升降横移式立体车库电气系统软件设计毕业说明书(编辑修改稿)

升降横移式立体车库电气系统软件设计毕业说明书(编辑修改稿)内容摘要：

统已经日臻完善，如汽车出入车库时采用声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像识别技术、科学管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库成为一个独立的大型 复杂的高技术设备。 第一章绪论 5 ③智能化：立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在迅速进入该领域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技术、传感技术、光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等。 对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专用软件，使之适用于存取车全过程的管理和控制。 系统安全装置的设置要与动态过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。 ④高自动化：立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学的管理方法。 控制技术和管理方法互为所长， 大幅度提高了存取车效率。 在控制方法上采用了遥控技术和自动识别系统：车辆停靠稳妥 (在车库外面需要自动转向 )后，车库可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作；在科学管理方面，计算机中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机监控之下，包括设备监控、出入口监控、停车场内部监控，整个停车场运行的状态信息都可以存入计算机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系统故障查询、收费状况查询、进出车辆信息查询。 未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理一体化，系统操作更加简便，功能更加 强大。 整个车库的管理可以纳入楼宇自动化系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立体车库的无人化管理。 机械式立体停车库的主 要类型 所谓机械式停车设备，是指将汽车搬运或存放到泊车位使用的机械设备的总称，主要由钢结构、传动系统、控制系统等几个部分组成。 根据我国发布的 JBT 87131998《机械式停车设备类别、型式与基本参数》标准，机械式停车设备的类别名称及代号见表 1．现介绍几种具有一定代表性的类型： 表 1 机械式停车设备的类别名称及代号 类别名称 升降横移 垂直循环 水平循环 多层循环 平面移动 巷道堆垛 升降横移 简易升降 代号 sh cx sx dx py xd cs js 升降横移式停车设备利用载车板的升降或横移来实现车辆的存取，此类停车库将载运和存放车的载车板与升降装置组合在一起使用，构成立体化存车的形式，多为中、小型车库，泊位数目几辆至几十辆不等，一般设计为 2 或 3 层，极少超过 5 层。 结构上，除顶层外，每层均有一个空车位，作为交换车位；车辆进出层的载车板仅作横移运动，最顶层或地下最底层的载车板只作升降运动，中间华北理工大学轻工学院 6 层既能升降也能横移。 这种类型的立体车库造价不高，车位的布置 紧凑，易于实现自动控制，在楼字地下室或住宅小区的空地上布置为方便，特别适用于平面自走式停车库的改造工程。 缺点是每块载车板都需要配套的驱动机构，比较复杂，可靠性不易保障；层数不宜设计太高，车位数不宜太多，否则存取流程过于冗杂，能源浪费很大。 垂直循环式立体停车库是循环式中最有代表性的，主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置的数个托盘上，由链条带动做垂直循环运动，在平动机构控制下保持车位水平．这种车库由单一大型电机驱动，最大的优点是电气控制系统简单，但缺点也很明显，例如泊位数受电机功率及结构等因 素限制、传动噪音大、存取速度慢、能耗高等，因此呈逐步淘汰之势。 升降横移类立体停车设备利用升降机构将车辆提升到目标层，再启动横移机构把车存入泊位中，工作方式类似于电梯。 这种车库一般采用可编程序逻辑控制器构成其自动控制系统，实现车辆的全自动存取、自动计费等功能。 升降横移式立体车库的机械结构和控制系统更为复杂，对地基、消防、运行可靠性和安全性的要求也更高，因此造价较高。 但是相比于其他形式的立体车库，其在空间利用率、技术性能、结构刚度、存取效率以及能耗等很多方面都更有优势，具有很广阔的发展前景。 巷道堆垛类立体停 车设备是利用巷道堆垛机或桥式起重机作为搬运装置，进入到搬运装置中的车辆可同时进行两维的运动，快速到达指定车位，再用存取机构将车存入泊位。 这种车库类似于立体仓库，最早出现在美国，适合于上百个、甚至是上千个停车位的大型自动化立体停车库，当然造价也是很高的。 课题研究的目的 采用直线电机驱动的新型装置与非直线电机驱动相比，具有结构简单、无接触、磨损少，噪声低、速度快、精度高、组合灵活等明显的优点。 机械式立体停车库是对运行性能要求较高的机电一体化设备，若能将直线电机直驱技术应用到其中，相信整个系统在速度响应、 存取效率、能耗等多个性能指标上均会有明显的提升。 本课题的研究目的为：将直线电机直驱技术应用于机械式立体停车库的驱动系统中，确定整个系统的机械结构和运行方案，进行控制系统相关的硬、软件设计，实现立体停车库的全自动、安全、可靠地运行。 论文的主要研究内容 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第一章绪论 7 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软件主体方案制定及实现； 3)控制系统通讯部分的软件设计。 本章小结 本章介绍了机械式立体停车库的优缺点和主要类型、国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，阐述了课题的来源和目的，提出了论文的主要研究内容。 第二章立体车库的总体结构和运行原理 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升降横移式，这是因为在几种应用较多的类型中，升降横移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，而升降横移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。 升降横移式立体车库概述 整个车库控制系统可分为机械传动部件、控制部件以及检测装置。 机械传动部件包括钢结构框架、车位架、载车板、升降电机及减速机构、横移电机、电磁铁、钢丝绳、升降台、抱闸、配重等，升降电机及减速机构通过钢丝绳驱动升降台的升降，横移电机则直接安装在升降台上，升降台的表面镀铜，横移电机与表面之间存在气隙，当电机通电后，横移电机便能够在升降台表面左右移动，再辅以电磁铁和光电传感器，就可以实现横移电机复位、存取载车板等多种功能。 控制部件的控制对象为升降电机、横移电机以及车库的各种辅助装置，主要包括PLC、变频器、上位机等，其中 PLC 为整控制系统的核心。 此外，控制系统的实现离不开各种检测装置，包括光电传感器、霍尔传感器、压力传感器、按钮、接近开关、旋转编码器等。 升降驱动机构是升降横移式立体停车库的重要组成部分，其结构布置与技术含量将直接影响车库的安全性和可靠性。 目前升降横移式立体停车库的升降驱动形式主要有曳引驱动和强制驱动两种，强制驱动又可分为钢丝绳式 (卷扬式 )和链轮链条式两种形式．钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛运用，是使用上较为成熟的技术，它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向配置，但是结构尺华北理工大学轻工学院 9 寸较大，对提升高度有一定的限制，而且钢丝绳易拉伸变形，平层时会引起升降搬运装置上浮或者下沉现象。 由于自身结构的限制，卷扬式在升降横移式立体车库中没有得到更广泛的应用。 链条提升式具有结构简单、价格低等优点，在低速电梯和低层的立体车库 (升降横移或平面移动式 )上都有应用，在提升速度要求不高时可以选用。 曳引式是一种被广泛应用于电梯上的驱动方式，与钢丝绳卷筒驱动相比，结构尺寸大大减小，同时提升高度高很多，可用于高层的立体车库，因而被广泛地选用。 存取机构是将车存入或者取出泊车位的重要驱动机构，也是升降横移式机械立体停 车设备区别于普通汽车电梯的根本所在。 这类车库的存取方式主要有以下几种： 滑叉载车式：在升降搬运装置上安装一套多级滑叉机构 (多为三级滑叉 )，存车时，滑叉逐级滑出，将载车板送至泊车位上方，轻轻放下，然后收回滑叉；取车时，先滑出滑又，将载车板略微抬起之后，再将载车板和滑叉收回至搬运装置。 滑叉式结构的主要缺点是存在一半的空行程，影响运行效率；动作中有较大偏载时会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构运行的平稳性。 (2)链传动载车式：利用链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取。 存车时，第一级微横移的 作用是推动横移机构连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙；第二级横移的作用是使载车板平稳地转移至停车位的托架上。 链传动横移装置克服了滑叉横移装置的缺点，但它对提升机构的平层精确度要求较高，目前一般采用变频变压调速方式以及高精度传感器来满足平层精确度的要求。 (3)叉梳载车式：通过提升机构和停车位上的两个叉梳的相对交错运动实现车辆的存取。 这种存取方式必须保证在叉梳的结构设计上，横移叉梳和固定叉梳能够实现交错而不发生运动干涉，并且横移叉梳在存取车时的上下运动空间要充足乜羽。 (4)履带输送式：升 降搬运装置在车辆的前后轮处有两个主动履带，横移时这两个主动履带能够带动停车位上的被动履带，将车辆送至停车位。 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升降横移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第二章立体车库的总体结构和运行原理 10 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 (1一钢结构框架； 2一载车板； 3一对重块； 4一塔楼； 5一升降台； 6— 横移机构 ) 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华北理工大学轻工学院 11 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，升降横移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．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，例如磁悬浮列车、电磁炮、数控机床、物流。