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立体车库的建筑设计

作者:老哥稳论坛 发布于:2020-08-10 21:52 点击量:

  立体车库的建筑设计 _设计/艺术_人文社科_专业资料。立体停车的建筑设计 第一章地下车库 机械式汽车库,是指使用机械设备作为运送或运送且停放汽车的汽车库。为 了高效停放车辆,了解机械车架的构成与原理,强调一些设计要点对整个建筑设 计工作的开展十分必要。

  立体停车的建筑设计 第一章地下车库 机械式汽车库,是指使用机械设备作为运送或运送且停放汽车的汽车库。为 了高效停放车辆,了解机械车架的构成与原理,强调一些设计要点对整个建筑设 计工作的开展十分必要。 1、1 机械式停车库含义及原理 机械式停车库,是利用机械来存、取停放车辆的整个设施,以立体化存放 的机械式停车库叫做机械式立体停车库。按停放形式的不同可分为机械立体停车 库和复式停车库。随着电脑智能化管理和自动化仓储技术的发展,机械设备类型 愈来愈多样化,具体如升降横移类、简单升降类、垂直升降类(塔式停车)、平面 移动类、巷道堆垛类、多层水平循环类、垂直循环类等类型。在地下停车库设计 中,由于地下空间的限制,多选用复式停车库,机械设备选用双层停车及三层停 车的升降横移类型。此类设备以载车板升降或横移存取车辆,每个车位均有载车 板,上层载车板只做升降运行,地面层载车板只做横移运行。地面层留有一个空 位,空位可随着载车板的横移而左右变换。使对应于下层空位的上层载车板下降 至地面。从而使车辆驶入或驶出停车位,对于下层载车板,车辆可直接驶入或驶 出停车位。 1、2 机械式停车库特点 具体特点如: (1)形式多种多样,规模可大可小,对场地的适应性强,有效地节省土地与空 间; (2)造价低,机械式停车设备每个车位投资约2-12万元,而筑自走式停车库 每个车位造价约为10 多万元以上; (3)操作简单,存取车辆快捷; (4)减少了因路边停车而引起的交通事故; (5)增加了汽车的防盗性和防护性; (6)改善了市容环境。 2、地下停车库设计中应注意的几个方面 地下停车库的建筑设计中,要考虑的方面众多,如适停车辆的尺寸及质量, 车架的构架形式,地下室的柱网与层高的关系处理,如何利用地形巧妙组合不同 的车架,机房的合理布置及风管的走向,喷淋管线如何保护车架上的每一辆汽车 等等。 2、1停车库最大存容量的设计 设计停车库应按最大存容量设计存容量,存容量越多越好,但应确保停车 库顺畅而安全地运行. 那么柱网尺寸如何把握就成为首要议题。一般,停车设备 的占用空间尺寸是确定独立停车库柱网的主导因素。必须根据所采用的停车设 备、所需的安全间隔、车道布置方式,遵循占用建筑面积最小以及柱网采用同一 尺寸等原则,选定结构最合理、最经济的停车区柱网。在选定柱网时,应首先确 定柱网的单元尺寸、停车位以及停车道所需的合理跨度。占用空间尺寸(长、宽、 高)是指停车设备的最大外形尺寸。首先从停车设备制造厂取得实际采用的停车 设备的有关资料后进行停车库的设计工作。不同厂家对车架的要求不尽相同,但 所遵循的国家标准是一致的,因此大体上可以分为如下几种柱网设计思路(统一 设计地下室顶板梁高900mm,柱子600mmX600mm,地面层车架高1900mm,每向上加 一层车架需要增加高度1700mm,向下加一层车架需要增加高度2000mm.): 2、1、1 车辆在一个柱跨内循环,柱网可定8100mmX5400mm.双层车位这样停放, 上层3 辆下层2 辆,共5 辆. 此种停放方式占地面积小,存取车快,但梁下净高 3600mm,层高必须高达4500mm,且只能做一个柱跨的小循环,如图示一: 2、1、2 车辆在一个柱跨内侧向循环或在多个柱跨内侧向循环,柱网可定 8100mmX6400mm。每一个柱跨内双层车位这样停放,上层3辆下层2辆.这种停放的 优点是,车架设于顶板梁的范围之外,梁的高度并不影响车架的安装,只要板下 去除设备(主要指喷淋管)后净高3600mm即可,反推层高只需设计为4200mm,并且 可以组合多个柱跨内为一个车架大循环。例如2个柱跨为一大循环,上层可停放6 辆,下层5 辆,共11 辆,若多个柱跨联动,可以明显提高停车效率,且每个 地面层设计车位均可出车,存取车快。如图示二: 2、1、3 多个柱跨内前后向循环, 柱网可定8100mmX5400mm, 层高4500mm. 此种停放方式可以减少车道,增加停车面积,从而达到提高停车效率的目的, 缺 点是远离车道的后排停车位必须机械传送至前排方可出车,存取车时间稍长. 2、1、4 多个柱跨内前后, 侧向循环,柱网可定8100mmX6400mm,层高4200mm. 此种停放方式让同等条件下的停车库效率最大化. 2、1、5 还有一种设计形式是采用车位地坑式, 但柱网相对要大,为 8100mmX6600mm,坑深2000mm.适合坡道短,而又要求做机械车位的地下室. 2、1、6 以上设计并非一成不变,既可以采用二层机械车架,还可 以采用三层机械车架,既可以地面三层,也可以地坑一层地面二层, 或地坑一层地面一层的方式,总之要具体结合地形、层高、建筑形体 以及车辆数目要求等灵活组合设计。 2、2机械停车库的消防设计 停车库的消防设施一般设置自动喷水灭火系统, 复式汽车防火 分区面积最大不超2600 平方米, 机械式立体汽车库每50 辆要划分 一个防火隔墙,地下停车库的耐火等级应为一级。 2、3机械车架的结构组成 机械车架由钢结构,载车板,传动系统,控制系统,安全防护系统 组成。 2、4其他方面的设计 (1)停车库的楼地面应采用强度大、易清洁、易冲洗的不燃烧体 材料,应具有耐磨、耐水、耐油和防滑的功能,地坪应有不小于1%的 排水坡度,并有相应的排水系统。应在停车库内最低处设一个集水 坑,通过水泵或地漏将积水排出。应有排水措施以防止停车库底坑和 通道积水,停车库出入口应能防止雨水流入停车库。(2)通风机房位 置设计合理,风管出机房后应在车道上方设计行走,不可占用机械车位空 间。 3、结语 城市机动车保有量的持续增长,“停车难”问题日益凸现,而数量 不够是“停车难”问题的主要矛盾,机械式停车库的研究与建设是解 决该问题的途径之一。因此,了解了机械车架的原理和特点之后,建筑 设计也应当因地制宜,巧妙构思,才能极大化地提高停车效率。 第二章立体车库 目前,立体车库主要有以下几种形式:立体车库,现有种类 一: 升降横移类机械式停车设备:采用以载车板升降或横移存取车辆的机械 式停车设备。 特点:由于型式比较多,规模可大可小,对地的适应性较强,因此使用十分 普遍。钢结构部分、载车板部分、链条传动系统、控制系统、安全防护措施等。 在停车设备的市场份额约占 70%。 不足点:每组设备必须留有至少一个空车位;为链条牵动运行过程不具有防 止倾斜坠落功能。 2、垂直循环类机械式停车设备:采用垂直方向做循环运动来存取车辆的机 械式停车设备。 特点:省地,在 58m2 的地方建起大型垂直循环类机械停车库,可容纳 34 辆 轿车,可省去购置土地的大量费用。在停车设备的市场份额约占 3-5%。 不足点:设备结构复杂,没有完善的闭锁和监测系统,采用足够的安全措施 和消防系统,相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需 2 分钟,高峰取车时 间依次取车时间过长,依次取车第 20 辆约需 30 分钟以上,实用性差,因此有的 用户开始拆除。 3、水平循环类机械式停车设备:采用一个水平循环运动的车位系统来存取 停放车辆的机械式停车设备。 特点:可以省去进出车道,提建于狭长地形的地方,降低拉通风装置的费用, 若多层重叠可为大型停车场。但因一般只有一个出入口,所以存取车时间较长。 在停车设备的市场份额约占 3-5%。 不足点:但因一般只有一个出入口,所以存取车时间较长,最远车位一般一 次取车需 2 分钟,高峰取车时间依次取车时间过长,依次取车第 20 辆约需 30 分钟以上,实用性差,因此有的用户开始改造。 4、多层循环类机械式停车设备:采用通过使载车板作上下循环运动而实现 车辆多层存放的机械式停车设备。 特点:无需坡道,节省占地,自动存取,建于地形细长且地面只允许设置一 个出入口的场所。在停车设备的市场份额约占 1-2%。 不足点:设备结构复杂,相对比较故障率高。 最远车位一般一次取车需 2 分钟,高峰取车时间依次取车时间过长,依次取车第 20 辆约需 30 分钟以上,实 用性差,因此有的用户开始改造。 5、平面移动类机械式停车设备:在同一层上用搬运或起重机平面移动车辆 或泊车板平面横移存取车辆,亦可搬运机和升降机配合实现多层平面移动存取车 辆的机械式停车设备。 特点:一般设置在地上或半地下,准无人方式,地平面层为自走式,不仅降 低建立立体车库投资费用,而且地平面层可停放大尺寸车辆。在停车设备的市场 份额约占 2-3%。 不足点:设备结构复杂,相对比较故障率高。 存车超过 20 辆时,高峰取车 时间依次取车时间过长,依次取车第 20 辆约需 30 分钟以上,实用性差。 6、堆垛类机械式停车设备:以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车 辆水平且垂直移动到存车位,并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。 特点:巷道堆垛类立体停车库设备是 20 世纪 60 年代后欧洲根据自动化立体 仓库原理设计的一种专门用于停放小型汽车的立体停车设备。是一种集机、光、 电、自动控制为一体的全自动化立体停车设备,它的出现解决了人们希望解决的 大型自动化停车难题;全封闭车库,存车安全等特点。该类车库主要适用于大型 密集式存车。在停车设备的市场份额约占 3-5%。 不足点:设备结构复杂,设有完善的闭锁和监测系统,采用足够的安全措施 和消防系统,相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需 2 分钟,高峰取车时 间依次取车时间过长,依次取车第 20 辆约需 30 分钟以上,实用性差,因此有的 用户开始改造。 7、垂直升降类机械式停车设备:垂直升降类汽车停车设备亦可称为塔式立 体停车设备,通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横 移,实现存取车辆的机械式停车设备。 特点:整个存车库可多达 20~25 层,即可停放 40~50 辆车,占地面积不到 50m2 ,空间利用率最高。适宜建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停 放的集聚点。在停车设备的市场份额约占 3-4%。 不足点:设备结构复杂,设有完善的闭锁和监测系统,采用足够的安全措施 和消防系统,相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需 2 分钟,高峰取车时 间依次取车时间过长,依次取车第 20 辆约需 30 分钟以上,实用性差,因此有的 用户开始改造。 8、简易升降类机械式停车设备:车位分成上、下二层或二层以上,借助升 降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机 械式停车设备。简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式,即人离开后移动 汽车的方式。 特点:这类停车设备的结构简单、操作容易,多用于私人住宅、企事业单位、 地下室等。该类停车设备可充分利用地下室空间场所,在面积一定时将至少增加 二倍以上的停车位。在停车设备的市场份额约占 5-8%。 不足点:整体结构设计不科学,力学结构不合理,二层以下可以,三上升降 运行时摆动幅度过大,风力过大时发生摇晃,连设计人员自己都担心,留有巨大 的安全隐患,是停车设备需要技术改进的产品,否则将被淘汰。 9、汽车专用升降机:汽车专用升降机是专门用作不同平面的汽车搬运的升 降机,它只起搬运作用,无直接存取的作用。 特点:可以代替汽车进出车库的斜坡道,大大节省空间,提高车库利用率, 汽车专用升降机常用于地下或楼层、屋顶或建筑内自走式车库存取汽车的搬运。 在对国内外各种同类产品进行分析的基础上,再结合造价、技术难度以及用 户需求等各个方面的因素,可以发现升降横移式立体车库形式比较多,规模可大 可小,而且对场地的适应性较强,同时采用这类设备的车库十分普遍。因此,最 终确定研究对象为升降横移式立体车库。 2.1.1 工作目标: (1)升降横移式立体停车设备总体结构的设计与研究; 确定垂直升降式立体停车设备的总体布局、运行方式,然后进行存取车方式、 提升系统、钢结构等各个组成部分的总体设计。 (2)升降横移式立体停车设备的存取机构设计; 在分析比较的基础上,确定车库的存取车形式,然后由此详细设计停车位、 载车板和存取机构。 (3)升降横移式立体停车设备的升降驱动机构研究; 首先通过比较,选定曳引驱动方式作为整个车库的升降方式。然后设计升降 平台、安全机构等。并计算升降系统电机所需要的曳引能力、平衡配重的重量等。 2.1.2 升降横移类 这是立体停车设备最普遍的一种结构类型。(右侧的照 片为应用于日本的升降横移式的停车设备产品) 升降横移式从结构上讲,它通过载车板的垂直升降和 水平移动来进行车辆的存取,设备结构简单,适用车型比 较广泛,而且相对其他车库,安装和布置比较灵活,非常 适用于地下以及室外停车。 升降横移式立体停车设备结构非常灵活,可以根据具 体应用情况将车库布置为两层或者两层以上,通过增加停 车层数可以增加停车容量,其基本单元式两层结构,可以 停放 5 辆汽车,上层 3 个托板可以升降,上层 3 个托板可以升降,下设有 2 个托板,能左右平移,但不能升降。整个单元由钢结构框架、托板、升降机构、 平移机构和控制系统组成。托板的宽度试车辆大小而定,介于 2400-2500mm, 长度介于 5250-6370mm。托板可以采用液压驱动升降机构或电机升降系统,电 机功率为 2.2-3.7kw ,平移机构电机功率为 0.2kw ,升降平移时均为 20s 。 在安全装置方面除紧急断电开关和自动急停的光电开关外,还有防止坠毁的安 全锁。图 2.1 是升降横移式立体停车设备的结构示意图。 双层托板式升降横移式立体停车设备的运行过程如图 2.2 所示。如果要 取 2 号位的车辆,则可以按下按钮 2 ,托板 5 则自动完成向右平移空出一个 车位,此时托板 2 由上层下降到 5 号托板空出的车位,等待完全停稳之后, 司机即可将车辆取走,然后 2 号车板上升到初始位置,5 号车板复位到初始 位置,至此完成一次取车过程。存车则是取车的逆过程。 双层托板升降平移式停车设备的主要特点是:存、取车极为方便,托板直接 落在地面上,既可用于户外停车场,也可以用于地下车库,当四个基本单元组合 成一列时,便可存放 19 辆汽车。大型地下停车场如采用这种机械化停车系统, 对有效利用地下车库的空间,增加存车容量,降低车库总造价均及其有利。 2.2 升降横移式立体车库的基本结构 2.2.1 升降横移式立体车库简介 1、立体车库的工作原理 升降横移式立体车库以钢结构框架为主题,采用电机驱动链条带动载车板做 升降横移运动,实现存取车辆。其工作原理为: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。停泊在车库内地面层的车辆:只作横移,不必升降;而停泊在顶层的 车辆:只作升降,不作横移;中间层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位, 或存取车辆。 四层升降横移式的运行原理: 该停车设备的出入口在第一层,最高层的停车板只可做升降动作,最底层的 停车板只可做横移运动。中间两层停车既可作升降动作又可做横移动作。下上层 均设有空位,停车板通过横移动作变换空位,降下空位上方的汽车,取出汽车, 最底层汽车无需倒车,便可直接开出。 ①结构框架 立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主,在升降横移式车库中我们选 用钢架结构。钢架结构与其它建筑结构相比,具有如下特点: a.可靠性高 钢材在生产时,整个过程可严格控制,质量比较稳定,性能可靠。钢材组织 均匀,接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作 的基本假定符合较好;钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结 果,计算结果可靠,所以说钢结构的可靠性高 b.材料的强度高,钢结构自重小 与混凝土等材料相比,虽然钢材的重力密度大,但它的强度和弹性模量较高, 而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小,从而便于运输与安装,可减 轻基础的负荷,降低地基和基础部分的造价。 c.材料的塑性和韧性好 钢材的塑性好,钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都 会产生显著的变形,易于被发现,可及时采取补救措施,避免重大事故发生。钢 材的韧性好,钢结构对动力荷载的适应性强,具有良好的吸能能力,抗震性能优 越。 d.钢结构制造简便,施工工期短 钢结构一般在专业工厂制造,易实现机械化,生产效率和产品精度高,质量 易于保证,是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后,运至施 工现场拼装成结构。拼装可采用安装方便的螺栓连接,有时还可在地面拼装成较 大的单元,再进行吊装。施工工期短,可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构 具有连接的特性,故易于加固、改建和拆迁。 e.钢结构密闭性好 钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道 等。 f.钢材的耐锈蚀性差 在没有腐蚀介质的一般环境中,普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格 的防锈涂料,锈蚀问题并不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中,所以对 钢结构本身的维护费用低。 结构主体采用热制H 型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造,具有较好的强度 和刚度,轻巧、美观,并可二次拆卸安装,运输方便。 ②上载车板及其提升系统 每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。电机 顺时针旋转时,载车板上升,电机逆时针旋转时,载车板下降。根据载车板及车 重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。根据 车身高度确定上下载车板间的距离,根据这个距离确定链条的长度,最后根据传 动力确定链轮大小,链节形状及大小。 ③下载车板及其横移系统 由于下载车板不需悬挂链条,所以为了节省材料,下载车板比上载车板要短。 每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统,藏于载车板内。在下 载车板底部装有四只钢轮,可以在导轨上行走,其中两只为主动轮,装于长传动 轴两端,另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转,长传动轴 上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载车板作横向平移运动。根据载车 板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。 ④安全装置 上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在 纵梁与上载车板上停位之间,在纵梁两测各装两只挂钩,上载车板两侧相应位置 处各装两只耳环,当上载车板上升到位后,纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只 耳环内,以防止升降电机常闭制动器慢释放后,上载车板在汽车和载车板本身的 重力作用下慢慢下滑,压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵,上载车板从 上停车位坠落,砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰 撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是: 下载车板横移时,如果碰撞到人、遗留行李或车主宠物时,切断横移电机电源, 横移停止。 ⑤控制系统 升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制,主要有 手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平时的正常工作状态, 手动控制应用于调试、维修状态,复位应用于排除故障场合,急停应用于发 现异常的紧急场合。对于本文中所列的17车位升降横移式立体停车设备,PLC 主 要要控制二、三、四层13个升降电机的正反转和一、二、三层12个横移电机的正 反转。此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。 2.2.2、立体车库的型号表示方法 图 2.1 立体车库的型号表示方法 2.3 立体车库控制系统设计 2.3.1 控制系统的组成 立体车库控制系统由上位机监控系统和下位机PLC控制系统组成,图2为该系 统结构框图。监控系统由“上级总线机或网络(可选)+上位机+PLC十现场操作机 构”构成,以PC机为核心,配备有打印机、音效设备、收款机、显示器等。上级 总线控制机或网络、操作器、触摸屏、IC卡磁卡机都是可选部分,为进一步开发 内容,可根据车库规模以及实际情况合理选用。例如多个3x3单元组合车库,我 们可以用一个PLC控制一个车库单元,多个PLC共同构成多点结构的局域网。如果 车库的规模足够大,还可以考虑配备操作器、触摸屏和IC卡磁卡机实现智能化自 动控制。 图 2 控制系统结构图 车库控制方式分为3级—手动、半自动和全自动。手动是在现场用手操作器 对每个托板进行点动控制;半自动为操作PLC控制面板上的按钮由PLC实现自动逻 辑控制;全自动是由计算机给出存取命令由PLC执行(要求配备“操作器”)。手动 方式主要用于维修调试或异常情况处理,为最高优先级;半自动或全自动方式用 于正常进出车处理,其中半自动方式优先级高于全自动。在计算机脱机情况下, PLC控制面板可以完成所有存取车操作。 手动、半自动、全自动之间必须能够互锁。 2.4 PLC 控制程序设计 2.4.1 控制系统 本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位, 而对于1层车 位, 存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程见图。 需要说明的是, 载车板用链条依靠载车板上的吊点悬吊在托架上, 在静止状态 时, 防坠(安全)挂钩挂住载车板。在设计不同层进出车程序时运用了“ 并行 分支与汇合” 的技巧, 所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行, 待各流 程动作全部结束后, 根据相应执行条件, 汇合状态动作。即如果选择第3层载 车板进出车, 可以使一层二层同时平移左移或右移,这样, 控制系统能自动处 理设备动作顺序之间的联锁或双重输出, 而且控制系统的试运行及故障检查非 常方便, 可节约大量时间, 提高工作效率。 存取车程序流程图 根据车库的运行控制要求,用户应用程序采用模块化结构, 由主循环程序 和若干子程序构成。用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写,系统应用的程序框 图如图3.5 所示。程序设计方案如下: (1)初始化程序提出系统的控制信息,扫描各到位开关信号; (2)主控制程序按照进车优先的原则,将最多的车位保持在进车位置。每 个载车板运动之前,需要先判断目的地是否有空位,有空位才可以动作,前后动 作互锁。判断是否有空位是根据横移电机所对应的到位行程开关动作信息来确定 的。液压升降系统启、停动作也是根据相应的到位行程开关来确定; (3)故障报警程序故障报警程序能够实时地采集设备异常信息,及时发出 声光报警信号,提醒司机和管理人员进行处理。若在程序执行过程中,有人、物 侵入车库空间或车辆超长,PLC将按照闭锁关系停止设备运行,同时发出故障报 警。该程序完整而高效的完成了二层升降平移式车库全部动作,具有安全可靠性。 完全达到了作为民用机电一体化设备所应具备的条件,充分发挥了它的作用。 控制程序采用模块化编程形式, 车位运行过程中只需调用子程序模块, 这 样大大降低了程序的复杂程度, 方便了程序的修改, 而且为车位的拓展提供了 便利条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程 序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋 值程序模块、载车板平移运动程序模块、光电开关子程序模块、载车板升降运动 程序模块和故障报警子程序模块。 程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件, 当系统掉电时元件保持掉电前的状态, 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, 按下急停按钮中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、过热时自动中止系统运行, 并发 出声光报警, 同时系统转人手动方式进行故障处理。 所谓输入输出点定义是指整体输入输出点的分布和每个输入输出点的名称 定义,它们会给程序的编制、系统的调试和文本的打印等带来很多方便。因为本 系统是对开关量控制的应用系统,并对控制速度要求不高,选用一般的可编程序 控制器,其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系 统输入端有自动/手动选择开关,自动工作时有总开、总停按钮,有上、下、左、 右移动按钮,车位号信号输入若干。输出端需要控制9台电机(4台横移小电机和5 台升降大电机),加上一些用于人机交流及安全检测的数字量输入输出,如数字 键盘输入、LED数码显示、安全检测、及各种操作按钮等。再考虑到系统的可扩 展性,选用OMRON公司的CZOOH系列的160点可编程序控制器(96个信号输入点,64 个继电器输出点)完全满足容量的要求。我们在分配输入输出点时按照控制功能 分段,相同功能的输入板和输出板组成一组。一般情况下输入点与输入信号,输 出点与输出控制一对应。分配好后,按系统配置的通道与接点号分配给每一个输 入信号和输出信号。在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点,各报警因素 逻辑关系并联后接到报警输出点。升降横移式立体停车库的输入点、输出点的具 体分布可按表3.1和表3.2进行,该表按照输入、输出部分不可重叠来排列的。 输入点分配 0000 启动按钮 0113-01 15 0001 紧停按钮 0202-02 04 0002-006 3-7号车按钮 0207-02 09 0013 门前光电开关 0210-02 12 0014-0015 1-2号车左限位开 0212-02 关 15 0103-0104 1-2号车右限位开 0301-03 关 07 0108-0110 3-4号车左限位开 0401-06 关 00 3-4号车右限位开关 3-4号车上限位开关 3-4号车下限位开关 5-7号车上限位开关 5-7号车下限位开关 1-7号车光电开关 安全检测型号若干 01900-019 01 01902-019 03 01904-019 05 01906-019 07 01908-019 09 输出点分配 1-2号电机左转 01912-0 1914 1-2号电机右转 01800-0 1802 3-4号电机左转 01710 3-4号电机右转 01711 3-4号电机提升 01712-0 1716 5-7号电机提升 5-7号电机下降 报警灯 运行灯 3-7号车防坠电磁铁 01910-019 3-4号电机下降 安全检测输出型号 11 若干 根据实际控制所需要的输入输出点数,选用欧姆龙公司CZOOH系列160点可编 程序控制器的存储容量完全能满足升降横移式立体停车库控制系统的要求。 本升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式:手动方式和全自动方 式,可用开关来进行选择。其中手动方式主要用于调试维修或应急情况,也就是 通过PLC实现“点动”,即当选择了车位号后,再按下“上”、“下”、“左”、“右” 键,就可以把载车板调整到预定的位置。全自动方式是立体停车库的正常工作方 式,当键入某载车板进出命令后,系统可自动判断路径并移动载车板,自动完成 进出载车板动作,记忆各载车板新的车位状态,并刷新载车板有无车信息。在立 体停车库的控制系统中,最主要的是要解决载车板的问题,如当车辆要从某一载 车板取下时,我们要移开它下面的所有载车板,这样就涉及到怎样移开的问题, 怎样移动才能使得所花的时间最少,移动的方式最简单,同时车位的移动引起的 车位变化也需要我们用计算机进行记忆,等下一次存取车的时候我们才能重新进 行车位的移动,不至于引起混乱。 程序设计中,采用了模块化的编程形式,车位运行过程中只需调用子程序模 块,这样大大降低了程序的复杂程度,方便了程序的修改,而且对于车位的拓展 提供了便利的条件。当车位从层数或排数上增加时,只需就其中的一个子程序和 主程序进行相应的改动,而其它的子程序基本不必改动,大大减轻了以后重新编 程的任务。在全自动方式下由于载车板的位置是随机的,即使对于二、三层的同 一载车板进出车时,它下层载车板的位置也可能不同,我们不可能把每一种情况 都编制一个程序,经过分析,我们发现同一层载车板的进出动作是相似的,可以 把载车板进行分层处理,同一层的使用同一类处理程序,就样就使得程序大大减 化了。为了减少进出车的时间,软件在设计不同层处理程序时采用“并行分支与 汇合”的技巧,即如果选择三层载车板的进出,可以使一层和二层同时平移,这 样可以节约大量的时间,提高效率。 我们把该程序分为两大部分来编制,第一部分为主程序块,第二部分为子程 序块,该程序的运行原理如图所示: 程序运行原理图 主程序控制整个车库的运行情况,调用子程序处理各种请求,当开机后,车 库控制系统处于待命状态,当进行车辆存取时,先存下层车位,然后再存上层车 位,一层车位的存取直接进行,一层以上车位的存取要进行车位的横移和升降才 能完成。在主程序中有自动程序和手动程序的转换开关;有出现紧急情况时的总 停开关;有正常运行时的运行指示灯,当有人进入车库时,由于人挡住了光电开 关,运行灯停止,车库自动停止运行;还有每个车位和立柱两侧的光电开关用它 们来检测车辆,当检测到不符合规定的项目时,车库不能运行。 2.4.2 PLC控制系统设计 PLC是车库控制系统的核心,其操作大致分为3类:(1)以故障诊断和处理为主 的操作;(2)联系现场状况的数据vo操作;(3)执行用户程序和服务及外部设备的 命令操作。当进行存取操作时,PLC接收和分析操作人员在控制面板按钮(或上位 机)输人的指令,做出合理的工控安排:判断检测元件的状态,读取车库机械驱动 部分的信息,反馈信息到执行元件,拖动车位板,实现其位置移动,完成车辆的 存取操作和信号显示(指示灯)。整个动作区域配有光、电检测及多重安全系统, 以防异常情况发生。通过光电检测、软硬件信号联锁、限位、防坠保护、过载保 护等装置,来确保整个系统的安全、平稳运行。其控制原理见图3。 图 3 PLC 控制原理图 该系统中PLC主要完成对托盘、托板位置及运行状态的检测和存取车的操作。 用各种光电开关、行程开关检测位置状态,用接触器、继电器控制拖动电机的起 停。 对车位的操作即控制横移小电机和升降大电机,使它们在不同时间实现正反 转。而且上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的,即当上层泊位在升 降时,下面各层泊位不能移动,反之亦然。并且上层泊位每次只能有一个泊位进 行上下升降运动。 为了保证存取车可靠安全,系统要精确定位。行程开关的设置保证了托板能 平移到预定位置以及托盘能上升或下降到准确位置,但行程开关逻辑要严格互 锁。例如1, 2水平限位开关在静态情况下只能有一个是断开的,如果2个以上开 关闭合即表示托板不到位。在车库静止时,所有固定托板的挂钩信号均应断开(负 逻辑),2层上限位开关断开,3层上限位开关闭合。 为了保证载车板运行过程的安全性,必须采取传动系统自锁保险设计和安全 挂钩保险设计:链传动采用制动电机,无论发生什么情况,都处于自我保护状态; 控制安全挂钩动作的电磁铁上必须有一反馈信号,可用于指示挂钩是否已把托盘 挂好。 光电开关布置在不同的位置有不同的功能:安装在托盘底层左右2边的光电 开关,可以检测托盘上汽车停放是否到位;在托盘对角线上安放的光电开关可以 检测托盘上有无车;装设于停车库车辆人口处左右2侧的光电开关还可以用于检 测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况等。若遇车辆未停妥、动作区域 有人或物、运行过程中有车想开进等意外情况,光电开关光线被遮,会给PLC一 个电平变化信号,从而改变PLC的输人,蜂鸣器发出长音并报警,设备不运行或 停止运行。 在车库中还运用了一些传感器,如烟温传感器、检测断绳松绳或断链报警的 位移传感器,以及警示装置、紧急停车开关、手动按钮、复位开关等。 2.4.3 PLC控制系统程序设计 (1) 控制程序流程图 该系统存取车控制只针对上层(2,3 ,4 层)车位,而对于下层车位,存取车 直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程见图4,需要说明 的是,托盘用钢丝绳或链条依靠托盘上的吊点悬吊在托架上,在静止状态时,防 坠(安全)挂钩挂住托盘,托盘要下降时,必须先上升到最高点,移开安全挂钩, 才能下降。 在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧,所谓并行分 支指的是各分支流程可同时执行,待各流程动作全部结束后,根据相应执行条件, 汇合状态动作。即如果选择第3层托盘进出车,可以使一层二层同时平移(左移或 右移),这样,控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出,而且 控制系统的试运行及故障检查非常方便,可节约大量时间,提高工作效率。 (2) 控制程序优化 由于上层托盘的升降必须使其下层车位为空车位之后才能进行,以地上3层 车位运动为例,1层空车位位置有N种,2层托盘升降涉及的运动方式有N2种,3 层托盘可能的运动方式有N3种,随着车位和层数的增加,程序会出现剧烈膨胀, 因此,如何寻求简便方法,使程序得到优化将是该系统程序设计的难点。以第2 层为例,在变量刀阴中存放第2层需要存取的车位号1一N,如进行上层X (1≤X ≤N)号车位存取,则Dm=X;在Dn中存放下层空车位号,如空车位号为Y,则Dn = Y; 在进行存取车时,把Dm和Dn中的数值进行比较,其结果为零,则上层车位的托盘 可以直接下移;如果结果大于零,则先把空车位右边第1个托盘左移到空位上,之 后重复上述过程,直到空车位在上层需要存取的车位正下方时,上层车位上的托 盘才能进行升降运动。程序优化结构图如图5。3层和4层存取车的处理方法和第2 层类似。 图4 上层控制程序流程图 图5 控制程序优 化结构框图 (3) 模块化程序设计 PLC控制程序采用模块化编程形式,车位运行过程中只需调用子程序模块, 这样大大降低了程序的复杂程度,方便了程序的修改,而且为车位的拓展提供了 便利条件。整个程序包括主程序模块、手动按键子程序模块、紧急停车按键子程 序模块、初始化程序模块、存取车位号赋值程序模块、空车位号与移动车位号赋 值程序模块、托盘平移运动程序模块、光电开关子程序模块、托盘升降运动程序 模块和故障报警子程序模块。 (4) 软件设计中几个关键问题的处理 程序所用状态元件、定时器及数据存储器均选用具有掉电保护功能的元件, 当系统掉电时元件保持掉电前的状态,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,按下急停按钮中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、过热时自动中止系统运行,并发出 声光报警,同时系统转人手动方 式进行故障处理。 第三章我国立体停车库行业分析 3.1 发展前景 总体上讲,立体停车设备在我国处于一个引进、开发、制造、使用同时 进行的初步发展阶段,是一个新兴行业。但这个行业的进一步发展面临如下 的几个问题: (1)供应链不成型,产品成本高。 立体停车设备的制造和应用在我国没有实现多个厂家的资源优化 组合。这既有停车设备业市场没有得到相关政策支持的外因,也反映出整个 行业的供应链不够成型,这导致单个车位的造价居高不下,造成“高收费一 紧缩市场一高成本”的恶性循环。 (2)行业制度不健全,停车成本高。 停车设备产业市场不够放开,其中最主要的原因是由于政策面的因 素。 国家对于建筑楼宇配备立体停车库的产权归属问题相关的政策一 直没有出台,这既让业主出于自身利益的考虑情愿不配备高成本的立体停车 位,把停车难问题留给社会;又紧缩了停车设备市场.另一方面,对于城市 很多己有的立体停车库无人停放的现象,也牵涉到政策面的因素。相关条文 并没有很好地结合当地动静态交通实际条件,约束停车者必须将车停放至指 定地点。如此条文规定的不明确,既让己有的停车设备闲置而迟迟无法收回 成本,造成立体设备停车费居高不下;又不能很好地解决地面乱停车现象, 缓解城市静态交通压力。 (3)技术单一落后,缺乏统一标准。 国内停车设备制造商普遍倾向于采用低品质材料和简单的技术来 生产停车设备,以降低成本。但由此带来了停车安全性和可靠性隐患,这与 停车业首先是给予汽车安全保障的服务业宗旨相违背的。 为了降低成本而牺牲技术和品质的做法,如果被看作是停车设备产 业技术瓶颈的外因,那么停车设备产业技术瓶颈的内因就是没有一个被行业 普遍实施的先进技术标准,导致制造厂商自成体系,产品质量参差不齐。 行业标准的实施对于整个行业的规范发展意义重大: 制造标准可以要求原材料供应商按照标准生产部件,以获得低廉的供货 价格;生产规范让生产部门按照规范施行运作,以保证产品安全可靠性和经 济实用性。相应的交通法规也应该纳入到行业标准体系,在设备应用阶段, 规范停车操作,充分利用停车设备,杜绝乱停乱放现象。 3.2 停车业的未来:智能立体停车库 对于停车设备在中国的应用前景,还是很乐观的,原因在于中国巨大的 市场潜力。政策面的不断放开会带动整个市场,但停车库自身的技术进步是 另一个根本上得到市场青睐的前决条件。 3.3 智能立休停车库概念 整篇论文中,智能立体停车库分两层涵义: (1)智能立体停车设备。 设备是停车服务的主体。智能立体停车设备由以下几个功能模块构 成: 一、墓于经济实用性的机械系统人性化设计; 二、基于安全可靠性的电气设备控制系统; 三、留有未来多元化功用的智能模块扩展接口: (2)车库信息管理系统。 车库的智能性,最大体现在其信息管理系统中。该信息管理系统由 以下几个 功能模块构成: 一、本地停车信息数据库管理系统; 二、基于三层次安全数据库型智能车库联机控制系统; 三、基于 XML 与 WEB 技术的城市交通管理中心的数据通讯接口模 块。 第四章结论与展望 4.1 结论 随着中国经济的腾飞,城市化进程加快,汽车越来越快的走进工薪阶层家庭, 而土地越来越紧缺的情况下,为解决城市停车难的问题,立体车库是必然出路。 我国立体车库发展虽经历了十来年的发展,但仍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。为此对立体车库设 计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。本文在参阅了国内外有 关立体停车库的大量资料的前提下,对升降横移式立体车库设计机构装置和控制 系统进行细致研究,得出了以下重要的结论: 1.通过大量的调研工作,对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总 结,通过对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况,分析了智能立体 车库广阔的市场前景和趋势。 2.为提高车库生产的经济效益,对车库构架的钢结构进行了优化设计,节省 了钢材,降低了建造成本。 3.在分析目前立体车库常用的传动系统基础上,确定了本车库的机械系统传 动方案。分析各种载车板的提升方案,最终确定了最稳定、可靠且经济的方案。 4.针对智能立体车库的功能要求,提出了控制系统的详细方案。为达到车库 中的检测要求,确定了经济而适用的传感器。在车库自动控制系统中,选用了欧 姆龙公司的 CZOOH 型 PLC 可编程控制器,并对 PLC 功能和特点进行详细的分析, 给出了接线 展望 虽然立体车库目前在我国应用还较少,但我国城市人口密度较稠,随着 家庭轿车的增加,立体车库未来市场必将是巨大的,但对产品的需求,将会向两 个极端发展:一个极端就是价格的极端,市场大量需要低价格的机械停车设备, 它只要能够达到增加停车位的目的,能够保证最基本的使用性能,以价格优势占 领市场,这一部分的市场份额预计将达到 50%-70%;另一个极端就是技术与性能 的极端,要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。 通过国内外机械停车设备使用经验的总结,可以发现人们在利用机械停车设备存 取车时,比较追求的是存取车速度、等待时间以及方便的程度。此外,未来的机 械停车设备市场,也会更加注重完善的售后服务系统、远程监控系统、远程故障 导处理系统。 机械立体停车库的种类繁多,我们必须通过详尽的技术分析才可以有 明智的 决断,利用一切可以利用的因素,建造出经济技术合理和适应市场要求的机 械立 体停车库。总之,在我们面临着建设现代化大都市的重任和土地资源异常奇 缺的 情况下,使用机械立体停车库是可行、明智的选择,它的前景将是无限美好 的。

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