升降横移式立体停车库安保系统的设计

升降横移式立体停车库安保系统的设计

0机械系统立体停车近年来，随着城市建设和道路交通的快速发展，社会交通车辆逐年增多。城市中车辆的增多与可供停车面积减少的矛盾日益突出,停车难问题不断恶化。解决交通秩序—尤其是静态交通秩序成为城市交通的首要问题。而作为解决城市静态交通唯一的有效措施—向空间向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。系列化、成套化、多样化的立体停车产品相继进入市场。目前市面上常见的机械式立体停车库有:升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种。其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有83%(2002年度停车设备制造业年会统计数据)的市场份额。由于立体停车库使用时涉及到人身安全和车辆的完好无损,属于危险性较大的起重机械设备,已纳入特种设备安全监察范围。因此,对机械式立体停车设备就必然有了比对一般的起重设备或物流仓储设备更高更严格的安全要求。要做到:人员进出无伤、车辆停取无损、设备动力可靠、机械动作正常、运动控制准确、电脑管理有效、安全装置完善、应急措施有力等。为此,机械式立体停车设备都采取了许多安全保护措施,以确保立体停车设备的安全稳定运行。本文仅对升降横移类机械式立体停车库的安保系统进行探讨。1成立独立的升降横移立体停车库多层升降横移式停车库机械部分采用单元钢架结构,电机驱动,链条或钢丝绳传动。停车库车位结构为2维矩阵形式,可设计为多层和多列,一般为2～4层(国家规定最高为四层),以2层、3层者居多,可根据泊车的多少来决定停车库的规模。停车库可设在地面上,也可设在地面下,或一半设在地下一半设在地上。其钢结构框架按一定规格的分格单元进行组合,可纵向延伸、分段集中控制,也可横向并列,分排单独控制。停车库组合布置的不同形式可适应于不同场地条件的需要,配置非常灵活。典型的3×3升降横移立体停车库工作原理如图1所示。升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道,实现高层车位升降存取车辆。每个车位单元配置停放车辆的托盘,托盘由电机独立驱动。地面以上布置的升降横移立体车库结构特点是:底层只能平移,只需配备交流减速横移电机;顶层只能升降,只需配备交流减速升降电机;中间层既可平移又可升降,则需配备两台交流减速电机,分别用于横移和升降驱动。除最上层外,每层均留有一个空车位,允许托盘左右移动一个车位位置,为上层托盘下移留出通道。例如停车库设计为4层17列,那么整个停车库共有68个车位,则有65个可停车的托盘。其他如地下布置和地面以上布置类似。除驱动及传动子系统和载车盘子系统外,升降横移立体停车库还由电气控制子系统、电气保护子系统、安全防护子系统等组成,图2为升降横移立体停车库基本组成框图。2立体停车库的保安系统2.1现场总线技术升降横移立体停车库以停放轿车为主,其代价较昂贵,而且使用的环境可能是室外露天,所以对设备的安全性和可靠性要求非常高。可编程控制器(PLC)采用了以计算机为核心的通用自动控制装置,集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体,可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便,适用于频繁启动和恶劣的环境,因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为安保系统的核心。作为网络底层的现场总线技术(FieldbusTechnology)以其简单的结构,在控制系统的设计、安装、运行、维护上体现出极大的优越性。现场总线实现了现场智能设备和自动化控制设备之间互联的、开放式、数字化、多节点通信,同时利用总线技术,可提高系统工作的可靠性和系统扩展的灵活性。以上位机作为监控微机,通过现场总线,实时接收和处理下位机PLC从现场采集到各种状态、控制、报警信号,并利用这些信号驱动PC控制界面中的各种图形,实时显示现场各种状况。在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面,对操作运行和故障给出提示、报警等。2.2profibus-dp控制网络Profibus(ProcessFieldbus)现场总线是德国于90年代初制定的国家工业现场总线协议标准,后成为N50170欧洲标准，于1999年成为EC61158国际标准化组织现场总线标准之一。它具有多种技术优势:使用单一的总线存取协议,数据链路层采用混合介质存取方式,即主站之间采用令牌方式,主站和从站之间采用主从方式;灵活的系统配置可供选择。根据应用环境及应用层次的不同,Profibus现场总线共有工业自动化Profibus-DP(decentralizedperiphery)总线、过程自动化Profibus-PA(processautomation)总线、通用自动化Profibus-FMS(fieldbusmessagespecification)总线3个系列可供选择。Profibus-DP是一种高速、便宜的通信连接,专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用;Profibus-PA是专为过程自动化而设计的。可以使传感器和执行器接在一根共用的总线上,用双绞线进行供电和数据通信,可应用于安全领域;Profibus-FMS用来解决车间级通用性通信任务,FMS服务提供了广泛的应用范围和更大的灵活性。简单的设备级的高速数据传送,可选用Profibus-DP单主站系统;复杂的高速数据传送可选用Profibus-DP多主站系统或Profibus-DP与Profibus-FMS混合选用,而有防爆或本质安全要求的场合则可选用Profibus-PA。PROFIBUS可构成由分散的数字化控制器控制的现场底层到车间级网络系统。该系统分为主站和从站。主站一般为工控PC、个人PC或PLC等控制器,决定总线的数据通信。从站为外围设备,如输入输出装置,驱动器等,它们仅确认收到的信息以及响应主站的发送请求。PROFIBUS可以在所构成网络的任何一点进行组态和故障查找。本文所述的停车库安全保护系统采用Profibus-FMS和Profibus-DP构成两层控制网络。PROFIBUS总线控制系统框图如图3所示。上层网络选择FMS,它采用了OSI模型的物理层、数据链路层和应用层,以及RS485传输技术,采用屏蔽双绞铜线电缆,共用一根导线对,波特率选择9.6Kbps～12Mbps。Profibus-FMS主要完成中等传输速度的循环和非循环通信任务。通常用于PLC与PC、PLC与PLC之间的互相通信,它根据控制器的等级对每个PLC必须支持的参数和数据类型作了规定。底层网络选择Profibus-DP,因为Profibus-DP是经过优化的高速通信联接,用于设备级分散I/O之间的通信,构成获得最短总体循环时间的单主站系统,通过高速串行线同现场设备通信,以满足控制实时性的要求。在立体停车库安保系统中,利用现场总线有着极大的优越性。在需要增加停车位时,只需将新增的现场设备接入现场总线,分配新的地址,对软件进行部分修改即可运行;若某些设备出现故障,不用停止整个系统的运行,更换设备后仍利用原地址,无需改动软件系统就可正常运行。同时在网络上层停车库系统可接入以太网,参与到高层网络,构成小区或楼宇管理的自动化与一体化。3横渡立体停车库的主要安全对策3.1安装球形云号在停车库各出入口,值班室和停车库内主要区段安装变焦镜头摄像机,在大范围车位区安装球形云台,把被监控场所的图像内容、声音内容同时传送到监控中心,使现场的情况一目了然。同时该系统还可以与出入口控制等其它安全防范系统联动运行,使防范能力更加强大,实现了立体停车库全方位实时监控。3.2数据库保存起来当车辆驶入停车库入口时,摄像机将车辆外形、色彩与车牌信号等信息送入数据库保存起来;车辆出库前,摄像机再次将车辆外形、色彩与车牌信号送入电脑,与驾车人所持票据编号的车辆在入口时的信号相对比,若两者相符合即可放行;如发生异常情况,则发出报警信号,并自动切换和记录相关图像。3.3入通道的监控控制出入口控制系统也称门禁管制系统,是安全防范系统中的一个重要组成部分,其主要任务是对停车库内外重要的出入通道进行监视、控制及管理,实现安全防范系统的第一道防护作用。入库时,驾车人必须购买停车票卡或出示专用停车卡,经验票读卡机认可,入口电动栏杆升起放行,车辆驶过后,栏杆自动放下,阻挡后续车辆进入。同时,入口处的彩色摄像机将车辆信息采集下来,经过处理后,存入数据库保存,以备后用。出库跟入库流程类似,不再赘述。3.4全自动控制系统停车库控制方式为3级—手动、半自动和全自动。手动是在现场用手操作器对每个托盘进行点动控制,应用于车库检修、突然停电、紧急停机和车库故障4种情况;半自动为操作PLC控制面板上的按钮由PLC实现自动逻辑控制,全自动是由计算机给出存取命令由PLC执行。手动方式主要用于维修调试或异常情况处理,为最高优先级,半自动方式次之;全自动方式用于正常进出车处理。当自动运行过程中出现故障时,经半自动切换到手动。在计算机脱机情况下,PLC控制面板可以完成所有存取车操作。手动、半自动、全自动之间必须能够互锁。3级控制手段可防止事故的扩大,也有利于系统的调试和维修。3.5固定托板挂钩机构设计(1)行程限位开关连锁:以4层立体车库为例,1、2、3层每层水平限位开关信号车库静止时只应有1个断开,如果2个以上开关闭合,即表示托盘不到位,同时,2、3、4层固定托板的挂钩信号均应断开(负逻辑),2、3层上限位开关断开,4层上限位开关闭合。(2)电机动作互锁:上层(2、3、4层)升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的,即当上层泊位在升降时,下面各层泊位不能移动,反之亦然。并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动。(3)传动系统自锁保险设计和安全挂钩保险设计:如链传动采用制动电机,无论发生什么情况,都处于自我保护状态;控制安全挂钩动作的电磁铁上必须有一反馈信号,可用于指示挂钩是否已把托盘挂好等。3.6光电开关检测PLC信号检测控制原理接线图如图4所示。(1)车辆参数检测。对车的高度(超高)、长度(超长)、宽度(超宽)、重量(超重)等进行测量。一旦发现超标就报警,并提示司机不能存车。(2)光电开关检测。光电开关布置在不同的位置有不同的功能:接收器和发射器分别安装在托盘底层左右两边的光电开关,可以检测托盘上汽车停放是否到位;在托盘对角线上安放的光电开关可以检测托盘上有无车;装设于停车库车辆入口处左右两侧的光电开关还可以用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况等。如车辆未停妥、动作区域有人或物、运行过程中有车想开进等意外情况,光电开关光线被遮,会给PLC一个电平变化信号,从而改变PLC的输入,蜂鸣器发出长音并报警,设备不作运行或停止运行。(3)托盘上升运动安全检测控制:这一运动发生误动作,将造成钢丝绳(或链条)断绳(或链),托盘坠落的重大事故。对于反馈信号有误可能造成的误动作,可采用永磁感应器与行程开关并联来采集信号,增加可靠性;对于PLC误发控制信号或者中间继电器、交流接触器触头粘接可能造成的误动作,可设置二级保护装置,二级保护装置将直接切断总电源。(4)托盘下降运动安全检测控制:为了防止防坠装置单边脱钩造成托盘倾斜,可将前后吊钩设计为机械联动,左右吊钩设计为电气联动,利用PLC对时间控制功能,形成电气、时间双重控制。(5)安全挂钩保险设置:在托盘上升和下降过程中,安全挂钩电磁铁通电,移动铁块吸合,挂钩自然下落,保证托盘顺利运行。当托盘上升至上限位置时,安全挂钩电磁铁断电,移动铁块自然下落,挂钩钩入车台,以防其突然下落。(6)异常情况处理:检测判断立体停车库运行状态(如光电检测、限位、防坠保护、过载保护等)中的不正常信息,根据不同情况进行相应处理。对重要操作、误操作分别给出提示和报警。3.7电源侧滤波控制现场的干扰信号主要包括来自电源侧和现场侧的干扰。为了隔离电源侧的干扰,可采取交流电源对称滤波技术,同时采用UPS、DC/DC模块进行电源隔离;隔离现场侧的干扰,可采用继电器隔离加光电隔离双重隔离技术。3.8紧张启动计划当遇到突发性事故,只需按下操作面板上的“紧急停