自動化車庫控制系統設計摘要 自動化立體車庫是專門實現各種車輛的自動停放及科學寄存的倉儲設施。隨著城市汽車保有量的不斷增加，停車難問題己經成為大中型城市的一個普遍現象。機械式立體車庫可充分利用上地資源，發揮空間優勢，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態交通問題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合考慮立體車庫制造成本和運行效率的雙重因素，對自動化車庫的設計進行了簡單的探討。本文在對國內外車庫現狀及發展趨勢做了基本調研的基礎上，簡單介紹了車庫的主體結構和特點，對車庫的控制系統也作了簡單的說明，依據升降橫移式自動化立體車庫的運行原理，對車庫的框架結構、橫移傳動系統中軸和升降傳動系統中軸作了簡單介紹。在對自動化立體車庫控制系統的設計中，采用了先進的PLC控制，運用編程軟件編制了升降橫移式立體車庫控制系統的程序，證明采用可編程序控制器(PLC)作為控制系統簡單易行。其穩定、可靠、快速、性價比高的特點使得控制系統性能良好。為了使停車設備滿足使用要求，根據國家關于機械式停車設備通用安全要求的標準、升降橫移式立體車庫的實際，在自動化立體車庫中使用了一些必要的安全技術，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩的運行。關鍵詞 立體車庫，控制系統，可編程序控制器，自動控制1 緒論停車問題是城市在發展過程中出現的靜態交通（車輛停放狀態）問題，靜態交通是相對于動態交通（車輛行駛狀態）而存在的一種交通形態，二者相互聯系，互相影響，停車設施是城市靜態交通的主要內容，隨著城市的不斷發展，各種車輛的不斷增加，對停車設施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會出現停車難的一系列問題。數據顯示，最近幾年我國城市機動車輛平均增長速度在15%-20%，而同時期城市停車基礎設施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機動車擁有量的增長速度遠遠超過停車基礎設施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。2 自動化車庫的結構及工作原理2.1 車庫的結構 如圖2.0所示，車庫分上下兩層，各十四個車位,當然可以根據情況擴展車位至數十個甚至上百個。車位傳感器1將車位空/滿信號傳送至PLC控制器3輸入端口，PLC控制器通過串口將信號傳到上位機8,上位機8安裝的圖形界面系統顯示車庫各個車位狀態，液晶顯示器LCD6也可顯示每層停車情況；用戶在讀卡器10刷卡后進入管理系統，通過觸摸屏9選擇車層及車位,一旦選定,系統將及時更新數據庫，并向PLC控制器3發出開門信號,PLC控制器3經過處理，輸出信號給直流伺服電機5開啟進庫大門。停車后車位傳感器1信號改變，信息經PLC控制器3輸入端傳至上位機8,上位機8實時更新數據庫并刷新車位圖形界面汽車出庫時情況類似:刷卡后系統記錄該用戶停車時間及費用,如信息無誤,上位機8對PLC控制器3發關門信號,車駛出車庫后,車庫大門傳感器2接受信號并傳輸PLC控制器3,汽車駛出后延時一段時間,車庫關閉,數據庫刷新，車庫內泊車情況在PLC控制器3輸出口控制的對應車位的顯示燈4可觀察到,車庫空/滿信號燈7顯示車庫儲車狀態。 1 .各個車位傳感器 2.車庫大門傳感器 3.PLC控制器 4.對應車位的顯示燈 5 .直流伺服電機 6 .液晶顯示器 LCD 7 .車位空 滿信號燈 8 .上位機 9.觸摸屏 10.讀卡器 圖 2.0 自動車庫系統的結構示意圖2.2 自動化車庫的工作原理升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設備。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫地面的車只作橫移，不必升降，上層車位或下層車位需通過中間層橫移出空位，將載車板升或降到地面層，駕駛員才可進入車庫內將汽車開進或開出車庫。圖2.1 為一個地上7車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：三層三個車位可以升降，二層兩個車位可以升降和平移，一層的兩個車位只能橫向橫移，空車位供三層和二層的車位下降時借用。1 、2號車位可以直接存放車輛;7 號車位需下降后再存放車輛，3號車位，則需先將1號和2號載車板右移，再將3號載車板下降; 4號車位，則需先將2 號載車板右移，再將4號存車板下降；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板降下。由于升降橫移式停車設備對場地的適應性強，介紹系統各機械部分部件結構和功能 可根據不同的地形和空間進行任意的組合、排列，規模可大可小，對土建的要求比較低，因此，應用非常廣泛。2.3 車輛的存取 車輛的存入。當車主插卡并在觸摸屏上選擇空車位后，管理機將IC卡號及當前時間讀入，同時發信息給上位機通知有車輛存。上位機接到信息后立刻掃描數據庫并更新車位顯示屏，庫門自動打開，車主將汽車駛入車庫。完成后，管理機將其讀人的車輛信息傳入上位機，由上位機將數據庫中每輛車的車位號用當前所占用的車位號刷新并在顯示屏上實時顯示。 車輛的取出。取車時，用戶將IC卡插入讀卡機并按取出確認鍵確認。系統掃描數據庫，如有車則讀人取車時間，收費，并將IC卡號、存取時間、收費金額作為歷史數據保存。然后，讀出要取出的車的位置，庫門開啟完成取車操作。當取車操作完成后， 將數據庫按當前車庫的車位占用情況予以刷新并在顯示屏上實時顯示 。 2.4 控制系統 該自動車庫系統由硬件和軟件兩大部分組成 。硬件部分由PLC、停車位霍爾傳感器、大門處安裝的傳感器、兩個讀卡器及一臺服務器組成。軟件系統為用組態軟件開發的數據庫管理軟件。PLC控制底層設備，如各個傳感器、與傳感器相對應的顯示燈、車庫空滿的標志及液晶數字顯示等需連到PLC的輸入，門控信號連到PLC的輸出，驅動直流伺服電機；PLC還要與服務器進行串行通訊；微機上需開發圖形界面實時顯示各車位的滿空狀態,其數據庫能實時記錄車主的入庫出庫信息及每次泊車費用，并可處理每月車主停車的總費用。軟件主要控制車庫模型的輸入輸出信號，軟件還需開發數據庫管理系統可根據讀卡器及數據庫信息為PLC發出控制指令,PLC將執行指令并反饋系統信號，系統將反饋信息及時更新數據庫。數據庫有加密功能，只有管理者有權處理數據據庫信息。 3 車庫的一般控制流程3.1 圖形顯示面 自動車庫控制系統通過觸摸屏實現人機對話。在上位機上開發的圖形界面可以實時顯示各車位的滿空狀態，其數據庫能實時記錄車主的入庫出庫信息及每次泊車費用，并可處理每月車主停車的總費用。3.2 停車管理流程 停車的管理流程見圖3.1。首先進入車庫前要刷卡并在觸摸屏上選擇停泊車位。一旦車位選擇好，車庫進口門開取，進口燈由紅變綠，用戶按提示停車 。只要車位被占，該車位傳感器激活 ，信號傳導PLC表明車位被占。當用戶出來時 ， 再次刷卡，系統計錄停車離開時間，出口門開，該車位感器激活，將空位信號傳 給PLC表明車位空閑。如果車位被占，門外還有一燈顯示一下。每一層還有一個液晶顯示當層的泊車情況。由于系統可以控制所有狀況。所以該系統非常穩定可靠。因為車庫發生費用都是電腦自動完成的，該車庫管理模式不需要員工現場處理現金，所有費用都可通過信用卡付賬，也可通過電子卡按月付賬。系統開發 費用低廉可靠 ，不需要人工實時監控 ，系統在月底可以給車庫主人提供當月發生停車費用的報表 。 運用組態控制技術、現場總線技術和PLC控制技術，提供了一種布局簡潔、 顯示直觀、成本低廉、安全可靠的自動車庫控制系統。實現了控制過程的智能化和可視化。該項成果還可移植到住宅小區、購物中心等附近的半地下停車場 ， 不但可以提高土地的利用率，而且可以使現場管理實現無人化。4 自動化車庫的基本機械結構4.1 立體車庫機械部分部件結構和功能以三層三列式自動化立體車庫為模型建立研究對象。自動化立體車庫主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統、提升系統、控制系統、安全防護系統六大部分組成。車庫的主要組成圖4.1所示。圖 4.1 升降橫移式立體車庫主要組成結構框架立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中我們選用鋼架結構(如圖2.0所示)。上載車板及其提升系統每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統。其工作原理如圖2.0 ，電機順時針旋轉時，載車板上升，電機逆時針旋轉時，載車板下降。根據載車板及車重確定鏈條所需的傳動力。根據傳動力及載車板的移動速度確定電機功率。根據車身高度確定上下載車板間的距離，根據這個距離確定鏈條的長度，最后根據傳動力確定鏈輪大小，鏈節形狀及大小。下載車板及其橫移系統由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節省材料，下載車板比上載車板要短。每塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統，藏于載車板內。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅動長傳動軸運轉，長傳動軸上的主動鋼輪在導軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩擦系數確定橫移電機的驅動功率。安全裝置上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側相應位置處各裝兩只耳環，當上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環內，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安全裝置主要是行程極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是使載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如果碰撞到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止?？刂葡到y升降橫移式立體停車設備的控制系統采用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態，手動控制應用于調試、維修狀態，復位應用于排除故障場合，急停應用于發現異常的緊急場合。對于本文中所列的7車位升降橫移式立體停車設備，PLC 主要要控制二、三層五個升降電機的正反轉和一、二層四個橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全鉤的電磁鐵和系統報警顯示裝置等。4.2 自動化車庫升降橫移機構4.2.1 橫移機構自動化車庫橫移傳動機構由減速電機、驅動輪和從動輪、地面鋪設導軌組成。升降橫移機構則為升降傳動機構與橫移傳動機構的結合。升降橫移式立體車庫底層與中間層載車板為橫移機構，上層載車板為升降機構。升降裝置由傳動系統、升降架等組成。其中提升方式分為下列六種，可根據不同要求任意選用。（1）鋼絲繩式提升型式（2）鏈條式提升型式（3）液壓式提升型式（4）螺桿式提升型式（5）液壓缸、鋼絲繩組合提升型式（6）鏈條、鋼絲繩組合提升型式在自動化立體車庫設計中，各種提升方式特點如下：（1）采用鏈傳動：優點是傳動簡單可靠，維修簡單，造價低廉;缺點是沖擊比較大，有提升高度的限制，安裝調試時需要注意是否有咬鏈的情況出現。（2）采用鋼絲繩傳動：優點是對車庫底盤可以提升的高度可以不加限制，造價比較低;缺點是因為需要外加鋼絲繩桶和剎車盤增加了安裝調試的時間和造價。（3）采用液壓傳動：優點是可以真正實現無級調速，結構緊湊，功率與重量比高、響應速度快、抗干擾能力強、誤差小精度高、低速平穩性好、調速范圍寬、介質自身可起冷卻潤滑作用、安全防爆等優點;同時也具有元件昂貴、成本高、密封技術要求高、油液易污染、能源傳輸不便等缺點。綜上所述，本車庫為三層，從提升高度上選鏈傳動或鋼絲繩傳動都可以，但從方案經濟及可行性角度考慮，選擇鏈傳動更為有利;在橫移運動中，采用異步電機驅動，通過鏈驅動，也能達到精確、穩定地傳動。4.2.2 載車板設計載車板用來承載庫存車輛，按結構形式有框架式和拼板式兩種?？蚣苁禽d車板用型鋼和鋼板焊接承載框架，并多數采用中間突起結構，在兩側停車通道和中間凸起的頂面鋪設不同厚度的鋼板。這種載車板的優點是可按需要設置行車通道寬度，并具有較好的導入功能，適合車型變化較多的小批量生產。拼板式載車板用鍍鋅鋼板一次沖壓或滾壓成組裝件，采用咬合拼裝成載車板，用螺栓緊固連接，拼裝前可以先對組件進行各種表面處理，如電鍍、烤漆等，使載車板輕巧、美觀。4.2.3 安全防護機構車庫的安全防護措施非常重要，在眾多的車庫中車輛的高價性與車庫自身的價值相差很大，并與客戶對車庫的信任度有著密切的聯系。對于升降橫移式立體車庫，它的安全防護措施要做到以下幾點，并配備有相應的防護裝置。1.防火措施：在車庫中安裝有溫煙傳感器，可對車庫的火情實行實時監控，并把監控信號傳給中央控制系統。2急停措施：在發生異常情況時能使停車設備立即停止運轉，在操作盒上安裝有緊急停止開關，并設為紅色，以示醒目。3.阻車裝置：在很多情況下停車時，司機必須要把車停在載車板合適的位置上，一般在載車板的后端一側安裝上一高25mm以上的阻車擋鐵。月.防止超限運行裝置：停車設備在升降過程中，在定位開關上方裝有限位開關，當定位開關出現故障時，由限位開關使設備停止工作，起超程保護作用。5.人車誤入檢出裝置：設備運行時，必須裝有防止人車誤入裝置，以確保安全，一般采用紅外裝置。一旦檢測到在車庫運作時，有人或其它物體進入車庫，系統就會使這個車庫停止運作。6.防止載車板墜落裝置：當載車板升至定位點后，需設置防墜裝置，以防止載車板因故突然落下，傷害人車，一般防墜裝置采用掛鉤形式。掛鉤防墜方式為電磁鐵驅動，如圖4.4所示。圖 4.4 防止載車板墜落裝置載車板的防墜落裝置是立體車庫中的一個關鍵部件，在泊車安全方面起著決定性的作用。防墜落裝置中解鎖動作由電磁鐵完成。解鎖動作要求，當電磁鐵通電時以推桿觸動安全鉤解鎖;當電磁鐵斷電時推桿自動縮回。本提升裝置采用鏈條傳動型式的傳動機構來提升，如機構示意圖4.5所示，載車板的兩個端面各有2個鏈輪，也各有2根定長的鏈條繞在鏈輪上，初始位置載車板水平，當提升電機帶動載車板向上提升時，由于鏈條是定長的，所以不管是上升還是下降，載車板始終保持水平。 圖 4.5 載車板提升原理圖5 自動化車庫電氣控制系統設計5.1 電氣控制系統整體設計整個車庫設計由一臺PLC對車庫進行統一的管理和監控，通過PLC控制載車板縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。各車位內車輛的調入調出由PLC根據當前各車位的車輛存放情況，按照相應的調度策略調度車輛進出。在升降橫移式車庫中，控制系統中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統就是使它們在不同的時間內實現正反轉;其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。一般小型車庫選用按鈕操作，界面清楚，易于操作，但對于大型車庫來說要用上位機來進行對其控制。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置，因本系統只有開關量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此可不必再另外增加其它抗干擾措施。檢測點與控制點：1.檢測點分布(1) 載車板上汽車停放到位否檢測(2) 載車板上有無車檢測在每個載車板上的一條對角線上安放一套光電開關， 用于檢測載車板上有無車。(3) 載車板平移運動是否到位檢測(4) 載車板升降是否到位檢測(5) 上層載車板吊鉤是否掛好檢測2.控制點分布(1) 一層載車板左右平移控制(2) 二層載車板升降橫移運動控制(3) 三層載車板升降運動控制(4) 吊鉤動作控制5.2 電氣系統關鍵部分設計PLC接線設計：在升降橫移式停車庫中，控制系統中主控單元的主要控制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統就是使它們在不同的時間內實現正反轉，其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預警裝置。5.3 電氣安全裝置 1、設有斷電、缺相、斷相和相序保護：在主電源發生缺相，設備發生斷相、反相時，保護器動作切斷設備主電源。2、延時保護：當車停不進設備時，設備將自動停止任何操作。試進入（設定）三次自動停止，處于保護狀態，停止任何操作。3、防人、異物誤闖入紅外線檢測裝置：設置自動鎖閉系統，當設備運轉時，如有人或異物進入設備中，設備將會自動急停。待人員或異物離開設備后，按動“復位”按鈕，設備將恢復運行。保證設備安全運轉，以防誤傷人員。用光電開關檢測。4、車輛定位：載車板的末端裝有前、后、左、右限位裝置。5、防止載車板墜落裝置：設置防墜落裝置，載載車板運行到停車位后，為防止載車板因故突然落下，設防止墜落裝置，保證入庫車輛安全。6、汽車長度限制裝置：設置超長光電檢測裝置。當進入設備的車輛超過適停車輛尺寸時，設備自動鎖閉并報警提示。7、緊急停止裝置：設置緊急制動開關，當出現異常情況時，能使停車設備立即停止運轉。8、防止超限運行裝置：設置限位開關，包括，上限位開關，下限位開關，左限位開關，右限位開關，極限開關等。當到位開關出現故障時，超限位開關能使設備停止工作。9、警示燈及警示蜂鳴器：設置設備運轉信號顯示。提示設備處于運轉狀態及對異常情況報警。10、電機自帶剎車裝置：防止載車板自動滑。6 結論隨著中國經濟的騰飛，城市化進程加快，汽車越來越快的走進工薪階層家庭，而土地越來越緊缺的情況下，為解決城市停車難的問題，自動化立體車庫是必然出路。我國立體車庫發展雖經歷了十來年的發展，但仍處于初級的停車功能，是最原始的使用階段，它的設計水平、經濟價值還有待于完善和開發。為此對自動化立體車庫設計方案優化具有重大的現實意義和潛在的市場經濟效益。本文在參閱了國內外有關自動化停車庫的大量資料的前提下，對升降橫移式立體車庫設計機構裝置和控制系統進行細致研究，得出了以下重要的結論：1.通過初步的調研工作，對自動化立體車庫的發展特點和發展方向進行了總結，通過對市場需求的分析和對比國內外立體車庫的發展狀況，分析了智能立體車庫廣闊的市場前景和趨勢。2.針對自動化立體車庫的功能要求，提出了控制系統的詳細方案。為達到車庫中的檢測要求，確定了經濟而適用的傳感器。在車庫自動控制系統中，選用了歐姆龍公司的CZOOH型PLC可編程控制器，并對PLC功能和特點進行詳細的分析，給出了接線圖和控制程序。參 考 文 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With the cars in the city continues to increase, the issue of parking has become difficult for large and medium-sized cities, a common phenomenon. Mechanical parking can take full advantage of the resources, to play a space advantage, to maximize the parking of vehicles, as a solution to urban traffic problems still an important way. Subject to the lifting and transferring more typical garage-type three-dimensional objects for the study, considering three-dimensional garage manufacturing costs and operating efficiency of the dual factors of the design automation of the garage of a simple.In this paper, the status quo in the garage at home and abroad and the development trend of the basic research done on the basis of a brief introduction of the garage of the main structure and the characteristics of the control system of the garage were also made by a simple description, based on three-dimensional lifting and transferring Automatio