【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)已經(jīng)日臻完善，如汽車出入車庫時采用聲光引導(dǎo)和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構(gòu)互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車安全檢測、圖像識別技術(shù)、科學(xué)管理等，各種領(lǐng)域先進技術(shù)的綜合使用，已經(jīng)使立體車庫成為一個獨立的大型 復(fù)雜的高技術(shù)設(shè)備。 第一章緒論 5 ③智能化：立體車庫的發(fā)展越來越向著智能化方向發(fā)展，一些新技術(shù)正在迅速進入該領(lǐng)域，如變頻技術(shù)、全電腦控制系統(tǒng)、導(dǎo)航定位技術(shù)、圖像識別技術(shù)、傳感技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、防火防盜系統(tǒng)、停電及電源故障的自動判別排除及處理系統(tǒng)等。對于全電腦自動控制系統(tǒng)，要開發(fā)、設(shè)計專用硬件系統(tǒng)和專用軟件，使之適用于存取車全過程的管理和控制。系統(tǒng)安全裝置的設(shè)置要與動態(tài)過程安全檢測形成閉環(huán)，確保存取車過程的安全運行。 ④高自動化：立體車庫的高自動化主要表現(xiàn)為先進的自動控制技術(shù)和科學(xué)的管理方法?？刂萍夹g(shù)和管理方法互為所長， 大幅度提高了存取車效率。在控制方法上采用了遙控技術(shù)和自動識別系統(tǒng)：車輛?？糠€(wěn)妥 (在車庫外面需要自動轉(zhuǎn)向 )后，車庫可以將汽車自動停放到合適的位置，可實現(xiàn)無人操作；在科學(xué)管理方面，計算機中心對停車場實行全方位管理，整個停車場完全在計算機監(jiān)控之下，包括設(shè)備監(jiān)控、出入口監(jiān)控、停車場內(nèi)部監(jiān)控，整個停車場運行的狀態(tài)信息都可以存入計算機，通過便捷的人機管理界面，實現(xiàn)車流量統(tǒng)計、系統(tǒng)故障查詢、收費狀況查詢、進出車輛信息查詢。 未來的車庫系統(tǒng)管理更開放、更靈活，整個管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制與管理一體化，系統(tǒng)操作更加簡便，功能更加 強大。整個車庫的管理可以納入樓宇自動化系統(tǒng)，聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，形成一個綜合的計算機管理網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，真正實現(xiàn)立體車庫的無人化管理。 機械式立體停車庫的主 要類型 所謂機械式停車設(shè)備，是指將汽車搬運或存放到泊車位使用的機械設(shè)備的總稱，主要由鋼結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾個部分組成。根據(jù)我國發(fā)布的 JBT 87131998《機械式停車設(shè)備類別、型式與基本參數(shù)》標(biāo)準，機械式停車設(shè)備的類別名稱及代號見表 1．現(xiàn)介紹幾種具有一定代表性的類型： 表 1 機械式停車設(shè)備的類別名稱及代號 類別名稱 升降橫移 垂直循環(huán) 水平循環(huán) 多層循環(huán) 平面移動 巷道堆垛 升降橫移 簡易升降 代號 sh cx sx dx py xd cs js 升降橫移式停車設(shè)備利用載車板的升降或橫移來實現(xiàn)車輛的存取，此類停車庫將載運和存放車的載車板與升降裝置組合在一起使用，構(gòu)成立體化存車的形式，多為中、小型車庫，泊位數(shù)目幾輛至幾十輛不等，一般設(shè)計為 2 或 3 層，極少超過 5 層。結(jié)構(gòu)上，除頂層外，每層均有一個空車位，作為交換車位；車輛進出層的載車板僅作橫移運動，最頂層或地下最底層的載車板只作升降運動，中間華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 6 層既能升降也能橫移。這種類型的立體車庫造價不高，車位的布置 緊湊，易于實現(xiàn)自動控制，在樓字地下室或住宅小區(qū)的空地上布置為方便，特別適用于平面自走式停車庫的改造工程。缺點是每塊載車板都需要配套的驅(qū)動機構(gòu)，比較復(fù)雜，可靠性不易保障；層數(shù)不宜設(shè)計太高，車位數(shù)不宜太多，否則存取流程過于冗雜，能源浪費很大。 垂直循環(huán)式立體停車庫是循環(huán)式中最有代表性的，主體是垂直回轉(zhuǎn)鏈式輸送機，車輛停放在呈圓形或長圓形配置的數(shù)個托盤上，由鏈條帶動做垂直循環(huán)運動，在平動機構(gòu)控制下保持車位水平．這種車庫由單一大型電機驅(qū)動，最大的優(yōu)點是電氣控制系統(tǒng)簡單，但缺點也很明顯，例如泊位數(shù)受電機功率及結(jié)構(gòu)等因 素限制、傳動噪音大、存取速度慢、能耗高等，因此呈逐步淘汰之勢。 升降橫移類立體停車設(shè)備利用升降機構(gòu)將車輛提升到目標(biāo)層，再啟動橫移機構(gòu)把車存入泊位中，工作方式類似于電梯。這種車庫一般采用可編程序邏輯控制器構(gòu)成其自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛的全自動存取、自動計費等功能。升降橫移式立體車庫的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，對地基、消防、運行可靠性和安全性的要求也更高，因此造價較高。但是相比于其他形式的立體車庫，其在空間利用率、技術(shù)性能、結(jié)構(gòu)剛度、存取效率以及能耗等很多方面都更有優(yōu)勢，具有很廣闊的發(fā)展前景。 巷道堆垛類立體停 車設(shè)備是利用巷道堆垛機或橋式起重機作為搬運裝置，進入到搬運裝置中的車輛可同時進行兩維的運動，快速到達指定車位，再用存取機構(gòu)將車存入泊位。這種車庫類似于立體倉庫，最早出現(xiàn)在美國，適合于上百個、甚至是上千個停車位的大型自動化立體停車庫，當(dāng)然造價也是很高的。 課題研究的目的 采用直線電機驅(qū)動的新型裝置與非直線電機驅(qū)動相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、無接觸、磨損少，噪聲低、速度快、精度高、組合靈活等明顯的優(yōu)點。機械式立體停車庫是對運行性能要求較高的機電一體化設(shè)備，若能將直線電機直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用到其中，相信整個系統(tǒng)在速度響應(yīng)、 存取效率、能耗等多個性能指標(biāo)上均會有明顯的提升。本課題的研究目的為：將直線電機直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用于機械式立體停車庫的驅(qū)動系統(tǒng)中，確定整個系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和運行方案，進行控制系統(tǒng)相關(guān)的硬、軟件設(shè)計，實現(xiàn)立體停車庫的全自動、安全、可靠地運行。 論文的主要研究內(nèi)容 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)為第一章緒論 7 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)的軟件主體方案制定及實現(xiàn)； 3)控制系統(tǒng)通訊部分的軟件設(shè)計。 本章小結(jié) 本章介紹了機械式立體停車庫的優(yōu)缺點和主要類型、國內(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，闡述了課題的來源和目的，提出了論文的主要研究內(nèi)容。 第二章立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理 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)計為升降橫移式，這是因為在幾種應(yīng)用較多的類型中，升降橫移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(fù)雜，而升降橫移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。 升降橫移式立體車庫概述 整個車庫控制系統(tǒng)可分為機械傳動部件、控制部件以及檢測裝置。機械傳動部件包括鋼結(jié)構(gòu)框架、車位架、載車板、升降電機及減速機構(gòu)、橫移電機、電磁鐵、鋼絲繩、升降臺、抱閘、配重等，升降電機及減速機構(gòu)通過鋼絲繩驅(qū)動升降臺的升降，橫移電機則直接安裝在升降臺上，升降臺的表面鍍銅，橫移電機與表面之間存在氣隙，當(dāng)電機通電后，橫移電機便能夠在升降臺表面左右移動，再輔以電磁鐵和光電傳感器，就可以實現(xiàn)橫移電機復(fù)位、存取載車板等多種功能 。控制部件的控制對象為升降電機、橫移電機以及車庫的各種輔助裝置，主要包括PLC、變頻器、上位機等，其中 PLC 為整控制系統(tǒng)的核心 。此外，控制系統(tǒng)的實現(xiàn)離不開各種檢測裝置，包括光電傳感器、霍爾傳感器、壓力傳感器、按鈕、接近開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器等。 升降驅(qū)動機構(gòu)是升降橫移式立體停車庫的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)布置與技術(shù)含量將直接影響車庫的安全性和可靠性。目前升降橫移式立體停車庫的升降驅(qū)動形式主要有曳引驅(qū)動和強制驅(qū)動兩種，強制驅(qū)動又可分為鋼絲繩式 (卷揚式 )和鏈輪鏈條式兩種形式．鋼絲繩卷筒驅(qū)動機構(gòu)在起重機械上被廣泛運用，是使用上較為成熟的技術(shù)，它布置靈活，起吊用的鋼絲繩可在空間內(nèi)變向配置，但是結(jié)構(gòu)尺華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 9 寸較大，對提升高度有一定的限制，而且鋼絲繩易拉伸變形，平層時會引起升降搬運裝置上浮或者下沉現(xiàn)象。由于自身結(jié)構(gòu)的限制，卷揚式在升降橫移式立體車庫中沒有得到更廣泛的應(yīng)用。鏈條提升式具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低等優(yōu)點，在低速電梯和低層的立體車庫 (升降橫移或平面移動式 )上都有應(yīng)用，在提升速度要求不高時可以選用。曳引式是一種被廣泛應(yīng)用于電梯上的驅(qū)動方式，與鋼絲繩卷筒驅(qū)動相比，結(jié)構(gòu)尺寸大大減小，同時提升高度高很多，可用于高層的立體車庫，因而被廣泛地選用。 存取機構(gòu)是將車存入或者取出泊車位的重要驅(qū)動機構(gòu)，也是升降橫移式機械立體停 車設(shè)備區(qū)別于普通汽車電梯的根本所在。這類車庫的存取方式主要有以下幾種： 滑叉載車式：在升降搬運裝置上安裝一套多級滑叉機構(gòu) (多為三級滑叉 )，存車時，滑叉逐級滑出，將載車板送至泊車位上方，輕輕放下，然后收回滑叉；取車時，先滑出滑又，將載車板略微抬起之后，再將載車板和滑叉收回至搬運裝置?；媸浇Y(jié)構(gòu)的主要缺點是存在一半的空行程，影響運行效率；動作中有較大偏載時會使導(dǎo)軌局部承受彎矩，影響提升機構(gòu)運行的平穩(wěn)性。 (2)鏈傳動載車式：利用鏈傳動的形式，通過一次微橫移和一次橫向橫移來實現(xiàn)載車板的存取。存車時，第一級微橫移的 作用是推動橫移機構(gòu)連同載車板作短距離橫移，越過升降轎廂與停車位之間的間隙；第二級橫移的作用是使載車板平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移至停車位的托架上。鏈傳動橫移裝置克服了滑叉橫移裝置的缺點，但它對提升機構(gòu)的平層精確度要求較高，目前一般采用變頻變壓調(diào)速方式以及高精度傳感器來滿足平層精確度的要求。 (3)叉梳載車式：通過提升機構(gòu)和停車位上的兩個叉梳的相對交錯運動實現(xiàn)車輛的存取。這種存取方式必須保證在叉梳的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，橫移叉梳和固定叉梳能夠?qū)崿F(xiàn)交錯而不發(fā)生運動干涉，并且橫移叉梳在存取車時的上下運動空間要充足乜羽。 (4)履帶輸送式：升 降搬運裝置在車輛的前后輪處有兩個主動履帶，橫移時這兩個主動履帶能夠帶動停車位上的被動履帶，將車輛送至停車位。 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升降橫移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)到達目標(biāo)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第二章立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運行原理 10 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 (1一鋼結(jié)構(gòu)框架； 2一載車板； 3一對重塊； 4一塔樓； 5一升降臺； 6— 橫移機構(gòu) ) 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華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 11 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，升降橫移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(dǎo)軌 和對重導(dǎo)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．對重由對重架、對重塊、導(dǎo)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，例如磁懸浮列車、電磁炮、數(shù)控機床、物流