《垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究（4頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、文章編號(hào)：1001-3997（2011）05-0048-03垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究劉曉娟潘宏俠（中北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，太原 030051）Design and research for vertical garage system of lifting typeLIU Xiao-juan，PAN Hong-xia（College of Mechanical Engineering and Automatization，North University of China，Taiyuan 030051，China）【摘 要】以垂直升降電梯式立體車庫為主要研究對(duì)象，通過研究立體車
2、庫垂直提升和旋轉(zhuǎn)定位并 行工作的控制方式，進(jìn)行了升降機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。介紹了垂直升降式立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和工 作原理。確定了以三菱 FX2N-80MR 可編程序控制器（PLC）為主控單元的控制方案，并對(duì)控制系統(tǒng)的輸 入輸出進(jìn)行了詳細(xì)的分析,完成了控制系統(tǒng)的輸入輸出分配及其與 PLC 硬件端子的連接，設(shè)計(jì)了控制系 統(tǒng)的控制程序梯形圖，完成了立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足了立體車庫的控制功能和使用要求，因此，這 項(xiàng)研究具有很強(qiáng)的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：垂直升降式；立體車庫；PLC；控制系統(tǒng)；梯形圖【Abstract】The vertical garage of lifting type is
3、 what we shall research in which the control system for lifting mechanism is developed through researching parallel operating of lifting and rotary positioning of thegarage.First the overall structure and working principle for the garage is introduced.Then the Mitsubishi FX2N-80MR PLC （PLC）control s
4、cheme is defined to be the main control unit，which will analyze in detail and distribute the input and output of the control system，connect with PLC terminals as well.Ladder diagram control program is designed for the control system.The completion of the control system could meet the re quirements f
5、or parking and operating.Therefore the research is valuable and significant both in theory and practice.Key words：Vertical lifting type；Three-dimensional garage；PLC；Control system；Ladder diagram中圖分類號(hào)：TH16，TP2731 引言文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A京、上海、廣州這些車位總量相對(duì)較多的大城市，停車泊位仍不足機(jī)動(dòng)車的 30%，與國(guó)際 80%的合理比例相比，中國(guó)顯然“車滿為 患”。如再不采取措施，機(jī)動(dòng)車保有量
6、的迅速增長(zhǎng)與城市停車場(chǎng)建 設(shè)滯后的矛盾將十分突出“，停車難”的問題將越演越烈。垂直升降式立體車庫是集自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國(guó)城市汽車保有量急劇增長(zhǎng)，停車問題成為許多大城市的一大難題。據(jù)有 關(guān)部門的不完全調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全國(guó)城市每 4.84 輛機(jī)動(dòng)車才有一個(gè) 合法的停車位，有的城市平均每 31 輛車才配一個(gè)停車位，而在北來稿日期：2010-07-13參考文獻(xiàn)1Shah J J.A ssessment of features technology.Computer -Aided Design，1991，23（5）：331-342.2張莉芳，等.基于 I-
7、DEAS 的變結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與 制造，1998（9）:54-55.3蘇鐵熊，等.變結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其在曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J. 兵工學(xué)報(bào)，1995（4）：44-48.4蘇鐵熊，等.變結(jié)構(gòu)變參數(shù)設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械 CAD 中的應(yīng)用J.兵 工學(xué)報(bào)，1996，17（3）：252-256.5李衛(wèi)民，等.CAD 二次開發(fā)中變結(jié)構(gòu)變參數(shù)設(shè)計(jì)方法的技巧J.機(jī)械工 程師，2000（12）:18-19.6劉雄偉，鄭海波，屠曉明.參數(shù)化特征造型中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變異的一種解決 方法J.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2001，13（3）：267-270.7羅浩，陳立平，周濟(jì).基于約束的幾何設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理
8、及實(shí)現(xiàn)J.計(jì)算機(jī) 應(yīng)用研究，1996（7）:16-18.8施法中.計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)與非均勻有理 B 樣條M.北京：高等教 育出版社，2001.9葉煒威，余才佳.Solidworks2006 實(shí)體建模與二次開發(fā)教程M.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.10王國(guó)謹(jǐn)，汪國(guó)邵，鄭建民.計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出 版社，2001.圖 6 新生成的參數(shù)設(shè)計(jì)樣板草圖5 結(jié)論通過以上分析比較和實(shí)例驗(yàn)證，提出的樣條化變參數(shù)設(shè)計(jì) 在變結(jié)構(gòu)體變參數(shù)設(shè)計(jì)中是可行的，在變結(jié)構(gòu)體變參數(shù)設(shè)計(jì)中能 靈活地生成不同結(jié)構(gòu)類型的零部件。與變結(jié)構(gòu)變參數(shù)設(shè)計(jì)方法和 模塊化變參數(shù)設(shè)計(jì)方法相比，其模型數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量小。采用 NU
9、RBS 曲線表達(dá)，不僅能繪制自由曲線，還能精確地表示圓錐曲線和規(guī) 則曲線。通過使用樣條化變參數(shù)設(shè)計(jì)就能完成復(fù)雜多變的零部件 快速設(shè)計(jì)。20154040第 5 期劉曉娟等：垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究49技術(shù)等高新技術(shù)為一體的智能化、立體化的物流運(yùn)輸系統(tǒng)。具有投資小，充分利用空間，占地面積極小，停放車輛最多，單車占地 面積最小，出車速度快，安全性能高的諸多優(yōu)點(diǎn)；而且其造型美 觀，外部可放置大型商業(yè)廣告牌，與城市商業(yè)相吻合，逐漸成為未 來城市停車設(shè)施的一種發(fā)展趨勢(shì)。2 垂直升降式立體車庫總體結(jié)構(gòu)垂直升降式立體車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中，主要包括鋼 架結(jié)構(gòu)，升降裝置、存取裝置、載車臺(tái)回轉(zhuǎn)裝置、
10、安全保護(hù)裝置等。研究的垂直升降式立體車庫以 5 層 10 庫位為例，每層 2 庫 位，分 A 區(qū)、B 區(qū)，采用垂直提升式，由 1 臺(tái)電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng) 機(jī)（22kW）作為主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，1 臺(tái)開門電動(dòng)機(jī)，1 臺(tái)升降電動(dòng)機(jī)，1 臺(tái)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，1 臺(tái)橫向移動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成。結(jié)構(gòu)示意，如圖 1 所示?？ǎ芾硐到y(tǒng)根據(jù)卡號(hào)確定存車的目標(biāo)車位。立體車庫入口處安裝有導(dǎo)向設(shè)備，引導(dǎo)司機(jī)正確停車。車輛停在車庫進(jìn)/出口后司機(jī) 即可離去?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)目標(biāo)車位的層數(shù)和列數(shù)判斷升降機(jī)上升 時(shí)間和和回轉(zhuǎn)盤是否旋轉(zhuǎn)。立體車庫的存車過程，如圖 3 所示。Y檢查車輛長(zhǎng)、寬、高超標(biāo)否N平層否N橫移是否到位AB圖 3 垂直升降式立體
11、車庫的存車流程圖由于存取車是三維運(yùn)動(dòng)，即水平 X 方向、橫向 Y 方向和高度 Z 方向的運(yùn)動(dòng)。其高度 Z 方向的運(yùn)動(dòng)由電梯的升降實(shí)現(xiàn)；水平 X 方向的運(yùn)動(dòng)由進(jìn)出裝置的前、后運(yùn)行實(shí)現(xiàn)；橫向 Y 方向的運(yùn)動(dòng)由 橫移裝置的橫移實(shí)現(xiàn)。即一個(gè)存取周期應(yīng)由水平 X 方向、橫向 Y 方向和高度 Z 方向的運(yùn)動(dòng)組成。由于各個(gè)方向上的幾何尺寸及運(yùn) 動(dòng)速度各不相同，且在一定的情況下某些運(yùn)動(dòng)部件之間存在互鎖 關(guān)系：當(dāng)升降裝置與進(jìn)出裝置分離時(shí)，它們可分別同時(shí)動(dòng)作；當(dāng)電 梯升降裝置有車時(shí)，僅電梯動(dòng)作，取車過程與之相反。4 垂直升降式立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)垂直升降式立體車庫整個(gè)控制系統(tǒng)分為 PLC 控制系統(tǒng)，通 訊系統(tǒng)，
12、人機(jī)界面，信號(hào)檢測(cè)，數(shù)據(jù)庫及報(bào)表管理系統(tǒng)等?？刂葡?統(tǒng)采用高性能光敏元件，傳感器，檢測(cè)移動(dòng)叉梳的運(yùn)動(dòng)位置，車庫 狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)上汽車停放位置等。然后把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給 PLC 作為控制的輸入信號(hào)。4.1 PLC 的 I/O 設(shè)置根據(jù)控制系統(tǒng)功能分析，該系統(tǒng)共有 40 個(gè)輸入點(diǎn)，24 個(gè)輸 出點(diǎn)，所以采用三菱 FX2N-80MR 可編程序控制器（PLC）。如果系 統(tǒng)需要功能擴(kuò)充，可方便的增加輸入或輸出模塊增加輸入點(diǎn)或輸 出點(diǎn)。輸入輸出地址分配以及外接器件的類型和作用，如表 1、表2 所示。表 1 輸入信號(hào)分配表圖 1 垂直升降式立體車庫示意圖垂直升降式立體車庫的進(jìn)出裝置選用叉梳式交接系統(tǒng)機(jī) 構(gòu)，
13、該機(jī)構(gòu)具有簡(jiǎn)單，傳動(dòng)部件少，維護(hù)工作量少，運(yùn)行效率高的 優(yōu)點(diǎn)，因此可選用此裝置實(shí)現(xiàn)進(jìn)出車庫的目的回轉(zhuǎn)盤采用伺服電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速及傳動(dòng)裝置為減速箱和齒圈?；剞D(zhuǎn)的目的是能順 利的存取車輛和使送出車輛時(shí)使車頭朝前?；剞D(zhuǎn)盤能根據(jù)實(shí)際需 要旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示。升降裝置包括：（1）曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)，即電機(jī)、減速箱和制動(dòng)器；（2）傳動(dòng)部件，包括鋼絲繩和滑輪（或升降鏈條、鏈輪）等；（3）對(duì)重 和平衡鏈；（4）升降導(dǎo)軌和對(duì)重導(dǎo)軌。曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)通過鋼絲繩（或 鏈條）使載車臺(tái)升降，同時(shí)對(duì)重也相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，平衡重量這樣有利于 減小電機(jī)功率?？紤]到存取車過程對(duì)提升機(jī)構(gòu)的精度要求較高， 采用成熟的升降機(jī)提升裝置，使用
14、曳引驅(qū)動(dòng)方式。曳引機(jī)的性能 直接決定了提升系統(tǒng)的啟動(dòng)、制動(dòng)減速度和平層精度，為此我們 選用現(xiàn)在普遍使用的變頻變壓調(diào)速 （VVVF Variable Voltage Variable Frequcncy）電動(dòng)機(jī)。圖 2 回轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)圖（俯視圖）3 垂直升降式立體車庫工作原理車輛進(jìn)出立體車庫采用智能運(yùn)送的方式。全封閉方式運(yùn)作， 司機(jī)只需要將車駛?cè)胲噹烊肟谔幍妮d車板即可存車，車輛運(yùn)送由 立體車庫控制系統(tǒng)控制。存取車輛均向前開，無需倒車、掉頭，車 輛安全度極高。當(dāng)有司機(jī)要停車時(shí)，司機(jī)在車庫入口處取卡或讀輸入繼電器編號(hào)輸入信號(hào)類型作用鑰匙開關(guān)和選擇開關(guān) 系統(tǒng)電源開關(guān)、手動(dòng)/自動(dòng)選擇X000X004X005
15、X016X017X020X040X041X046按鈕開關(guān)繼電器接點(diǎn) 行程開關(guān) 平層開關(guān)車位選擇、落地、急停、開關(guān)門變頻器故障檢測(cè)報(bào)警 臺(tái)板升降、橫移到位、上下限位 升降臺(tái)在各層的平層橫移叉梳下降叉梳收回存車過程結(jié)束叉梳橫移YY判斷是否旋轉(zhuǎn) 180o升降機(jī)構(gòu)上升把車送入車庫報(bào)警車輛停放到位No.5May.2011機(jī)械設(shè)計(jì)與制造50表 2 輸出信號(hào)分配表4.3.2 升降存取控制叉梳錯(cuò)位交換是用升降裝置上升及橫移裝置橫移實(shí)現(xiàn)存取車 操作，存取車全部過程自動(dòng)完成。橫向移動(dòng)控制是指當(dāng)升降機(jī)移到 指定層、平層后，將車送入或取出左右?guī)煳坏目刂齐娐?，該?dòng)作是由 平層后的信號(hào)觸發(fā)，直到升降臺(tái)上限位開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)在
16、人機(jī)界面上 選取操作時(shí)，觸發(fā)某庫區(qū)呼叫，升降臺(tái)首先響應(yīng)庫層信號(hào)，接通庫層 感應(yīng)輔助繼電器 Y004 并保持，然后才開始升降機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)升降 機(jī)到達(dá)人機(jī)選定的庫層時(shí)，根據(jù)平層基準(zhǔn)點(diǎn)感應(yīng)信號(hào)停止升降機(jī)運(yùn) 行，待平層后，根據(jù)人機(jī)界面的信息指令，繼電器線圈 Y006 通電叉 梳橫移。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定庫位的限位開關(guān)時(shí)，油泵線圈 Y011 通電，橫移 叉梳下降，汽車順利放置指定庫位。接著繼電器線圈 Y007 通電，叉 梳自動(dòng)收回升降機(jī)內(nèi)完成存車動(dòng)作。其梯形圖，如圖 6 所示。輸出繼電器編號(hào)輸出器件類型作用繼電器線圈指示燈、發(fā)光二極管各個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制運(yùn)行狀態(tài)顯示、車位是否有車Y000Y012Y013Y0274
17、.2 PLC 硬件端子 I/O 接口連接PLC 硬件端子與 I/O 接口連接圖，如圖 4 所示。開門電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出鑰匙開關(guān)開門電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出選擇開關(guān)進(jìn)出電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出存/取車開關(guān)進(jìn)出電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出共10 個(gè) 車位 選 擇 按 鈕安檢開關(guān)X003急停按鈕Y004 升降電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出升降電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出一層 A 呼叫按鈕橫移電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出一層 B 呼叫按鈕橫移電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出二層 A 呼叫按鈕油泵上升繼電器線圈二層 B 呼叫按鈕油泵下降繼電器線圈旋轉(zhuǎn)電機(jī)繼電器線圈庫位指示共10 個(gè) 車庫位指示五層 B 呼叫按鈕X016庫位指示繼電器節(jié)點(diǎn)Y004庫位指示開門限位開關(guān)位關(guān)門限位開關(guān)Y006庫位指示燈 指進(jìn)出內(nèi)限位開關(guān)示
18、燈Y011進(jìn)出外限位開關(guān)旋轉(zhuǎn)限位開關(guān) X02310Y026Y025個(gè) 限 位 開 關(guān)油泵下限位開關(guān)油泵上限位開關(guān) X025Y005一層 A 限位開關(guān)一層 B 限位開關(guān)五層 B 限位開關(guān)6底層平層開關(guān)個(gè) 平 層 開 關(guān)圖 6 升降存取裝置控制程序梯形圖五層平層開關(guān)5 結(jié)束語垂直升降式立體車庫是一個(gè)復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，以三 菱 FX2N-80MR 可編程序控制器（PLC）作為主控單元進(jìn)行控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，滿足了立體車庫的控制功能 和使用要求。同時(shí)，在軟件設(shè)計(jì)過程中，采用梯形圖作為 PLC 的 控制程序，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，使 用方便，大大縮短了系統(tǒng)的設(shè)
19、計(jì)和調(diào)試周期。該項(xiàng)目的研制成功， 將可為立體車庫制造業(yè)提供物美價(jià)廉的控制系統(tǒng)，降低立體車庫 造價(jià)，從而推動(dòng)我國(guó)立體車庫的發(fā)展，以解決大中城市的停車難 問題，為汽車制造業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時(shí)還可以大量節(jié)約大中 城市用地，將有限的土地資源投入到更為廣闊的其它經(jīng)濟(jì)活動(dòng) 中，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)1中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 機(jī)械式停車設(shè)備類別、型 式與基本參數(shù)，1998，7（1）：2-5.2曹衛(wèi)東.談垂直升降類機(jī)械式停車庫的設(shè)計(jì)（停車場(chǎng)設(shè)備）.中國(guó)電梯，2002，13（3）：41-46.3賀玲芳.液壓升降橫移式全自動(dòng)立體車庫運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械科學(xué)與 技術(shù)，2001（4）：55
20、0-554.4周志新.地坑式立體車庫液壓升降臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì).上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，15（2）：154-157.5李志輝，沈利華.機(jī)械立體停車庫設(shè)計(jì)講座之十一“電梯垂直升降類停 車設(shè)備種類及設(shè)計(jì)參數(shù)”中國(guó)電梯，2004，15（9）：48-52.6蔣圣平等.PLC 在立體車庫系統(tǒng)控制中的應(yīng)用. 華北工學(xué)院測(cè)試技術(shù) 學(xué)報(bào)，2000，14（2）：76-80.7Akagi S，F(xiàn)ujita k.Building and expert system for engineering design based on the object-oriented representation concept J
21、.ASME Trans. J.Mech.design，1990，112:215-222.8Chen J L，Hajela P.A rule based approach to optimization design modelingJ.Computer and Structure，1989，33（1）:117-128.梳收回限位開關(guān)圖 4 PLC 硬件端子 I/O 接口分配圖4.3 PLC 控制程序設(shè)計(jì)垂直升降式立體車庫程序包括 PLC 控制程序和計(jì)算機(jī)人機(jī)界面程序兩部分。垂直升降式立體停車庫控制程序主體上是采用 模塊化程序設(shè)計(jì)方法，每個(gè)模塊都有特定的任務(wù)功能。對(duì)子程序 的調(diào)用，是實(shí)現(xiàn)模塊程序
22、功能的主要方法。4.3.1 進(jìn)出、開關(guān)門控制程序當(dāng)車庫外的停車板上有車時(shí)，經(jīng)檢測(cè)合格后，車庫門打開， 進(jìn)出裝置把車送入車庫，升降裝置提取車、載車板使出、車庫門關(guān) 閉，這一過程自動(dòng)完成。存車按鈕被按下后，X007 閉合，繼電器線 圈 Y000 通電，同時(shí) 2 個(gè)輔助開關(guān) Y000 閉合并自鎖，車庫門上 升，并為進(jìn)出裝置進(jìn)入做好準(zhǔn)備。當(dāng)車庫門達(dá)到限位開關(guān) X020 時(shí)，車庫門停止運(yùn)動(dòng)，并且自動(dòng)執(zhí)行下一步程序，進(jìn)出裝置把車送 入車庫。當(dāng)把車送到合適位置時(shí)，限位開關(guān) X022 閉合，繼電器線 圈 Y010 通電，油泵通電上升提取車輛。完成此動(dòng)作后，載車板自 動(dòng)使出、車庫們關(guān)閉。具體程序見梯形，如圖 5
23、 所示。Y000Y002Y010Y003圖 5 進(jìn)出裝置控制程序梯形圖FX2N-80MRX007 Y002Y000Y020 Y000 Y010Y002Y022 Y002 Y003Y010Y026 Y010 Y001Y003Y023 Y003 Y012Y001Y001ENDX041 X006Y004Y043 X004 X011Y006Y033 X006 X007Y011X011 X005Y007Y007Y047 X007Y005ENDCOM Y000X000X001Y001X002Y002Y003X004X005Y005X006Y006X007Y007X010Y010Y011Y012Y013Y0
24、14X017Y015X020Y016X021X022Y024Y025X024Y027X026X027X030X040X041X046X047一層 A一層 B二層 A二層 B五層 B運(yùn)轉(zhuǎn)燈故障燈電源燈file:/D|/我的資料/Desktop/新建文本文檔.txtAppliance Error (configuration_error)Your request could not be processed because of a configuration error: Could not connect to LDAP server.For assistance, contact your network support team.file:/D|/我的資料/Desktop/新建文本文檔.txt2012-07-12 20:42:52
垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究
