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Onthebasisofinvestigationoncurrentsituationanddevelopingtrendofgarageindomesticandabroad,wechoosethree-layerandthree-formulisticgaragestructureastheresearchmodel.Accordingtotheformofthedragging-formsofmultiplayerup-downandtranslationear-base,itismadeofthreeparts:
partofear-basestructure、partofdriving-frameworkandpartofcontrolsystem.ThepaperadoptedPLCascontrolsystemindesigningtheup-downandtranslationstereogarage,PLCsoftwareofSIMATICcompanywasusedtoweavetheprogramofcontrolsystem,throughdebuggingrunning.TheresultprovedthatadoptedPLCascontrolsystemissimpleandeasytorealize.Thecharacteristicofstabilization,credibility,speedinessandhighcapabilitymadethecontrolsystemveryperfection.Inordertosatisfyusingdemandindesignstereogarage,accordingtocriterionofmechanicalparkingsystems-generalsafetyrequirementandthefactsoftheup-downandtranslationstereogaragethePaperintroducedsomesafetytechniquewhichwasusedintheup-downandtranslationstereogarage.ThiscanensureabsolutesafetyforCarandmakethewholestereogaragesafetyandrunningsmooth.
Keywords:
Stereogarage;
Controlsystem;
PLC
引言
随着国民经济的高速发展,我国轿车保有量直线上升。
据中国汽车工业协会公布的数据表明,1997年全国汽车保有量1100万辆,其中轿车万400辆,当年轿车生产量48.2万辆,微型车生产量38.2万辆,1998年轿车生产量50万辆,1999年55万辆,2000年57万辆。
2002年中国汽车产量达到了325万辆,比上年增长38%,全球排位由2001年的第八位上升至第五位。
2005年的轿车保有量已达到1108万辆。
由于中国加入世贸关税进一步降低,2008年北京奥运及2010年上海世界博览会等重大事件的影响,以及国内需求的进一步拉动和“费改税”等政策的驱动,我国的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展。
按前述数据预测,2010年将达到2000万辆。
城市中停车位需求按1:
1.2(100%的基本停车位和20%的公共停车位计算)将增加停车位480万个,平均每年需求96万个。
因此,停车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。
城市和已建小区有限的地面面积己无法提供足够的停车车位,向空间发展成为当前解决问题的一条重要途径。
立体车库具有占地面积小、操作简单、灵活,安全可靠等诸多独特的优点,对于在寸土寸金的大都市建造平面车库具有明显的优点。
智能立体车库就应运而生成为城市交通的一个研究热点。
立体车库发源于上世纪20年代的美国,是在繁华拥挤的都市里为解决停车难而采取的一种措施。
50年代以后,伴随着私人小汽车的大量涌现,在西欧、东南亚、韩国和日本都得到了广泛的应用。
形成了一个包括制造、安装、使用和维修的行业体系。
其中,发展较早、较好的日本公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等欧洲有意大利SOTefin、Interpark、德国Palis等。
这些国家和公司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备,经过几十年的不断发展,机械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断地更新换代,日趋完美。
在土地越来越紧缺的情况下,立体车库是解决城市中停车难问题的必然出路。
但若要良性发展,就要解决现存问题。
我国设计制造的立体车库大多处于初级的停车功能,是最原始的使用阶段,它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。
由此可见研究如何降低立体车库设计制造成本及进一步提高控制系统自动化程度实现快速、准确地存取,具有重大的现实意义。
第一章绪论
1.1本课题的研究意义、目的
我国城市人口集中、建筑密度大,各种基础设施建设用地不断增长,用地日趋紧张。
在经济每年以接近10%的同时,全国机动车辆每年以10%一15%的速度增长,每年预计需新增停车位400万个。
由于我国停车场建设的严重滞后导致机动车违章停靠,侵占道路和绿地,致使道路通行能力下降,影响了社会总体效率。
城市中的平面式停车场已经远不能满足越来越多的车辆需要,停车难造成的交通堵塞和废气污染问题日益严重。
据有关资料介绍,目前我国停车库面积与道路面积之比不足1:
100,而国外是1:
10,停车库严重不足;
由于城市地价日益昂贵,修建大型露天停车场将越来越困难。
从中国重机协会停车设备管理委员会了解到,在日本等车位紧张、地价昂贵的发达国家,立体停车产业已经发展成为年产值数十亿美元的大产业。
据专家初步分析,国内市场目前每年需求电梯式自动化立体停车库在80~100座左右,21世纪初每年需求90~110座左右,市场的前景相当好。
解决城市停车难问题而采用立体化停车措施是世界各个国家的普遍做法,尤其是全自动化的机械式立体停车库得到了快速的发展。
立体停车充分迎合了城市发展的需要,确保汽车安全停放,创造了取车时的方便快捷,符合环保需要,减少了大气污染城市立体车库的广泛使用是对现代静态交通的全新革命,并能显著改善恶化的城市动态交通状况。
立体停车库主要由立体停车设备和其他相关的附属设施组成,其中立体停车设备是集光、机、电和自动化技术于一体的成套设备,是车库的主体设施。
1.2立体停车库目前发展情况
体车库自动化控制系统主要包含以下五个子系统:
自动收费管理系统,自动存取车系统,远程诊断系统,自动道闸,监控安保系统。
以上子系统均由中央控制室统一控制,可为客户规划停车库管理形式,发布车库库存容量,控制车流方案。
(一)自动收费管理系统
自动收费采用非接触式IC卡。
IC卡分长期卡与储值卡两种。
对固定用户,发行长期卡,费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳;
对临时用户,发行储值卡,即:
用户交纳的费用存在卡内,每次停车读卡自动从卡中扣除费用。
(二)自动存取车系统
自动存取车系统一般由小型可编程控制器PLC控制,包括卡号识别与移动载车盘两个过程。
用户进入车库时,在门口刷卡进入,读卡机自动把数据传送到PLC控制系统,PLC系统通过判断卡号,自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置,开启车库门,缩短存取车的时间。
存车时,司机按照指示灯信号指引入库,只有当车辆停放在安全位置后,停车正常指示灯才会亮启。
存取车完成后,车库门自动关闭。
移动载车盘时,系统严格按照各种检测信号的状态进行移动,检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。
若有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度,所有载车盘将不进行动作,若检测到急停信号,将停止一切动作,直至急停信号消失。
以上信号均为硬件信号,除此之外,还可从控制软件中设置保护信号,比如时间保护,以保证因硬件损坏而导致信号失灵时保证主体设备及车辆的安全。
(三)远程诊断系统
现场控制器可以通过网卡、Hub等网络设备与控制中心的局域网相连接,可以通过MODEN实现远程管理,监测现场运行情况,当现场出现故障时,在控制中心即可进行解决,方便管理人员、安保人员异地办公。
(四)自动道闸
在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈及道闸,用户在车库出入口处刷卡后,系统自动判别该卡是否有效,若有效,则道闸自动开启,通过感应线圈后,自动栅栏自动关闭;
若无效,则道闸不开启,同时声光报警。
(五)监控安保系统
监控安保系统是指在中央控制室进行监视控制车库现场的运行状况。
它具有运动检测、车牌识别、网络连接、各种类型的报警系统实现连动等功能,可以实现无人看守。
系统简介:
视频监控功能:
在车库各出入口,值班室和车库内主要区段安装定焦摄像机,在大范围车位区安装球形云台,以便实现对车库全方位的实时监控。
如果在车库光照条件不好的情况下,可选用黑白摄像机。
运动检测功能:
可以在夜间设置车库的运动检测区域,当检测区有移动目标时,运动检测功能发出报警信号,提醒值班人员。
车牌识别功能:
它能够设置车库参照车辆的车牌、车型。
当参照车辆进入车库监视区域,系统自动对比参照车辆图像,有异常情况,发出报警信号,并自动切换和记录相关图像。
报警连动功能:
可以连动各类报警主机,如启动继电器发出声光报警通知安保人员自动放下道闸拦截车辆出入。
数字录像功能:
可以连续记录一个同在车库所发生事件,可以同步回放多个图像,可选择任意图像进行整体放大和局部放大,记录、回放、备份可同步进行各种信息。
1.3本课题的主要问题
本课题的主要任务是:
设计自动化立体停车库的自动控制系统;
确定自动控制系统方案;
设计系统的电气线路并选择所用的元器件,画出其电气原理图;
对车库与车库监控系统进行数据交换的数据格式及车库的人机界面进行分析和设计,对触摸屏进行组态;
编制立体车库控制软件。
要求控制系统方案合理。
各车位托盘运行安全、正确、平稳,触摸屏操作界面直观易懂,操作简便,单动操作设置权限和密码。
确定车库设备与车库监控系统进行交换的内容和格式。
第二章立体车库系统方案设计
2.1立体车库分类
目前的自动化立体车库主要有:
升降横移式、仓储式、垂直循环式、电梯式、简易式。
(一)升降横移式
对不同要求的客户,其适应性很强,灵活性很大,根据地形,车的数量,可在室内、室外设立二层至五层,可以建在地面、半地面或底下。
特点:
结构简单,安全可靠,运行平稳,噪声低,能耗小,寿命长。
图2-2
(二)仓储式
车库是由输送小车将待停泊的轿车自动送至库位,取车也是由输送小车从库位取出,自动送到取车点,这一过程全部由电脑及测检系统自动完成,无需人员参与。
是当今自动控制科技的结晶。
自动化程度高,运行速度快,存取方便运行平稳,存车量大,安全性好。
图2-3
(三)电梯式
车库是利用电梯将车送往塔的周边车位上,它所占地面积小、土地利用率高、存车容量大,特别适合于城市商业繁荣,停车流量大的中心区,可以独立成塔,也可以与高层大厦溶成一体,是地小车多的最佳选择。
外形美观,停车安全,运行迅速,振动小,噪声低。
图2-4
(四)简易式
车库结构简单,一般为两层,上层用机械或液压传动提升,而下层为自走进入,取上层车时,下层必须先开走因此,较适合于单家别墅式住宅,在已有单个车位情况下需增加车位或汽车商临时存放车辆用。
图2-5
我设计的立体停车库采用升降横移式(又称魔方式),上层托盘只能升降,下层托盘只能横移(如下图2-6)。
以PLC作为自动控制的控制系统,由触摸屏实现人机交互。
PLC通过传感器来监控车库中各种状况,收集各种信息。
然后由PLC来处理这些信息,控制车库的运行。
管理员可以通过触摸屏来了解车库状态,调整车库运行,对车库进行维护。
图2-6
2.2托盘初定位与形状设计
托盘初定位就是车库在使用前,各托盘所处在的位置。
当车库的电源一旦接通时,由PLC自动将各托盘置于初始位置。
合理的初始位置的选择不仅可以提高车库的运行效率,在编制控制程序时也能使控制程序简化。
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。
升降横移式立体车库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。
停泊在这类车库地面的车只作横移,不必升降,上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位,将载车板升或降到地面层,驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。
图2.7为一个地上7车位的升降横移式停车设备,其工作原理是:
三层三个车位可以升降,二层两个车位可以升降和平移,一层的两个车位只能横向横移,空车位供三层和二层的车位下降时借用。
1、2号车位可以直接存放车辆;
7号车位需下降后再存放车辆;
3号车位,则需先将1号和2号载车板右移,再将3号载车板下降;
4号车位,则需先将2号载车板右移,再将4号存车板下降;
5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移,再将5号载车板下降;
6号车位则需要先将2、4号载车板右移,再将6号载车板降下。
由于升降横移式停车设备对场地的适应性强,介绍系统各机械部分部件结构和功能可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列,规模可大可小,对土建的要求比较低,因此,应用非常广泛。
图2.7七车位升降横移式立体车库工作原理图
自动化立体停车库中,对于托盘形状也有特殊要求。
由于整个自动化过程由光电开光检测信号量,托盘必须便于光电开关的检测。
另外,托盘也应该便于用户停放车辆。
图2-8托盘形状设计
托盘形状设计如上图所示,在托盘上设计前后2个凸起的部位。
一方面,司机停车的时候可以自觉的减速,保证安全。
另一方面,可以保证司机顺利,准确的停好车。
同时可以在停好车后,对车辆有一定的保护功能。
此外,在托盘前方也有一处凸出部位,这是下层托盘左右移动时,让光电开关检测的部分。
上层托盘不用此部分。
2.3托盘上的信号检测方案
图2-9托盘上的光电开关安装图
上文已经提及,整个自动化过程由光电开关检测信号量。
在一个车位上,应该具备的信息包括:
托盘是否到位;
托盘上车辆有无;
车辆停放是否准确。
另外还应该进行一些安全方面的措施。
本设计中采用了如图2-9的信号检测方式。
其中,2号为上下限光电开关,控制托盘的上升、下降位置。
3号为下位托盘检测光电开关,控制下层托盘的左右移动。
4号为车辆检测光电开关,用于检测托盘上的车辆。
考虑到车辆停放时位置变化,车辆底盘高度不一,故采用斜线式检测。
1号为接近传感器,有过位保护作用,万一上限光电开关失灵,接近传感器可以保证托盘上升时不至于发生事故。
此外在托盘入口处还安装安全检测光电开关(5号),检测车辆是否停放准确,如果没有正确停放,车库的机能将停止,同时触摸屏将报警。
第三章PLC工作状态
3.1PLC工作原理
一扫描技术
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
二用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。
在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;
或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;
相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。
三输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。
这时,才是PLC的真正输出。
3.2PLC内部运作方式
虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称,但PLC内部并非实体上具有这些硬件,而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑,并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。
因此能大大减少控制器所需之硬件空间。
实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。
在整个的扫描过程包括三大步骤,“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下:
步骤一“输入状态检查”:
PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态(1或0代表开或关),并将其状态写入内存中对应之位置Xn。
步骤二“程式执行”:
将阶梯图程式逐行取入CPU中运算,若程式执行中需要输入接点状态,CPU直接自内存中查询取出。
输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置,暂不反应至输出端Yn。
步骤三“输出状态更新”:
将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点,并且重回步骤一。
此三步骤称为PLC之扫描周期,而完成所需的时间称为PLC之反应时间,PLC输入讯号之时间若小于此反应时间,则有误读的可能性。
每次程式执行后与下一次程式执行前,输出与输入状态会被更新一次,因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”结构框图如图3-1所示。
图3-1PLC内部运作架构图
3.3PLC接入方式
电力线通信技术,英文简称PLC,是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。
该技术是把载有信息的高频加载于电流,然后用电线传输,接受信息的调制解调器再把高频从电流中分离出来,并传送到计算机或电话上,以实现信息传递。
该技术在不需要重新布线的基础上,在现有电线上实现数据、语音和视频等多业务的承载,也就是实现四网合一。
终端用户只要插上电源插头,就可以实现因特网接入。
PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。
在发送时,利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制,然后在电力线上进行传输;
在接收端,先经过滤波器将调制信号滤出,再经过解调,就可得到原通信信号。
目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M~45M之间。
PLC设备分为局端和调制解调器,局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。
在通信时,来自用户的数据进入调制解调器调制后,通过用户的配电线路传输到局端设备,局端将信号解调出来,再转到外部的Internet。
随着计算机硬件、软件的快速发展,特别是网络技术的快速发展,著名工控厂家及系统集成商都大力开发以太网产品,关注PLC的直接上网问题。
现在国际上知名的PLC厂家产品均能够实现直接上网,如施耐德公司全线的Quantum系列、Premium系列等、通用电气公司GE90-70系列、GE90-30系列、VersaMAX系列等、西门子公司的有关PLC、罗克韦尔PLC的有关系列控制器等。
采用直接上网的结构,必须妥善解决PLC直接上网后智能设备的接入问题。
采用直接上网的结构,坚持分层分布(单元)式的结构原则,就是要达到与LCU有关的各种数据采集和控制都必须由LCU来实现的目标。
现在,LCU一般都需要与一定数量的智能设备进行通讯。
在有工控机结构的LCU结构中,通讯实现是比较容易的,通讯的方式也比较灵活。
但在采用PLC直接上网的结构后,就必须考虑各种PLC产品特性对接入LCU智能设备的影响。
PLC与工控机相比,通讯
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