【正文】 ..................................... 40 調(diào)試結(jié)果 ............................................................... 41 本章小結(jié) ............................................................... 41 第 6 章 結(jié)論與展望 .................................................................................................. 42 結(jié)論 ................................................................... 42 展望 ................................................................... 42 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................ 43 謝 辭 .......................................................................................................................... 45 河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 5 第 1 章 緒論 課題研究的背景 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國經(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]。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，回家無處停車的窘?jīng)r。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)。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。 很多在役的立體車庫在改善停車環(huán)境的同時，凸顯的問題還是比較多的。在這種情況下，立體車庫的經(jīng)濟(jì)效益將大打折扣，收回投資更是遙遙無期，使很多投資人望而卻步，資金很難落實到位，以此造成所建立體車庫質(zhì)量大打折扣，這樣本來可以有效解決問題的立體車庫很難大范圍的推廣使用。 立體車庫國內(nèi)外的發(fā)展概況 立體車庫國外發(fā)展概況 立體車庫在國外起步早，這些國家和地區(qū)包括歐洲、日本、美國和韓國 [4]。國土面積 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)械式立體車庫技術(shù)后，經(jīng)過 40 余年時間，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。目前韓國的機(jī)械立體停車設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段 [57]。 國外立體車庫的主要特點：一是技術(shù)含量高，日本和德國的車庫行業(yè)將已成型的機(jī)電技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和移植到車庫產(chǎn)品中，使車庫產(chǎn)品更新很快，在車庫的存取車速度，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；二是車庫產(chǎn)品朝著性價比更高的方向發(fā)展。 立體車庫國內(nèi)發(fā)展概況 我國機(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)在我國已經(jīng)逐步走向成熟。傳動結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化也給車庫裝置帶來了很大的進(jìn)步，其中通過內(nèi)藏式傳動裝置進(jìn)而提高了設(shè)備的耐久性 [8]。車輛采用聲光引導(dǎo)精確定位，保護(hù)方面采用感應(yīng)自動消防滅火系統(tǒng)。我國的立體停車產(chǎn)業(yè)雖已步入較好的發(fā)展態(tài)勢，但還是存在了一些尚待解決的問題 [9]。所以我們需要國家設(shè)定更加合理的立體車庫行業(yè)管理的法律法規(guī)，以及加大對立體停車設(shè)備行業(yè)的政策扶持，與此同時需要科研設(shè)計單位和相應(yīng)高校的參與，以此增強(qiáng)設(shè)備上技術(shù)創(chuàng)新。 目前我國主要在下面幾個方面上與國外領(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)費用也不菲，而且有些車庫維護(hù)工作比較繁瑣； (3)控制系統(tǒng)設(shè)計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，廠家對載車板設(shè)計考慮不周全造成車 輛的停放困難； (5)實用效果不好，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)效益相對國外領(lǐng)先產(chǎn)品還不太成熟； 課題研究的目的及意義 該課題所研究的低成本、機(jī)械式立體車庫采用開放式的機(jī)械結(jié)構(gòu)框架，省去了傳統(tǒng)車庫的通風(fēng)、照明設(shè)施，因而進(jìn)一步節(jié)省了成本 [13]。本課題所研究的立體車庫較適宜于居民小區(qū)、工作單位、購物超市等一些不適合建大中型車庫的場所。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。大型全自動立體車庫平均每個車位約 20 萬元，中型車庫一般在 10 萬元左右，而小型車庫一般在 3 萬元左右，低成本、開放型機(jī)械式立體車庫是適合目前立體車庫發(fā)展形勢的，也易于推廣 。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。因為車庫為開放型，不需要照明、通風(fēng)、消防等設(shè)備，大大降低了能耗，同時積極響應(yīng)國家十一五期間提出的節(jié)能減排的號召。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)下帶動一大批第三產(chǎn)業(yè)的興起；同時也借著國家西部大開發(fā)這個良好的投資環(huán)境，對裝備制造業(yè)和民族信息產(chǎn)業(yè)的振興都有積極地 推動作用。 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)庫管理、通信安全等，具有很強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新性，對學(xué)科的綜合應(yīng)用起到很好的示范作用。 針對低成本、機(jī)械式立體車庫自動控制的作業(yè)流程，結(jié)合 PLC 控制技術(shù)特點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）立體車庫總體框架結(jié)構(gòu)及工作原理； （ 2）立體車庫控制系統(tǒng)作業(yè)流程及 PLC 電氣部分在其中的作用實現(xiàn)； （ 3）信息導(dǎo)入、數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)處理的實現(xiàn)； （ 4） PLC 電氣控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)能耗優(yōu)化； （ 5）立體車庫的 PLC 電氣控制部分與其他控制部分的通信實現(xiàn)； （ 6）系統(tǒng)單獨調(diào)試和聯(lián)調(diào)實現(xiàn)以及相關(guān)注意事項。主要包括： ① 西門子 S7300 PLC 系統(tǒng)通過串行通信模塊實現(xiàn)與人機(jī)交互的單片機(jī)系統(tǒng)之間。 S7300 系列 PLC 的現(xiàn)場執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計開發(fā)。 、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。 河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 9 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，自身對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和對現(xiàn)場執(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。 巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 10 第 2 章 巷道式立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 車庫的框架結(jié)構(gòu)組成及實現(xiàn)原理 車庫的框架結(jié)構(gòu)組成 立體車庫的基本框架選用共用一個入庫車道的雙面對開的結(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 圖 車庫結(jié)構(gòu)俯面示意圖 圖 車庫立體框架示意圖 河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 11 結(jié)構(gòu)俯面示意圖與立體框架示意圖以雙面對開，兩面稱為 A、 B 區(qū)，每面六列，每列三個停車位（共 36 個停車位）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動到地下時，最 上面一層的載車板就會與地面平行以方便存取車。載車板設(shè)有停車導(dǎo)槽，方便車輛的安全停放和保證車輛隨庫運動的安全系數(shù)。所以本課題研究的巷道式立體車庫的框架結(jié)構(gòu)實際是以模塊化形式組合而成，方便了設(shè)備的優(yōu)化改造。 (2)載車板：載車板采用 Q235B 型鋼材，采用一體沖壓工藝成型，厚度為 2mm，上下連接采用活動是連接件，考慮到現(xiàn)有小轎車的高度大約在 1550mm，所以我們將 載車板 之間的高 度間隙 設(shè)定為 1600mm, 載車 板的尺寸為 5500mm1870mm。 (3)傳動結(jié)構(gòu)：通過對液壓傳動、鏈傳動、鋼絲繩傳動的優(yōu)缺點總結(jié)，以及結(jié)合現(xiàn)場使用的需求最終選用了鋼絲繩傳動的方式 [1718]。并且采用導(dǎo)向槽和安在載車板四個角上的導(dǎo)向靴機(jī)械器件使得載車板可以安全可靠的上下運動。 巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 12 圖 載車板示意圖 (4)載車板選擇機(jī)構(gòu)：該控制系統(tǒng)為了進(jìn)一步節(jié)省成本和減少能源消耗，提出了一個驅(qū)動電機(jī)通過類似離合器裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制三列 載車板，通過單片機(jī)和 PLC 聯(lián)合驅(qū)動小型電機(jī)首先帶動圓柱凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，帶動凸輪機(jī)構(gòu)中的槽內(nèi)小滑塊向上滑行，從而帶動滑移齒輪與主動齒輪嚙合，其中單片機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個機(jī)動結(jié)構(gòu)，然后將完成信息狀態(tài)傳輸給 PLC，該裝置機(jī)械原理圖如圖 所示。包括： (1)用于人機(jī)交互作用的單片機(jī)控制系統(tǒng)，它包括電源模塊、鍵盤模塊、 LCD 顯示模塊、語音提示模塊、通信模塊、車主刷卡模塊、卡號信息備份模塊 等，其主要功能就是使得車主與整個立體車庫系統(tǒng)的交流更加順暢。 (2)用于現(xiàn)場監(jiān)控以及對信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理的上位機(jī)系統(tǒng) [2223]。主要用于給管理人員更加游刃有余地對車庫進(jìn)行監(jiān)控管理以保證車庫系統(tǒng)安全運行，同時它還具備存取車位優(yōu)化能力。這部分的內(nèi)容也是本篇論文的重點部分，這部分設(shè)計是否合理對立體車庫工作安全影響很大，一旦在電氣運行部分出現(xiàn)故障或者是運行結(jié)果不夠精確，那將造成設(shè)備損壞乃至人身安全。 PLC 與人機(jī)交互單片機(jī)之間都是通過 485 串口通信 [2425]。 通過上面的介紹，結(jié) 合三個控制部分在立體車庫起到的不同的作用以及三者巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 14 之間通信形式和內(nèi)容，整個立體車庫控制機(jī)理見圖 所示： 圖 立體車庫控制機(jī)理 車庫的運行原理 該立體車庫控制系統(tǒng)為了車庫在任何情況下都能充分應(yīng)對作業(yè)需求，所以在設(shè)計系統(tǒng)時分為在線和離線兩種模式，這兩種模式的切換通過監(jiān)控上位機(jī)的在線/離線轉(zhuǎn)換按鈕進(jìn)行設(shè)定，在線模式下，在現(xiàn)場的車庫管理人員情況下通過操作監(jiān)控上位機(jī)軟件界面給 PLC 發(fā)送指令和提取 PLC 反饋信息以達(dá)到直接控制下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)而實現(xiàn)存取車過程的目的；離線模式下，這種情況適 合車庫管理人員不在場的情況下，用戶通過人機(jī)交互直接進(jìn)行存取車操作，而監(jiān)控計算機(jī)這個時候只起到監(jiān)控車庫運行是否處于安全狀態(tài)的作用。 以持有固定卡用戶的存取車過程對車庫運用進(jìn)行實例說明，根據(jù)以上規(guī)定每張卡對應(yīng)一個停車位號，假定該卡與 B 區(qū)第二列載車臺的第二層車位綁定。第四步，當(dāng)車主進(jìn)行取車動作，同樣先進(jìn)行刷卡動作，人機(jī)交互驗證卡是否有效，如果無效不給予取車動作并且語音提，在判斷有效后，人機(jī)交互將得到的取車動作的車位號告知 PLC，通過對應(yīng)驅(qū)動電機(jī) PLC 將車位準(zhǔn)備就緒，并且車位擋桿給出提示燈指引車主進(jìn)行取車；第五步，取車完畢的車主再次進(jìn)行刷卡，車庫系統(tǒng)根據(jù)此次刷卡再次進(jìn)行 車庫復(fù)位動作。該立體車庫分為在線和離線兩種模式，所以設(shè)定 好在這兩種模式下的整個車庫控制系統(tǒng)的作業(yè)流程尤為重要，使得負(fù)責(zé)各個設(shè)計模塊的設(shè)計人員有一個共同的標(biāo)準(zhǔn)，知道自己所涉及的設(shè)計任務(wù)在整個控制過程的位置，以便更好地做好自己的研究設(shè)計工作，交出的結(jié) 果符合車庫控制流程的要求。市場上現(xiàn)在用的比較多的控制系統(tǒng)有三大類：繼電器控制、單片微機(jī)控制、可編程控制器（ PLC） [26]。其優(yōu)點是電路簡易，開發(fā)成本低，缺點主要是智能性不強(qiáng)，難以實現(xiàn)復(fù)雜的控制要求。而直接面向控制過程的可編程控制器（ PLC）的出現(xiàn)不僅同時具備以上兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點，同時也具備以上兩者沒有的優(yōu)勢，比如：直接面對問題的編程語言使得開發(fā)周期大大減小，而且可靠性非常強(qiáng)，所組成的電氣控制線路也簡單明了，很容易被開發(fā)人員學(xué)習(xí)并且掌 握，從一定程度上增強(qiáng)了其可以被廣泛使用度。 系統(tǒng)功能設(shè)計 PLC 控制做為整個控制系統(tǒng)與驅(qū)動傳動部分的銜接部分，決定了其在立體車庫設(shè)備中有著不可取代的地位，它所要達(dá)到的功能以及如何無縫地接入車庫控制流程都是以保證車庫運行絕對安全為標(biāo)準(zhǔn)。在 PLC 從監(jiān)控計算機(jī)或是人機(jī)交互那邊得到待使用車位號后以及單片機(jī)控制對應(yīng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)選擇好對應(yīng)電機(jī)控制的載車板列并且告知 PLC，就要有目的地選擇目標(biāo)電機(jī)對目標(biāo)載車板提供動力，從而為車主提供待使用車位或是對車庫進(jìn)行復(fù)位； (3)立體車庫控制很重要的而一部分就是對待使用載車板運動的電氣控制，要 使載車板運動精確、平穩(wěn)、安全，本文對此設(shè)計了兩套監(jiān)控系統(tǒng)，變頻器、編巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 18 碼器的加入與 PLC 的聯(lián)合工作來控制對應(yīng)的電機(jī)，使得電機(jī)的啟動、運行、停止這三個動作滿足立體車庫存取車效率、運動精度、穩(wěn)定性和安全性的要求， PLC 控制還通過光電編碼器對電 機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行檢測及時反饋給 PLC， PLC 然后通過變頻器已達(dá)到對電機(jī)的閉環(huán)控制；輔助設(shè)施為通過對應(yīng)合