【正文】 南亞、韓國、日本都得到了廣泛的應(yīng)用，形成了一個包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)體系 。另外還有一些公司專門生產(chǎn)停車場用的輔助設(shè)備 (如停車場管理系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)等 )。由于歐洲國家土地資源比較富余，停車問題表現(xiàn)不很突出，停車設(shè)備應(yīng)用量不是很大。由于韓國政府的高度重視，各種機(jī)械停車設(shè)備得到普遍開發(fā)和利第 1 章 緒論 3 用，近幾年泊位增長速度都在 30%左右。己經(jīng)開展工作研究、開發(fā)和制造機(jī)械式立體停車設(shè)備的單位有十多家左右，如北京恩菲科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)、敬穩(wěn) (北京 )機(jī)電設(shè)備有限公司、江蘇雙良停車設(shè)備有限公司、杭州西子立體車庫有限公司、北京鴻安停車庫有限公司 、許繼銀天車庫工業(yè)有限公司、上海天地停車設(shè)備有限公司、濟(jì)南天辰立體停車設(shè)備有限公司、山東萊鋼泰達(dá)協(xié)固車庫有限公司等企業(yè)。 1990 年國家知識產(chǎn)權(quán)局開始授予停車設(shè)備專利，到 2022 年 12 月共有 350 項專利通過了實質(zhì)性審查或授予了專利權(quán)。我國在 80 年代就曾由機(jī)械部策劃引進(jìn)，但直到 90 年代初才受到重視， 1997 年，籌建成立了停車設(shè)備行業(yè)協(xié)會，建設(shè)部、公安部、勞動部現(xiàn)在都己制定專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并指定了歸口管理部門。深圳、上海、廣州、重慶等城市正在建設(shè)，有些已經(jīng)建成使用，收到了很好的效果。近日，濟(jì)南天辰立體停車設(shè)備有限公司的一座升降橫移式立體車庫在山東省立醫(yī)院建成并使用，該車庫造價 100 余萬元，共設(shè)有 36 個車位，是濟(jì)南市第一座投入使用的機(jī)械式立體車庫。從分 布情況看，己安裝、投運(yùn)的停車庫分布在 25 個省 (市 )、自治區(qū)的 30 多個城市，除北京、上海這樣的大城市外，已擴(kuò)展到省會城市，甚至一些中小城市 (如無錫、常州、溫州等 )。 80 年代尚處于起步階段， 90 年代以來，機(jī)械停車河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 4 設(shè)備逐漸步入了技術(shù)引進(jìn)與自主研發(fā)相結(jié)合的初步發(fā)展階段，得到了較快的發(fā)展，已經(jīng)形 成為新興的停車設(shè)備行業(yè)。而截至 2022 年底，全國的機(jī)械式停車設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到 100 多家，已有 27個省、市、自治區(qū)的 94 個城市興建機(jī)械式立體停車全國機(jī)械式停車庫 (泊位 )擁有量達(dá)到 284, 752 個。許多設(shè)備采用了當(dāng)前機(jī)械、電子、光學(xué)、磁控、計算機(jī)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，大大提高了產(chǎn)品在技術(shù)含量、智能程度、運(yùn)行可靠性等方面的性能。與此同時，國家也逐步配套與停車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的法規(guī)和各項標(biāo)準(zhǔn)，先后制訂了多項停車設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，以加強(qiáng)規(guī)劃引導(dǎo)、技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，雖然機(jī)械式立體停車庫在中國作為新興的產(chǎn)業(yè)，具有相當(dāng)可觀的發(fā)展前景，但是目前仍未進(jìn)入高速發(fā)展時期，主要因為我國的立體停車設(shè)備行業(yè)的發(fā)展存在著一些問題 :首先，雖然行業(yè)里的企業(yè)已 經(jīng)形成一定的規(guī)模，但是發(fā)展不平衡，骨干的大中型企業(yè)在 20 家左右，其它的則是中小企業(yè)居多，中小企業(yè)技術(shù)力量薄弱，靠仿效或引進(jìn)國外的技術(shù)，缺乏自主開發(fā)能力。由此看來，為加快我國機(jī)械停車設(shè)備產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展，需要在政策、市場、管理和技術(shù)等多方面做出努力 : (1)政策是解決此問題的關(guān)鍵，政府的扶持對于新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分重要。 (2)市場方面，可調(diào)高路面停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，利用價格杠桿刺激立體停車庫的市場需求；鼓勵市場規(guī)則與政府調(diào)控相結(jié)合，促進(jìn)立體停車行業(yè)的良性發(fā)展。鼓勵國內(nèi)的科 研機(jī)構(gòu)在機(jī)械停車設(shè)備研究上投入更多的技術(shù)力量，開發(fā)出高效、節(jié)能、安全、符合本國國情的產(chǎn)品 ,鑒于目前很多中小企業(yè)采用的是從國外引進(jìn)的技術(shù)，應(yīng)提倡企業(yè)將技術(shù)引進(jìn)與自主研發(fā)相結(jié)合，在消化吸收的基礎(chǔ)上注重技術(shù)第 1 章 緒論 5 創(chuàng)新，提升產(chǎn)品的競爭力。一般約為平面停車場的 1/21/25，立體車庫最大的優(yōu)勢就是能夠向高空、地下發(fā)展，利用小的占地面積實現(xiàn)大的車輛 存儲。由于機(jī)械式立體停車庫主要向垂直空間擴(kuò)展，雖然工程費(fèi)用較高，但可省去大量的土地使用費(fèi)等開支，因此就單個泊位的建設(shè)成本而言，一般低于同等規(guī)模的平面停車場。機(jī)械式立體停車庫自動化程度高，用戶通過簡單操作，就能實現(xiàn)車輛的自動存?。慌鋫渥詣訖z測系統(tǒng)以及安全保護(hù)措施，安全性能好。機(jī)械式立體停車庫具有多種類型，設(shè)計上具有較大的靈活性，可適應(yīng)各種形式的地形或建筑物。 機(jī)械式立體停車庫的主要類型 所謂機(jī)械式停車設(shè)備，是指將汽車搬運(yùn)或存放到泊車位使用的機(jī)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。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(jìn)出層的載車板僅作橫移運(yùn)動，最頂層或地下最底層的載車板只作升降運(yùn)動，中間層既能升降也能橫移。缺點是每塊載車板都需要配套的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可靠性不易保障，飛層數(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(fèi)很大。這種車庫由單一大型電機(jī)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(jī)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。這種車庫有幾十米高，每層可設(shè) 2 個或多個泊位，可單獨(dú)建設(shè)或安裝于建筑物內(nèi)，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(fèi)等功能。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。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。 (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(yùn)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。此外，闡述了研究思路及論文的主要研究內(nèi)容。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)。 垂直升降式立體車庫概述 垂直升降式立體停車庫習(xí)慣上稱為電梯式或塔式立體車庫，是利用升降機(jī)構(gòu)和存取機(jī)構(gòu)實現(xiàn)車輛存取的機(jī)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(hù)裝置、控制系統(tǒng)和檢測裝置等組成。電梯式立體停車庫最早出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 20 年代，當(dāng)時是以汽車專用電梯作為提升工具 ,駕駛員 需隨車升降。至 80 年代末 90 年代初，隨著微機(jī)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(jī)械式立體車庫的一大主流。與其他形式相比，這種布局的 結(jié)構(gòu)相對簡單，適用性強(qiáng)，易于推廣，提升機(jī)構(gòu)到第 2 章 立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理 9 達(dá)目標(biāo)樓層后，橫移機(jī)構(gòu)便可存取車輛。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)。 圖 立體車庫結(jié)構(gòu)示意圖 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(jī)械傳動和電氣控制部件。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(qiáng)度和剛度，且能防止液體滴漏。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。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(jī)提升裝置驅(qū)動電機(jī)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(jī)時，不但需要有足夠的輸出功率，并且還必須具有較硬的機(jī)械特性，以保證不同負(fù)載情況下提升系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力。 升降裝置包括 : 1)曳引驅(qū)動機(jī)、減速機(jī)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。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(jī)正常運(yùn)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。升降裝置的傳動機(jī)構(gòu) (包括電機(jī)、滑輪等 )設(shè)在停車庫的頂部。直線電機(jī)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(yùn)行原理 11 例如磁懸浮列車、電磁炮、數(shù)控機(jī)床、物流分揀輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線和裝配線等。 它由旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變而來，可看成將一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)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?。直線電機(jī)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(yùn)行費(fèi)用等因素，一般均采用短初級長次級。 圖 由旋轉(zhuǎn)電機(jī)演變?yōu)橹本€電機(jī)的過程 本車庫的橫移裝置示意圖如圖 所示，包括橫移電機(jī)、電磁鐵、滾輪和導(dǎo)軌等。 圖 和橫移 裝置剖面圖 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 12 2． 4 立體車庫的運(yùn)行原理 平層和橫移定位原理 升降臺和橫移機(jī)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。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(dá)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。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(yùn)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(yùn)動方向自動將層數(shù)加 1 或者減 1，從而不斷更新當(dāng)前所在層的值；當(dāng)達(dá)到目標(biāo)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(yùn)動方向不同時所檢測的邊沿類型也不同 )。 第 2 章 立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理 13 圖 專用反射鏡安裝圖 速度控制 與一些直接采用接觸器、斷路器控制電機(jī)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(jī)的驅(qū)動。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(dá)目標(biāo)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(jī)能夠可靠停止；實際運(yùn)算中，并非根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行時間來計算速度的給定值，而是結(jié)合當(dāng)前的運(yùn)行距離，根據(jù)軟件內(nèi)部設(shè)定的加速度、最大運(yùn)行速度、最小運(yùn)行速度等參數(shù)動態(tài)生成的。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 14 圖 理想的速度給定曲線 車庫工作流程 PLC 上電后車庫開始工作，首先開機(jī)自檢，確認(rèn)傳感器無故障后，系統(tǒng)開始復(fù)位，復(fù)位完成后便可進(jìn)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(fù)位。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。升降臺?？恐聊繕?biāo)層后，橫移系統(tǒng)驅(qū)動載車板沿導(dǎo)軌進(jìn)入停車位，停放到位后，橫移電機(jī)回移，升降臺平層處理。開始動作后，系統(tǒng)首先判斷升降臺上是否有載車板，若有，則將載車板存入其所在的車位后再取車。 第 2 章 立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理 15 本章小結(jié) 本章從車庫選型入手，指出垂直升降式是綜合各種因素考慮后的最佳選擇，概述了垂直升降式立體車庫的發(fā)展概況、存取機(jī)構(gòu)和提升機(jī)構(gòu)的工作方式。此外，本章還就立體車庫的運(yùn)行原理從 總體的角度進(jìn)行了分析，例如升降和橫移機(jī)構(gòu)的定位原理、調(diào)速原理、速度的控制、車庫的工作流程等方面。操作簡單，使用方便，存取迅速，安全可靠，這些都是自動立體停車設(shè)備應(yīng)具有的基本特點。存取車時，用戶通過按鈕、鍵盤、讀卡器或者觸摸屏操作，系統(tǒng)給予操作提示并自動讀取用戶輸入的信息，如果存在錯誤操 作或者異常情況，需要做出應(yīng)對；如果系統(tǒng)檢測到故障，須給出故障提示，并且最好故障排除之后系統(tǒng)能夠自恢復(fù)運(yùn)行。為了節(jié)省存取時間，要求傳動裝置都能夠以高速度運(yùn)行；同時，為了保證車輛移動中的安全和平穩(wěn)，傳動裝置需要有自動加、減速控制；另外，由于橫移電機(jī)的機(jī)械特性偏軟，有必要加入 PI 環(huán)節(jié)以提高橫移系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。不允許因錯誤動作造成車輛損壞的情況出現(xiàn)，所以必須要有檢測車庫狀態(tài)的傳感器裝置，避免事故發(fā)生；傳動系統(tǒng)的運(yùn)行控制需要有足夠的安全保障，如時間保護(hù)、運(yùn)行異常時開啟 停機(jī)保護(hù)等；復(fù)位、存車、取車操作不能同時進(jìn)行，升降、橫移系統(tǒng)運(yùn)動互鎖。 PLC 是專門為順序生產(chǎn)過程而設(shè)計的可編程控制器，由微處理器、輸入 /輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成，具有順序、周期性的工作特征，優(yōu)點主要體現(xiàn)為 : (I)可靠性高 :采取了光電隔離、濾波、穩(wěn)壓保護(hù)、故障診斷等多種保護(hù)措施，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)故障 自診斷能力突出，在惡劣的環(huán)境下仍能可靠工作； (2)體積小 :采用大規(guī)模集成電路和微處理器，相比傳統(tǒng)的繼電器電路，體積大大縮減，實現(xiàn)了小型化，便于安裝和使用； （ 3）適用性好 :采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同的控制要求靈活組合，模塊之間采用的是總線連接器，安裝方便；當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果需要作很小的變動，只需修改相應(yīng)的接線和程序即可，無需對系統(tǒng)連線做出較大的修改。 對于本車庫控制系統(tǒng)，我