【正文】 16 倍。而與此相對應(yīng)的是城市停車狀況的尷尬。以北京市為例，截止 2021 年底，市區(qū)僅有公共停車場 828 處，共計(jì)車位 萬個(gè)，僅占市區(qū)機(jī)動(dòng)車擁有量的 ％，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法 樂觀，僅有的 229 個(gè)地下車庫使用面積不足 60萬平方米，只能滿足 萬輛機(jī)動(dòng)車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達(dá)64％，而且還有繼續(xù)上升之勢。 停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通問題，靜態(tài)交通是相對于動(dòng)態(tài)交通而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會(huì)出現(xiàn)停車難的一系列問題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機(jī)動(dòng)車輛平均增長速度在 15%~20%，而同時(shí)期城市停車基礎(chǔ) 設(shè)施的平均增長速度只有2%3%，特別是大城市的機(jī)動(dòng)車擁有量的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過停車基礎(chǔ)設(shè)施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。 專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停車場利用效率，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機(jī)動(dòng)車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設(shè)地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內(nèi)彌補(bǔ)不足，政府和管理部門所需投入得精力和資 金都不小。 本題設(shè)計(jì)的目的及意義 作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患已成為當(dāng)今快節(jié)奏社會(huì)中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識(shí)。目前我國經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展時(shí)期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進(jìn)入家庭的步伐正在加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機(jī)械式立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設(shè)置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實(shí)施，是解決城市停車難最有效的手段，機(jī)械車庫與傳統(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，機(jī)械車庫具有突出的節(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，而如果采用雙層機(jī)械車庫，可使地面的使用率提高 80％ ~90％，如果 2 采用地上 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。 機(jī)械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(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機(jī)械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中采用機(jī)械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地 下車庫低得多。機(jī)械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)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(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)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。當(dāng)以往的路邊、人行道上停車、地下或地面停車場均解決不了上述問題時(shí)，采用機(jī)械式立體停車設(shè)備是一個(gè)非常有效的措施。機(jī)械式立體停車設(shè)備又名立體車庫，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，立體車庫的設(shè)計(jì)目的：是解決城市用地緊張，緩解停車難的一個(gè)有效手段?？梢灶A(yù)見立體車庫具有非常廣闊的市場前景。 立體車庫在國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 早在 50 多年前，立體停車就在國外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對家庭使用的雙層停車設(shè)備；利用住宅空地建起 24 層升降橫移停車設(shè)備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔；利用廣場、建筑物下面的空間建設(shè)地下車庫。自 70 年代末起，世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車逐漸普及，擁有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū)和一些發(fā)達(dá)國家積極開展了機(jī)械式停車技術(shù)的研究開發(fā)和制造應(yīng)用。以日本、美國、德國等為代表的發(fā)達(dá)國家在停車技術(shù)領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先水平，韓國和我國的港、澳、臺(tái)地區(qū)的停車業(yè)也通過引 進(jìn)移植制造，得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了本地區(qū)的停車難，并開始向外輸出技術(shù)和出口產(chǎn)品。 目前世界停車產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術(shù)幾乎包含了當(dāng)今機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的所有成熟先進(jìn)技術(shù)。機(jī)械方面，應(yīng)用了許多新材料、新工藝。設(shè)備結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼結(jié)構(gòu)選用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，既提高了設(shè)備的強(qiáng)度和剛度，又使設(shè)備輕巧美觀，載車板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強(qiáng)韌、耐用。控制技術(shù)方面，廣泛采用可編程序控制器和矢量變頻變壓調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)，使運(yùn)行高速平穩(wěn)，節(jié)省 電力，振動(dòng)和噪音也趨于最小?？刂菩问接?，按鈕式、鎖匙式、 IC 卡式、鍵盤式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光柵顯示屏、光電管、機(jī)械式行程開關(guān)、磁性接近開關(guān)、光敏感應(yīng)開關(guān)等，安全保護(hù)裝置日臻完善，如汽車出入聲光引導(dǎo)和定位、汽車尺寸和重量自動(dòng)識(shí)別、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖、停車泊位自動(dòng)跟蹤、鏈條和鋼絲繩長度超范圍報(bào)警和彈性變形自動(dòng)補(bǔ)償、汽車圖象攝影對比安全檢測、自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)等。 在我國的停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；多數(shù)產(chǎn)品是仿 3 效或引進(jìn)國外技術(shù)制造，技術(shù)水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè) ，生產(chǎn)能力不足；市場競爭無序，個(gè)別企業(yè)為搶占市場，采取低價(jià)競爭；缺少科研設(shè)計(jì)單位的參與，技術(shù)創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足；政策不配套，對停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和管理嚴(yán)重滯后等。解決上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術(shù)多方面做出努力。政策方面應(yīng)參照發(fā)達(dá)國家的有關(guān)政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專用和公共停車位的合理數(shù)量，實(shí)現(xiàn)投資主體多元化，確定車庫的管理屬性和停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，給予投資和經(jīng)營者相應(yīng)的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場方面應(yīng)建立車庫市場運(yùn)行機(jī)制，利用價(jià)格杠桿調(diào)高占路停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，逐步消除“路滿庫空”現(xiàn)象。鼓勵(lì)按市場規(guī)則經(jīng)營車庫，并實(shí)施 政府監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。 本題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容是基于三菱 FX2N 系列 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，升降橫移類停車庫利用托盤移位產(chǎn)生垂直通道 ,實(shí)現(xiàn)高層車位升降存取車輛。由于受收鏈裝置及存取車時(shí)間的限制 ,一般為 2~4 層 (國家規(guī)定最高為 4 層 ),2 層、 3 層者居多 ,現(xiàn)以典型常見的地上 3 3 升降橫移式為例 ,說明停車庫的運(yùn)行原理。 立體車庫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 :最底層只能平移 ,最頂層只能升降，中間層既可升降也可平移。除頂層外 ,底層都必須預(yù)留一個(gè)空車位 ,供進(jìn)出車升降之用。當(dāng)?shù)讓榆囄贿M(jìn)出車時(shí) ,無需 移動(dòng)其他托盤就可直接進(jìn)出車；頂層進(jìn)出車時(shí) ,先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空 ,不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理 ,直到下方為空才可執(zhí)行下降動(dòng)作 ,進(jìn)出車完成后再上升回到原位置。 2 系統(tǒng)方案的設(shè)定 方案論證 隨著我國城市經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多。所以順應(yīng)時(shí)下的現(xiàn)狀立體車庫迅速發(fā)展起來，其設(shè)計(jì)也在不斷的趨向于完善化，本車庫模型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有很多不同的方法。我們對車庫模型控制作了兩種設(shè)計(jì)方案，并對其進(jìn)行了研究和討論 方案一：基于單片機(jī)的立體車庫模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用單片機(jī)作為主控制器 來控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)所要設(shè)計(jì)的控制電路較多，較為復(fù)雜。 （ 1）單片機(jī)抗干擾能力比較弱，所以對現(xiàn)場工作環(huán)境要求很苛刻。 （ 2）單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調(diào)試耗時(shí)比較多。 （ 3）單片機(jī)自身就是弱電驅(qū)動(dòng)，但是對于停車庫運(yùn)行系統(tǒng)來說，執(zhí)行部件是電機(jī)，屬強(qiáng)電系統(tǒng)，這就需要由弱電驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電，隨著驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)的增加，系統(tǒng)的可靠性就會(huì)下降。 （ 4）單片機(jī)控制系統(tǒng)，其控制程序基本上是匯編語言，匯編語言雖然功能比較強(qiáng)大，但是程序編制工作量比較大。 4 因此，單片機(jī)在升降橫移 式立體停車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)在還不成熟，只是停車庫系統(tǒng)研究開發(fā)的一個(gè)方向。 方案二：基于 PLC 立體車庫模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它具有很多其他設(shè)計(jì)方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：可編程控制器輸入 /輸出端口均采用繼電器和光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 （ 2）通用性好： 由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有 CPU 模塊、電源模塊、 PID 模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很 好的適用性 。 （ 3）使用方便、靈活：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入 /輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。 （ 4）具有順序、周期性的工作特征。 （ 5）體積小：由于在制造時(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實(shí)現(xiàn)了小型化。 綜上所述：我們選擇方案二，即 PLC 作為設(shè)計(jì)中的主控制系統(tǒng)，能夠更好的滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。 自動(dòng)化立體車庫常見形式 目前，立體車庫主要有以下幾種 形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等。在對國內(nèi)外各種同類產(chǎn)品進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)合造價(jià)、技術(shù)難度以及市場需求等各個(gè)方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚。覍龅氐倪m應(yīng)性較強(qiáng)，采用這類設(shè)備的車庫十分普遍。因此，最終確定研究對象為升降橫移式立體車庫。 升降橫移式立體庫控制系統(tǒng)整體方案 5 升降橫移式立體停車庫是一種比較典型的跨學(xué)科機(jī)電一體化產(chǎn)品，集機(jī)械、電子、信息和電氣技術(shù)于一體。升降橫移式立體停車庫的控制系統(tǒng)是整個(gè) 車庫系統(tǒng)的核心組成部分。如果說執(zhí)行機(jī)構(gòu)是“四肢”，框架是“區(qū)體”，那么控制系統(tǒng)就是“大腦”。它指導(dǎo)著車庫的每個(gè)運(yùn)作過程，并對整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)控。 圖 1 立體車庫系統(tǒng)控制整體框圖 升降橫移式立體停車庫的系統(tǒng)控制原理 :操作者 (人 )要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(tái) (界面 )把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)經(jīng)系統(tǒng)處理后，然后系統(tǒng)把可識(shí)別的控制信息通過控制設(shè)備（ PLC）來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，進(jìn)而完成車庫現(xiàn)場的運(yùn)作。同時(shí)該動(dòng)作的信息通過檢測裝置傳送到檢測系統(tǒng)，經(jīng)處理后反饋到控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面，這樣操作者就可以直觀的看到車庫 現(xiàn)場的運(yùn)行實(shí)況了，由此 可以使車庫更安全的運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)控制原理框圖，如圖 1 所示。 3 立體車庫機(jī)械部分設(shè)計(jì) 立體車庫的基本結(jié)構(gòu) 升降橫移式立體車庫的工作原理 控 制 系 統(tǒng)操 作 者操 作 界 面車 庫 現(xiàn) 場檢 測 系 統(tǒng)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 檢 測 裝 置 6 升降橫移式立體車庫每個(gè)車位都有載車板，車輛停在載車板上，最下層的載車板只做左右橫移，不能升降，中間層車位可以左右橫移和升降，上層車位只能升降，不能橫移，若中間層車位需要存取車，則需下層車位移出空位，才能降至底層，上層車位需要存取車，則需要中間層車位和下層車位移出空位方能下降至底層。存車時(shí)，當(dāng)載車板到位后，駕駛員將車開 上載車板后下車離開，中間層和上層載車板升至所在層位；取車時(shí)，下層車位直接開出，上層和中間層則是載車板降至底層后，等駕駛員進(jìn)入車庫開走汽車后，載車板回至所在層位。下圖為一個(gè)地上 3 3 型七車位的升降橫移式立體車庫，其工作原理是 :上層載車板可以做升降運(yùn)動(dòng)，中間層載車板可以做升降運(yùn)動(dòng)和橫移運(yùn)動(dòng)，下層載車板只能做橫移運(yùn)動(dòng)。通過中間層和下層的空位，利用載車板橫移變換空位，將汽車停到上層或降至下層，第一層的汽車可直接開進(jìn)和開出，無需變換位置。 圖 2 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖 如圖 2 所示 ： 1 、 2 號(hào)車位可以直接存取車輛； 7 號(hào)車位需下降后再存取車輛； 3 號(hào)車位，則需先將 1 號(hào)和 2 號(hào)載車板右移，再將 3 號(hào)載車板下降后才能存取車輛； 4號(hào)車位，則需先將 2 號(hào)載車板右移，再將 4 號(hào)載車板下降后才能存取車輛； 5 號(hào)車位需要先將 4 號(hào)四個(gè)載車板右移，再將 5 號(hào)載車板下降后才能存取車輛； 6 號(hào)車位則需要先將 4 號(hào)載車板右移，再將 6 號(hào)載車板下降后才能存取車輛。 升降橫移式立體車庫對場地的適應(yīng)性很強(qiáng)，所以可根據(jù)不同的地形和空間進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)建，規(guī)?？纱罂尚?，對場地的要求比較低，因此應(yīng)用非常廣泛。 立體車庫主要機(jī)械構(gòu)件及其功能 3 3 型升降橫移式立體車庫，其主要有六大部分組成，分別是：結(jié)構(gòu)框架部分，載車板部分，橫移系統(tǒng)，升降系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，安全防護(hù)系統(tǒng)。 5 6 73 41 23 X 3 型 升 降 橫 移 式 立 體 車 庫 7 1．框架 立體車庫一般主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土為主，在本文中，選擇用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)工廠制造，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度高，質(zhì)量易于保證，是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu)。構(gòu)件制造完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場拼裝成結(jié)構(gòu)。拼裝可采用安裝方便的螺栓連接，有時(shí)還可在地面拼裝成較大的單元，再進(jìn)行吊裝。施工工期短，可盡 快發(fā)揮投資的經(jīng)濟(jì)效益。由于鋼結(jié)構(gòu)具有連接的特性，故易于加固、改建和拆遷。 2．一層載車板橫移傳動(dòng)系統(tǒng) 第一層車位設(shè)置在地面上，汽車的存取可以直接在對應(yīng)的位置進(jìn)行，車輛駛上載車板后，只能實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)的方式。 傳動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪，使鏈條帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪從而帶動(dòng)主軸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)行走輪帶動(dòng)載車板在導(dǎo)軌上做橫