六層升降橫移類立體停車庫(kù)研發(fā)及設(shè)計(jì)

謝 鑫 伍九疇 張 峰 薛 寧 申理仁 肖躍軍

（湖南中冶長(zhǎng)天重工科技有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410205）

前言

六層升降橫移類立體停車庫(kù)具備節(jié)約大量土地資源、經(jīng)濟(jì)效益較高、提高停車安全性、使用方便快捷等優(yōu)勢(shì)，因此本文選擇了采用M*N二維矩陣形式設(shè)計(jì)的六層升降橫移類立體停車庫(kù)作為研究對(duì)象，其全部邏輯控制采用PLC，由此即可通過(guò)橫向托盤移位產(chǎn)生汽車垂直升降位置滿足多層汽車升降存取需要。

1 總體設(shè)計(jì)方案

1.1 車位設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖1為車位設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)總圖，六層升降橫移類立體停車庫(kù)包含的機(jī)械部件主要有鋼結(jié)構(gòu)、載車板、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、牽引車、檔梁、安全防護(hù)裝置，具體組成如下：①鋼結(jié)構(gòu)。主要采用鋼板、角鋼、槽鋼、H型鋼等焊接而成，框架結(jié)構(gòu)連接采用高強(qiáng)度螺栓。②載車板。載車板存在拼板結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)兩種，考慮到六層升降橫移類立體停車庫(kù)特點(diǎn)，選擇了鍍鋅鋼板沖壓、咬合拼裝、高強(qiáng)度螺栓緊固連接制成的拼板結(jié)構(gòu)載車板。③傳動(dòng)系統(tǒng)。采用了升降橫移機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由常閉式制動(dòng)裝置、減速器、電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)軌、從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪組成。④控制系統(tǒng)。由控制回路、主回路組成，前者指的是負(fù)責(zé)保證人、車安全的回路，后者則是控制載車板橫移、升降的回路，控制回路存在點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行三種方式。⑤車輛在載車板上的左右移動(dòng)，由橫移裝置、運(yùn)行輪、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成。⑥檔梁。橫跨車庫(kù)底層設(shè)置檔梁，檔梁可自動(dòng)開關(guān)閉且能夠靈活調(diào)整。⑦安全防護(hù)裝置。防止載車板墜落裝置、人車誤入檢出裝置、入庫(kù)時(shí)車長(zhǎng)檢驗(yàn)裝置、超限限制設(shè)備、緊急停機(jī)按鈕、警示裝置屬于安全防護(hù)裝置的主要構(gòu)成[1]。

圖1 車位設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)總圖

車位設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需滿足以下要求：①導(dǎo)軌。需保證同一橫截面上兩導(dǎo)軌軌頂相對(duì)標(biāo)高差控制在3mm內(nèi)，軌距誤差單側(cè)導(dǎo)向控制在4mm內(nèi)、雙側(cè)導(dǎo)向控制在2.5mm內(nèi)。②框架結(jié)構(gòu)。需保證梁間平行度不大于15mm、立柱垂直度L/1000≤8mm、框架兩對(duì)角線長(zhǎng)度允差不大于10mm。③環(huán)境要求?？紤]到六層升降橫移類立體停車庫(kù)的良好工作環(huán)境，需保證工作環(huán)境溫度控制在-25～40℃區(qū)間，且24h平均溫度不超過(guò)39℃。

1.2 控制系統(tǒng)

采用了圖2所示的控制系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)，采用PLC進(jìn)行六層升降橫移類立體停車庫(kù)控制，控制系統(tǒng)組件主要包括PLC控制核心、光電傳感器、系統(tǒng)總線、上位工控機(jī)、觸摸屏、IC磁卡機(jī)、語(yǔ)音系統(tǒng)、LED顯示屏等組成，圖3為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，由此即可更深入了解六層升降橫移類立體停車庫(kù)的控制系統(tǒng)。

圖2 控制系統(tǒng)模塊功能設(shè)計(jì)

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 升降橫移立體車庫(kù)控制方案

結(jié)合六層升降橫移類立體停車庫(kù)特點(diǎn)，控制方案必須滿足車主刷卡進(jìn)行汽車存取需要，且能夠在超重等情況出現(xiàn)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。具體的控制方案設(shè)計(jì)采用了PLC，這是由于其在順序控制、閉環(huán)過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)位置控制、生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理等方面表現(xiàn)出色，配合Windows平臺(tái)的MCGS軟件，即可得出六層升降橫移類立體停車庫(kù)的自動(dòng)控制方案：①系統(tǒng)設(shè)有緊急停止按鍵、復(fù)位按鍵。②制動(dòng)情況下，通過(guò)選擇車位可自動(dòng)將車位調(diào)整移動(dòng)至第一層，以此滿足汽車存取需要。③安全掛鉤會(huì)在載車板復(fù)位后自動(dòng)彈出。④存取車命令沒(méi)有下達(dá)時(shí)載車板不可以自行運(yùn)動(dòng)。⑤如檢測(cè)到載車板停放位置錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)在接收反饋信息后自動(dòng)停止運(yùn)行。⑥載車板的升降和橫移控制可通過(guò)人工手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。⑦控制程序的模塊化設(shè)計(jì)采用梯形圖編程語(yǔ)言[2]。

圖4為程序自動(dòng)存取車流程圖，圖5為手動(dòng)存取車流程圖。

3 升降橫移式智能立體車庫(kù)硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)功能

圖4 程序自動(dòng)存取車流程圖

圖5 手動(dòng)存取車流程圖

車輛的存取操作使用觸摸屏或刷卡完成，僅需按觸摸屏“存車”鍵、選擇庫(kù)位即可自動(dòng)完成存車過(guò)程，按“取車”鍵、選擇庫(kù)位并輸入取車密碼后，即可自動(dòng)完成成取車過(guò)程，“平移不復(fù)位，升降復(fù)位”屬于六層升降橫移類立體停車庫(kù)運(yùn)動(dòng)的總原則。

3.2 具體硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)六層升降橫移類立體停車庫(kù)由五部分組成，分別為安全防護(hù)、載車板、框架結(jié)構(gòu)、升降和橫移傳動(dòng)、控制。在驅(qū)動(dòng)方式的選擇中，由于下面五層共有10臺(tái)可以橫移，且第一層不需要車盤升降，六層升降橫移類立體停車庫(kù)選擇了具備減速、制動(dòng)于一體停車設(shè)備專用系列電機(jī)，型號(hào)為 GH50-2200W80SBG1LT（2～3 層）、GH50-3700W60SBG1LT（4～6 層），電機(jī)的選擇開展了嚴(yán)格的計(jì)算，計(jì)算需圍繞車輛升降所需拉力、升降速度、車輛升降所需功率、所需電機(jī)輸出功率等展開，以2～3層為例，車輛升降所需拉力需大于23500N、升降速度為0.083m/s，由此可確定車輛升降所需功率為1.95kW，從提升電機(jī)到鋼絲繩的傳動(dòng)總效率為0.931，所需電機(jī)輸出功率為為2.09kW。

升級(jí)系統(tǒng)采用鏈傳動(dòng)，在綜合分析四角驅(qū)動(dòng)、對(duì)角驅(qū)動(dòng)、一角驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)四種橫移機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式后，設(shè)計(jì)最終選擇了“三合一”一角單輪驅(qū)動(dòng)。而在電機(jī)的具體選擇中，設(shè)計(jì)人員綜合分析了電機(jī)的結(jié)構(gòu)、用途、電源頻率、運(yùn)行特性、電源電壓、功率大小、絕緣等級(jí)、安裝方式、外殼保護(hù)，并采用了變頻器驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)的設(shè)計(jì)方式。變頻器的選擇嚴(yán)格遵循了恒壓控制思想，并重點(diǎn)關(guān)注了變頻器與負(fù)載的匹配，由于六層升降橫移類立體停車庫(kù)采用380V電壓驅(qū)動(dòng)，且頻率、最大適配電動(dòng)機(jī)功率分別為50Hz和4kW并采用了閉環(huán)控制方式，因此設(shè)計(jì)最終選擇了通用變頻器，型號(hào)為FR-E540。

3.3 安全措施

為保證六層升降橫移類立體停車庫(kù)安全可靠運(yùn)行，安全措施設(shè)計(jì)同樣不容忽視，這一設(shè)計(jì)可細(xì)分為兩部分：①電路安全設(shè)置。主要包括斷電保護(hù)、斷相斷電、缺相和相序保護(hù)裝置等，配合繼電器、漏電保護(hù)器、熔斷器，即可在必要時(shí)切斷設(shè)備主電源，人員、設(shè)備的安全可由此得到較好保障。②自動(dòng)檢測(cè)。采用光電傳感器、位移傳感器、感溫?zé)焸鞲衅鞅O(jiān)測(cè)環(huán)境、位置、人員、車輛，如傳感器發(fā)現(xiàn)意外，系統(tǒng)會(huì)在接收相應(yīng)信號(hào)后報(bào)警并自動(dòng)切斷所有電源，操作人員也可以在必要時(shí)按下急停開關(guān)用于切斷電源[3]。

4 控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

采用了MCGS可視化仿真技術(shù)設(shè)計(jì)六層升降橫移類立體停車庫(kù)的監(jiān)控界面，具體設(shè)計(jì)步驟可概括為：“組織材料→組織系統(tǒng)工程→構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)→制作動(dòng)畫顯示畫面→編寫腳本控制流程→程序調(diào)試”，應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件建立的工程由運(yùn)行策略、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口、用戶窗口、設(shè)備窗口、主控窗口五部分組成。

4.2 PLC設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)計(jì)輸入分配表、輸出分配表并編寫系統(tǒng)程序，配合傳輸、調(diào)試即可完成PLC編程設(shè)計(jì)，由于采用了三菱公司生產(chǎn)的FX2N型號(hào)可編程控制器，因此需選用繼電器輸出的FX2N-128MR-0011。

4.3 梯形圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)執(zhí)行順序?yàn)椋骸跋到y(tǒng)啟動(dòng)→等待存入、取出信號(hào)→出現(xiàn)存入、取出信號(hào)→空斷層與層之間狀態(tài)→根據(jù)狀態(tài)情況→執(zhí)行相應(yīng)子程序”，由此即可進(jìn)行啟動(dòng)和存取車、車位狀態(tài)顯示、取車程序的PLC控制梯形圖設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

綜上所述，六層升降橫移類立體停車庫(kù)具備較高推廣價(jià)值，本文涉及的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容也具備較高借鑒價(jià)值，而為了進(jìn)一步提高停車庫(kù)的管理效率，車輛智能識(shí)別、車輛較多時(shí)車輛存取優(yōu)化同樣需要得到重視。