40
20
15
40
5结论
通过以上分析比较和实例验证，提出的样条化变参数设计在变结构体变参数设计中是可行的，在变结构体变参数设计中能灵活地生成不同结构类型的零部件。与变结构变参数设计方法和模块化变参数设计方法相比，其模型数据储存量小。采用NURBS 曲线表达，不仅能绘制自由曲线，还能精确地表示圆锥曲线和规则曲线。通过使用样条化变参数设计就能完成复杂多变的零部件快速设计。
参考文献
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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 030051，China ）文章编号：1001-3997（2011）05-0048-03
【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-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 lifting type is what we shall research in which the control system for lifting mechanism is developed through researching parallel operating of lifting and rotary positioning of the garage.First the overall structure and working principle for the garage is introduced.Then the Mitsubishi FX2N-80MR PLC （PLC ）control scheme is defined to be the main control unit ，which will analyze in detail and distribute the input and output of the control system ，connect with PLC terminals as well.Ladder diagram control program is designed for the control system.The completion of the control system could meet the re －quirements for parking and operating.Therefore the research is valuable and significant 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
＊来稿日期：2010-07-13
1引言
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国城市汽车保有量急剧增长，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
京、
上海、广州这些车位总量相对较多的大城市，停车泊位仍不足机动车的30%，与国际80%的合理比例相比，中国显然“车满为患”。如再不采取措施，机动车保有量的迅速增长与城市停车场建
设滞后的矛盾将十分突出，
“停车难”的问题将越演越烈。垂直升降式立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机
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Machinery Design ＆Manufacture
机械设计与制造
第5期2011年5月
48
技术等高新技术为一体的智能化、立体化的物流运输系统。具有投资小，充分利用空间，占地面积极小，停放车辆最多，单车占地面积最小，出车速度快，安全性能高的诸多优点；而且其造型美观，外部可放置大型商业广告牌，与城市商业相吻合，逐渐成为未来城市停车设施的一种发展趋势。
2垂直升降式立体车库总体结构
垂直升降式立体车库的机械结构比较复杂，其中，主要包括钢架结构，升降装置、存取装置、载车台回转装置、安全保护装置等。
研究的垂直升降式立体车库以5层10库位为例，每层2库位，分A 区、B 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。
A 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
。
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入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，司机在车库入口处取卡或读卡，管理系统根据卡号确定存车的目标车位。立体车库入口处安装有导向设备，引导司机正确停车。车辆停在车库进/出口后司机即可离去。控制系统根据目标车位的层数和列数判断升降机上升时间和和回转盘是否旋转。立体车库的存车过程，如图3所示。
报警
车辆停放到位
把车送入车库判断是否旋转180o
升降机构上升
叉梳横移横移叉梳下降叉梳收回
存车过程结束
检查车辆长、宽、高超标否
平层否
横移是否到位Y
N
Y
Y
N
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X 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X 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X 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。
4.1PLC 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-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
X000~X004钥匙开关和选择开关系统电源开关、手动/自动选择X005~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~X040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 第5期刘晓娟等：垂直升降式立体车库系统设计与研究49
表2输出信号分配表
输出继电器编号输出器件类型作用
Y000~Y012继电器线圈各个电机的正反转控制Y013~Y027指示灯、发光二极管
运行状态显示、车位是否有车
4.2PLC 硬件端子I/O 接口连接
PLC 硬件端子与I/O 接口连接图，如图4所示。
共10个车
位
指示灯钥匙开关
选择开关存/取车开关安检开关急停按钮
一层A 呼叫按钮一层B 呼叫按钮二层A 呼叫按钮二层B 呼叫按钮
五层B 呼叫按钮
继电器节点开门限位开关关门限位开关进出内限位开关进出外限位开关旋转限位开关油泵下限位开关油泵上限位开关一层A 限位开关一层B 限位开关
五层B 限位开关底层平层开关五层平层开关梳收回限位开关共10个车位选择按钮
10个限位开关
无叶片风扇6
个平
层
开关
截瘫行走器
开门电机正转输出开门电机反转输出进出电机正转输出进出电机反转输出升降电机反转输出横移电机正转输出横移电机反转输出油泵上升继电器线圈油泵下降继电器线圈旋转电机继电器线圈
一层A 库位指示
一层B 库位指示二层A 库位指示二层B 库位指示五层B 库位指示灯运转灯故障灯电源灯
FX2N-80MR
COM X000X001X002X003X004X005X006X007X010
X016X017X020X021X022X023X024X025X026X027X030
X040X041X046X047Y000
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005Y006Y007Y010Y011Y012Y013Y014
Y015
Y016Y024Y025Y026Y027升降电机正转输出图4PLC 硬件端子I/O 接口分配图
4.3PLC 控制程序设计荧光灯支架
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，X007闭合，继电器线圈Y000通电，
同时2个辅助开关Y000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Y010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。
Y002
X007Y000Y020Y002Y022Y010Y026Y003Y023Y001
Y000
Y002
Y010
Y003
Y010
Y003
Y001
Y012
Y002
Y010
Y003
Y001
END
Y000
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，将车送入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Y006通电叉梳横移。当到达指定库位的限位开关时，油泵线圈Y011通电，横移叉梳下降，汽车顺利放置指定库位。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。
X041Y004Y043Y006Y033Y011Y025Y007Y047Y005
X006
X011
X004
X006
X007
X011
X005
X007
Y006
Y011
Y007
Y005
END
Y004
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-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。
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