升降横移式立体车库控制系统设计

摘要立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。

随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。

机械式立体车库可充分利用地上资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。

本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。

在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择三层三列式车库结构为研究模型。

升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。

本文简单介绍了车库的主体结构和特点，着重对车库的控制系统进行了说明。

在对升降横移式立体车库控制系统的设计中，采用了先进的PLC控制，运用欧姆龙（OMRON）公司的编程软件编制了升降横移式立体车库控制系统的程序，并经调试、运行，证明采用可编程序控制器(PLC)作为控制系统简单易行。

其稳定、可靠、快速、性价比高的特点使得控制系统非常完美。

为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

关键词：立体车库，控制系统，可编程序控制器目录第1章前言 (1)第2章升降横移式立体车库机械部分设计 (2)2.1 升降横移式立体车库的基本结构 (2)2.2 升降横移机构设计 (3)第3章立体车库电气控制系统设计 (5)3.1 电气控制系统整体设计 (5)3.2 系统控制原理 (5)3.3 电气系统关键部分设计 (7)3.4 控制系统工作方式 (12)3.5 程序块运行方式 (13)3.6 电气安全装置 (14)第4章结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)第1章前言停车问题是城市在发展过程中出现的静态交通（车辆停放状态）问题，静态交通是相对于动态交通（车辆行驶状态）而存在的一种交通形态，二者相互联系，互相影响。

停车设施是城市静态交通的主要内容，随着城市的不断发展，各种车辆的不断增加，对停车设施的需求也在不断增加，如果两者之间失去平衡，城市里就会出现停车难的一系列问题。

数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。

国家计委和国家经贸委将《机械式立体车库》列入在2000年9月1日起执行的第七号令《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录（2000年修订）》目录二十、机械、第50条；是我国解决城市停车问题的机会，亦为我国立体车库产业的发展提供了政策性指引，由此可以预见立体车库是具有非常广阔的市场前景的。

目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。

机械方面，应用了许多新材料、新工艺。

设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。

钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。

控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。

控制形式有按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。

安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、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、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火系统等。

第2章升降横移式立体车库机械部分设计2.1 升降横移式立体车库的基本结构2.1.1 升降横移式立体车库简介工作原理升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。

每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。

机械部件结构和功能以三层三列式立体车库为模型建立研究对象。

升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。

下面对车库的主要组成进行分析：①结构框架：选用钢架结构。

②上载车板及其提升系统：每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。

电机顺时针旋转时，载车板上升；电机逆时针旋转时，载车板下降；根据载车板及车重确定链条所需的传动力；根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率；根据车身高度确定上下载车板间的距离；根据这个距离确定链条的长度；最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。

③下载车板及其横移系统：由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。

每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。

在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走；其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。

电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。

根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。

④安全装置：上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。

防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间；在纵梁两侧各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环；当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内；以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下慢慢下滑，压坏下层汽车；另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。

下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。

行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。

防碰撞板的作用是下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，及时切断横移电机电源，横移停止。

⑤控制系统：升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC可编程序控制器控制，主要有手动、自动、复位、急停四种控制方法。

自动控制应用于平时的正常工作状态，手动控制应用于调试、维修状态；复位应用于排除故障场合；急停应用于发现异常的紧急场合。

2.1.2 钢结构设计在升降横移式立体车库中其主要结构是钢结构，由两部分组成：主体框架部分和载车板部分。

①主体框架部分的钢结构：主体框架部分的钢结构比较复杂，运用了“H”型钢、角钢、槽钢等数种型钢形式。

②载车板部分的钢结构：载车板部分的钢结构比较简单，其框架部分为数段矩形方钢对焊而成，其它辅助结构则以角焊代之。

③连接方式：主要运用对焊、角焊和螺栓连接。

2.2 升降横移机构设计升降横移机构则为升降传动机构与横移传动机构的结合。

升降横移式立体车库底层与中间层载车板为横移机构，上层载车板为升降机构。

2.2.1 升降机构设计升降装置由传动系统、升降架等组成。

提升方式分为以下六种，可根据不同要求任意选用。

①钢丝绳式提升型式②链条式提升型式③液压式提升型式④螺杆式提升型式⑤液压缸、钢丝绳组合提升型式⑥链条、钢丝绳组合提升型式2.2.2 横移机构设计横移传动机构由减速电机、驱动轮和从动轮、地面铺设导轨组成。

2.2.3 载车板设计载车板用来承载库存车辆，按结构形式有框架式和拼板式两种。

2.2.4 安全防护机构对于升降横移式立体车库的安全防护措施非常重要，要做到以下几点，并配备有相应的防护装置。

①防火措施：在车库中安装有温烟传感器，可对车库的火情实行实时监控，并把监控信号传给中央控制系统。

②急停措施：在发生异常情况时，能使停车设备立即停止运转；在操作盒上安装有紧急停止开关，并设为红色，以示醒目。

③阻车装置：在很多情况下停车时，司机必须要把车停在载车板合适的位置上，一般在载车板的后端一侧安装上一高25mm以上的阻车挡铁。

④防止超限运行装置：停车设备在升降过程中，在定位开关上方装有限位开关；当定位开关出现故障时，由限位开关使设备停止工作，起到超程保护作用。

⑤人车误入检出装置：设备运行时，必须装有防止人车误入装置，以确保安全，一般采用红外装置。

一旦检测到在车库运作时，有人或其它物体进入车库，系统就会使这个车库停止运作。

⑥防止载车板坠落装置：当载车板升至定位点后，需设置防坠装置，以防止载车板因故突然落下，伤害人车，一般防坠装置采用挂钩形式。

2.2.5 挂钩防坠方式挂钩防坠方式为电磁铁驱动，载车板的防坠落装置是立体车库中的一个关键部件，在泊车安全方面起着决定性的作用。

防坠落装置中解锁动作由电磁铁完成。

解锁动作要求当电磁铁通电时，以推杆触动安全钩解锁；当电磁铁断电时，推杆自动缩回。

2.2.6 提升机构及轴的设计升降部分和横移部分均采用链传动输入动力。

链传动由主动轮、从动轮和绕在链轮上的链条组成。

能保证准确的平均传动比；传动效率高，可达到0.95~0.98；作用在轴上的压力较小；能在高温、油污等恶劣环境工作。

第3章立体车库电气控制系统设计3.1 电气控制系统整体设计3.1.1 PLC进行统一管理和监控通过PLC控制载车板纵横传动装置，以完成对车辆的存取操作。

各车位内车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。

3.1.2 自动存取车控制系统①弱电系统：主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。

PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。

②强电系统：包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。

车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。

③急停开关：系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。

④系统输出控制信号：包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。

3.2 系统控制原理升降横移式立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。

其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。

升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。

执行机构是“四肢”，框架是“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。

它指挥着车库的每一个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控（图 3.1）。

操作者要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。