六层升降横移类立体停车库研发及设计

谢 鑫 伍九畴 张 峰 薛 宁 申理仁 肖跃军

（湖南中冶长天重工科技有限公司 湖南长沙 410205）

前言

六层升降横移类立体停车库具备节约大量土地资源、经济效益较高、提高停车安全性、使用方便快捷等优势，因此本文选择了采用M*N二维矩阵形式设计的六层升降横移类立体停车库作为研究对象，其全部逻辑控制采用PLC，由此即可通过横向托盘移位产生汽车垂直升降位置满足多层汽车升降存取需要。

1 总体设计方案

1.1 车位设计结构

图1为车位设计结构总图，六层升降横移类立体停车库包含的机械部件主要有钢结构、载车板、传动系统、控制系统、牵引车、档梁、安全防护装置，具体组成如下：①钢结构。主要采用钢板、角钢、槽钢、H型钢等焊接而成，框架结构连接采用高强度螺栓。②载车板。载车板存在拼板结构和框架结构两种，考虑到六层升降横移类立体停车库特点，选择了镀锌钢板冲压、咬合拼装、高强度螺栓紧固连接制成的拼板结构载车板。③传动系统。采用了升降横移机构，该机构由常闭式制动装置、减速器、电动机、导轨、从动轮、驱动轮组成。④控制系统。由控制回路、主回路组成，前者指的是负责保证人、车安全的回路，后者则是控制载车板横移、升降的回路，控制回路存在点动运行、手动运行、自动运行三种方式。⑤车辆在载车板上的左右移动，由横移装置、运行轮、驱动电动机组成。⑥档梁。横跨车库底层设置档梁，档梁可自动开关闭且能够灵活调整。⑦安全防护装置。防止载车板坠落装置、人车误入检出装置、入库时车长检验装置、超限限制设备、紧急停机按钮、警示装置属于安全防护装置的主要构成[1]。

图1 车位设计结构总图

车位设计结构需满足以下要求：①导轨。需保证同一横截面上两导轨轨顶相对标高差控制在3mm内，轨距误差单侧导向控制在4mm内、双侧导向控制在2.5mm内。②框架结构。需保证梁间平行度不大于15mm、立柱垂直度L/1000≤8mm、框架两对角线长度允差不大于10mm。③环境要求。考虑到六层升降横移类立体停车库的良好工作环境，需保证工作环境温度控制在-25～40℃区间，且24h平均温度不超过39℃。

1.2 控制系统

采用了图2所示的控制系统模块功能设计，采用PLC进行六层升降横移类立体停车库控制，控制系统组件主要包括PLC控制核心、光电传感器、系统总线、上位工控机、触摸屏、IC磁卡机、语音系统、LED显示屏等组成，图3为控制系统结构示意图，由此即可更深入了解六层升降横移类立体停车库的控制系统。

图2 控制系统模块功能设计

图3 控制系统结构示意图

2 升降横移立体车库控制方案

结合六层升降横移类立体停车库特点，控制方案必须满足车主刷卡进行汽车存取需要，且能够在超重等情况出现时自动报警。具体的控制方案设计采用了PLC，这是由于其在顺序控制、闭环过程控制、运动位置控制、生产过程的监控和管理等方面表现出色，配合Windows平台的MCGS软件，即可得出六层升降横移类立体停车库的自动控制方案：①系统设有紧急停止按键、复位按键。②制动情况下，通过选择车位可自动将车位调整移动至第一层，以此满足汽车存取需要。③安全挂钩会在载车板复位后自动弹出。④存取车命令没有下达时载车板不可以自行运动。⑤如检测到载车板停放位置错误，系统会在接收反馈信息后自动停止运行。⑥载车板的升降和横移控制可通过人工手动实现。⑦控制程序的模块化设计采用梯形图编程语言[2]。

图4为程序自动存取车流程图，图5为手动存取车流程图。

3 升降横移式智能立体车库硬件设计

3.1 控制系统功能

图4 程序自动存取车流程图

图5 手动存取车流程图

车辆的存取操作使用触摸屏或刷卡完成，仅需按触摸屏“存车”键、选择库位即可自动完成存车过程，按“取车”键、选择库位并输入取车密码后，即可自动完成成取车过程，“平移不复位，升降复位”属于六层升降横移类立体停车库运动的总原则。

3.2 具体硬件设计

整个六层升降横移类立体停车库由五部分组成，分别为安全防护、载车板、框架结构、升降和横移传动、控制。在驱动方式的选择中，由于下面五层共有10台可以横移，且第一层不需要车盘升降，六层升降横移类立体停车库选择了具备减速、制动于一体停车设备专用系列电机，型号为 GH50-2200W80SBG1LT（2～3 层）、GH50-3700W60SBG1LT（4～6 层），电机的选择开展了严格的计算，计算需围绕车辆升降所需拉力、升降速度、车辆升降所需功率、所需电机输出功率等展开，以2～3层为例，车辆升降所需拉力需大于23500N、升降速度为0.083m/s，由此可确定车辆升降所需功率为1.95kW，从提升电机到钢丝绳的传动总效率为0.931，所需电机输出功率为为2.09kW。

升级系统采用链传动，在综合分析四角驱动、对角驱动、一角驱动、液压驱动四种横移机构驱动方式后，设计最终选择了“三合一”一角单轮驱动。而在电机的具体选择中，设计人员综合分析了电机的结构、用途、电源频率、运行特性、电源电压、功率大小、绝缘等级、安装方式、外壳保护，并采用了变频器驱动控制电机的设计方式。变频器的选择严格遵循了恒压控制思想，并重点关注了变频器与负载的匹配，由于六层升降横移类立体停车库采用380V电压驱动，且频率、最大适配电动机功率分别为50Hz和4kW并采用了闭环控制方式，因此设计最终选择了通用变频器，型号为FR-E540。

3.3 安全措施

为保证六层升降横移类立体停车库安全可靠运行，安全措施设计同样不容忽视，这一设计可细分为两部分：①电路安全设置。主要包括断电保护、断相断电、缺相和相序保护装置等，配合继电器、漏电保护器、熔断器，即可在必要时切断设备主电源，人员、设备的安全可由此得到较好保障。②自动检测。采用光电传感器、位移传感器、感温烟传感器监测环境、位置、人员、车辆，如传感器发现意外，系统会在接收相应信号后报警并自动切断所有电源，操作人员也可以在必要时按下急停开关用于切断电源[3]。

4 控制系统详细设计

4.1 监控界面设计

采用了MCGS可视化仿真技术设计六层升降横移类立体停车库的监控界面，具体设计步骤可概括为：“组织材料→组织系统工程→构造实时数据库→制作动画显示画面→编写脚本控制流程→程序调试”，应用MCGS组态软件建立的工程由运行策略、实时数据库窗口、用户窗口、设备窗口、主控窗口五部分组成。

4.2 PLC设计

通过设计输入分配表、输出分配表并编写系统程序，配合传输、调试即可完成PLC编程设计，由于采用了三菱公司生产的FX2N型号可编程控制器，因此需选用继电器输出的FX2N-128MR-0011。

4.3 梯形图设计

系统执行顺序为：“系统启动→等待存入、取出信号→出现存入、取出信号→空断层与层之间状态→根据状态情况→执行相应子程序”，由此即可进行启动和存取车、车位状态显示、取车程序的PLC控制梯形图设计。

5 结论

综上所述，六层升降横移类立体停车库具备较高推广价值，本文涉及的具体设计内容也具备较高借鉴价值，而为了进一步提高停车库的管理效率，车辆智能识别、车辆较多时车辆存取优化同样需要得到重视。