【正文】 功能比較差，而 PC的可視化效果很好，且易于實現(xiàn)人機(jī)界面和聯(lián)網(wǎng)通信，為提高立體車庫的管理和監(jiān)控功能，我們采用以觸摸屏或計算機(jī)為人機(jī)界面，以可編程控制器 PLC 為主控制器進(jìn)行前端控制，并通過人機(jī)界面的操作按鈕，供現(xiàn)場管理人員對車庫進(jìn)行管理和監(jiān)控。由于立體車庫需要顯示屏、鍵盤、讀卡器、語音等串口設(shè)備，要求控制系統(tǒng)必須具有串行通信功能；另外，為了實現(xiàn)速度閉環(huán)控制，需要有驅(qū)動裝置的位置反饋，控制系統(tǒng)還必須具有對編碼器的高速脈沖信號的處理能力。 第 3 章 立體車庫的控制系統(tǒng)的硬件方案 17 （ 4）指示性好 :PLC 的電源、 CPU, I/0 模塊等都設(shè)有各種狀態(tài)指示燈，反映了模塊的工作狀態(tài)，利于控制系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試。 硬件系統(tǒng)的方案 立體車庫是一種順序控制、運(yùn)動控制、過程控制相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在控制系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)車輛的自動化存取一般來說，基于 PLC 的控制系統(tǒng)能夠適應(yīng)和滿足立體車庫高性能的使用要求。 (3)安全保護(hù)功能。 (2)高速、平穩(wěn)運(yùn)行。立體車庫對控制系統(tǒng)主要有以下幾個方面的要求 : (1)智能化操作。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 16 第 3 章 立體車庫的控制系統(tǒng)的硬件方案 控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 立體車庫的動作較多而且復(fù)雜，要求控制系統(tǒng)實現(xiàn)順序動作、速度、定位、通訊、安全保護(hù)等控制。本章接著介紹了本課題中立體車庫的總體結(jié)構(gòu)，主要包括車庫的總體布局和系統(tǒng)組成這兩方面，重點闡述了升降裝置、橫移裝置的結(jié)構(gòu)和工作方式。系統(tǒng)將車輛取出之后，升降臺降落至零層，此時道閘打開，用戶可進(jìn)入吊框?qū)④囬_出。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(rèn)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(rèn)后，車庫 開始動作。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(rèn)停車”按鈕，升降系統(tǒng)開始提升。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(rèn)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。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(yùn)動、橫移系統(tǒng)的側(cè)間運(yùn)動；若是復(fù)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(yùn)動，則給定一個較低的運(yùn)行速 度即可。在運(yùn)行中， PLC 根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)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。就橫移機(jī)構(gòu)而言，光電開關(guān)隨橫移機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yùn)動到的點， 取出右側(cè)的載車板后所運(yùn)動到的點，取出左側(cè)的載車板后所運(yùn)動到的點，取右側(cè)的載車板所要運(yùn)動到的點。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。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(kuò)散反射式光電開關(guān)、光纖式光電開關(guān)等。光電傳感器是一種將光強(qiáng)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。橫移裝置安裝于升降臺上，橫移電機(jī)選用感應(yīng)直線電動機(jī)，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(jī)的次級，而橫移電機(jī)的初級與表面之間存在氣隙，當(dāng)電機(jī)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(jī)復(fù)位、存取載車板等功能。直線電機(jī)工作原理與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，以直線感應(yīng)電動機(jī)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(yùn)動，反之，則 次級做直線運(yùn)動。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(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。 橫移裝置 與滑叉、鏈輪、履帶等需要中間傳動機(jī)構(gòu)的存取方式不同，本車庫的橫移裝置 采用直線電機(jī)直接驅(qū)動，由于去除了中間的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，橫移電機(jī)將直接作用于載車板，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)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(yùn)行效率。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。曳引機(jī)通過鋼絲繩驅(qū)動載車臺升降，同時對重也相應(yīng)運(yùn)動。我們選用高效節(jié)能的異步電動機(jī)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(yùn)行平穩(wěn)性，還可滿足停車庫對平層精度的要求。 升降裝置 為了提高運(yùn)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。車庫正常運(yùn)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(rèn)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。 載車板 每個停 車位都有一塊對應(yīng)的載車板，用于搬運(yùn)和支托車輛，實質(zhì)就是通過對河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 10 載車板的存取實現(xiàn)車輛的存取。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(hù)裝置和自動控制系統(tǒng)。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(jìn)行橫向或縱向擴(kuò)展。 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(jì)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)。到 60 年代后期，許多發(fā)達(dá)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(jī)械存取機(jī)構(gòu)，無需駕駛員跟車。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)。此外，課題的研究目的是實現(xiàn)直線電機(jī)直驅(qū)技術(shù)在機(jī)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(jī)構(gòu)，系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而垂直升降式的立體車庫僅需兩套驅(qū)動機(jī)構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)車庫的正常運(yùn)作，更適用于直線電機(jī)直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用。河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 8 第 2 章立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)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(jì)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(hù)方便等優(yōu)點，具有廣闊的發(fā)展前景。本論文在查閱大量文獻(xiàn)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(yùn)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(jī)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。 研究思路和主要研究工作 (1)查閱文獻(xiàn)資料，了解機(jī)械式立體停車庫的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、各類機(jī)械立體停車設(shè)備的工作原理和特點；比較幾種主流形式在空間利用率、造價、存取時間、技術(shù)性能、能耗等方面的特點；注意文獻(xiàn) 中有關(guān)控制系統(tǒng)研究的部分。巷道堆垛類立體停車設(shè)備是利用巷道堆垛機(jī)或橋式起 重機(jī)作為搬運(yùn)裝置，進(jìn)入到搬運(yùn)裝置中的車輛可同時進(jìn)行兩維的運(yùn)動，快速到達(dá)指定車位，再用存取機(jī)構(gòu)將車存入泊位。垂直升降式立體車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，對地基、消防、運(yùn)行可靠性和安全性的要求也更高，因此造價較高。垂直升降類立體停車設(shè)備利用升 降機(jī)構(gòu)將車輛提升到目標(biāo)層，再啟動橫移機(jī)構(gòu)把車存入泊位中，工作方式類似于電梯。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?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，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(yùn)動，在平動機(jī)構(gòu)控制下保持車位水平。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，在樓宇地下室或住宅小區(qū)的空地上布置較為方便，特別適用于平河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 6 面自走式停車庫的 改造工程。根據(jù)我國發(fā)布的 JBT 87131998《機(jī)械式停車設(shè)備類別、型式與墓本參數(shù)》標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械式停車設(shè)備的類別名稱及代號現(xiàn)介紹幾種具有一定代表性的 類型 : 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(yùn)和存放汽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)目從幾輛至幾十輛不等，一般設(shè)計為 2 或 3 層，極少超過 5 層。機(jī)械式立體停車庫在具有上述優(yōu)點的同時，也存在一些缺點，并且在一定程度上制約了其推廣和應(yīng)用：首先，造價偏高，除了建筑和設(shè)備的投資費用，還需要維護(hù)的投入，以保 障設(shè)備的安全、持久地運(yùn)行；第二，進(jìn)出車時間長，雖然各種類別的機(jī)械停車設(shè)備對單車最大進(jìn)(出 )時間一般控制在 2 分鐘以內(nèi)，但由于單套設(shè)備往往只有一套執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不允許多輛車同時出入庫，如果面臨高峰期，勢必會出現(xiàn)等候現(xiàn)象。 (4)配置靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。 (3)自動化操控，使用方便。 (2)建設(shè)成本低。 機(jī)械式立體停車庫的特點 以立體化形式存放車輛的機(jī)械式停車庫叫做機(jī)械式立體停車庫，是一種技術(shù)密集型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，發(fā)展?jié)摿艽?，具有很多?yōu)點 : (1)節(jié)省占地面積。 （ 3）提高機(jī)械停車設(shè)備的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，是解決問題的根本措施。政府應(yīng)參照發(fā)達(dá)國家的相關(guān)政策法規(guī)，完善機(jī)械式停車設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，規(guī)劃專用和公共停車位數(shù)量，實現(xiàn)投資主體多元化，確定合理的停車收費標(biāo)準(zhǔn)，給予投資者和經(jīng)營者優(yōu)惠政策等。其次，機(jī)械式立體車庫是對安全性能要求很高的機(jī)電一體化設(shè)備，但是有些自主研發(fā)的產(chǎn)品缺乏深入的研究，產(chǎn)品的可靠性、安全性、耐久性還不能完全保障；第三，市場競爭無序，目前總體生產(chǎn)能力過剩，價格偏低；政府在對立體停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策方面嚴(yán)重滯后；此外，平面停車場收費低廉以及人們在意識上尚未完全轉(zhuǎn)變，也是立體停車難以普及的重要原因。近年來，立體停車設(shè)備的自主研發(fā)工作也越來越被重視，國內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)都投入技術(shù)力量，對 機(jī)械立體停車設(shè)備的各個方面，例如結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制系統(tǒng)設(shè)計、存取策略優(yōu)化、可靠性分析、生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行研究，取得了很多的成果。目前，我國的機(jī)械停車設(shè)備在生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量方面，已接近國外先進(jìn)水平。據(jù)統(tǒng)計， 1997 年全國只有 9 個機(jī)械式停車設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)， 只有 11 個省、市、自治區(qū)的 13 個城市擁有機(jī)械式停車設(shè)備。從采用機(jī)械式停車設(shè)備的類型看，應(yīng)用較多的仍然是升降橫移類、簡易升降類、倉儲類 (包括巷道堆垛類和多層平面移動類 )和垂直升降類，尤其是升目前我國立體停車設(shè)備行業(yè)進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展我國是從 20世紀(jì) 80年代初開始研制和使用機(jī)械停車設(shè)備的。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國安裝投運(yùn)的停車位己從 1989 年的 68 個增加到 2021 年的 24507 個，尤其是 2021 年安裝投入運(yùn)行的泊位數(shù)超過了過去歷年安裝投運(yùn)的總和，但只占到總需求量的 2%左右。北京市 2021 年新建立體車庫 67 個，泊位 14906 個，占全國泊位總數(shù)的 61%，比 2021 年增長%；上海市新 建立體車庫 41 個，泊位 3380 個，占全國總泊位數(shù)的 14%，比2021 年增長 47%。在北京、上海、廣州、深圳等地己經(jīng)建立起一些立體停車庫，產(chǎn)品主要從韓國、日本、德國等進(jìn)口，國產(chǎn)比例約為 30%近幾年來，由于汽車工業(yè)和汽車需求市場的快速發(fā)展，國內(nèi)自動化立體停車庫市場正以直線上升的態(tài)勢在飛速發(fā)展。其中發(fā)明專利 85 項，實用新型專利 251 項，外觀設(shè)計專利 14項，分別占 %， %和 4%(發(fā)明專利還較少，即原創(chuàng)性的成果少，停車設(shè)備領(lǐng)域研究的深度和水平有待提高 )。我國立體停車設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)大多技術(shù)力量薄弱，自主開發(fā)能力差，多靠引進(jìn)國外技術(shù)圖紙或與外國的企業(yè)合作，制造水平基本上是跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)。 國內(nèi)機(jī)械式立體車庫的發(fā)展 我國立體停車設(shè)備早期開發(fā)工作是從 20 世紀(jì) 80 年代末開始的， 1989 年推出了第一合雙層式停車設(shè)備。韓國的機(jī)械停車設(shè)備技術(shù)是日本技術(shù)的派生，產(chǎn)業(yè)從 20 世紀(jì) 70 年代中期開始起步， 80 年代開始引進(jìn)日本技術(shù)，經(jīng)過消化生產(chǎn)和本土化， 90 年代開始進(jìn)入供應(yīng) 使用階段。德國和意大利等歐洲國家從事停車設(shè)備開發(fā)和生產(chǎn)也較早，較好的公司有 :意大利，德國的 Pall 等。目前在日木從事機(jī)械式停車庫及其設(shè)備開發(fā)、制造的公司約有 200 多家，其中生產(chǎn)機(jī) 械式停車裝置的公司約有 130 多家，比較大的公