【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)研究的部分。 (2)在車庫總體方案和自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的墓礎(chǔ)上，參照 立體停車庫存取流程，考慮設(shè)備運行的高效、安全、可靠等要求，分析和設(shè)計具體的軟件實現(xiàn)方案， 包括功能的構(gòu)建、可行性分析、軟件架構(gòu)設(shè)計、程序流程圖的繪制等。本論文在查閱大量文獻資料的基礎(chǔ)上，以新型智能立體停車庫的控制系統(tǒng)為研究對象，著重于控制系統(tǒng)軟件方案的制定和具體實現(xiàn)，主要內(nèi)容包括 : 1)立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理分析； 2)立體車庫控制系統(tǒng)的硬件方案； 本章小結(jié) 本章介紹了機械式立體停車庫的概念用途，立體車庫的優(yōu)缺點和主要類型、第 1 章 緒論 7 發(fā)展歷程以及過內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及目前國內(nèi)行業(yè)發(fā)展中存在的一些問題。此外，闡述了研究思路及論文的主要研究內(nèi)容。河北聯(lián)合大學輕工學院 8 第 2 章立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理 車庫選型 通過分析比較各種類型的優(yōu)缺點，結(jié)合技術(shù)可行性和投資經(jīng)濟性，本課題的立體車庫類型設(shè)計為垂直升降式，這是因為在幾種應(yīng)用較多的類型中，垂直升降式是綜合性能十分優(yōu)良的一類，具有空間利用率高、技術(shù)性能好、能耗低、噪聲小、速度快、操作簡單、維護方便等優(yōu)點，具有廣闊的發(fā)展前景。循環(huán)式立體車庫雖結(jié)構(gòu)簡單，但存取速度過慢、能耗高、噪音和震動大，只是早期的立體車庫形式，目前較少使用；升降橫移類的應(yīng)用較為廣泛，但自動化程度及存取效率較低 ，受傳動鏈繩和存取時間限制，可建停車規(guī)模有限；巷道堆垛式的投資成本很高，適用于庫容量需求極大的場合，本課題暫不涉及這類立體車庫的研發(fā)。此外，課題的研究目的是實現(xiàn)直線電機直驅(qū)技術(shù)在機械式立體停車庫中的應(yīng)用，若采用升降橫移式，需要配備多套升降和橫移驅(qū)動機構(gòu)，系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)復雜，而垂直升降式的立體車庫僅需兩套驅(qū)動機構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)車庫的正常運作，更適用于直線電機直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用。 垂直升降式立體車庫概述 垂直升降式立體停車庫習慣上稱為電梯式或塔式立體車庫，是利用升降機構(gòu)和存取機構(gòu)實現(xiàn)車輛存取的機械停車設(shè)備，一般由鋼 結(jié)構(gòu)框架、升降裝置、存取裝置、載車臺回轉(zhuǎn)裝置、安全保護裝置、控制系統(tǒng)和檢測裝置等組成。此類車庫的停車位分布在井道周圍，每層可設(shè) 2 個或多個泊位，一般在 10 層以上，可停放幾十輛車，而占地面積不到 50m2,所以具有很高的平面和空間利用率，很適合建在城市中心或者住宅小區(qū)內(nèi)。電梯式立體停車庫最早出現(xiàn)在 20 世紀 20 年代，當時是以汽車專用電梯作為提升工具 ,駕駛員需隨車升降。到 60 年代后期，許多發(fā)達國家的大都市都出現(xiàn)了停車難問題，使得立體車庫開始發(fā)展普及，此時已現(xiàn)機械存取機構(gòu)，無需駕駛員跟車。至 80 年代末 90 年代初，隨著微 機技術(shù)、可編程控制器以及交流變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，垂直升降式立體車庫開始在日本、美國、歐洲、韓國、臺灣等地大量興起，成為機械式立體車庫的一大主流。 立體車庫的總體結(jié)構(gòu) 在綜合考慮技術(shù)難度、占地面積、經(jīng)濟實用性以及用戶需求等各種因素之后，決定選取每層兩個庫位的布局作為本課題的垂直升降式立體停車庫的整體結(jié)構(gòu)。與其他形式相比，這種布局的結(jié)構(gòu)相對簡單，適用性強，易于推廣，提升機構(gòu)到第 2 章 立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理 9 達目標樓層后，橫移機構(gòu)便可存取車輛。本論文的研究以 2 層 4 庫位為例，車庫結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示，供試驗用，實際產(chǎn)品化時 可根據(jù)用戶的需求進行橫向或縱向擴展。底層定義為零層，用于車輛的出入庫；中間的井道為載車臺的升降通道，停車位縱向并列布置在井道的兩側(cè)。此車庫系統(tǒng)主要包括鋼結(jié)構(gòu)框架、載車板、升降裝置、橫移裝置、安全保護裝置和自動控制系統(tǒng)。 圖 鋼結(jié)構(gòu)框架 鋼結(jié)構(gòu)框架主要由立柱、橫梁、斜撐、車位架等組成，用于承受車庫自身部件重量和存入車輛重量、內(nèi)置停車位并且安裝機械傳動和電氣控制部件。 載車板 每個停車位都有一塊對應(yīng)的載車板，用于搬運和支托車輛，實質(zhì)就是通過對河北聯(lián)合大學輕工學院 10 載車板的存取實現(xiàn)車輛的存 取。載車板應(yīng)采用非燃燒材料制造，質(zhì)量要輕但需有足夠的強度和剛度，且能防止液體滴漏。車庫正常運行時，存在某個停車位的載車板在升降臺上的情況，如果此時用戶需要存車，系統(tǒng)默認將車輛存入這塊載車板所在的停車位，如果用戶需要取車，則將載車板存入其所在的停車位后再取車。在連續(xù)存車或取車時，會有一個取或者存載車板的空行程，需要占用一定的存取車時間。 升降裝置 為了提高運行效率，垂直升降式立體車庫要求升降系統(tǒng)具有較高的提升速度和良好的可靠性。在參照和比較幾種現(xiàn)有升降驅(qū)動方式的基礎(chǔ)上，決定選用曳引驅(qū)動技術(shù)，采用成熟 的升降機提升裝置驅(qū)動電機的性能直接決定了提升系統(tǒng)的啟動、制動和平層精度，在選擇提升電機時，不但需要有足夠的輸出功率，并且還必須具有較硬的機械特性，以保證不同負載情況下提升系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力。我們選用高效節(jié)能的異步電動機作為動力源，控制方式采用變頻變壓調(diào)速技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好的調(diào)速性能和運行平穩(wěn)性，還可滿足停車庫對平層精度的要求。 升降裝置包括 : 1)曳引驅(qū)動機、減速機構(gòu)和制動器； 2)傳動部件，包括鋼絲繩和滑輪等； 3)對重和平衡鏈； 4)載車臺，用于升降時支托車輛； 5)升降導軌和對重導軌。曳引機通過鋼絲繩驅(qū)動載車臺升降，同時對重也相應(yīng)運動。對重可稱為重量平衡系統(tǒng)，其功能是在工作中使升降臺和對重間的重量差保持在某一限額內(nèi)，保證電動機正常運轉(zhuǎn)，此外，還可以減少驅(qū)動功率，減小鋼絲繩與繩輪之間的曳引力，延長鋼絲繩的使用壽命陰。對重由對重架、對重塊、導軌、緩沖器碰塊、壓塊以及鋼絲繩組成。升降裝置的傳動機構(gòu) (包括電機、滑輪等 )設(shè)在停車庫的頂部。 橫移裝置 與滑叉、鏈輪、履帶等需要中間傳動機構(gòu)的存取方式不同，本車庫的橫移裝置采用直線電機直接驅(qū)動，由于去除了中間的機械傳動環(huán) 節(jié)，橫移電機將直接作用于載車板，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的快速動態(tài)響應(yīng)，節(jié)省時間和能耗，從而有效提高車庫的運行效率。直線電機直接驅(qū)動是一種新型的現(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)，目前已實現(xiàn)了其在物流系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備、信息與自動化系統(tǒng)、交通與民用、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用，第 2 章 立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理 11 例如磁懸浮列車、電磁炮、數(shù)控機床、物流分揀輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線和裝配線等。直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。它由旋轉(zhuǎn)電機演變而來，可看成將一臺旋轉(zhuǎn)電機沿徑向剖開，并展開成平面，如圖 所示，由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，轉(zhuǎn)子側(cè)演變?yōu)榇渭?。實際應(yīng)用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級與次級之間保持禍合。直線電機既可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級，考慮到制造成本、運行費用等因素，一般均采用短初級長次級。直線電機工作原理與旋轉(zhuǎn)電機相似，以直線感應(yīng)電動機為例 :初級繞組在通入三相交流電流后，便在氣隙中形成行波磁場，次級在行波磁場作用下，將感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電流，次級電流的磁場與初級電流的行波磁場相互作用產(chǎn)生電磁推力若次級固定，則初級將在推力作用下做直線運動，反之，則次級做直線運動。 圖 本車庫的橫移裝置示意圖如圖 所示，包括橫移電機、電磁鐵、滾輪和導軌等。橫移裝置安裝于升降臺上，橫移電機選用感應(yīng)直線電動機，并且采用短初級長次級的結(jié)構(gòu)；升降臺表面鍍銅，形成橫移電機的次級，而橫移電機的初級與表面之間存在氣隙，當電機通電后，初級便能夠?qū)崿F(xiàn)在升降臺表面的橫移動作，再輔以電磁鐵和光電傳感器，就可以實現(xiàn)橫移電機復位、存取載車板等功能。 圖 河北聯(lián)合大學輕工學院 12 2． 4 立體車庫的運行原理 平層和橫移定位原理 升降 臺和橫移機構(gòu)的定位是實現(xiàn)車庫功能的關(guān)鍵，本車庫中的定位均采用反射式光電開關(guān)傳感器。光電傳感器是一種將光強度的變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化的測量裝置，它首先將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，再借助光電元件將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，結(jié)構(gòu)上主要由發(fā)送器、接收器和檢測電路這三部分組成。光電檢測具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點，并且可測參數(shù)多，傳感器結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣。光電傳感器可分為槽形光電開關(guān)、對射式光電開關(guān)、反光板反射式光電開關(guān)、擴散反射式光電開關(guān)、光纖式光電開關(guān)等。對射式光電開關(guān)的發(fā)光器和收光器互相分離，檢測距離可 達幾米甚至幾十米，使用時將發(fā)光器和收光器分別安裝在被檢測路徑的兩側(cè)，該路徑的光路被阻擋時，光電開關(guān)的輸出信號就會發(fā)生變化。反光板反射式光電開關(guān)是將發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，并在其前方安裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用；正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光投射到反光板上，接著被反光板反射回來后被收光器接收；一旦發(fā)光器的光未投射在反光板上，光電開關(guān)就會動作，輸出的開關(guān)信號發(fā)生變化。本車庫中，每層的平層位置安裝有專用反射鏡 (反光板 )，光電開關(guān)隨升降臺運動，每經(jīng)過一層時， PLC 通過檢測光電開關(guān)輸出信號的變化， 根據(jù)運動方向自動將層數(shù)加 1 或者減 1，從而不斷更新當前所在層的值；當達到目標層時，則停止供電并且關(guān)閉抱閘 (實際中停止信號是通過檢測速度曲線的減速段時光電開關(guān)輸出信號的變化而給出的，且運動方向不同時所檢測的邊沿類型也不同 )。就橫移機構(gòu)而言，光電開關(guān)隨橫移機構(gòu)運動，反射鏡安裝在升降臺表面，考慮到實際的若干種動作可能，為了實現(xiàn)左右兩側(cè)載車板的存取，需要設(shè)計 4 個定位點，如圖 2. 4 中所示，從左至右依次編號為 0, 1, 2, 3，分別代表 :為取左側(cè)的載車板所要運動到的點，取出右側(cè)的載車板后所運動到的點，取出左側(cè)的載車板 后所運動到的點，取右側(cè)的載車板所要運動到的點。 第 2 章 立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理 13 圖 速度控制 與一些直接采用接觸器、斷路器控制電機的立體車庫不同，考慮到垂直升降式立體車庫對升降和橫移系統(tǒng)的起停、速度控制以及定位精度等方面有較高要求，為此我們采用可變頻變壓的變頻器作為電機的驅(qū)動。在運行中， PLC 根據(jù)當前的運行距離動態(tài)生成速度的給定值，并且引入 PI 環(huán)節(jié)以構(gòu)成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠有效提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力。圖 為理想的速度給定曲線，包括加速段、勻速段、減速段及爬行段，加、減速段的加速度恒定，速度的變化會 更為平穩(wěn)；此外，為了提高定位精度，在到達目標位置之前須設(shè)定一段爬行距離，給定一個很低的爬行速度，以保證到位時電機能夠可靠停止；實際運算中，并非根據(jù)當前的運行時間來計算速度的給定值，而是結(jié)合當前的運行距離，根據(jù)軟件內(nèi)部設(shè)定的加速度、最大運行速度、最小運行速度等參數(shù)動態(tài)生成的。需要注意的是，不是所有的動作都需要速度曲線，速度曲線適用于長行程的動作如升降系統(tǒng)的層間運動、橫移系統(tǒng)的側(cè)間運動；若是復位、升降系統(tǒng)微平層以及橫移系統(tǒng)同側(cè)兩點之間的運動，則給定一個較低的運行速度即可。 河北聯(lián)合大學輕工學院 14 圖 車庫工作流程 PLC 上電后車庫開始工作，首先開機自檢，確認傳感器無故障后，系統(tǒng)開始復位，復位完成后便可進行存取操作；若發(fā)現(xiàn)故障，則報警并給出提示，只有所有故障都被排除之后系統(tǒng)才能復位。存車的正常流程為 :對于 IC 卡系統(tǒng)，用戶先按“停車”按鈕，再刷卡，然后，用戶需用鍵盤設(shè)定密碼，確認密碼之后，車庫開始動作；而對于觸摸屏系統(tǒng)，用戶可以直接在觸摸屏上操作，點擊“停車”按鈕，輸入車牌號和密碼后，車庫開始動作。車庫系統(tǒng)首先判斷升降臺上是否有載車板，若有，將升降臺直接降落至零層，若沒有，則選定一個停車位并取出相應(yīng)的 載車板。待升降臺降落至零層后，道閘打開，用戶可將車駛?cè)氲蹩騼?nèi)，零層的對射式光電傳感器以及壓力傳感器將檢測車輛是否符合停放要求以及是否停放到位，車輛停好后，用戶按“確認停車”按鈕，升降系統(tǒng)開始提升。升降臺?？恐聊繕藢雍螅瑱M移系統(tǒng)驅(qū)動載車板沿導軌進入停車位，停放到位后，橫移電機回移，升降臺平層處理。取車的正常流程為 :用戶按“取車”按鈕后刷卡，然后，在鍵盤上輸入密碼，系統(tǒng)確認密碼后，車庫開始動作；若是觸摸屏系統(tǒng)，點擊“取車”按鈕后，輸入車牌號和密碼，系統(tǒng)確認后，車庫開始動作。開始動作后，系統(tǒng)首先判斷升降臺上是否有 載