意义.1 1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状 .2 1.2.1 国外研究现状 .2 1.2.2 国内研究现状 .3 第二章第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定巷道堆垛式立体车库控制方案的设定.5 2.1 自动化立体车库的描述 .5 2.2 系统设计的基本步骤 .5 2.3 立体车库的类型、设置、规划及选型 .6 第三章第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计巷道堆垛式立体车库传动系统的设计.12

11、3.1 堆垛式立体车库的基本结构 .12 3.1.1 堆垛式立体车库简介 .12 3.1.2 堆垛式立体车库钢结构设计 .13 3.2 立体车库升降横移结构设计 .14 3.2.1 横移结构与载车板结构设计 .14 3.2.2 安全配置 .15 3.3 步进电动机的选择 .16 3.3.1 步进电动机的特点 .16 3.3.2 步进电动机的原理 .18 3.3.3 步进电动机的选型及其控制结构框图 .19 第四章第四章 巷道堆垛式立体车库巷道堆垛式立体车库 plcplc 控制系统设计控制系统设计.20 4.1 电气控制系统设计 .20 4.1.1 电气控制系统整体设计 .20 4.1.2 pl

12、c 的选型及特点.21 4.2 电气控制系统关键部分设计 .23 4.2.1 检测点与控制点的的分布 .23 4.2.2 plc 接线设计.24 4.3 plc 控制系统程序设计.25 4.4 存取车信号处理操作 .36 第五章第五章 结论与展望结论与展望.38 5.1 结论 .38 目 录 5.2 展望 .38 致谢致谢.40 参考文献参考文献.41 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的背景和意义 随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相 对应的是城市停车状况的尴尬。以北京市为例，截止 2006 年底，市区仅有公共停车场 827 处，共计车

13、位 5.6 万个，仅占市区机动车拥有量的 8.5%，停车环境与城市规划的矛 盾十分突出。上海的情况也让人无法乐观，仅有的 227 个地下车库使用面积不足 60 万平 方米，而且不能满足 1.3 万辆机动车停放的要求，路边停车渐成泛滥之势，比例高达 64%，而且还有继续上升之势。据建筑部城市交通工程技术中心对全国 15 个大城市停车 现状的调查，城市机动车保有量与停车位之比平均为 4.84:1，这一比例对于渴望“车者 有其位”的车主来说，形式不容乐观。停车难问题产生的主要原因是城市建设规划上的 准备不足。上世纪 80 年代初期，北京市权威部门对 2000 年北京汽车发展数的预测仅仅 是 70 万

14、-80 万辆，而事实上到新世纪钟声敲响之前，北京市汽车总量则足足比预期多了 100 万辆，其中私人小客车的数量就高 45 万辆，根据建设部停车技术开发推广中心介绍， 北京市停车设施的“欠账”最保守估计为 20-30%。 图 1-1 被汽车占领的城市 停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是 第一章 绪论 2 相对于动态交通而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响。停车设施是城市交 通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的保守量增加，对停车设施的需求也在 不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题，而同时期城 市停车基础设施的平均增长

15、速度只有 2%-3%，特别是发达城市的机动车拥有量的增长速度 远远超过停车设施增长速度。因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决 的措施。 专家们指出，解决城市静态交通问题，大体可分为软硬两种措施，就是通过政策法 规，限制路面停车，提高停车场利用率，使部分车主更愿意改乘公共交通工具，以减少 机动出对停车场的需求。而硬措施则主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利 用其它空间满足停车需求。而无论采取什么措施，在规划后再收拾残局或在局限内弥补 不足，政府和管理部门所需投入的精力和资金都不小。 图 1-2 先进的自动化立体车库 鉴于此种现状，我们着力设计一种巷道堆垛式立体车库，此设计具

16、有相当有利的实用 价值。它利用较强的空间理念，成为具有较强的实用性、观赏性、和适合城市环境的建 筑。并且具有很强的节地优势，解决了现代都市化的空间少问题。 1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状 1.2.1 国外研究现状 早在 50 多年前，立体停车库就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停 第一章 绪论 3 车设备；利用住宅空地建起 2-4 层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车 楼和停车塔；利用广场，建筑物下面的空间建设地下车库。自 70 年代末起，世界经济高 速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发 达国家积极开展了机械式停车技

17、术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代 表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平。韩国和我国的港澳、台地区的 停车产业也通过引进移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开 始向外输出技术和出口产品 图 1-3 国外高容量的立体车库 目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械，电子、液压、 光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新材料、 新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选用新型优 质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌 板或彩涂板组装，美观，强

18、韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程控制器和矢量变 频闭环控制技术，使运行高速平稳，电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有：按钮 式，ic 卡式、键盘式，触摸屏式、遥控式等。 1.2.2 国内研究现状 我国机械式车库的早期研究开发工作是从 80 年代中期开始，90 年代开始引进和生产 停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国际标准制定的我国 行业标准也于近几年出台，有些停车设备已开始出口。机械式立体车库是一种具有综合 第一章 绪论 4 性能的建筑，不仅包含了机械设备、其规划涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、 供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理

19、等各学科领域、就停 车设备本身而言、其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、 多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各个领域的成熟技术移植到我国停车 产业、开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。 在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿 效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场 竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与；技术创新 能力不足等状况。 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 5 第二章第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定巷道堆垛式立

20、体车库控制方案的设定 2.1 自动化立体车库的描述 目前，立体车库主要有下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循 环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式等，在对国内外各种同类产品进行分析的基础 上，结合考虑各个方面的因素，可发现巷道堆垛式立体车库形式比较多，规模可大可小， 并且对场地的适应性较强；同时采用这类设备的车库十分普遍，因此最终确定设计对象 为巷道堆垛式立体车库。 2.2 系统设计的基本步骤 我们综合考虑各个方面的因素并对其进行分析，设定出了巷道堆垛式立体车库。其 设计及调试的主要步骤如图 2.1 所示 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 6 确定课题 研究内容 制定

21、方案 查询资料 设计电气原理图按要求确定硬件配置 按要求编写程序 设计系统结构 调试程序 记录运行结果并分析 总结 图 2-1 设计的主要步骤 2.3 立体车库的类型、设置、规划及选型 机械式车库在设计和选择库型时首先应该考虑以下因素：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问题一般情况 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，才能充分发挥停车 设备的作用。 （1） 机械式立体停车库的规划及设置 城市停车场是城市的基础设施。基础设施的现代化是经济持续

22、发展的前提条件。城 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 7 市土地寸土寸金，合理利用城市有限的土地资源是保证城市经济可持续发展的根本性战 略。我国长期以来，对静态交通投资过低，停车场建设欠费过多，尽快做好城市停车场 建设规划，已是迫在眉睫的重大决策。首先开展停车场的规划是十分重要的，它有利于 协调停车场的供应与需求的矛盾，是有限的城市停车场地资源，发挥最大的效益。. （2） 停车场规划总原则 1停车场属于城市的交通基础设施范畴。停车场规划是城市规划的重要组成部分。在 城市规划的每个阶段或层次都应对停车问题进行相应的专题规划研究。各城市应根据城 市的规模、性质、特点，因地制宜的制定城市的停

23、车发展战略，编制停车场规划，但不 得违反国家关于停车场规划建设的有关规定和标准。 2停车场的规划建设应与城市社会经济发展水平、城市规模、城市性质、机动车拥有 水平等相适应。近期可采用“增加停车供应为主，停车需求管理为辅”的策略;远期可采用 “停车管理为主，停车场建设为辅”的战略。 3城市停车场规划建设应以建筑物、居民区配建停车场为主，路外公共停车场为辅， 在不影响道路交通的前提下，可设置路内停车泊位。 4停车场规划应与城市总体规划、详细规划协调一致，使城市停车场布局与城市用地 局一致，提高停车的使用效率。 5停车场规划应符合城市交通发展战略，与城市交通发展相协调。要从城市交通大系 统角度考虑停

24、车场的布局，把它作为一种交通需求管理、交通调控的有效手段。 6停车场的布置和设计应保障交通安全、配置合理、方便使用，并应满足城市环境保 护的要求，同时与周围建筑、环境、景观相协调。兰州理工大学硕士毕业论文第二章机 械式立体停车库的类型、规划、设置及选型 (3) 停车场规划的阶段及内容 城市规划分为三个阶段，每个阶段均有关于停车场的内容。第一阶段使城市总体规 划阶段中的停车场规划。这一阶段主要是对城市发展条件、发展策略和发展所依托的环 境进行研究，针对停车的总体需求及其分布，以及宏观政策与管理策略来确定城市停车 场的总体布局。第二阶段是分区规划阶段。这一阶段主要是在总体规划发展策略的指导 下对城

25、市局部地区的发展策略和发展条件进行研究，对局部地区的资源进行分配，确定 停车场供应量及其分布。第三阶段是详细规划阶段。这一阶段主要是在总体规划和分区 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 8 规划所确定的停车场规划指导下，针对规划区域内某地块或建筑物所作的规划，使城市 规划与工程设计结合较为紧密的阶段。此阶段规划重点是对停车场选址、停车场的类型、 规模、出入口的交通组织，以及停车场的管理进行研究和规划设计。这一阶段需作出停 车场的可行性研究，其中包括:(1)建设必要性;(2)停车需求预测;(3)停车场位置与类型选择; (4)停车场出入口及周围道路的交通组织等。 (4) 停车场建设规模选择

26、停车场建设规模的选择首先与停车需求有关系。为了合理选择城市停车场的建设规 模，应在对如何做好市场停车需求预测分析的基础上，着重从配建停车场、公共停车场 和路内停车场三种型式的建设规模加以分析。 停车库需求预测 城市停车库需求分析是根据现状调查和停车场发展战略来预测城市停车场需求的一 种方法，是城市停车场规划的基本依据之一。在城市停车场发展战略的指导下，以机动 车发展水平、城市用地及人口规模、城市就业作为总量预测依据，以城市用地布局、城 市就业分布、城市车辆运行等规律为参数，通过数学模分析预测停车库需求的总量及其 分布。在做好城市停车库总量需求和区域需求的基础上，提出配建停车场、公共停车场、 路

27、内停车场的具体停 车规模，以确保停车场的有效运营。 需求分析考虑因素 需求分析的关键在于正确估计实际交通运行中能够影响交通出行和停放特征的因素 对停车需求的影响。主要从四个方面考虑，即停车政策、停车特征、城市特征、停车者 情况。 1城市停车政策 对于城市停车发展模式的引导政策，尤其是对城市停车实施的优惠政策;城市停车需 求管理政策(包括管理模式、投资渠道及其他管理政策);停车收费政策。 2停车特征 停车特征包括停车场的容量、停车场服务半径、停车时间分布、停车空间分布、停车 方式、停车高峰小时系数和停车泊位周转期。 3城市特征 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 9 兰州理工大学硕士毕业论

28、文第二章机械式立体停车库的类型、规划、设置及选型城市 特征包括城市规模、性质、城市布局结构、市交通结构。 4停车者特征 停车者的年龄、性别;停车者的经济收入水平;城市机动车辆的发展水平和城停车者的 偏好。 (5) 需求分析方法和特点 停车需求分析方法主要有出行产生 0d 法、土地吸引率法、类比分析法、趋势分析法 等。各城市可根据自己的具体情况选用。选用的依据是规划目标、现有条件、预测精度 等。 1出行产生 od 法 出行产生 0d 法是指通过交通出行产生分量求得停车需求及分布，可用于近期和远期 停车需求预测，有交通规划的城市，其计算较为简便。 2土地吸引率法 土地吸引率法是指利用现有城市土地情

29、况下的停车吸引率法作为基础，再分析调查后 进行需求分析预测。由于城市用地和建筑物分类多，其调查工作量大，数据处理量大， 但该方法用于近期预测精度较高。 3类比分析法 类比分析法是指参照同类城市或地区，预测分析所在城市或地区的停车需求量。主要 用于缺乏停车调查资料的城市或地区，预测分析方法简单，但仅能求得需求总量，而且 准确率较低。 4趋势分析法 趋势分析法时值依据城市或预测地区的历年停车资料，以及经济、人口、用地、交通 等资料，进行回归分析，作为停车增长的趋势推测。预测分析方法简单，适用于近期， 但仅能求得需求总量及构成。 (6) 停车场建设规模的选择 合理确定停车场的建设规模是停车场规划的一

30、个重要内容。停车场建设规模过大，会 造成利用率低，停车面积浪费，经济效率低;停车场建设规模偏小，满足不了该地区停车 需求，影响城市交通系统的正常运转。停车场建设规模应根据城市人口、规模、地区特 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 10 点和车辆拥有水平而定。一般经济停车规模为 200 辆(标准小汽车)左右。其具体规模确定 主要考虑以下因素。 1停车需求的预测结果:根据城市停车需求总量的区域停车需求量分析确定的公共停 车场需求量; 2停车场的服务半径:一般城市中心区域 100300m 考虑，外围区域按 100500m 考 虑; 3用地条件和环境要求:根据具体用地条件、土地价格和对环境的要求

31、，选择不同的停 车式和停车规模; 4周围道路的交通条件:根据周围道路的具体交通条件，确定停车场形式和停车规模。 在停车场的建设中，要进行很好的规划，这样才能充分发挥停车场的功能，提高停车位 的利用率，更可以减少基本建设投资。因此，在城市停车场建设中，合理兰州理工大学 硕士毕业论文第二章机械式立体停车库的类型、规划、设置及选型规划是十分重要的。 (7) 机械式立体停车库的选型 机械式停车设备很多，各有各的适用形式，升降横移式立体停车库是中小库的一种 典型机电一体化产品，由于占地面积小，型式比较多，规模可大可小，场地的适应性强， 采用这种车库十分普遍，所以是公司及单位在建造立体停车的理想选择。本文

32、就三层十 六车位的升降横移式立体停车库的结构设计和控制做一详细阐述和讨论，该题目来自我 们与远达公司的合作项目，也就是 psh16d 升降横移式立体停车库，其中“p”表示机械式 停车设备的总代号， “16”表示体停车库的容量为 16 辆车，5k 表示其中最多停放 5 辆轻型 以下客车。 根据立体车库的修建位置及在空间伸缩方向的不同，立体停车库的主要类 型有:升降横移式，垂直升降式、巷道堆垛式和地下停车场等。它们的类型众多，设计各 有不同，库容量变化比较大，可满足不同用户要求。但它们都具有建筑面积小，停车层 数多，地上和地下空间利用率高的优点。停相同数量车的情况下，在车辆流量大的繁华 地段建一座

33、立体停车库比建一地面停车场节省将近 50%一 70%的投资。严格的车库管理还 保证了车库运行的安全性和可靠性，为存车人提供了最大的方便，存车人只需把车开到 指定位置，下面的事都可由车库控制系统来完成 1 升降横移式:多层升降横移式立体停车库采用卷筒、滑轮和钢丝绳进行升降，在 整个机构中有交流减速横移电机和升降电机、钢丝绳、停车位框架、搬运器和横移导轨 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 11 等。它的运行原理是取上层车时，将下层车板移开留出空位。该设备下层为左右横移， 上层为上下升降。该类型有以下特点： a.a.节省占地，配置灵活，建设周期短。 b.价格低，消防、外装修、土建地基等投资少

34、。 c.可采用自动控制，构造简单，安全叮靠。 d.存取车迅速，等候时间短。 e.运行平稳，工作噪声低。 f.适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。 2 垂直升降式:也就是电梯式结构，一般以两辆车为一个层面，中间部分是升降机， 左右两旁是车架。工作原理是:用升降机将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提 升机械上的横移机械将车辆或载车板送入存车位;或是相反，通过横移机械将指定存车位 上的车辆或载车板送入升降机，升降机降到车辆出入口处，打开库门，驾驶员将车辆开 走。 3 巷道堆跺式:它的工作原理和堆跺式自动化仓库很相近，升降机构可以上升和水 平移动，在运行到停车位时，通过伸缩机构的伸缩，完

35、成在车架上存取车工作。 4 垂直循环式 此类型的车库具有如下特点: a.占地少，两个泊位面积可停 6 至 10 辆车。 b.外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。 c.价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 d.可采用自动控制，运行安全可靠。 （8)巷道堆垛式立体车库的主要结构 1钢结构框架.主要由立柱,横梁,纵梁，电梯升降导轨，行走小车导轨，停车架等部件 组成。 2电梯。 3行走小车机构。 4载车板横移机构。 5载车板。 第二章 巷道堆垛式立体车库控制方案的设定 12 6自动控制系统。它主要包括控制，拖动，检测及安全保护部分。 7消防系统。 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计

36、13 第三章第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 3.1 堆垛式立体车库的基本结构 3.1.1 堆垛式立体车库简介 堆垛式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。 堆垛式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地 面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作横移， 不做升降.上层车位要将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或 开出车库，巷道堆垛式立体车库的模型图如图 3-1 3-1 巷道堆垛式立体车库模型 巷道堆垛式立体车库的工作原理：第二层第三个车位可以升

37、降，一层的两个车位只能 横向横移，空车位供二层的车位下降时借用。1 号和 2 号车位可以直接存放车辆；5 号车 位需下降后再存放车辆；3 号车位，则需先将 1 号和 2 号载车板右移，再将 3 号载车板下 降；4 号车位，则需先将 2 号载车板右移，再将 4 号载车板下降；由于堆垛式立体车库停 车设备对场地的适应性强，相应几个机械部分部件结构和功能可以根据不同的地形和空 间进行任意的组合、排列，规模可达可小，对土地的要求比较低.因此，应用非常广泛。 本设计以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。巷道堆垛式立体车库主要由结 构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统，安全防护系统六大部

38、分组 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 14 成。 图 3-2 巷道堆垛式立体车库主要组成 3.1.2 堆垛式立体车库钢结构设计 1.结构框架 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在堆垛式立体车库中我们选用钢架结 构如下如所示，钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点： 图 3-3 立体车库的结构框架 1.可靠性高 钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织均匀，接 近于各类同性匀质体，钢材的物理学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较 好；钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计算结果可靠，所以说 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的

39、设计 15 钢结构的可靠性高。 2.材料的强度高，钢材自重小 与混凝土相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重 力密度之比也高的多。钢结构自重小从而便于运输与安装，可以减轻基础的负荷地基和 基础部分的造价。 3.材料的塑性和韧性比较好 钢材的塑性好，钢结构在一般条件下不会因超载而突然断裂。破坏前一般都会产生显 著的变形，易于被发现，可以及时采取补救措施.钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适 应性强,抗震性能优越。 4.制造简便，施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造，易于实现机械化。生产效率和产品精度高，质量易于保 证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构，构建制造完成后

40、，运至施工现场拼装成 结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接，有时还可以在地面拼装成较大的单元，再进行 吊装。施工工期短，可以尽快发挥投资的经济效益，由于钢结构具有连接的特性，故易 于加固、改建和拆迁。 5.钢结构密闭性好 采用焊接连接可以制成水密性较好的高压结构,如管道等。 3.2 立体车库升降横移结构设计 3.2.1 横移结构与载车板结构设计 每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工作原理如 图所示，电机顺时针旋转时，载车板上升，电动机逆时针旋转时，载车板下降。根据载 车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。根 据车身高度确定上下载车

41、板之间的距离，根据这个距离确定链条的长度，最后根据传动 力确定链轮大小，链节形状及大小。 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 16 图 3-4 载车板提升原理 由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。每块下 载车板后都配有一套独立的电机减速传动系统，藏于载车板内。在下载车板的下面有四 只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长转动轴两端，另两只为独立安 装的从动轮。电机减速机驱动长转动轴运转，传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从 而使行走车板作横向平移运动。根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨见的 摩擦系数确定横移电机的驱动功率 图 3-5 载

42、车板横移原理图 3.2.2 安全配置 上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 17 载车板停位之间，在纵梁两侧各装有两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环， 当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机 常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层 汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，破坏下层汽车。下载车 板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到 位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时

43、，如果碰到有人、遗留行李或车主 宠物时，切断横移电机电源，横移停止。 图 3-6 防止载车板坠落装置 3.3 步进电动机的选择 3.3.1 步进电动机的特点 1、步进电机的角位移与输入脉冲数成正比。因此，当它转一圈后，没有累计误差， 具有良好的跟随性 2、由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单，廉价，又非常可靠。同时， 它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 3、步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。 4、速度可在相当宽的范围内平稳调整，低速下仍能获得较大转矩，因此一般可以不 用减速器而直接驱动负载。 5、步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直

44、流电源。 6、步进电机存在震荡和失真现象，必须对控制系统和机械负载采用相应措施。 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 18 步进电机传动组件采用滚珠丝杠，丝杠的导程为3mm，即丝杠转一圈，螺母直线运动 距离为3mm。当螺纹是单头时,则螺距与导程相等。 plc对步进电机的控制首先要确立坐标系,可以设为相对坐标系,也可以设为绝对坐标 系。plc直接控制步进电机位置控制系统设计时，必须先计算出脉冲当量、脉冲频率上限 和最大脉冲数量3个参数： 传动速比 螺距步进电机步进角 脉冲当量 360 脉冲当量 步进电机细分数移动速度 脉冲频率上限 脉冲当量 步进电机细分数移动距离 最大脉冲数量 根据脉冲频

45、率确定plc高速脉冲输出频率,根据脉冲数量确定plc的位宽。 d d plc位置控制指令： fp0-c16t型plc使用f168(spd1)指令，以位控指令实现步进电机的速度控制。 f168(spd1)指令，可以从指定的输出通道(y0或y1)输出一个脉冲序列，如图3-9所示。 图3-9 f168(spd1)指令 其中，参数s，表示存储区的起始地址；参数n指定用于输出脉冲的输出通道yn(n: k0或k1)。 表3-4 脉冲输出通道参数对照表 tab 3-4 the parameter synopsis sheet of pulse output channel 通 道号 控 制 标 志 经过值目

46、标值 方 向 输 出 c h0 r 903a dt9044，dt9045 (fpo- t32:dt90044.dt90045 ) dt9046，dt9047 (fpo-t32:dt90046 ,dt90047 ) y 2 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 19 c h1 r 903b dt9048,dt9049 (fpo-t32:dt90048 ,dt90049 ) dt9050,dt9051 (fpo -t32:dt90050 , dt90051 ) y 3 存储区参数设定：设定数据寄存器dt100dt106为第一通道参数存储区，用于控制 y0输出脉冲；设定数据寄存器dt200dt2

47、06为第二通道参数存储区，用于控制y1输出脉 冲，其中每个参数存储区依次为控制代码、初始速度、最大速度、加减速时间、目标值 和停止标记，顺序不可改变，具体参数设置如图所示。 3.3.2 步进电动机的原理 步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。在此系统中，执行元件是步进电机，它 受驱动控制线路的控制，将代表脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小的速度 的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节， 它的精度较差，速度也受到步进电机的限制，但它的步进和控制简单容易调整，故在速 度和精度要求不太高的场合具有一定的价值。步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作 用原理。

48、 第三章 巷道堆垛式立体车库传动系统的设计 20 3.3.3 步进电动机的选型及其控制结构框图 在选择步进电机时首先考虑的是步进电机的类型选择，其次是具体的品种选择，在该 车库系统设计中要求步进电机的电压低，电流小，有定位转矩和使用螺栓机构的定位装 置，确定步进电机采用 2 相 8 拍混合式步进电机，在进行步进电机的品种选择时，要综 合考虑速比 i、轴向力 tt、额定转矩 tn 和圆形频率 fy，以确定步进电动机的具体规格和 装置控制。 脉冲信号 (plc) 步进电机 驱动器 步进电机滚珠丝杠 图1 步进电机控制系统构成 图 3-7 步进电动机控制结构框图 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc

49、控制系统设计 21 第四章第四章 巷道堆垛式立体车库巷道堆垛式立体车库 plcplc 控制系统设计控制系统设计 4.1 电气控制系统设计 4.1.1 电气控制系统整体设计 整个车库设计由一台 plc 对车库进行统一的管理和监控，通过 plc 控制载车板纵横 传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的调入调出由 plc 根据当前各车位的 车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。 堆垛式立体车库的自动存取车控制系统包括弱电与强电的两套系统。弱电系统主要包 括各种信号的采集，报警与控制输出。plc 输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与 关断。强电系统包括载车板电机控制线路，控制电机正反

50、转接触器、到位限位及载车板 的上下行程限位。车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。系 统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关。断掉所有电机的电源，使载 车板无法继续运行，以保护人员及设备的安全。 系统输出控制信号包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号控制电磁铁得失信 号电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。 图 4-1 车库系统控制原理图 由于 plc 的可靠性高、抗干扰能力强，国内外现有的堆垛式立体车库系统控制形式大 都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度较高，多车尾、大容量的现代 化升降横移式立体车库中.在堆垛式立体车库中，控制系统中主

51、单元的主要控制对象首先 是车库内的横移电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转；其次是车库内 的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板横移到预定位置以及 载车板上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆,采用广电 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc 控制系统设计 22 开关。一般小型车采用按钮操作，界面清楚，易于操作，但对于大型车库来说要用上位 机来进行对其控制。同时在车库中还采用了一些传感器以及安全预警装置，因本系统只 有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满 足要求，因此可以不必再另外增加其它抗干扰措施。 4

52、.1.2 plc 的选型及特点 1）可靠性高，抗干扰能力强 （1）所有的 i/o 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 plc 内部电路之 间电气上隔离。 （2）各输入端均采用 rc 滤波器，其滤波时间常数一般为 10 到 20ms。 （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良的开关电源。 （5）对采用的器件进行进行严格的筛选。 （6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软硬件发生异常情况，cpu 立即采用有效 措施，以防止故障扩大。 2）通用性强，控制程序可变，使用方便。 plc 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必 自己再设计和制作硬

53、件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更 新的情况下，不必改变 plc 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，plc 除应用 于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 3）功能强，适应面广 现代 plc 不仅有逻辑运算，计时，计数，顺序控制等功能，还具有数字和模拟量 输入输出，功能驱动，通信，人机对话，自检，记录显示等功能。既可控制一台生产机 械，一条生产线，又可控制一个生产过程。 4）编程简单，容易掌握 目前，大多数 plc 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式” 。既继承了传统控 制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂 企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常

54、容易接受和掌握。梯形图语言的 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc 控制系统设计 23 编程元件的符号和表达式与继电器控制电路原理图相当接近。 5）减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于 plc 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器，时间继电器， 计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，plc 的用户程序可以在实 验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于 plc 的低故障率及很强的监视 功能，模块化等等，使维修也极为方便。 6）体积小，重量轻，功耗低，维护方便 plc 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻， 功耗低。并且由于

55、 plc 的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想 控制设备。 4.2 电气控制系统关键部分设计 4.2.1 检测点与控制点的的分布 1.检测点分布： （1）载车板上汽车停放到位否检测 载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线安装一套光电开关，用于检测载车 板上有无车. (2 载车板平移运动是否到位检测 只有下层车板有平移运动，在每个车位上分别安装一只限位开关，用于检测载车板平 移运动是否到位。 (3)载车板升降是否到位检测 只有上层载车板有升降运动，在每个载车板垂直运动的轨道上在低层和上层分贝安装 一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位 (4) 载车板吊钩是否挂好

56、检测 控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，可用于指示吊钩是否已把载车板挂好 2.控制点分布 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc 控制系统设计 24 一层载车板左右平移控制 一层载车板只有两个，每个载车板只有左右平移两个动作，采用带自动报闸的三相交 流电机控制。 二层载车板升降横移运动控制 二层载车板有两个，每个载车板有横移升降四个动作，采自动报闸的三相交流电 机控制。 三层载车板升降运动控制 三层载车板有三个，每个载车板只有升降两个动作，采用带自动报闸的三相交流电机 控制。 吊钩动作控制 只有二三层的载车板使用吊钩，每个载车板用两套吊钩，吊钩用电磁铁控制。 根据依据需要控制的电机，电磁铁和检测

57、点灯条件，建立电气线路图 4.2 所示： 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc 控制系统设计 25 图 4-3 电器线路图 4.2.2 plc 接线设计 plc 接线设计：在堆垛式立体车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车 库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转，其次是 车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等。为了载车板能横移到预定位置 以及载车板上升或下降到指定位置，采用了行程开关，为了判断载车板上有无车辆，采 用了光电开关，同时在车库中还才采用了一些传感器图烟温传感器以及安全预警装置， 其简化接线图见图 4.3 所示： 图 4-4 简化 pl

58、c 接线图 电机控制及接线设计：在存取时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不 能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面车位不能移动， 反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动，这些在程序中可采用 联锁和互锁的方法来解决。如下图 4.4 所示： 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc 控制系统设计 26 图 4-5 电机控制原理图 4.3 plc 控制系统程序设计 本文所设计的 plc 存取车控制系统只针对上二层和三层的车位，而对于 1 层 车位，存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写，程序流程图见 图。需要说明的是，载车板用链条依靠载车板上

59、的吊点悬吊在托盘上，在静止状 态时，放坠（安全）挂钩挂住载车板，在设计不同层进出车程序时运行了“并行 分支与汇合的技巧，所谓并行分支指得是各分支流程可同时执行，待各流程动作 全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动作。即如果选择地 3 层载车板进出 车，可以使一层二层同时平移左移右移，这样，控制系统能自动处理设备动作顺 序之间的联锁或双重输出，提高工作效率。 根据车库的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构，由主循环程序和若 干子程序构成。用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，系统应用的程序框图如图 4.5 所示： 第四章 巷道堆垛式立体车库 plc 控制系统设计 27 开机 输入要存取的车位

60、 号 载车板上升 运行程序并启动相应传动 机构要 载车板到 位与否？ 载车板到 位与否？ 弹出放坠机构 发出存取车的信 号 载车板复位 防坠挂钩挂好 否？ 车停好 上层存取车完 成 结束 车停好否？ y y y y n n n n 图 4-6 存取车程序流程图 程序设计方案如下： 初始化程序提出系统的控制信息，扫描各到位开关信号； 主控制程序按照进车优先的原则，将最多的车位保存在进车位置，每个载车板运 动之前，需要先判断目的地是否为空位，有空位才可以动作，前后动作互锁。判断是 否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定的。液压升降系统启、 停动作也是根据相应的到位行程开关来确定；