【正文】 he simulation experiments show that the control performance of the designed parking controller has reached the design requirements of the task book. Key words： Stereo garage parking controller PLC 3 引言 隨著我國城市經(jīng)濟和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車的家庭越來越多，而與此相對應(yīng)的是城市停車狀況的尷尬。停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動態(tài)交通（車輛行駛狀態(tài)）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，城市里就會出現(xiàn)停車難的一系列問題 , 發(fā)展立體停車已成為人們的共識。機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施，是解決城市停車難最有效的手段。 機械車庫與傳統(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，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高 80％— 90％，如果采用地上多層（如 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)或車不停準位置，由電子控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流，明顯提高車庫的管理水平。 本課題采用的車庫為一種垂直提升降方式，設(shè)計出多層升降橫移式汽車泊位控制系統(tǒng) (本車庫為 9層 )，可存車 9輛。采用多層停放的立體車庫使占地面積小，是中小型車庫的一種典型機電一體化產(chǎn)品，由于占地面積小且動作靈活、易操作、造價低，因此是公司、大酒店、大商場、辦公樓、 居民住宅區(qū)及單位在建造立體停車庫時的理想選擇 .能充分利用立體空間，較好地解決停車難的現(xiàn)狀，為了適應(yīng)生活的快節(jié)奏，減少立體車庫的車輛存放時間，立體車庫采用高度自動化新穎的機械模塊試多層立體車庫的 PLC控制解決方法，對立體車庫進行科學(xué)管理和操作簡單。 4 1 控制方案選擇 國內(nèi)現(xiàn)有控制方案簡介 我國機械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從 80 年代中期開始， 90 年代開始引進和生產(chǎn)停車設(shè)備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等國標準制定的我國行業(yè)標準也于近幾年出臺，目前停車設(shè)備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾 百家，生產(chǎn)各種類型的停車設(shè)備，有些停車設(shè)備已開始出口。圖 11 所示是一種機械式立體車庫。機械式立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機械停車設(shè)備，其規(guī)劃建設(shè)涉及到區(qū)域整體景觀、交通疏導(dǎo)、建筑結(jié)構(gòu)、供電照明、通訊監(jiān)視、通風(fēng)排水、環(huán)境保護、安全消防、收費管理等各學(xué)科領(lǐng)域，就停車設(shè)備本身而言，其機械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已形成了停車設(shè)備獨有的技術(shù)特征，需要多學(xué)科、多專業(yè)的復(fù)合型人才積極參與，把國外停車技術(shù)和各領(lǐng)域的成熟技術(shù)移植到我國停車產(chǎn)業(yè)，開發(fā)出安全、經(jīng)濟、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)外市場的需求。 圖 11 升降橫移式立體車庫實物圖 系統(tǒng)控制方案的構(gòu)成 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)品進行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)合造價、技術(shù)難度以及用戶需求等各個方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降 5 橫移式立體車庫形式比較多，規(guī)?？纱罂尚?，而且對場地的適應(yīng)性較強，同時采用這類設(shè)備的車庫十分普遍。因此，確定升降橫移式立體車庫作為本控制器的控制對象。 2 立體車庫 的結(jié)構(gòu)與工作原理 立體車庫的結(jié)構(gòu) 圖 21 十層升 降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)圖 升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設(shè)備。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動完成地面層和車庫層之間輸送。存車時，駕駛員只要將汽車開進電梯房，操作對應(yīng)存車位的按鈕，即可自動完成存車過程；取車時，只要操作所取車位的按鈕，系統(tǒng)自動將汽車送到電梯的一層，駕駛員進入電梯將汽車開走，完成取車過程。停泊在一層車位（地面層）的車只作橫移，不必升降。 本立體車庫控制器負責(zé) 10層單列式車位的存取控制。該立體車庫主要由結(jié)構(gòu)框架 6 部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組成，如圖 21所示。其中的控制系統(tǒng)就是本課程所要完成設(shè)計的任務(wù)。 立體車庫的工作原理 存車控制過程 本立體車庫停車控制器是為 10 層 10 車位的車庫控制管理而設(shè)計的，每層均有 1車位，如圖 22 所示。該車庫的結(jié)構(gòu)采用垂直提升和水平平移式結(jié)構(gòu)。垂直提升部分（ 吊籠 ）的結(jié)構(gòu) 采用卷筒、滑輪和鋼絲繩進行升降。整個結(jié)構(gòu)包括橫移電機和升降電機、鋼絲繩、停車位框架、搬運器和橫移導(dǎo)軌等組成。 圖 22 存車操作 示意圖 該車庫采用車主自行 選位，利用橫移機構(gòu)和升降裝置傳送汽車到指定樓層，車庫通過外部控制按鈕操作來識別車位號。 假如車庫 4 號停車位是空位，現(xiàn)要把車放到 4號停車位上， 車主在存車處操作 4 號車位按鈕，再操作存車按鈕即可， 提升機的吊籠升至 4 層 （如圖 22 所示第①步），將車位板取出（如圖 22 所示第④步），吊籠下降到一層（如圖 22 所示第⑤步），打開車庫門后，車主將汽車開進吊籠，吊籠上升到四層，然后由橫移系統(tǒng)將托盤推入車位（如圖 22 所示第②③步），吊籠回到一層。至此， 存車步驟完成。數(shù)據(jù)庫立即按當(dāng)前車庫的車位占用情況予以刷新。同樣另幾層 7 的存車 過程也相同。 取車過程也類似，先操作取車位號和取車按鈕，提升機的吊籠升至需操作的樓層，然后由 橫移 系統(tǒng)將車輛從車位中取出，然后吊籠下降到底層，等司機將汽車開走后，吊籠再把車位板送回原位完成取車過程。 各組成部分的作用 （ 1）上載車板及其提升系統(tǒng) (吊籠垂直移動 ) 每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。電機順時針旋轉(zhuǎn)時，載車板上升，電機逆時針旋轉(zhuǎn)時，載車板下降。根據(jù)載車板及車重確定鏈條所需的傳動力。根據(jù)傳動力及載車板的移動速度確定電機功率。根據(jù)車身高度確定上下載車板間的距離，根據(jù)這 個距離確定鏈條的長度，最后根據(jù)傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。 （ 2）下載車板及其橫移系統(tǒng)（載車板水平移動） 由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。每塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速傳動系統(tǒng)，藏于載車板內(nèi)。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導(dǎo)軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅(qū)動長傳動軸運轉(zhuǎn)，長傳動軸上的主動鋼輪在導(dǎo)軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據(jù)載車板及車輛的重量、載車板行走速度、滾輪與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)確 定橫移電機的驅(qū)動功率。 （ 3）安全裝置 上載車板上裝有上下行程極限開關(guān)和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側(cè)相應(yīng)位置處各裝兩只耳環(huán)，當(dāng)上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安全裝置主要是行程極限開關(guān)和防碰撞板。行程極限開關(guān)的作用是使載車板橫移到位后自動停止。 （ 4）控制系統(tǒng) 升降橫移式立體停車設(shè)備的控制系統(tǒng)采用 PLC控制，主要控制從底層（一層）到第 10層升降電機的正反轉(zhuǎn)、橫移電機和開關(guān)門電機的正反轉(zhuǎn)。 8 3 硬件電路設(shè)計 主電路設(shè)計 立體車庫控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要由提升機構(gòu)、水平移動裝置和開關(guān)門裝置組成。提升機構(gòu)由錐型電動機 M減速箱、鋼絲卷銅等組成。提升電動機 M1 通過減速箱拖動鋼絲卷筒，電動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，拖動卷筒，可以使吊在鋼絲繩上的吊籠上升或下降，實現(xiàn)吊籠提升和下放移動。水平移動裝置由電動機 M減速箱、導(dǎo)輪和“工”字梁等組成。 平移電動機 M2，經(jīng) 過圓柱型減速箱拖動導(dǎo)輪，平移電動機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，借助導(dǎo)輪，下載車板可以在工字梁上來回移動，用機械撞塊限制前后兩個方向的移動行程。開關(guān)門控制電機 M3，實現(xiàn)吊籠門的自動打開與自動關(guān)閉控制。 圖 31 立體車庫控制器的主電路圖 立體車庫的電氣控制主電路如圖 31 所示。其控制過程如下： （ 1）提升和下放控制 當(dāng) PLC 控制使 KM1 吸合時， KM1 主觸頭閉合，電磁制動器 YB 得電松閘，讓提升電動機 M1 轉(zhuǎn)動將上載車板提升。當(dāng) PLC 控制使 KM1 釋放時， KM1 所有觸頭都斷開， YB失電依靠彈簧的推力使制動器抱閘，使電動機 M1 和 卷筒不能再轉(zhuǎn)動。 要下放上載車板時， PLC 控制使 KM2 得電吸合，其主觸頭閉合， YB得電松閘，電動機 M1 反轉(zhuǎn)下放汽車。到達第 1 層時，壓合 SQ1， PLC 控制使 KM2 斷電釋放，主觸頭 9 斷開， YB 失電抱閘。 SQ2～ SQ10 分別對應(yīng)第 2 層 ～ 第 10 層的位置開關(guān)，當(dāng)提升到目標位置時，會使 KM1失電， YB 抱閘，電動機 M1 停止。 （ 2）水平移動控制 M2 為水平移動電動機，用來水平移動搬運車輛，由 KM KM4 進行正反轉(zhuǎn)控制。 當(dāng) KM3 得電吸合，電動機 M2 正轉(zhuǎn)，下載板沿工字梁向前作水平移動。第 1 層 ～第10 層的 汽車在車庫里的到 位開關(guān)分別為 SQ11～ SQ20。汽車停好后，會壓合目標車庫的位置開關(guān)，使 KM3 釋放，電動機 M2 停止，下載板停止向前移動。 當(dāng) PLC 控制使 KM4 得電吸合時，電動機 M2 反轉(zhuǎn)，下載板向后作水平移動，當(dāng)汽車移出車庫完全進入電梯后，壓合位置開關(guān) SQ0，電動機 M2 停止，下載板停止移動。 （ 3）開關(guān)門控制 KM5 得電閉合， M3 正轉(zhuǎn)關(guān)門； KM6 得電閉合， M3 反轉(zhuǎn)開門。 PLC 選型和接口電路設(shè)計 PLC 選型 根據(jù)控制要求，輸入 PLC 的信號有：第 1 層 ～ 第 10 層吊籠位置開關(guān)信號 10 個 ，第 1 層 ～ 第 10 層車 庫汽車到位開關(guān)信號 10 個 ，吊籠上載板到位開關(guān)信號 1 個 ，第 1層 ～ 第 10 層目標位置操作信號 10個 ，存車指令信號 1 個 ，取車指令信號 1 個 ，關(guān)門指令信號 1 個，電梯關(guān)門到位信號 1 個，電梯開門到位信號 1 個，共有 36 個輸入信號。從 PLC 輸出的控制信號有： 第 1 層 ～ 第 10 層車庫有車指示信號 10 個 ，第 1 層 ～ 第10 層操作目標指示信號 10 個 ，電梯上升指示信號 1 個 ，電梯下降指示信號 1 個 ， 3臺電機正反轉(zhuǎn)控制信號 6 個 ，共有 28 個輸出信號?？紤]到系統(tǒng)控制功能的擴展需要，輸入輸出點均留有一點的冗余度，綜合各種因素在此選用主機為 CPM2A60CDRA 和 8點繼電器輸出模塊 CPM1A8ER。 PLC 接口電路設(shè)計 根據(jù) PLC 的輸入、輸出信號的數(shù)量及特點，進行 I/O 地址分配，見表 31。 表 31 I/O 地址分配表 輸 入 輸 出