【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ....................... 49 本章小結(jié) ............................................................................................................... 51 6 車庫(kù)控制系統(tǒng)調(diào)試 ......................................................................................................... 52 S7300 控制系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容 ................................................................................... 52 S7300 控制系統(tǒng)調(diào)試注意點(diǎn) ............................................................................... 53 調(diào)試結(jié)果 ............................................................................................................... 53 本章小結(jié) ............................................................................................................... 55 結(jié)論與展望 ......................................................................................................................... 56 致 謝 ......................................................................................................................... – 57 參 考 文 獻(xiàn) .............................................................................................................. 7 1 緒論 課題研究的背景 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)通過不斷完善其發(fā)展模式依然保持良好穩(wěn)定的前進(jìn)速度[1]。人民生活的期望值隨之提升，加上汽車工業(yè)迅猛發(fā)展和良好的消費(fèi) 環(huán)境，人均擁有汽車的數(shù)量逐年上升 , 私人汽車保有量增長(zhǎng)依然顯著， 2020 年中國(guó)私人轎車保有量 5308 萬(wàn)輛，增長(zhǎng) ％。汽車保有量的快速上升與有限的停車位之間的矛盾越發(fā)的明顯，經(jīng)常出現(xiàn)上班找不到車位，回家無(wú)處停車的窘?jīng)r。 生活小區(qū)，工作單位停車難的問題在大中型城市尤為明顯，雖然很多城市在停車管理上投入了大量的精力，適度地減緩了停車難。但沒有從根本上解決問題，高峰期隨意占用道路和居民區(qū)綠地停車的現(xiàn)象依然很嚴(yán)重，從而加劇了交通管理的負(fù)擔(dān)，降低了居民生活的品質(zhì)。另外，由于停車場(chǎng)的嚴(yán)重不足，導(dǎo)致部分大 城市的停車費(fèi)用極其高昂，一個(gè)停車位的年收入高達(dá)幾萬(wàn)元，如此某種程度上阻礙了城市的發(fā)展。目前的停車難、亂停車日益嚴(yán)重的現(xiàn)象早已引起各方面的關(guān)注。部分城市已經(jīng)開始投入使用用地效率更高的立體車庫(kù)，其他一些城市也在積極地引進(jìn)立體車庫(kù) [23]。 很多在役的立體車庫(kù)在改善停車環(huán)境的同時(shí)，凸顯的問題還是比較多的。例如：收費(fèi)較傳統(tǒng)車位高導(dǎo)致利用率低，能耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理繁瑣，不太滿足生活小區(qū)以及相應(yīng)工作單位需要的配套的小面積停車庫(kù)。在這種情況下，立體車庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益將大打折扣，收回投資更是遙遙無(wú)期，使很多投資人望而卻步 ，資金很難落實(shí)到位，以此造成所建立體車庫(kù)質(zhì)大打折扣，這樣本來可以有效解決問題的立體車庫(kù)很難大范圍的推廣使用。 本課題提出的低成本、機(jī)械式立體車庫(kù)具有成本低、能耗低的特點(diǎn)，能夠使立體停車備在生活小區(qū)、相應(yīng)的工作單位 (醫(yī)院、事業(yè)機(jī)關(guān)等 )得到推廣使用，與此同時(shí)其立足于低成本這個(gè)立項(xiàng)思想也正合投資人的意愿，有利于立體車庫(kù)在停車難這個(gè)大環(huán)境下的推廣使用，這種低成本、機(jī)械式立體車庫(kù)也響應(yīng)國(guó)家十二五期間提出的綠色發(fā)展的號(hào)召。 8 立體車庫(kù)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 立體車庫(kù)國(guó)外發(fā)展概況 立體車庫(kù)在國(guó)外 起步早，這些國(guó)家和地區(qū)包括歐洲、日本、美國(guó)和韓國(guó) [4]。這些國(guó)家的很多產(chǎn)品中的技術(shù)都處于領(lǐng)先地位，而國(guó)內(nèi)一開始有很多立體停車庫(kù)是引進(jìn)這些國(guó)家，主要集中于日本、德國(guó)和韓國(guó)。國(guó)土面積小的日本是亞洲立體停車設(shè)備的鼻祖，在汽車保有量逐年上升的背景下，從 1959 年引進(jìn)機(jī)械式立體車庫(kù)技術(shù)后，經(jīng)過 40 余年時(shí)間，從最初的單一垂直循環(huán)發(fā)展到垂直升降類、水平循環(huán)類、垂直循環(huán)類、簡(jiǎn)易升降類等多種型式，其中生產(chǎn)機(jī)械式停車設(shè)備的公司約 100 多家，比較大的公司有新明和、石川島播磨、日精、三菱重工等。 韓國(guó)立體車庫(kù)產(chǎn)業(yè)在很大程度上得益 于政府在每個(gè)環(huán)節(jié)上的關(guān)注和支持，雖然一開始也是走引進(jìn)吸收的戰(zhàn)略，但現(xiàn)在也能開發(fā)和利用各種型號(hào)的機(jī)械停車設(shè)備。目前韓國(guó)的機(jī)械立體停車設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段 [57]。歐洲國(guó)家現(xiàn)狀是由于土地規(guī)劃做的比較好，表現(xiàn)在目前土地還不是特別的緊張，其立體車庫(kù)中多層升降橫移式產(chǎn)品占有很大的比重，集中體現(xiàn)在巷道堆垛類產(chǎn)品上。 國(guó)外立體車庫(kù)的主要特點(diǎn)：一是技術(shù)含量高，日本和德國(guó)的車庫(kù)行業(yè)將已成型的機(jī)電技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和移植到車庫(kù)產(chǎn)品中，使車庫(kù)產(chǎn)品更新很快，在車庫(kù)的存取車速度，存車量方面的改進(jìn)相當(dāng)快速，進(jìn)而逐步代替老式車庫(kù)；二是車庫(kù) 產(chǎn)品朝著性價(jià)比更高的方向發(fā)展。不但重視停車密度和高性能，更講究產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性及單車位造價(jià)；三是立體車庫(kù)的選型更加合乎于現(xiàn)場(chǎng)情況，以保證解決停車難問題的同時(shí)能做到不浪費(fèi)多余。 立體車庫(kù)國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 我國(guó)機(jī)械停車設(shè)備的研制和使用同樣是走引進(jìn)、吸收、開發(fā)、制造發(fā)展道路，目前停車設(shè)備行業(yè)在我國(guó)已經(jīng)逐步走向成熟。 2020 年以來，進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展和快速增長(zhǎng)的我國(guó)機(jī)械式停車行業(yè)不僅在車庫(kù)種類上有了很大的提高，并且更可貴的是很多車庫(kù)使用了當(dāng)前機(jī)械、結(jié)構(gòu)、光電、變頻調(diào)速等先進(jìn)技術(shù)，這樣在車庫(kù)安全管理和運(yùn)行穩(wěn) 9 定 上都得到了很大的保障。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化也給車庫(kù)裝置帶來了很大的進(jìn)步，其中通過內(nèi)藏式傳動(dòng)裝置進(jìn)而提高了設(shè)備的耐久性 [8]。對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)更加便于組合使用和安裝拆卸，縮短施工周期；采用新材料、新工藝，如鋼結(jié)構(gòu)采用H 型鋼，載車板采用整體成型鍍鋅板。車輛采用聲光引導(dǎo)精確定位，保護(hù)方面采用感應(yīng)自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)。 立體停車庫(kù)的研究現(xiàn)狀 國(guó)外立體車庫(kù)目前以形成技術(shù)密集型產(chǎn)品，就其所使用技術(shù)包含了機(jī)械、電子、液壓、磁控合計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域等先進(jìn)技術(shù)。我國(guó)的立體停車產(chǎn)業(yè)雖已步入較好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但還是 存在了一些尚待解決的問題 [9]。比如前期建造的立體車庫(kù)存在自動(dòng)化程度較低、安全信任度偏低等一些問題，再加上我國(guó)的立體車庫(kù)相關(guān)的政策管理還不夠完善，使得我國(guó)的立體車庫(kù)這一新興行業(yè)還有很大的發(fā)展空間。所以我們需要國(guó)家設(shè)定更加合理的立體車庫(kù)行業(yè)管理的法律法規(guī)，以及加大對(duì)立體停車設(shè)備行業(yè)的政策扶持，與此同時(shí)需要科研設(shè)計(jì)單位和相應(yīng)高校的參與，以此增強(qiáng)設(shè)備上技術(shù)創(chuàng)新。就立體車庫(kù)技術(shù)方面。 目前我國(guó)主要在下面幾個(gè)方面上與國(guó)外領(lǐng)先技術(shù)存在差距 [1012]： (1) 前期投資過高和后期經(jīng)濟(jì)效益差讓投資人望而卻步； (2) 建成后的維護(hù)費(fèi)用也不菲，而且有些車庫(kù)維護(hù)工作比較繁瑣； (3) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣造成操作不便捷，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜給使用者不安全感； (4) 為了減少成本，廠家對(duì)載車板設(shè)計(jì)考慮不周全造成車輛的停放困難； (5) 實(shí)用效果不好，科技成分比重不足造成安全可靠性技術(shù)、模塊化技術(shù)、防護(hù)采 光技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)國(guó)外領(lǐng)先產(chǎn)品還不太成熟； 10 課題研究的目的及意義 該課題所研究的低成本、機(jī)械式立體車庫(kù)采用開放式的機(jī)械結(jié)構(gòu)框架，省去了傳統(tǒng)車庫(kù)的通風(fēng)、照明設(shè)施，因而進(jìn)一步節(jié)省了成本 [13]。兩 排垂直升降車庫(kù)共用一個(gè)出入車通道進(jìn)一步節(jié)約了土建用地；載車板采用垂直升降已達(dá)到整個(gè)車庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便捷，能耗低、可靠性好；控制系統(tǒng)中不管是用于人機(jī)交互系統(tǒng)的單片機(jī)還是執(zhí)行控制所采用的西門子 S7300 PLC 都是目前應(yīng)用很成熟的開發(fā)技術(shù)，這樣使得整個(gè)開發(fā)周期短，后期升級(jí)便捷。本課題所研究的立體車庫(kù)較適宜于居民小區(qū)、工作單位、購(gòu)物超市等一些不適合建大中型車庫(kù)的場(chǎng)所。低成本、開放式立體車庫(kù)有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 需求量大。己建和在建住宅小區(qū)的配套車位很多都是傳統(tǒng)車位，而且很難滿足停車需要，造成小區(qū)居民生活品 質(zhì)的下降。 (2) 前期投資低、不易推廣。大型全自動(dòng)立體車庫(kù)平均每個(gè)車位約 20 萬(wàn)元，中型車庫(kù)一般在 10 萬(wàn)元左右，而小型車庫(kù)一般在 3 萬(wàn)元左右，低成本、開放型機(jī)械式立體車庫(kù)是適合目前立體車庫(kù)發(fā)展形勢(shì)的，也易于推廣。 (3) 開發(fā)難度小。相比較而言，采用成熟的 PLC 和單片機(jī)控制技術(shù)，開發(fā)周期短、開發(fā)難度小。 (4) 能耗低。因?yàn)檐噹?kù)為開放型，不需要照明、通風(fēng)、消防等設(shè)備，大大降低了能耗，同時(shí)積極響應(yīng)國(guó)家十一五期間提出的節(jié)能減排的號(hào)召。 如果本課題所設(shè)計(jì)的低成本，機(jī)械式立體車庫(kù)可以得到大范圍的推廣。不僅可以改善目前城市車輛帶來的擁擠現(xiàn)象，為城市更加和諧地發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)，也可以在政府良好政策的引導(dǎo)下帶動(dòng)一大批第三產(chǎn)業(yè)的興起；同時(shí)也借著國(guó)家西部大開發(fā)這個(gè)良好的投資環(huán)境，對(duì)裝備制造業(yè)和民族信息產(chǎn)業(yè)的振興都有積極地推動(dòng)作用。從以上介紹可以看出這樣立體車庫(kù)的建設(shè)有著重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 本文研究主要內(nèi)容和要解決的主要關(guān)鍵問題 課題研究主要內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容涉及的學(xué)科和門類還是很多的，包括：工控機(jī)監(jiān)控 技術(shù)、組態(tài)技術(shù)、人機(jī)交互單片機(jī)研發(fā)、 PLC 電氣部分開發(fā)、視頻圖像采集技術(shù)、 ID卡數(shù)據(jù)庫(kù)管 11 理、通信安全等，具有很強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新性，對(duì)學(xué)科的綜合應(yīng)用起到很好的示范作用。本文從工程的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，主要側(cè)重基于 PLC的電氣控制部分的設(shè)計(jì)。 針對(duì)低成本、機(jī)械式立體車庫(kù)自動(dòng)控制的作業(yè)流程，結(jié)合 PLC 控制技術(shù)特點(diǎn)以及與其他控制部分的關(guān)聯(lián)，本文研究的主要內(nèi)容涉及： （ 1）立體車庫(kù)總體框架結(jié)構(gòu)及工作原理； （ 2）立體車庫(kù)控制系統(tǒng)作業(yè)流程及 PLC 電氣部分在其中的作用實(shí)現(xiàn)； （ 3）信息導(dǎo)入、數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)處理的實(shí)現(xiàn)； （ 4） PLC 電氣控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)能耗優(yōu)化； （ 5）立體車庫(kù)的 PLC 電氣控制部分與其他控制部分的通信實(shí)現(xiàn)； （ 6）系統(tǒng)單獨(dú)調(diào)試和聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)以及相關(guān)注意事項(xiàng)。 課題研究?jī)?nèi)容的技術(shù)指標(biāo) 基于本課題設(shè)計(jì)思想和最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，本文主要解決的關(guān)鍵問題應(yīng)該達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)： [1415]。主要包括：①西門子 S7300 PLC 系統(tǒng)通過串行通信模塊實(shí)現(xiàn)與人機(jī)交互的單片機(jī)系統(tǒng)之間。②通過 PROFIBUS 總線實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器信息的提取以便通過變頻器精確對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。 門子 S7300 系列 PLC 的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)。采用 PLC 硬件連接的聯(lián)鎖、軟件程序互鎖雙重設(shè)置來實(shí)現(xiàn)對(duì)升降執(zhí)行機(jī)構(gòu)與立體車庫(kù)保護(hù)裝置的監(jiān)控。 、上位機(jī)監(jiān)控和 PLC 電氣控制執(zhí)行的工作關(guān)系，設(shè)定好低成本、開放型機(jī)械式立體車庫(kù)存取車作業(yè)方式，以及離線和在線兩種模式下具體的工作流程。 S7300PLC、變頻器與絕對(duì)編碼器組成閉環(huán)結(jié)構(gòu)以此對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)控制要求的控制，從而使載車板運(yùn)動(dòng)更加精確，平穩(wěn)。 STEP 7 的西門子 S7300 PLC 軟件程序 ，主要包括與上位機(jī)和起到人機(jī)交互作用的單片機(jī)的通訊程序，自身對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作的程序以及相關(guān)安全監(jiān)控程序的編寫等。 12 PLC 系統(tǒng)的單機(jī)自身調(diào)試、聯(lián)機(jī)調(diào)試，進(jìn)而對(duì)整個(gè)低成本、機(jī)械式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)功能的聯(lián)合調(diào)試和測(cè)試，以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。 2 立體車庫(kù) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 車庫(kù)的框架結(jié)構(gòu)組成及實(shí)現(xiàn)原理 車庫(kù)的框架結(jié)構(gòu)組成 立體車庫(kù)的基本框架選用共用一個(gè)入庫(kù)車道的雙面對(duì)開的結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示，立體框架示意圖如圖 所示。 13 結(jié)構(gòu)俯面示意圖與立體框架示意圖以雙面對(duì)開，兩面稱為 A、 B 區(qū)，每面六列，每列三個(gè)停車位（共 36 個(gè)停車位）的初始結(jié)構(gòu)畫出，以地面為分界地上三層地下兩層，也即一列三層的載車板在下面兩層載車板運(yùn)動(dòng)到地下時(shí)，最上面一層的載車板就會(huì)與地面平行以方便存取車。兩面停車庫(kù)共用一個(gè)行車通道，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)約用地的目的 [16]。載車板設(shè)有停車導(dǎo)槽，方便車輛的安全停