机械设计与制造 ４８ 文章编号：１００１—３９９７（２０１ １）０５—００４８—０３ Ｍａｃｈｉｎｅｌ７ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第５期 ２０１１年５月 垂直升降式立体车库系统设计与研究 刘晓娟潘宏侠 （中北大学机械工程与自动化学院，太原０３００５１） Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｇａｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｌｉｆｔｉｎｇ ｔｙｐｅ ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｊｕａｎ，ＰＡＮ Ｈｏｎｇ—ｘｉａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】以垂直升降电梯式立体车库为主要研究对象，通过研究立体车库垂直提升和旋转定位并 行工作的控制方式，进行了升降机构控制系统的设计研究。介绍了垂直升降式立体车库的总体结构和工 作原理。确定了以三菱ＦＸ２Ｎ一８０ＭＲ可编程序控制器（ＰＬＣ）为主控单元的控制方案，并对控制系统的输 入输出进行了详细的分析，完成了控制系统的输入输出分配及其与ＰＬＣ硬件端子的连接，设计了控制系 统的控制程序梯形图，完成了立体车库控制系统设计，满足了立体车库的控制功能和使用要求，因此，这 项研究具有很强的理论价值和现实意义。 关键词：垂直升降式；立体车库；ＰＬＣ；控制系统；梯形图 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｇａｒａｇｅ ｏｆ ｌｉｔｆｉｎｇ ｔｙｐｅ ｉｓ ｗｈａｔ ｗｅ ｓｈａｌｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｆｏｒ ｌｉｔｉｆｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｆｌｏｉｆｔｉｎｇ ｎｄ ｒａｏｔｒｙｐｏｓｉａｔｉｏｎｉｎｇ ｆｔｏｈｅ ｇａｒａｇｅ．Ｆｉｒｓｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇａｒａｇｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ ＦＸ２Ｎ一８０ＭＲ ＰＬＣ（ＰＬＣ）ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｄｅｉｎｅｄ ｆｔｏ ｂｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ａｎａｌｙｚｅ ｉｎ ｄｅｔｉａｌ ｎｄ ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｎｄ ａｏｕｔｐｕｔ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｎｅｃｔ ｗｉｔｈ ＰＬＣ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ ａｓ ｗｅｌ１．Ｌａｄｄｅｒ ｄｉａｇｒａｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒｍ ｉａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅ— ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｐａｒｋｉｎｇ ｎｄ ｏｐｅｒａｔｉａｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｖａｌｕａｂｌｅ ａｎｄ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ ｂｏｔｈ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌｉｆｔｉｎｇ ｔｙｐｅ；Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｇａｒａｇｅ；ＰＬＣ；Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；Ｌａｄｄｅｒ ｄｉａｇｒａｍ 中图分类号：ＴＨ１６，ＴＰ２７３文献标识码：Ａ １引言 京、上海、广州这些车位总量相对较多的大城市，停车泊位仍不足 与国际８０％的合理比例相比，中国显然“车满为 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国城市汽 机动车的３０％，机动车保有量的迅速增长与城市停车场建 车保有量急剧增长，停车问题成为许多大城市的一大难题。据有 患”。如再不采取措施， 关部门的不完全调查统计，全国城市每４．８４辆机动车才有一个 设滞后的矛盾将十分突出，“停车难”的问题将越演越烈。合法的停车位，有的城市平均每３１辆车才配一个停车位，而在北 ★来稿日期：２０１０—０７—１３ 】 删】 】 …】 …】 】 ｏ‘ｊＨ 垂直升降式立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机 参考文献 ｌ １ ｊ Ｓｈａｌｌ Ｊ ＪＡ ｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ， ５结论 １９９１，２３（５）：３３１—３４２． ［２］张莉芳，等．基于Ｉ－ＤＥＡＳ的变结构参数化设计［ＪＪ．计算机辅助设计与 制造，１９９８（９）：５４—５５． ［３］苏铁熊，等．变结构参数结构设计方法及其在曲轴结构设计中的应用 ［Ｊ］．兵工学报，１９９５（４）：４＿４＿＿４８． 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区，采用垂直提升式，由１台电磁制动三相异步电动 机（２２ｋｗ）作为主拖动电动机，１台开门电动机，１台升降电动机，１ 台旋转电动机，１台横向移动电动机组成。结构示意，如图１所示。 Ｊ 曼；Ｌ Ｊ国【：＝＝ｔ 宜 — ＝：＝ｉ Ｉ 且 ．Ｗ．．．－．．－．－－．．－．一Ｉｔ 豆 禽［＝＝ｌ Ｉ 且 Ｊ［＝＝１ 且 Ａ 置 Ｂ 图１垂直升降式立体车库示意图 垂直升降式立体车库的进出装置选用叉梳式交接系统机 构，该机构具有简单，传动部件少，维护工作量少，运行效率高的 优点，因此可选用此装置实现进出车库的目的回转盘采用伺服电 动机驱动，减速及传动装置为减速箱和齿圈。回转的目的是能顺 利的存取车辆和使送出车辆时使车头朝前。回转盘能根据实际需 要旋转，回转盘结构，如图２所示。 升降装置包括：（１）曳引驱动机，即电机、减速箱和制动器； （２）传动部件，包括钢丝绳和滑轮（或升降链条、链轮）等；（３）对重 和平衡链；（４）升降导轨和对重导轨。曳引驱动机通过钢丝绳（或 链条）使载车台升降，同时对重也相应运动，平衡重量这样有利于 减小电机功率。考虑到存取车过程对提升机构的精度要求较高， 采用成熟的升降机提升装置，使用曳引驱动方式。曳引机的性能 直接决定了提升系统的启动、制动减速度和平层精度，为此我们 选用现在普遍使用的变频变压调速（ＶＶＶＦ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｃｎｃｙ）电动机。 … 、＼、 ｌ Ｉ Ｉ … ＼＼、。 ／／』４… 图２回转盘结构图（俯视图） ３垂直升降式立体车库工作原理 车辆进出立体车库采用智能运送的方式。全封闭方式运作， 司机只需要将车驶入车库人口处的载车板即可存车，车辆运送由 立体车库控制系统控制。存取车辆均向前开，无需倒车、掉头，车 辆安全度极高。当有司机要停车时，司机在车库人口处取卡或读 图３垂直升降式立体车库的存车流程图 由于存取车是三维运动，即水平 方向、横向ｙ方向和高度 ｚ方向的运动。其高度ｚ方向的运动由电梯的升降实现；水平 方向的运动由进出装置的前、后运行实现；横向ｙ方向的运动由 横移装置的横移实现。即一个存取周期应由水平 方向、横向ｙ 方向和高度ｚ方向的运动组成。由于各个方向上的几何尺寸及运 动速度各不相同，且在一定的情况下某些运动部件之间存在互锁 关系：当升降装置与进出装置分离时，它们可分别同时动作；当电 梯升降装置有车时，仅电梯动作，取车过程与之相反。 ４垂直升降式立体车库控制系统的设计 垂直升降式立体车库整个控制系统分为ＰＬＣ控制系统，通 讯系统，人机界面，信号检测，数据库及报表管理系统等。控制系 统采用高性能光敏元件，传感器，检测移动叉梳的运动位置，车库 状态，旋转台上汽车停放位置等。然后把检测到的数据传送给 ＰＬＣ作为控制的输入信号。 ４．１ ＰＬＣ的Ｉ，Ｏ设置 根据控制系统功能分析，该系统共有４０个输入点，２４个输 出点，所以采用三菱ＦＸ２Ｎ一８０ＭＲ可编程序控制器（ＰＬＣ）。如果系 统需要功能扩充，可方便的增加输入或输出模块增加输入点或输 出点。输入输出地址分配以及外接器件的类型和作用，如表１、表 ２所示。 表１输入信号分配表 输入继电器编号． 输入信号类型 作用 Ｘ０ｏＯ—Ｘ０ｏ４ 钥匙开关和选择开关系统电源开关、手动／自动选择 Ｘｏｏ５一Ｘ０１６ 按钮开关 车位选择、落地、急停、开关门 Ｘ０１７ 继电器接点 变频器故障检测报警 Ｘ０２０－ＸＯ４０ 行程开关 台板升降、横移到位、上下限位 Ｘ０４１－Ｘ０４６ 平层开关 升降台在各层的平层 Ｎｏ．５ ５０ 机械设计与制造 Ｍａｒｖ．２０１１ 表２输出信号分配表 输出继电器编号 输出器件类型 作用 ４。２ ＰＬＣ硬件端子ｌ／０接口连接 ＰＬＣ硬件端子与Ｉ／Ｏ接口连接图，如图４所示。 匙开关 刳晕开关 眨车开关 检开关 停按钮 乎叫按钮 乎叫按钮 乎叫按钮 乎叫按钮 圈 圈 ｊＹ０１２ 圈 Ｙ０１３ 共 乎叫按钮 Ｘ０１６ Ｙ０１４ １Ｏ 邑器节点 Ｘ０１７堇 Ｙ０１５ 个 艮位开关 Ｘ０２０ Ｙ０１６ 车 艮位开关 位 指 艮示 灯 艮位开关 Ｘ０２６ 位开关 鍪 艮位开关 Ｘ０２７ 艮位开关 Ｘ０３０ 艮位开关 Ｘ０４０ Ｆ层开关 Ｘ０４１ Ｆ层开关 Ｘ０４６ 艮位开关 Ｘ０４７ 图４ ＰＬＣ硬件端子Ｉ／０接口分配图 ４．３ ＰＬＣ控制程序设计 垂直升降式立体车库程序包括ＰＬＣ控制程序和计算机人机 界面程序两部分。垂直升降式立体停车库控制程序主体上是采用 模块化程序设计方法，每个模块都有特定的任务功能。对子程序 的调用，是实现模块程序功能的主要方法。 ４．３．１进出、开关门控制程序 当车库外的停车板上有车时，经检测合格后，车库门打开， 进出装置把车送入车库，升降装置提取车、载车板使出、车库门关 闭，这一过程自动完成。存车按钮被按下后，ＸＯ０７闭合，继电器线 圈ＹＯ００通电，同时２个辅助开关ＹＯ００闭合并自锁，车库门上 升，并为进出装置进入做好准备。当车库门达到限位开关Ｘ０２０ 时，车库门停止运动，并且自动执行下一步程序，进出装置把车送 入车库。当把车送到合适位置时，限位开关Ｘ０２２闭合，继电器线 圈ＹＯＩＯ通电，油泵通电上升提取车辆。完成此动作后，载车板自 动使出、车库们关闭。具体程序见梯形，如图５所示。 图５进出装置控制程序梯形图 ４．３．２升降存取控制 叉梳错位交换是用升降装置上升及横移装置横移实现存取车 操作，存取车全部过程自动完成。横向移动控制是指当升降机移到 指定层、平层后，将车送＾或取出左右库位的控制电路，该动作是由 平层后的信号触发，直到升降台上限位开关动作。当在人机界面上 选取操作时，触发某库区呼叫，升降台首先响应库层信号，接通库层 感应辅助继电器Ｙ００４并保持，然后才开始升降机的运行。当升降 机到达人机选定的库层时，根据平层基准点感应信号停止升降机运 行，待平层后，根据人机界面的信息指令，继电器线圈ＹＯ０６通电又 梳横移。当到达指定库位的限位开关时，油泵线圈Ｙ０１ １通电，横移 叉梳下降，汽车Ｊ』 ０放置指定库位。接着继电器线圈Ｙ００７通电，叉 梳自动收回升降机内完成存车动作。其梯形图，如图６所示。 图６升降存取装置控制程序梯形图 ５结束语 垂直升降式立体车库是一个复杂的中小型控制系统，以三 菱ＦＸ２Ｎ一８０ＭＲ可编程序控制器（ＰＬＣ）作为主控单元进行控制 系统设计，保证了系统的可靠运行，满足了立体车库的控制功能 和使用要求。同时，在软件设计过程中，采用梯形图作为ＰＬＣ的 控制程序，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，使 用方便，大大缩短了系统的设计和调试周期。该项目的研制成功， 将可为立体车库制造业提供物美价廉的控制系统，降低立体车库 造价，从而推动我国立体车库的发展，以解决大中城市的停车难 问题，为汽车制造业的发展做出贡献。同时还可以大量节约大中 城市用地，将有限的土地资源投入到更为广阔的其它经济活动 中，产生巨大的经济和社会效益。 参考文献 ［１］中华人民共和国机械工业部机械行业标准．机械式停车设备类别、型 式与基本参数，１９９８，７（１）：２－５． ［２］曹卫东．谈垂直升降类机械式停车库的设计（停车场设备）．中国电梯， 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