垂直提升式立体车库电气系统硬件设计论文(编辑修改稿)

垂直提升式立体车库电气系统硬件设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

统研究的部分。 (2)在车库总体方案和自动控制系统硬件设计的墓础上，参照 立体停车库存取流程，考虑设备运行的高效、安全、可靠等要求，分析和设计具体的软件实现方案， 包括功能的构建、可行性分析、软件架构设计、程序流程图的绘制等。 本论文在查阅大量文献资料的基础上，以新型智能立体停车库的控制系统为研究对象，着重于控制系统软件方案的制定和具体实现，主要内容包括 : 1)立体车库的总体结构和运行原理分析； 2)立体车库控制系统的硬件方案； 本章小结 本章介绍了机械式立体停车库的概念用途，立体车库的优缺点和主要类型、第 1 章 绪论 7 发展历程以及过内外的发展现状以及目前国内行业发展中存在的一些问题。 此外，阐述了研究思路及论文的主要研究内容。 河北联合大学轻工学院 8 第 2 章立体车库的总体结构和运行原理 车库选型 通过分析比较各种类型的优缺点，结合技术可行性和投资经济性，本课题的立体车库类型设计为垂直升降式，这是因为在几种应用较多的类型中，垂直升降式是综合性能十分优良的一类，具有空间利用率高、技术性能好、能耗低、噪声小、速度快、操作简单、维护方便等优点，具有广阔的发展前景。 循环式立体车库虽结构简单，但存取速度过慢、能耗高、噪音和震动大，只是早期的立体车库形式，目前较少使用；升降横移类的应用较为广泛，但自动化程度及存取效率较低 ，受传动链绳和存取时间限制，可建停车规模有限；巷道堆垛式的投资成本很高，适用于库容量需求极大的场合，本课题暂不涉及这类立体车库的研发。 此外，课题的研究目的是实现直线电机直驱技术在机械式立体停车库中的应用，若采用升降横移式，需要配备多套升降和横移驱动机构，系统本身结构复杂，而垂直升降式的立体车库仅需两套驱动机构就能够实现车库的正常运作，更适用于直线电机直驱技术的应用。 垂直升降式立体车库概述 垂直升降式立体停车库习惯上称为电梯式或塔式立体车库，是利用升降机构和存取机构实现车辆存取的机械停车设备，一般由钢 结构框架、升降装置、存取装置、载车台回转装置、安全保护装置、控制系统和检测装置等组成。 此类车库的停车位分布在井道周围，每层可设 2 个或多个泊位，一般在 10 层以上，可停放几十辆车，而占地面积不到 50m2,所以具有很高的平面和空间利用率，很适合建在城市中心或者住宅小区内。 电梯式立体停车库最早出现在 20 世纪 20 年代，当时是以汽车专用电梯作为提升工具 ,驾驶员需随车升降。 到 60 年代后期，许多发达国家的大都市都出现了停车难问题，使得立体车库开始发展普及，此时已现机械存取机构，无需驾驶员跟车。 至 80 年代末 90 年代初，随着微 机技术、可编程控制器以及交流变频调速技术的不断发展和成熟，垂直升降式立体车库开始在日本、美国、欧洲、韩国、台湾等地大量兴起，成为机械式立体车库的一大主流。 立体车库的总体结构 在综合考虑技术难度、占地面积、经济实用性以及用户需求等各种因素之后，决定选取每层两个库位的布局作为本课题的垂直升降式立体停车库的整体结构。 与其他形式相比，这种布局的结构相对简单，适用性强，易于推广，提升机构到第 2 章 立体车库的总体结构和运行原理 9 达目标楼层后，横移机构便可存取车辆。 本论文的研究以 2 层 4 库位为例，车库结构示意图如图 所示，供试验用，实际产品化时 可根据用户的需求进行横向或纵向扩展。 底层定义为零层，用于车辆的出入库；中间的井道为载车台的升降通道，停车位纵向并列布置在井道的两侧。 此车库系统主要包括钢结构框架、载车板、升降装置、横移装置、安全保护装置和自动控制系统。 图 钢结构框架 钢结构框架主要由立柱、横梁、斜撑、车位架等组成，用于承受车库自身部件重量和存入车辆重量、内置停车位并且安装机械传动和电气控制部件。 载车板 每个停车位都有一块对应的载车板，用于搬运和支托车辆，实质就是通过对河北联合大学轻工学院 10 载车板的存取实现车辆的存 取。 载车板应采用非燃烧材料制造，质量要轻但需有足够的强度和刚度，且能防止液体滴漏。 车库正常运行时，存在某个停车位的载车板在升降台上的情况，如果此时用户需要存车，系统默认将车辆存入这块载车板所在的停车位，如果用户需要取车，则将载车板存入其所在的停车位后再取车。 在连续存车或取车时，会有一个取或者存载车板的空行程，需要占用一定的存取车时间。 升降装置 为了提高运行效率，垂直升降式立体车库要求升降系统具有较高的提升速度和良好的可靠性。 在参照和比较几种现有升降驱动方式的基础上，决定选用曳引驱动技术，采用成熟 的升降机提升装置驱动电机的性能直接决定了提升系统的启动、制动和平层精度，在选择提升电机时，不但需要有足够的输出功率，并且还必须具有较硬的机械特性，以保证不同负载情况下提升系统的动态响应能力。 我们选用高效节能的异步电动机作为动力源，控制方式采用变频变压调速技术，不仅能够实现良好的调速性能和运行平稳性，还可满足停车库对平层精度的要求。 升降装置包括 : 1)曳引驱动机、减速机构和制动器； 2)传动部件，包括钢丝绳和滑轮等； 3)对重和平衡链； 4)载车台，用于升降时支托车辆； 5)升降导轨和对重导轨。 曳引机通过钢丝绳驱动载车台升降，同时对重也相应运动。 对重可称为重量平衡系统，其功能是在工作中使升降台和对重间的重量差保持在某一限额内，保证电动机正常运转，此外，还可以减少驱动功率，减小钢丝绳与绳轮之间的曳引力，延长钢丝绳的使用寿命阴。 对重由对重架、对重块、导轨、缓冲器碰块、压块以及钢丝绳组成。 升降装置的传动机构 (包括电机、滑轮等 )设在停车库的顶部。 横移装置 与滑叉、链轮、履带等需要中间传动机构的存取方式不同，本车库的横移装置采用直线电机直接驱动，由于去除了中间的机械传动环 节，横移电机将直接作用于载车板，能够实现运动的快速动态响应，节省时间和能耗，从而有效提高车库的运行效率。 直线电机直接驱动是一种新型的现代驱动技术，目前已实现了其在物流系统、工业设备、信息与自动化系统、交通与民用、军事等领域的应用，第 2 章 立体车库的总体结构和运行原理 11 例如磁悬浮列车、电磁炮、数控机床、物流分拣输送系统、生产流水线和装配线等。 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。 它由旋转电机演变而来，可看成将一台旋转电机沿径向剖开，并展开成平面，如图 所示，由定子演变而来的一侧称为初级，转子侧演变为次级。 实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间保持祸合。 直线电机既可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级，考虑到制造成本、运行费用等因素，一般均采用短初级长次级。 直线电机工作原理与旋转电机相似，以直线感应电动机为例 :初级绕组在通入三相交流电流后，便在气隙中形成行波磁场，次级在行波磁场作用下，将感应电动势并产生电流，次级电流的磁场与初级电流的行波磁场相互作用产生电磁推力若次级固定，则初级将在推力作用下做直线运动，反之，则次级做直线运动。 图 本车库的横移装置示意图如图 所示，包括横移电机、电磁铁、滚轮和导轨等。 横移装置安装于升降台上，横移电机选用感应直线电动机，并且采用短初级长次级的结构；升降台表面镀铜，形成横移电机的次级，而横移电机的初级与表面之间存在气隙，当电机通电后，初级便能够实现在升降台表面的横移动作，再辅以电磁铁和光电传感器，就可以实现横移电机复位、存取载车板等功能。 图 河北联合大学轻工学院 12 2． 4 立体车库的运行原理 平层和横移定位原理 升降 台和横移机构的定位是实现车库功能的关键，本车库中的定位均采用反射式光电开关传感器。 光电传感器是一种将光强度的变化转换为电信号的变化的测量装置，它首先将被测量的变化转换成光信号的变化，再借助光电元件将光信号转换成电信号，结构上主要由发送器、接收器和检测电路这三部分组成。 光电检测具有精度高，反应快，非接触等优点，并且可测参数多，传感器结构简单，形式灵活多样。 光电传感器可分为槽形光电开关、对射式光电开关、反光板反射式光电开关、扩散反射式光电开关、光纤式光电开关等。 对射式光电开关的发光器和收光器互相分离，检测距离可 达几米甚至几十米，使用时将发光器和收光器分别安装在被检测路径的两侧，该路径的光路被阻挡时，光电开关的输出信号就会发生变化。 反光板反射式光电开关是将发光器和收光器装入同一个装置内，并在其前方安装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用；正常情况下，发光器发出的光投射到反光板上，接着被反光板反射回来后被收光器接收；一旦发光器的光未投射在反光板上，光电开关就会动作，输出的开关信号发生变化。 本车库中，每层的平层位置安装有专用反射镜 (反光板 )，光电开关随升降台运动，每经过一层时， PLC 通过检测光电开关输出信号的变化， 根据运动方向自动将层数加 1 或者减 1，从而不断更新当前所在层的值；当达到目标层时，则停止供电并且关闭抱闸 (实际中停止信号是通过检测速度曲线的减速段时光电开关输出信号的变化而给出的，且运动方向不同时所检测的边沿类型也不同 )。 就横移机构而言，光电开关随横移机构运动，反射镜安装在升降台表面，考虑到实际的若干种动作可能，为了实现左右两侧载车板的存取，需要设计 4 个定位点，如图 2. 4 中所示，从左至右依次编号为 0, 1, 2, 3，分别代表 :为取左侧的载车板所要运动到的点，取出右侧的载车板后所运动到的点，取出左侧的载车板 后所运动到的点，取右侧的载车板所要运动到的点。 第 2 章 立体车库的总体结构和运行原理 13 图 速度控制 与一些直接采用接触器、断路器控制电机的立体车库不同，考虑到垂直升降式立体车库对升降和横移系统的起停、速度控制以及定位精度等方面有较高要求，为此我们采用可变频变压的变频器作为电机的驱动。 在运行中， PLC 根据当前的运行距离动态生成速度的给定值，并且引入 PI 环节以构成速度闭环控制系统，能够有效提高系统的动态响应能力。 图 为理想的速度给定曲线，包括加速段、匀速段、减速段及爬行段，加、减速段的加速度恒定，速度的变化会 更为平稳；此外，为了提高定位精度，在到达目标位置之前须设定一段爬行距离，给定一个很低的爬行速度，以保证到位时电机能够可靠停止；实际运算中，并非根据当前的运行时间来计算速度的给定值，而是结合当前的运行距离，根据软件内部设定的加速度、最大运行速度、最小运行速度等参数动态生成的。 需要注意的是，不是所有的动作都需要速度曲线，速度曲线适用于长行程的动作如升降系统的层间运动、横移系统的侧间运动；若是复位、升降系统微平层以及横移系统同侧两点之间的运动，则给定一个较低的运行速度即可。 河北联合大学轻工学院 14 图 车库工作流程 PLC 上电后车库开始工作，首先开机自检，确认传感器无故障后，系统开始复位，复位完成后便可进行存取操作；若发现故障，则报警并给出提示，只有所有故障都被排除之后系统才能复位。 存车的正常流程为 :对于 IC 卡系统，用户先按“停车”按钮，再刷卡，然后，用户需用键盘设定密码，确认密码之后，车库开始动作；而对于触摸屏系统，用户可以直接在触摸屏上操作，点击“停车”按钮，输入车牌号和密码后，车库开始动作。 车库系统首先判断升降台上是否有载车板，若有，将升降台直接降落至零层，若没有，则选定一个停车位并取出相应的 载车板。 待升降台降落至零层后，道闸打开，用户可将车驶入吊框内，零层的对射式光电传感器以及压力传感器将检测车辆是否符合停放要求以及是否停放到位，车辆停好后，用户按“确认停车”按钮，升降系统开始提升。 升降台停靠至目标层后，横移系统驱动载车板沿导轨进入停车位，停放到位后，横移电机回移，升降台平层处理。 取车的正常流程为 :用户按“取车”按钮后刷卡，然后，在键盘上输入密码，系统确认密码后，车库开始动作；若是触摸屏系统，点击“取车”按钮后，输入车牌号和密码，系统确认后，车库开始动作。 开始动作后，系统首先判断升降台上是否有 载。