未来智能立体泊车系统设计.docx

摘要1、倡导党中央“中国梦”的主题，私家轿车已成为千家万户的生活标配，但针对城市的寸土寸金，解决泊车难，规范停车系统是当务之急：2、斛能立体泊车系统确保驾驶者快速、安全地完成停车操作，从而减轻驾驶员负担：3、智能立体泊车系统占地空间小，真正意义上做到环保节能：关键词：泊车系统、未来智能泊车、泊车、车库控制系统、立体停车库第1章前沿1. 1课题研究的目的针对城巾的地面停问题,合理解决泊车雄，规范停车系统是当务之急；智能立体泊车系统确保驾驶者快速、安全地完成停车操作，从而减轻驾会员负担；智能立体泊车系统占地空间小，真正意义上做到环保节能：11.1介绍当今社会由于国家的快速发展和全国各族人民的生活水平不断提高，每家每户均新添新一代的交通工具-汽车，同时也给众车主造成了一个“停车难，难停车”的问题产生，当下的平面式停车场已经远不能满足新增车辆的停车需求，停车难造成的交通堵塞和废气污染问题日益严困。据相关统计，F1.前我国停车库面积与道路面积之比不足1:120,其它国家则是1:15,停车库严重不足：另外城市地价日益昂贵，修大型露天惇车场将越来越困难。我国立体停车产业已经发展成为年产值数十亿美元的人产业.1.1 2意义经对内场的调查和分析,国内市场目前每年需求电梯式自动化立体停车库近百座，后续还在不断增加,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。1.1.3未来的趋势立体停车充分迎合了城W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群态交通的全新革命，并能显著改善恶化的城市动态交通状况。立体停车库主要由机械式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自动化技术于一体的成套设备，是车库的主体设施。1.2 课题研究范围本课题的研究范围主要在设计自动化立体停车库的自动控制系统：确定车库整体设计方案、汽车托板选择、车库开关设定、电器原理、P1.C的设计。另外，设计的过程中做到编制立体车库控制软件，车位托板设计时需从平稳、正确、安全上考虑设计：确定车库设备与车库监空内容做到一致性，操作上直观、易懂、简便。第2章智能泊车系统设计2.1 车库设计方案目前的自动化立体车库主要有五种设计方案，如下：升降横移式、仓储式、垂直.循环式、电梯式、简易式。2.1.2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，下的数量，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2TT升降横移式2. 1.2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，存车擅大，安全性好。2.1.3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。特点：外形美观，停车安全，运行迅速，振动小，噪声低。图2-1-3电梯式2.1.4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，取上层东时，下层必须先开走因此，较适合于单家别建式住宅，在已有单个车位情况下需增加车位或汽年商临时存放车辆用。图27-4简易式我设计的立体停车库采用升降横移式，上层托板只能升降，下层托板只能横移。以P1.C作为自动控制的控制系统，由触摸屏实现人机交互。P1.C通过传感器来监控车库中各种状况，收集各种信息。然后由P1.C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。2.2车库整体设计方案整个立体停车库是由多个1排2层3列的车库单元形成的。当用户来停车时，由管理员负责为其寻找车位，发放IC卡。当车辆进入时，出入检测光电开关会检测信息：包括车辆形状是否符合要求：车库目前的容量等。上位机能够对车库目前容量进行判断，在放满的时候能够进行报警。在用户停好车后，在出口处使用IC卡，此时车库各托板更位，下一位用户可以进行存取。在取车的时候，当车辆驶出车库时，通过P1.C控制使车库自动发位，保证高效，安全。考虑到在停车的时候，各人所需时间不一，安全检测不易，如果也采用自动身位的话，易引起事故。故采用读卡机检测信号使其曳位，而读卡机安放的位置选在出口处，因为只使用一台读卡机的话，出口处是最佳位置。安装在此处虽然可能使车阵的运行效率降低，但是可以方便管理员进行管理防止客户忘记拉卡等事情发生。此外，在车库中还可以安装摄像头，对车库进行安全监测。在车阵中采用非接触式读卡机，来实现车库的计时与收费。用户在存车、取车时，只需要在读卡机面前晃动一下IC卡，读卡机就会将信息送到上位机，由上位机进行收费计算，保证准确，快捷。同时上位机也将信息送到P1.e控制车库的运行。本车库4号库、5号库、6号库为可取车使用，着1号车库的车需要使用可直接降下到4号车而使用。若要使用2号阵、3号库车，则只需要将4号库、5号库、6号库向中间或两边移动。若要使用2号库车，若5号库有车，则需要先将5号车库的向4号库或6号库移动，再降下2号库的车：而要使用3号库的车，则需要先将6号车库的向5号库，5号库向4号库移动，再降下3号库的车：完成取车动作，如下车库图图2-2-2车库整体结构图当用户来停车时，由管理员负货为其寻找车位发放IC卡。当车辆进入时，出入检测光电开关会检测信息：包括车辆形状是否符合要求；车库目前的容房等。上位机能够对车库目前容员进行判断，在放满的时候能够进行报警.在用户停好车后，在出口处使用IC卡，此时车库各托板复位，下位用户可以进行存取。在取车的时候，当车辆驶出车库时，通过P1.C控制使车库自动夏位，保证高效，安全。考虑到在停车的时候，各人所需时间不，安全检测不易,如果也采用自动复位的话,易引起事故。故采用读卡机检测信号使其安位，而读卡机安放的位置选在出口处，因为只使用台读卡机的话，出口处是最佳位芭“安装在此处虽然可能使车库的运行效率降低，但是可以方便管理员进行管理防止客户忘记拉卡等事情发生。此外,在车库中还可以安装摄像头，对车库进行安全监测.在车库中采用非接触式读卡机，来实现车库的计时与收费，用户在存车、取车时，只需要在读卡机面前晃动下IC卡，读卡机就会将信息送到上位机，由上位MiS行收费计算，保证准确，快捷。同时上位机也将信息送到P1.C控制车库的运行。如下流程：停车刷卡出口图2-2-3车库使用流程图2.3汽车托板的选择托板初定位就是车库在使用前，各托板所处在的位置。当车库的电源一旦接通时，由P1.C自动将各托板置于初始位置。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。本课题车库具体方案汽车托板选择为2排2层3列式，汽车托板在车库的总图如下图图2-37汽车托板在车库的总图自动化立体停车库中，对于托板形状也有特殊.要求。由T整个自动化过程由光电开光检测信号量，托板必须便于光电开关的检测。另外，托板也应该便于用户停放车辆。托板形状设计如下图所示，在托板上设计左右有两个感应钩的部位。一方面停车的时候可以自觉的减速，保证安全。另一方面，可以保证准确的停好车。同时可以在停好车后，对车辆有一定的保护功能。图2-3-2汽车托板图2.4车库开关的设定车库开关的设定和选择时要了解自动控制系统中常用的元器件，由T按钮、开关常用于发送控制指令，所以常称他们为主令电器。用了开关量控制的P1.C控制系统的信号输入部分，就是由主令电器构成的。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：托板是否到位：托板上车辆亦无：车辆停放是否准确。另外还应该进行些安全方面的措施,本设计中采用信号检测方式；2号为上下限光电开美，控制托板的上升、下降位置。3号为下位托板检测光电开关，控制下层托板的左右移动。4号为车辆检测光电开关，用于检测托板上的车辆.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板上升时不至于发生事故。此外在托板人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。车库开关如下图图277车库开关图接近开关是无触点开关。按照接近开关的工作原理，可以分为电容型、雀尔效应型、感应电桥里、高频振荡型、磁铁型等多种。高频振荡型接近开关是人们常常选用的一种接近开关，孜工作原理是当装在运动部件上的金属体接近高频振荡器的感应头（振荡线圈）时，由于金属体内部产生涡流损耗，使振黠回路的等效电阻变大，能量损耗增加，从而使振荡变弱，直至停止，于是开关输出控制信号。接近开关工作稳定可兜、寿命K、重更定位精度高、动作迅速、操作频率高，在P1.C控制系统中广泛应用。在本设计中，考虑到接近开关工作稳定可鸵、寿命长、定位精度高,因此将它作为托板上升在本设计中，需要用光电开关检测的房比较多，如托板是否到位，车辆的有无，车辆是否停放准确等等。其中，对于车辆是否停放准确的检测可使用安全光幕，它的工作原理同光电开关。但考虑到成本关系，并且用光电开关同样可以达到相同的功能，所以本设计中均采用光电开关代替。由于车库中托板的反亚运动势必带来震动，因此在选择光电开关时需考虑防震性。在检测托板是否到位时，光电开关的响应速度必须快速、推确。此外所选元器件最好能使用统一电源，方便接线。因此我选择了OMRoN的E3GR13回归反射型光电开关，其主要性能指标如下：其相应速度快，动作、匆位各Ims,耐熊动（10'55Hz）,并且带仃安全保护结构.其最大特点是输出方式PNP/NPN可调，并且1.IGHToN/DARKON可调，这在程序设计和电器原理图设计上都带来了便利。（具体调节方式可参考OMRON官方资料）2.5托板升降钩原理设计一般来说，托板的升降方式有2种：铁徒式和钢丝绳式。由于较链式在使用过程中可能会引起钱链绸绕在一起，从而有事故隐患。故本方案采用钢丝绳式，并且在上层托板下方设置安全钩。安全钩的作用设计为：平时以它的重心保持在竖百位置或偏里一些的位置。当上层托板需要下降时，电磁铁先得电，将安全钩打开，此时托板能顺利的下降。在上升时，则无需启动电磁铁就可以直接上升到指定位置,当电机发生故障或钢丝绳突然断裂时，安全钩能对上、下层托板起到保护作用，防止上层托板的落下，提高安全系数。安全钩的示意图如下：图2TT托板升降钩图2.6P1.C控制P1.C是一种通用型的工业控制设备，P1.C控制系统的规模、模块的划分、功能的设置是面向各种各样的应用。因此选择一台合适的P1.C成经济实用的控制系统尤为重要。对主控模块的选择之前，应对被控对象和生产过程的生产工艺及P1.C的工作环境有足够的了解，明确控制要求，确定控制输入、输出点数和性脑等，然后才能针对具体的实际情况选择P1.C的主控模块。对于比较第杂的控制系统，开关盘数目较多，对模拟员要求也较高，并且要求较快的相应速度。此时可以考虑较高档的P1.C对于控制要求很攵杂，控制点数多并且分布较分散，不仅要进行快速的实时处理和控制，而且要求P1.C控制系统能够进行分析、决策和其rr定生产管理功能，这是必须考虑采用多个P1.C此外在选择主控模块时，还必须考虑用户程序存储器容量，通信联网功能，通信口，外网设备借口等等。在立体停车库中，P1.C的功能主要是接收由光电开关检测到的开关盘信号，然后通过内部程序的处理，以此来顺序控制托板的升降横移，实现车库自动化。由于其要求输入的信号并不豆杂，数量也不多：其输出主要是控制接触器，通过接触器控制电机的正转反转。因此选用小型P1.C即可。此外，P1.C中还需要存储一些车库相关信息，如托板上车辆的有无，各托板在程序中的代码等等。但是，P1.C对模拟量的检测几乎没有要求。因此在P1.C的选择上选取了QvRON的C200H配合CPU模块C200HWCPU"EJ电源模块C2(X)HW-PIX)24以及底板C200HV-BcO81。如果要进行模拟量检测，也可通过增加模块达到目的.主控模块：主控模块就是人们通常所说的CPU模块。在计算机系统中，CPU是整个系统的核心，控制着整个系统有条不紊的进行工作。同样在P1.C控制系统中，主控模块也是系统中最重要的模块，绝对不可缺少，P1.C程序的输入、运行和输出都离不开该模块。主控模块包括CPU、存储器、通信口、电池和1.ED指示器。开关后I/O模块：P1.C最擅长的控制就是开关量顺序控制，在工业领域中，大多数控制也是开关量控制，因此1/0模块是最常用的模块。通常开关量W模块的产品分为：输入模块、输出模块以及输入/输出模块。模拟量IA)模块：在工业控制中，除了大量的开关房控制以外，还Tr许多模拟员控制，例如对电压、电流、湿度、压力、流量的控制。有时，在同一个控制系统中既要对开关量控制还要对某些模拟量进行控制。因此为了适应生产实际的要求，P1.C各生产厂家件种专用的模拟量输入模块和模拟量输出模块。模拟量UO模块的主要功能就是完成模数(A/D)转换和数模(D/A)转换，一般都自带CPU和存储器，只要P1.C上电，P1.C主控模块就将控制字装入其内部存储器中，模拟量IA)模块就能独立工作并且与主控模块共享存储器，主控模块只需用读写指令便可对模拟属I/O模块进行操作。般来讲模拟量I/O模块提供Tr定数限的IA)点，可供用户使用。智能模块：模块化后的P1.C除了主控模块外，还配备各种专用的、高级的智能模块，以适应现代工业大型系统的快速、豆条的控制和管理的要求。常用的有：温度控制模块、高速计数模块、位置控制模块以及用于联网通信的1.INK模块等.信号输入：信号输入主要Tn托板是否到位，车辆的有无，车辆是否停放安全，车库内车辆的计数，车辆过高检测。对于各信号设定如下：对于托板到位检测，在托板不到位时，信号输入“0”，反之为“1”；对于车辆有无的检测,托板上无车时信号输入“O”，反之为“1”；对于车辆是否停放安全的检测，信号输入“0”为安全，“1”为不安全：对丁车辆过高检测，信号输入“0”为可以通行，“1”为车辆过高，不可停放；对于车库内车辆的计数，在出入门分别安装了光电开关对应P1.C内部计数器的加减，当有车辆通过的时候计数器就会工作。各信号的输入采用NPN输入方式.P1.C的控制输出：P1.C的输出方式可分为：晶体管输出和继电器输出。P1.C的输出为晶体管时，阻断状态也有漏电流通过，为了避免对负载的影响，可并联电阻R把漏电流I减小为P1.C的输出为继电器时，为了减小火花放电对接点的损害，可以在继电器的接点上或负载上并以附加电路。对丁直流供电的负载在P1.C输出接点上并以R、C串联放电电路.对于交流电源或直流电源电压较低的电路，在负我上并R、C串联放电电路。C的作用是当接点打开时释放感性负载电能，R的作用是接点闭合时限制充电电流。此外还可以通过负载上并联二极管，负载上并稳压管和二极管的串联，负载或接点上并联双向瞬变电乐抑制二极管等方法来达到目的。图2-6-1减小漏电流对负载的影响在.本设计中，P1.e的输出采用继电器输出。主要是控制接触器，通过接触;线圈，来控制相应的触点，由此控制电机的正反转。27电机的选用电机S择：电机是最终的执行机构,最终功能的实现要依靠电机。由于所需功率不同,在水平和垂直托板上采用不同的电机。本设计中水平托板要求的功率为02KW,升降托板要求的功率为2.2KWo根据功率选择三相异步电机Y8012额定功率075KW.额定电流1.83A和Y9O1.-2,额定功率2.2KW,额定电流4.83A（江苏大中电机）.接触器：接触曙的选择是根据所控制的电动机和负载的电流类型，即交流负载使用交流接触器，直流负载使用直流接触器。一般触点的额定电流应选大一点。由于本设计中采川三项异步电机，额定电流分别为1.83A和4.83A.因此选用接触涔CJX2O9-32（上海人民电港公司）.热维电器：热继电器用于保护电机，防止电机过热烧坏。其工作原理为：一般为双金属片式，热元件与被保护对象的主电路串接，负载电流通过热元件和双金属片（豆式加热）利用热效应使双金属片弯曲，当负载电流达到预置值的1.2倍或发生断相时，热继电器的动作机构脱扣将电源切断，使被保护对象得到保护.一般所选择热继电踞的额定电流为电路的额定电流的1.5倍左右。由额定电流来选择热继电器。在本设计中时于升降电机选用的热维电器为1.R2（JR28）-8（上海人民电器公司），额定电流8A.,对于水平移动的电机，选择额定电流小一些的热继电器。另外电路中还要配以熔断器，选择熔断器时只需将电流与安全系数相乘，通常取5-6倍的安全系数闪此选择熔断器为RTI600-20（上海人民电器公司），额定电流20A.第3章泊车系统的实现3.1功能实现最终实现车库自动化的还是P1.C中的控制程序。控制程序关系到车库运行的效率，运行时的安全性，控制的方式等等。因此.控制程序的好坏直接关系到整个车库的状态；将1排2层3列车库的托板编号如下：图7-1托板编号此处以，3号托板为例，因为此托板的运动涉及到最多的其他托板.其余的托板的运动都可以看成是运用此托板运动程序的一部分。首先，由管理员在触摸屏上选中3号托板，此时由程序控制1号托板和5号托板右移向中间位置。当5号托板到达中间位置时，由光电开关给出信号，此时3号托板安全钩先打开，然后再开始下降.当3号托板降下后，可由用户开始进行操作。如果是停车的话，在用户停好车后，需回到出口处刷卡，此时3号托板才会上升。这样的设计是为了保证安全第一。如果是取车的话，那在车辆驶出车库时，由每列的安全检测开关检测到车辆验出的信号，并且由车辆检测光电开关检测车辆是否在车库内，如果此时车辆已完全驶出，就以此信号使3号托板上升。在3号托板上升到位后，由上限光电开关检测托板到位的信号，以此信号控制4号和5号托板更位。3.2实现泊车对于个有实际应用价值的P1.C系统来讲，除了硬件和控制软件之外，还应布便于用户操作的方便的人机界面。用户可以通过人机界面随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发送出故障警报，进行人工干预。因此人机界面可以看作是人与硬件、控制软件的交叉部分，人可以通过人机界面与计算机、P1.C进行信息交换，向P1.C控制系统输入数据、信息和控制命令，而P1.C控制系统又可以通过人机界面，在计算机上回送控制系统的数据和有关信息给用户。综上所述，所调人机界面指的是介于人与P1.C控制系统之间的一个界面。操作人员可以通过人机界面与P1.C控制系统进行信息、数据的处理和交流。人机界面设计的根本出发点是为了使用户更方便、更容易的操作和使用P1.C控制系统。人与机器打交道有各种各样的人机交互方式，每种方式都有各自的不同性能、特点和适用范围。在进行人机界面设计时，必须充分了解各种交互方式的优缺点和使用限制，按照不同的对象，任务类型选择和设计适当的人机交互方式。通常在设计之前要考虑：使用对象：学习的难易程度；操作响应速度：人机界面的控制方式。在人机界面设计时，应该让用户以最快的方式学会使用，响应速度要快，控制要安全、可鸵。通常人机界面的交互方式有：对话方式：命令语言方式：菜电界面方式：功能键方式等。为了提高车座运行效率，在取车时采用托板自动更位控制，如此一来要求P1.C首先判断是取车过程还是停车过程，其次才能够在判断车辆驶离后实现匆位的操作。以3号托板为例。当光电开关检测到车辆通过时，要先判断车辆是驶入还是离开。对于3号托板，就判断6号位有无车辆。如果没有，就是车辆离开车库，此时托板可上升。如果有车，那就说明是在停车。此时就只Tr等用户拉卡才能复位。这设计是考虑安全因素，防止车库内有人是托板运动。此外，受位程序还可以通过旦位按钮来实现。结束语在完成本设计的过程中，我既感受到了面对自己无法解决的问题时的苦恼，也体会到问题最终得以解决时的快乐。同时，也总结了以下一些经验：1 .一个详细周密的计划对于完成一项任务的重要性：2 .要学会理论与实践结合，特别要说的是实践是最好的方法：总之，我所设计的自动化立体停车库以安全为第一，效率其次，基本能做到“自动化”。由于时间有限，本人的知识有限。在我所设计的自动化立体停车库中还有许多不足之处我所想到的很多，可是由于知识有限，能实现的不多。通过这次设计，也更加激励我在今后的生活中不断学习提高自己，做出更多的成果。参考文献1泰冲，基丁P1.C升降横移式立体车库控制系统的设计.中国新技术新品，2012年2胡清明.立体车库的结构优化与智能控制.华南理工大学，2012年（5啤常初.P1.C编程及应用,第三版），2008年3全保军，城市住宅小区停车问题初探,山西建筑,2008年4邹慈君.机械系统设计原理.科学出版社.1998年5顾战松.可编程控制器原理与应用.国防工业出版社.1998年6杨平.机械电子工程设说.国防工业出版社.1996年7任嘉卉.机械设计课程设计.北京航空航天大学出版社.2000年8张建民.机电一体化系统设汁.北京理工大学出版社.2000年9汪晓光.可编程控制器原理及应用,机械工业出版社.2001年10任伯森.中国机械式停车设备发展概况J中外停车设备及配套产品重点厂商名录.1999年