【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(guó)城市經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車(chē)的家庭越來(lái)越多，而與此相對(duì)應(yīng)的是城市停車(chē)狀況的尷尬。停車(chē)問(wèn)題是城市在發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車(chē)輛停放狀態(tài)）問(wèn)題，靜態(tài)交通是相對(duì)于動(dòng)態(tài)交通（車(chē)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(chē)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(chē)輛的不斷增加，對(duì)停車(chē)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(chē)難的一系列問(wèn)題 , 發(fā)展立體停車(chē)已成為人們的共識(shí)。機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)既可以大面積使用，也可以見(jiàn)縫插針設(shè)置，還能與地面停車(chē)場(chǎng)、地下車(chē)庫(kù)和停車(chē)樓組合實(shí)施，是解決城市停車(chē)難最有效的手段。 機(jī)械車(chē)庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車(chē)庫(kù)相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車(chē)庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的地下車(chē)庫(kù)由于要留出足夠的行車(chē)通道，平均一輛車(chē)就要占據(jù) 40 平方米的面積，而如果采用雙層機(jī)械車(chē)庫(kù)，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(chē)庫(kù)的話， 50 平方米的土地面積上便可存放 40 輛車(chē)，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開(kāi)發(fā)成本。 機(jī)械車(chē)庫(kù)與地下車(chē)庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車(chē)輛的安全，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)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(shuō)，機(jī)械車(chē)庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車(chē)分流，明顯提高車(chē)庫(kù)的管理水平。 本課題采用的車(chē)庫(kù)為一種垂直提升降方式，設(shè)計(jì)出多層升降橫移式汽車(chē)泊位控制系統(tǒng) (本車(chē)庫(kù)為 9層 )，可存車(chē) 9輛。采用多層停放的立體車(chē)庫(kù)使占地面積小，是中小型車(chē)庫(kù)的一種典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，由于占地面積小且動(dòng)作靈活、易操作、造價(jià)低，因此是公司、大酒店、大商場(chǎng)、辦公樓、 居民住宅區(qū)及單位在建造立體停車(chē)庫(kù)時(shí)的理想選擇 .能充分利用立體空間，較好地解決停車(chē)難的現(xiàn)狀，為了適應(yīng)生活的快節(jié)奏，減少立體車(chē)庫(kù)的車(chē)輛存放時(shí)間，立體車(chē)庫(kù)采用高度自動(dòng)化新穎的機(jī)械模塊試多層立體車(chē)庫(kù)的 PLC控制解決方法，對(duì)立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行科學(xué)管理和操作簡(jiǎn)單。 4 1 控制方案選擇 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有控制方案簡(jiǎn)介 我國(guó)機(jī)械式車(chē)庫(kù)的早期研究開(kāi)發(fā)工作是從 80 年代中期開(kāi)始， 90 年代開(kāi)始引進(jìn)和生產(chǎn)停車(chē)設(shè)備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制定的我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也于近幾年出臺(tái)，目前停車(chē)設(shè)備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾 百家，生產(chǎn)各種類(lèi)型的停車(chē)設(shè)備，有些停車(chē)設(shè)備已開(kāi)始出口。圖 11 所示是一種機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)。機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機(jī)械停車(chē)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(hù)、安全消防、收費(fèi)管理等各學(xué)科領(lǐng)域，就停車(chē)設(shè)備本身而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已形成了停車(chē)設(shè)備獨(dú)有的技術(shù)特征，需要多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)的復(fù)合型人才積極參與，把國(guó)外停車(chē)技術(shù)和各領(lǐng)域的成熟技術(shù)移植到我國(guó)停車(chē)產(chǎn)業(yè)，開(kāi)發(fā)出安全、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求。 圖 11 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)實(shí)物圖 系統(tǒng)控制方案的構(gòu)成 目前，立體車(chē)庫(kù)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(duì)國(guó)內(nèi)外各種同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)合造價(jià)、技術(shù)難度以及用戶(hù)需求等各個(gè)方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降 5 橫移式立體車(chē)庫(kù)形式比較多，規(guī)?？纱罂尚。覍?duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，同時(shí)采用這類(lèi)設(shè)備的車(chē)庫(kù)十分普遍。因此，確定升降橫移式立體車(chē)庫(kù)作為本控制器的控制對(duì)象。 2 立體車(chē)庫(kù) 的結(jié)構(gòu)與工作原理 立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu) 圖 21 十層升 降橫移式立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)是指利用載車(chē)板的升降或橫向平移存取停放車(chē)輛的機(jī)械式停車(chē)設(shè)備。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)每個(gè)車(chē)位均有載車(chē)板，所需存取車(chē)輛的載車(chē)板通過(guò)升、降、橫移運(yùn)動(dòng)完成地面層和車(chē)庫(kù)層之間輸送。存車(chē)時(shí)，駕駛員只要將汽車(chē)開(kāi)進(jìn)電梯房，操作對(duì)應(yīng)存車(chē)位的按鈕，即可自動(dòng)完成存車(chē)過(guò)程；取車(chē)時(shí)，只要操作所取車(chē)位的按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)將汽車(chē)送到電梯的一層，駕駛員進(jìn)入電梯將汽車(chē)開(kāi)走，完成取車(chē)過(guò)程。停泊在一層車(chē)位（地面層）的車(chē)只作橫移，不必升降。 本立體車(chē)庫(kù)控制器負(fù)責(zé) 10層單列式車(chē)位的存取控制。該立體車(chē)庫(kù)主要由結(jié)構(gòu)框架 6 部分、載車(chē)板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)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(jì)的任務(wù)。 立體車(chē)庫(kù)的工作原理 存車(chē)控制過(guò)程 本立體車(chē)庫(kù)停車(chē)控制器是為 10 層 10 車(chē)位的車(chē)庫(kù)控制管理而設(shè)計(jì)的，每層均有 1車(chē)位，如圖 22 所示。該車(chē)庫(kù)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(jìn)行升降。整個(gè)結(jié)構(gòu)包括橫移電機(jī)和升降電機(jī)、鋼絲繩、停車(chē)位框架、搬運(yùn)器和橫移導(dǎo)軌等組成。 圖 22 存車(chē)操作 示意圖 該車(chē)庫(kù)采用車(chē)主自行 選位，利用橫移機(jī)構(gòu)和升降裝置傳送汽車(chē)到指定樓層，車(chē)庫(kù)通過(guò)外部控制按鈕操作來(lái)識(shí)別車(chē)位號(hào)。 假如車(chē)庫(kù) 4 號(hào)停車(chē)位是空位，現(xiàn)要把車(chē)放到 4號(hào)停車(chē)位上， 車(chē)主在存車(chē)處操作 4 號(hào)車(chē)位按鈕，再操作存車(chē)按鈕即可， 提升機(jī)的吊籠升至 4 層 （如圖 22 所示第①步），將車(chē)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(kāi)車(chē)庫(kù)門(mén)后，車(chē)主將汽車(chē)開(kāi)進(jìn)吊籠，吊籠上升到四層，然后由橫移系統(tǒng)將托盤(pán)推入車(chē)位（如圖 22 所示第②③步），吊籠回到一層。至此， 存車(chē)步驟完成。數(shù)據(jù)庫(kù)立即按當(dāng)前車(chē)庫(kù)的車(chē)位占用情況予以刷新。同樣另幾層 7 的存車(chē) 過(guò)程也相同。 取車(chē)過(guò)程也類(lèi)似，先操作取車(chē)位號(hào)和取車(chē)按鈕，提升機(jī)的吊籠升至需操作的樓層，然后由 橫移 系統(tǒng)將車(chē)輛從車(chē)位中取出，然后吊籠下降到底層，等司機(jī)將汽車(chē)開(kāi)走后，吊籠再把車(chē)位板送回原位完成取車(chē)過(guò)程。 各組成部分的作用 （ 1）上載車(chē)板及其提升系統(tǒng) (吊籠垂直移動(dòng) ) 每塊上載車(chē)板都配有一套獨(dú)立的電機(jī)減速與鏈傳動(dòng)組合的傳動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，載車(chē)板上升，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，載車(chē)板下降。根據(jù)載車(chē)板及車(chē)重確定鏈條所需的傳動(dòng)力。根據(jù)傳動(dòng)力及載車(chē)板的移動(dòng)速度確定電機(jī)功率。根據(jù)車(chē)身高度確定上下載車(chē)板間的距離，根據(jù)這 個(gè)距離確定鏈條的長(zhǎng)度，最后根據(jù)傳動(dòng)力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。 （ 2）下載車(chē)板及其橫移系統(tǒng)（載車(chē)板水平移動(dòng)） 由于下載車(chē)板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車(chē)板比上載車(chē)板要短。每塊下載車(chē)板后部都配有一套獨(dú)立的電機(jī)減速傳動(dòng)系統(tǒng)，藏于載車(chē)板內(nèi)。在下載車(chē)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(dòng)輪，裝于長(zhǎng)傳動(dòng)軸兩端，另兩只為獨(dú)立安裝的從動(dòng)輪。電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，長(zhǎng)傳動(dòng)軸上的主動(dòng)鋼輪在導(dǎo)軌上滾動(dòng)行走從而使下載車(chē)板作橫向平移運(yùn)動(dòng)。根據(jù)載車(chē)板及車(chē)輛的重量、載車(chē)板行走速度、滾輪與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)確 定橫移電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。 （ 3）安全裝置 上載車(chē)板上裝有上下行程極限開(kāi)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(chē)板上停位之間，在縱梁兩測(cè)各裝兩只掛鉤，上載車(chē)板兩側(cè)相應(yīng)位置處各裝兩只耳環(huán)，當(dāng)上載車(chē)板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動(dòng)套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機(jī)常閉制動(dòng)器慢釋放后，上載車(chē)板在汽車(chē)和載車(chē)板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車(chē)。另外也防止制動(dòng)器一旦失靈，上載車(chē)板從上停車(chē)位墜落，砸壞下層汽車(chē)。下載車(chē)板的安全裝置主要是行程極限開(kāi)關(guān)和防碰撞板。行程極限開(kāi)關(guān)的作用是使載車(chē)板橫移到位后自動(dòng)停止。 （ 4）控制系統(tǒng) 升降橫移式立體停車(chē)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(jī)的正反轉(zhuǎn)、橫移電機(jī)和開(kāi)關(guān)門(mén)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 8 3 硬件電路設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由提升機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)裝置和開(kāi)關(guān)門(mén)裝置組成。提升機(jī)構(gòu)由錐型電動(dòng)機(jī) M減速箱、鋼絲卷銅等組成。提升電動(dòng)機(jī) M1 通過(guò)減速箱拖動(dòng)鋼絲卷筒，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，拖動(dòng)卷筒，可以使吊在鋼絲繩上的吊籠上升或下降，實(shí)現(xiàn)吊籠提升和下放移動(dòng)。水平移動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī) M減速箱、導(dǎo)輪和“工”字梁等組成。 平移電動(dòng)機(jī) M2，經(jīng) 過(guò)圓柱型減速箱拖動(dòng)導(dǎo)輪，平移電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，借助導(dǎo)輪，下載車(chē)板可以在工字梁上來(lái)回移動(dòng)，用機(jī)械撞塊限制前后兩個(gè)方向的移動(dòng)行程。開(kāi)關(guān)門(mén)控制電機(jī) M3，實(shí)現(xiàn)吊籠門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)與自動(dòng)關(guān)閉控制。 圖 31 立體車(chē)庫(kù)控制器的主電路圖 立體車(chē)庫(kù)的電氣控制主電路如圖 31 所示。其控制過(guò)程如下： （ 1）提升和下放控制 當(dāng) PLC 控制使 KM1 吸合時(shí)， KM1 主觸頭閉合，電磁制動(dòng)器 YB 得電松閘，讓提升電動(dòng)機(jī) M1 轉(zhuǎn)動(dòng)將上載車(chē)板提升。當(dāng) PLC 控制使 KM1 釋放時(shí)， KM1 所有觸頭都斷開(kāi)， YB失電依靠彈簧的推力使制動(dòng)器抱閘，使電動(dòng)機(jī) M1 和 卷筒不能再轉(zhuǎn)動(dòng)。 要下放上載車(chē)板時(shí)， PLC 控制使 KM2 得電吸合，其主觸頭閉合， YB得電松閘，電動(dòng)機(jī) M1 反轉(zhuǎn)下放汽車(chē)。到達(dá)第 1 層時(shí)，壓合 SQ1， PLC 控制使 KM2 斷電釋放，主觸頭 9 斷開(kāi)， YB 失電抱閘。 SQ2～ SQ10 分別對(duì)應(yīng)第 2 層 ～ 第 10 層的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)提升到目標(biāo)位置時(shí)，會(huì)使 KM1失電， YB 抱閘，電動(dòng)機(jī) M1 停止。 （ 2）水平移動(dòng)控制 M2 為水平移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，用來(lái)水平移動(dòng)搬運(yùn)車(chē)輛，由 KM KM4 進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制。 當(dāng) KM3 得電吸合，電動(dòng)機(jī) M2 正轉(zhuǎn)，下載板沿工字梁向前作水平移動(dòng)。第 1 層 ～第10 層的 汽車(chē)在車(chē)庫(kù)里的到 位開(kāi)關(guān)分別為 SQ11～ SQ20。汽車(chē)停好后，會(huì)壓合目標(biāo)車(chē)庫(kù)的位置開(kāi)關(guān)，使 KM3 釋放，電動(dòng)機(jī) M2 停止，下載板停止向前移動(dòng)。 當(dāng) PLC 控制使 KM4 得電吸合時(shí)，電動(dòng)機(jī) M2 反轉(zhuǎn)，下載板向后作水平移動(dòng)，當(dāng)汽車(chē)移出車(chē)庫(kù)完全進(jìn)入電梯后，壓合位置開(kāi)關(guān) SQ0，電動(dòng)機(jī) M2 停止，下載板停止移動(dòng)。 （ 3）開(kāi)關(guān)門(mén)控制 KM5 得電閉合， M3 正轉(zhuǎn)關(guān)門(mén)； KM6 得電閉合， M3 反轉(zhuǎn)開(kāi)門(mén)。 PLC 選型和接口電路設(shè)計(jì) PLC 選型 根據(jù)控制要求，輸入 PLC 的信號(hào)有：第 1 層 ～ 第 10 層吊籠位置開(kāi)關(guān)信號(hào) 10 個(gè) ，第 1 層 ～ 第 10 層車(chē) 庫(kù)汽車(chē)到位開(kāi)關(guān)信號(hào) 10 個(gè) ，吊籠上載板到位開(kāi)關(guān)信號(hào) 1 個(gè) ，第 1層 ～ 第 10 層目標(biāo)位置操作信號(hào) 10個(gè) ，存車(chē)指令信號(hào) 1 個(gè) ，取車(chē)指令信號(hào) 1 個(gè) ，關(guān)門(mén)指令信號(hào) 1 個(gè)，電梯關(guān)門(mén)到位信號(hào) 1 個(gè)，電梯開(kāi)門(mén)到位信號(hào) 1 個(gè)，共有 36 個(gè)輸入信號(hào)。從 PLC 輸出的控制信號(hào)有： 第 1 層 ～ 第 10 層車(chē)庫(kù)有車(chē)指示信號(hào) 10 個(gè) ，第 1 層 ～ 第10 層操作目標(biāo)指示信號(hào) 10 個(gè) ，電梯上升指示信號(hào) 1 個(gè) ，電梯下降指示信號(hào) 1 個(gè) ， 3臺(tái)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào) 6 個(gè) ，共有 28 個(gè)輸出信號(hào)?？紤]到系統(tǒng)控制功能的擴(kuò)展需要，輸入輸出點(diǎn)均留有一點(diǎn)的冗余度，綜合各種因素在此選用主機(jī)為 CPM2A60CDRA 和 8點(diǎn)繼電器輸出模塊 CPM1A8ER。 PLC 接口電路設(shè)計(jì) 根據(jù) PLC 的輸入、輸出信號(hào)的數(shù)量及特點(diǎn)，進(jìn)行 I/O 地址分配，見(jiàn)表 31。 表 31 I/O 地址分配表 輸 入 輸 出