【正文】 93706 2 The Design of Automatic Control System of Experimental Stereo Garage Abstract： With the increasing of the number of cars, especially in big city, it is very urgent to resolve parking problems. The stereo garage, as the part of the intellectualized building, has gradually bee the most effective method to handle the parking problems in bigcity, because of its high efficiency, rapidness and security. The control system of stereo garage is the key technology for realizing its safe and high efficiency running. In this paper, the PLC control technology was used. The automatic system of the stereo garage, the mechanical structure, the work method, the hardware structure and the monitoring software are researched. The points are as following: In analyzing the various functions and chiastic of stereo garage, we found the development of the stereo garage and the PLC control technology is the orientation. Introduced the mechanical structure of the stereo garage and analyzed the control strategy. Introduced the work way of the stereo garage and the function of its control PC and researched their munication, the rise and fall structure and the horizontal moving structure. Introduced the hardware diagram and the choice of the ponents. Introduced the software design of the stereo garage, and gave the hardware diagram, flow chart and programs. Key words: Stereo garage。 PLC。 Control Strategy。 Real Monitoring 3 第一章 緒 論 目前我國各主要城市停車設施的建設遠遠落后于道路建設和汽車工業(yè)的發(fā)展，有資料表明，現(xiàn)有停車位數(shù)不及所需停車位數(shù)的 7%，停車問題也就逐漸成為大都市的一大難題，由此所帶來的一系列問題令人擔憂。 立體車庫具有占地面積少、充分利用立體空間等優(yōu)點，因此在未來幾十年，立體車庫在我國會起著越來越重要的作用。 目前在國內(nèi)，立體車庫事業(yè)逐漸興起，己經(jīng)建有不少立體車庫，其中我國最大的立體車庫南京正洪商城公共立體停車庫已正式投入運營。它內(nèi)設 208 個車位，轉向、升降、停泊由電腦自動控制，僅需要 57 秒。我 國生產(chǎn)的一些車庫機械裝置尤其在齒輪橫移機構等方面己經(jīng)接近世界先進水平，但是在其他方面，如控制技術以及車庫系統(tǒng)的管理等，離世界先進水平尚有一段差距，很多大型立體車庫的控制系統(tǒng)的硬軟件依靠從國外引進。 本文主要運用 PLC 控制技術設計一個電梯式立體車庫模型 ,可以作為校內(nèi) PLC 控制的實驗器材，培養(yǎng)學生 PLC 運用方面的能力，并且進一步推廣立體車庫的實際可行性。 立體車庫 的應用已有 30 多年的歷史了。發(fā)展較早、較好的有日本、韓國、德國等。在亞洲， 立體車庫 采用較早應用較普遍的是日本、韓國和我國臺灣 省。 日本從事立體車庫及其設備開發(fā)、制造的共有 200 多家，其中生產(chǎn)立體 車庫 的約 100多家，比較大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、東急、內(nèi)外及昭和起重機等，產(chǎn)品既有出口的，也有進口的。 韓國 立體車庫 行業(yè)的發(fā)展歷程比較平穩(wěn)。 20 世紀 70 年代中期為起步階段， 80 年代為引進階段， 90 年代為供應使用階段。由于這幾個階段受到了政府的高度重視，各種 立體車庫 得到了普遍的開發(fā)和利用，年遞增速度達到 30%； 2020 年以來為發(fā)展階段， 立體車庫 將隨供應量不斷的擴大而迅速發(fā)展。 我國在 20 世紀 80 年代初 開始研制和使用 立體車庫 。 80 年代是起步階段， 90 年代以來，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是轎車進入家庭后，停車設備的應用逐步推廣，己經(jīng)形成了新興的停車設備行業(yè)，步入了引進、開發(fā)、制造、使用相結合的初步發(fā)展階段?，F(xiàn)在從事停車設備制造的企業(yè)數(shù)約有 100 家，其中主機生產(chǎn)企業(yè)超過 50 家。首批獲得國家頒發(fā)的立體停車設備制造企業(yè)資質(zhì)的企業(yè)有 22 家。產(chǎn)品經(jīng)引進技術和自 4 我研制開發(fā)，生產(chǎn)技術水平有了很大的提高。 許多設備采用了當前機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機等領域的先進技術，控制型式有按鈕式、 IC 卡式、觸摸屏式、密 碼鑰匙式、遙控式等，有些設備還采用了總線控制技術 ； 傳動裝置采用內(nèi)藏式，以增大停車空間并保護各傳動元件不受污染和腐蝕，提高了設備的耐久性；機構中采用了模塊化設計，這樣便于組合使用，又易于安裝拆卸，且可縮短施工周期 。還采用一些新材料、新工藝，如采用 H 型鋼做鋼梁，組合的鍍鋅板或一體成型的鍍鋅板坐載車板；安全保護方面采用了聲光引導、定位裝置及自動消防滅火系統(tǒng)等。目前品種的滿足率己達 90%左右，有的品種填補了國內(nèi)空白，產(chǎn)品國產(chǎn)化率達到 50%以上。 由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為 1:1，為了解決停車位占地面積與住 戶商用面積的矛盾， 立體車庫 以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。 立體車庫 與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先， 立體車庫 具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù) 40 平方米的面積，而如果采用雙層 立體車庫 ，可使地面的使用率提高 80％ — 90％，如果采用地上多層（ 21 層）立體式車庫的話， 50 平方米的土地面積上便可存放 40 輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。 立體車庫 與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在 車庫內(nèi)或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說， 立體車庫 從管理上可以做到徹底的人車分流。 在 立體車庫 中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。 立體車庫 一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。 5 第二章 方案的選擇 立體車庫方案比較 立體車庫的發(fā)展起始于 1960 年。到目前為止，已經(jīng)發(fā)展出 多種多樣的立體車庫。我們從立體車庫的機械結構大致可以分為 4 類，分別是： 巷道堆垛式 、垂直循環(huán)式、垂直升降式、 升降 橫移 式。 立體車庫方案 (1).升降 橫移 式 升降 橫移 式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。 圖 21 升降 橫移 式立體停車庫 產(chǎn)品特點： 1) 節(jié)省占地，配置靈活，建設周期短。 2) 價格低，消防、外裝修、土建地基等投資少。 3) 可采用自動控制，構造簡單，安全可靠。 4) 存取車迅速，等候時間短。 5) 運行平穩(wěn)，工作噪聲低。 6) 適用于商業(yè)、機關、住宅小區(qū)配套停車場的使用。 安 全裝置：防墜裝置，光電傳感器、限位保護器、急停開關等。 (2).巷道堆垛式 巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。 6 圖 22 巷道堆垛式立體停車庫 (3).垂直循環(huán)式 垂直循環(huán)式塔形立體車庫的主體是垂直回轉鏈式輸送機，車輛停放在呈圓形或長圓形配置的托盤上， 由做垂直循環(huán)運動的鏈條帶動，在平動機構控制下保持車位水平。這種車庫由單一大型電機驅(qū)動，電氣控制系統(tǒng)比較簡單。 圖 23 垂直循環(huán)式立體停車庫 產(chǎn)品特點： 1） 外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。 2） 價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短。 3） 可采用自動控制，運行安全可靠。 （ 4）垂直升降式立體車庫 : 垂直升降式立體車庫像電梯那樣，把車提升到一定高度，再用橫移機構（又稱機械手）把車存入泊位中。這種車庫有幾十米高，每層有 2 個或幾個泊位。按規(guī)模大小，垂直升降式車庫有兩類： 塔形垂直升降式，這 種車庫一般在 28 層以下（韓國現(xiàn)代 30 層）。它要求升降速度快，結構剛度好。一般采用工業(yè)計算機或高檔可編程序邏輯控制器構成其自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)存取車自動控制、自動計費等功能，也可實現(xiàn)無人化操作。其地皮利用率高， 7 但對地基、消防要求高，單車成本高。 多層垂直升降式，這種車庫一般在 5— 10 層。其升降速度可低到 5~20m/min，轎廂系統(tǒng)盡量簡化，結構重量輕，一般不設回轉臺，不要嚴格的外裝修，地基投資少，消防系統(tǒng)簡單。 圖 24 垂直 升降 式立體停車庫 立體車庫方案總結 經(jīng)過分析比 較，采用多層電梯式立體車庫設計方案，結構示意圖如圖 25 所示。 因為垂直升降式立體車庫與 升降 橫移 式立體車庫相比，它的單車位成本甚至比 5 層以下的多層 升降 橫移 式要低，存取時間比多層垂直升降式要少。與同規(guī)格的豎直循環(huán)式相比，結構剛度更好，存取車效率更高，底層存取車室環(huán)境好， 功耗低，噪音小，因而它的發(fā)展前景很好。如圖 25 25 六層垂直升降式立體車庫實驗裝置示意圖 結構設計由本組成員單俊宜同學完成 8 控制策略方案比較 控制策略方案 車庫運行的控制策略直接影響到整個 車庫的存取車時間、設備損耗和能耗。車庫運行有 4 種控制策略。 一、存車優(yōu)先策略 當電梯完成存取操作后回到基層，有且僅有 1 塊托車板在電梯上，以供下輛輛車可立即開進電梯，無需等待。 二、取車優(yōu)先策略 當電梯完成存取操作后回到基層，電梯上沒有托車板，有利于取車者快速取車。 三、存車優(yōu)先和取車優(yōu)先組合控制策略 當車庫的存車數(shù)量達到一定限度后，自動實現(xiàn)存車優(yōu)先或取車優(yōu)先的轉換。在組合策略中，存車優(yōu)先和取車優(yōu)先的轉換原則如下： in 為存車優(yōu)先下限， Out 為取車優(yōu)先上限， in 和 Out 皆表示車庫中存車數(shù)量（ in＜＝ Out）。若當前控制策略是存車優(yōu)先，則車庫中存車數(shù)量從小于 Out 變化到大于 Out 時，控制策略由存車優(yōu)先轉換為取車優(yōu)先。若當前策略為取車優(yōu)先，則車庫中存車數(shù)量從大于 in 轉 變到小于 in 時，控制策略從取車優(yōu)先轉換為存車優(yōu)先。通過對參數(shù) in 和 Out 的合理選擇，便可實現(xiàn)存車優(yōu)先和取車優(yōu)先的轉換，以適應存取車高峰。 四、原地待命策略 當電梯完成 1 次存取車操作后，停在原地等待下次操作。 控制策略 方案總結 : 首先，從經(jīng)營者的角度來看，存車優(yōu)先無需讓停車顧客等待，可以避免了新顧客的不耐煩心理，更有利于車庫的推廣。 其次，從能耗方面來看，存車優(yōu)先的能耗要小于取車優(yōu)先和組合策略，原地待命策略的能耗最低。原因是在存車優(yōu)先模式中，顧客取完車以后，可以直接進入存車優(yōu)先模式，所以其前期準備的能耗要遠遠小于取車優(yōu)先。而組合策略是停車優(yōu)先和取車優(yōu)先的組合，所以其能耗居于兩者之間。由于原地待命策略不必作前期準備工作，所以能耗最低。 最后，本設計采用的是存車優(yōu)先控制策略，原因是存車優(yōu)先無論從經(jīng)營者角度還是從能耗角度，都表現(xiàn)不錯。 9 第三章 控制系統(tǒng)