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机械停车库控制系统设计探讨


机械停车库控制系统设计探讨
童占荣
( 长安大学& 道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西& 西安& #%""’( ) [ 摘要] ! 分析了升降横移式机械停车库的结构和运行原理,阐述了电气控制系统设计采用 )*+ 所考虑 的主要问题,提出了机械停车库电气控制系统设计所参考的几个步骤。 [ 关键词] ! 可编程序控

制器;控制系统;机械停车库 [ 中图分类号] ,)!#- . $ (& & & [ 文献标识码] /& & & [ 文章编号] %""%011(2( !""# ) %"0""#30"(

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& & 机械式立体停车库 ( 以下简称机械停车库) 是集机械、电子及控制于一体的典型的机电一体 化设 备。机 械 停 车 库 占 地 面 积 小、停 放 车 辆 多、 安全、经济、方便,具 有 较 广 阔 的 发 展 空 间。目 前市场上 的 机 械 式 立 体 停 车 库 有:升 降 横 移 式、 垂直循环式、多层循环式、水平循环式、平面移 动式、巷道堆垛式、垂直升降式和简易升降式等 ; 种,其中 升 降 横 移 式 以 其 结 构 简 单、操 作 方 便、 造价低等优点,在国内立体停车库市场中占有率 为 ;-< ( !""! 年 度 停 车 设 备 制 造 业 年 会 统 计 数 据) 的份额。

匙开关,相应车位便留出空挡,即待停车托盘下 方各托盘自动移开,然后使其下降到第 % 层停车位 等待停车,停车就位后,停车托盘在钢丝绳或链 条牵引下上升到停车位,接着使恢复到停车前的 状态,以利于下一次存取车。取车过程则正好与 此相反,不再赘述。另外在工作过程中,为保证 机构运行平稳或紧急处理运行事故,停车库必须 采用安全 装 置,以 保 证 设 备 的 安 全 和 有 效 运 行。 安全装置主要有防坠装置、光电开关、电磁制动 器、急停开关等。

7! 控制系统的工作原理及设计目标
78 7! 机械停车库的运行原理 机械停车库的结构形式较多,其中以升降横 移式的结构与运行原理最具代表性。升降横移式 机械停车库以钢结构为主体,各车位由钢丝绳或 链条固定在 % 个平台的四角上,形成停车托盘。工 作时,停车托盘由钢丝绳或链条牵引做升降运动, 以实现存车或取车的功能。对于 ( 层升降横移式机 械停车库来说,一般第 % 层停车托盘只作横移运 动,第 ! 、- 层各停车托盘则既做横移又做升降运 动,第 ( 层 ( 最 高 层) 停 车 托 盘 只 做 升 降 运 动。 如图 % 所示,该停车库第 % 层需要停车时,待停车 辆直接驶入即可;当第 ! 、- 、( 层某车位需要停车 时,停车库管理员只需按动按键或转动相应的钥
9$ 寻找待停空车位& =$ 使空位托盘下方移空,并下移 >$ 等待停车& ?$ 待停车上升& @$ 待停车就位 A$ 停车位恢复到存车前状态 图 7! 升降横移式机械停车库存车示意图 [ 收稿日期] !""# B "1 B %’ [ 通讯地址] 童占荣,西安市南二环路中段长安大学本部 ("# 信箱

!""#$ %" ( 上半月刊)

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!" #$ 设计目标 机械停车库要求 &’( 控制系统具有开机自检、 停电保护、防坠落、光电检测、安全防盗等功能, 控制系统设计应实现以下目标: ( % ) 无论是存车或取车,车库的运行原则是: 停车位托盘必须待其下方移开后,才能开始垂直 升降,即横向移动与垂直移动不能同步运行。 ( ! ) 在设备运行过程中,如果光电检测到有 对象进入车库时,各托盘停止运动,蜂鸣器报警, 直到按复位按钮后才停响。在各停车托盘无运动 时,光电开关不起作用。 ( ) ) 停车托盘就位后,就位指示灯亮,蜂鸣 器响一下。 ( * ) 设备运行过程中,如出现异常状况,可 通过急停按钮实现。 ( + ) 按急停按钮后,全部车位托盘停止运动, 蜂鸣器报警;待故障排除后,按复位按钮,恢复 托盘运动,蜂鸣器停止鸣响。

接通或断开。实际上,&’( 的执行过程就是顺序程 序的执行过程,顺序程序是根据梯形图所表达的 顺序过程用 &’( 指令来编写程序,顺序程序由编 程器写入 -&./0,并存储起来。机械停车库 &’( 程序的编程流程如图 ) 所示。

#$ 控制系统的设计
机械停车库控制系统的核心部件为可编程逻 辑控制器 ( &’( ) ,其 硬 件 结 构 框 图 如 图 ! 所 示。 &’( 通过输入 , 输出接口与被控对象 ( 工作机) 相 连接,在 其 内 部 存 储 执 行 逻 辑 运 算、顺 序 控 制、 定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字 式或模拟式的输入输出来控制机械停车库的工作 过程。即控制系统通过编程器预先把程序写入到 存储器 ( -&./0 ) 中,然后执行程序,完成控制 任务。当系统或被控对象改变时,只需相应变化 输入 , 输出接口与被控对象的连线,重新编程,即 可形成一个新的控制系统。 目前,机械停车库电气控制系统主要采用 &’( 作为主要的逻辑控制装置,来实现对系统的控制 目的,并配备必要的外围线路,将拖动系统和逻 辑控制系统组成一个有机的整体。从图 ! 可以看 到,&’( 控制系统是由 (&1 与用户输入、输出设
图 #$ %&’ 硬件结构框图 图 ($ 车库 %&’ 编程流程图

备连接而成的,因此其设计的基本内容应包括: % ) 电气控制系统总体方案设计。确定机械 ( 停车库的运行原理、实现各停车托盘横移和升降 对电机控制的逻辑要求、车库防护拦升降对电机 控制的 要 求 等 部 分,以 &’( 为 控 制 系 统 的 核 心, 实施电气控制系统的设计。

在机械停车库控制系统中,&’( 主要是利用逻 辑运算以实现各种开关量的控制。首先扫描输入 量 ( 继电器触点、限位开关、按钮等) ,然后把这 些输入量与程序规定的条件相比较,从而使输出

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( ! ) 选择 用 户 输 入 设 备 ( 按 钮、操 作 开 关、 限位开关、传感器等) 、输出设备 ( 继电器、接触 器、信号灯等执行元件) 以及由输出设备驱动的 控制对象 ( 电动机、电磁阀等) 。 ( & ) ’() 的选择,包括机型的选择、容量的 选择、* + , 模块的选择、电源模块的选择等。 ’() 是控制系统的核心部件,其正确的选择对于保证 整个控 制 系 统 的 技 术 经 济 性 能 指 标 起 着 重 要 的 作用。 ( - ) 分配 * + ,,绘制 * + , 接线图。 ( . ) 设计控制程序,包括设计梯形图、语句 表 ( 即程序清单) 或控制系统流程图。控制程序 是控制整个系统工作的软件,是保证系统工作正 常、安全、可靠的关键,因此必须经过反复调试、 修改,直到满足要求为止。 ( / ) 必要时还需设计控制台 ( 柜) 。 ( # ) 编制控制系统的技术文件,包括说明书、 电气图及电气元件明细表等。

电机 0%%& 与 0!%& 断电,停车托盘 %"& 与 !"& 停止移 动;同时电机 0&!& 的电磁制动器松开,电机 0&!& 正 转,托盘 &"& 下降,碰到行程开关 23%!& 后,电机 0&!& 断电,停车托盘 &"& 停止下降,等待泊车,并 使钥匙开关 &"& 复位。待车停稳后,向相反方向转 动钥匙开关 &"& ,电机 0&!& 的电磁制动器松开,电 机 0&!& 反转,托盘 &"& 上升,碰到行程开关 23&!& 后,电机 0&!& 断电,停车托盘 &"& 停止上升。按复 位按钮,电机 0%%& 与 0!%& 反 转,停 车 托 盘 %"& 与 !"& 右移,分别碰到行程开关 23%"& 与 23!"& 后,电 机 0%%& 与 0!%& 断电,停车托盘 %"& 与 !"& 停止移 动,停车库恢复到停车前状态。 ( - ) 其它各车位需要停车时,转动相应的钥 匙开关,各停车托盘的运行顺序与车位 &"& 停车时 各托盘的运行顺序类似,这里不再赘述。 !& )" * + , 点数统计 * + , 点数即输入 与 输 出 开 关 量 和 模 拟 量 的 数 量。对于图 - 所示的停车位编码图,其所对应的输 入有 !% 个钥匙开关,% 个急停开关,% 个复位开 关,% 个光电开关,-# 个行程开关。对于输出,有 &# 台负责停车托盘横移、升降的电机,! 台控制护 栏升降的电机,% 个蜂鸣器,% 个就位指示灯。输 入点为 #% 个,输出点为 4" 个。 !& !" #$% 的选型 ( % ) 机型的选择。选择机型的原则应是在功 能满足的前提下,保证可靠、维护使用方便、有 最佳的功能价格比。 ( ! ) 容量的选择。 ’() 的容量指用户存储器 的存储容量 ( 字数) 和 * + , 点数,容量的选择除 满足控制要求外,还应留有适当的裕量以作备用, 通常 * + , 点 数 可 按 实 际 需 要 加 %"5 6 %.5 考 虑

!" #$% 控制电路设计考虑的主要问题
!& ’" 控制系统应满足的要求 为了实现对机械停车库的运行控制,可把其 控制原理图简化为停车位编码图,如图 - 所示。控 制系统应能实现以下功能:

图 (" 停车位编码图

裕量。 ( & )* + , 模块的选择。 * + , 部分的价格占控制 系统价格的一半以上,不同的 * + , 模块,其电路和 性能不同,也直接影响其应用范围和价格,应根 据实际情况合理选择。 !输入模块的选择。输入模块的作用是接收 现场的输入信号,并将输入的高电平信号转换为 ’() 内部的低电平信号。输入模块的种类,按电压 分 类 有 直 流 .7、 %!7、 !-7、 -47、 /"7, 交 流 %%.7、!!"7。

( % ) 第 % 层各车位,只能实现横向移动,需 要停车时,车辆直接驶入即可。 ( ! ) 最高层各车位只能实现垂直升降。 ( & ) 其它层各车位既可实现横向移动 ( 被控 制电机为 0 1 % 1 ) ,也可实现垂直升降 ( 被控制电 机 0 1! 1 ) 。例如车位 &"& 需停车时,转动钥匙开 关 &"& ,首先电机 0%%& 与 0!%& 正转,停车托盘 %"& 与 !"& 左移,分别碰到行程开关 23%"! 与 23!"! 后,

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!输出模块的选择。输出模块的作用是将 &’( 的输出信号传递给外部负载,并将其内部的低电 平信号转换为外部所需的输出信号。输出模块按 输出方式不同分为继电器输出、晶体管输出及双 向晶闸管输出 ) 种。 一般机械停车库 * + , 模块选择直流 !-. 继电 器输出。 ( - ) 电源模块的选择。电源模块的选择只需 考虑输出电流,电流模块的额定输出电流必须大 于 (&/ 模块、 * + , 模块、专用模块等消耗电流的 总和。 根据对 * + , 点数统计,考虑到处理性能、功耗 和经济性,机械停车库可选用 ,01,2 的 (&0!3 作为电气控制系统的控制器。 !" #$ % & ’ 点的分配 根据 * + , 点数的统计和 &’( 的选型,可以对 &’( 的 * + , 点数进行分配,由于点数太多,这里不 写出 * + , 点数分配表。 !" ($ )*+ 接线图所表达的内容 &’( 与外部电气元件的接线图,主要表现输入 + 输出接口与被控对象的连线。其中输入为钥匙开 关、按钮开关、行 程 开 关、光 电 开 关,输 出 为 控 制电动机正反转的接触器、指示灯、蜂鸣器。机 械停车库控制系统设计中,其 &’( 输入回路的信 号电源由 &’( 本 身 的 !-. + "$ !). 直 流 电 源 提 供, 所有 (,0 端,短接后再接入 &’( 电源 !-. 4( 的 (5 ) 端。 !" ,$ 其他 在 &’( 控制系统中还包括程序图 ( 梯形图) , 根据 梯 形 图,利 用 助 记 符 实 现 顺 序 控 制、定 时、 计数等操作功能的编程任务。 此外,程序所用 状 态 元 件、定 时 器 及 数 据 处 理器均选用具有断电保护功能的元件,当系统断 电时元件 保 持 断 电 前 的 状 态,以 保 存 现 场 信 息,

待上电后继续完成被中断的动作;当发生意外情 况时,按下急停按钮终止系统的运行,并保存现 场断点信息;当出现电气或机械故障时,如电机 过载、过热时自动终止系统的运行,并伴有声光 报警,同时系统转入手动方式进行故障处理。

#$ 结语
机械停车库控制系统的设计,应在调查研究 及查阅资料的基础上,比较全面地分析机械停车 库的运行原理、结构特点,并对国内外开发研究 领域及其发展趋势有较为系统全面的了解,此外, 还要保证其技术有一定的发展空间。因此,进行 机械停车库控制系统的设计,应按照以下几个步 骤实施: ( % ) 对机械停车库的运行原理和安全保障功 能的实现有较明确的理解; ( ! ) * + , 点数的统计比较准确,以便于控制器 的选型; ( ) ) 根据机械停车库的运行原理,进行 * + , 点 的分配,完成 &’( 接线图的设计,即以该控制器 为核心进行控制系统的设计; ( - ) 按控制要求画出梯形图,然后编写运行 程序; ( 6 ) 对控制程序进行反复调试,修改调试中 出现的所有错误,然后写入 7&1,0; ( 8 ) 对 7&1,0 中的程序进行最终测试,以保 证控制系统运行可靠。
[ 参 考 文 献] [ % ] 中国重型机械工业协会停车设备管理委员会,机械 式立体停车库,海洋出版社,!""%$ [ ! ] 喻乐康,左东晓 $ 机械停车库的技术发展 [ 9] ,建 设机械技术与管理,%::: ,( %)$
[ 责任编辑:刘慧彬]

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