升降橫移式立體停車庫安保系統(tǒng)的設計

升降橫移式立體停車庫安保系統(tǒng)的設計

0機械系統(tǒng)立體停車近年來，隨著城市建設和道路交通的快速發(fā)展，社會交通車輛逐年增多。城市中車輛的增多與可供停車面積減少的矛盾日益突出,停車難問題不斷惡化。解決交通秩序—尤其是靜態(tài)交通秩序成為城市交通的首要問題。而作為解決城市靜態(tài)交通唯一的有效措施—向空間向高層發(fā)展的自動化立體停車設備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。系列化、成套化、多樣化的立體停車產(chǎn)品相繼進入市場。目前市面上常見的機械式立體停車庫有:升降橫移類、垂直循環(huán)類、多層循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類和簡易升降類等8種。其中升降橫移類以其結構簡單、操作方便、安全可靠、造價低等優(yōu)點,在國內車庫市場占有83%(2002年度停車設備制造業(yè)年會統(tǒng)計數(shù)據(jù))的市場份額。由于立體停車庫使用時涉及到人身安全和車輛的完好無損,屬于危險性較大的起重機械設備,已納入特種設備安全監(jiān)察范圍。因此,對機械式立體停車設備就必然有了比對一般的起重設備或物流倉儲設備更高更嚴格的安全要求。要做到:人員進出無傷、車輛停取無損、設備動力可靠、機械動作正常、運動控制準確、電腦管理有效、安全裝置完善、應急措施有力等。為此,機械式立體停車設備都采取了許多安全保護措施,以確保立體停車設備的安全穩(wěn)定運行。本文僅對升降橫移類機械式立體停車庫的安保系統(tǒng)進行探討。1成立獨立的升降橫移立體停車庫多層升降橫移式停車庫機械部分采用單元鋼架結構,電機驅動,鏈條或鋼絲繩傳動。停車庫車位結構為2維矩陣形式,可設計為多層和多列,一般為2～4層(國家規(guī)定最高為四層),以2層、3層者居多,可根據(jù)泊車的多少來決定停車庫的規(guī)模。停車庫可設在地面上,也可設在地面下,或一半設在地下一半設在地上。其鋼結構框架按一定規(guī)格的分格單元進行組合,可縱向延伸、分段集中控制,也可橫向并列,分排單獨控制。停車庫組合布置的不同形式可適應于不同場地條件的需要,配置非常靈活。典型的3×3升降橫移立體停車庫工作原理如圖1所示。升降橫移類機械停車庫利用托盤移位產(chǎn)生垂直通道,實現(xiàn)高層車位升降存取車輛。每個車位單元配置停放車輛的托盤,托盤由電機獨立驅動。地面以上布置的升降橫移立體車庫結構特點是:底層只能平移,只需配備交流減速橫移電機;頂層只能升降,只需配備交流減速升降電機;中間層既可平移又可升降,則需配備兩臺交流減速電機,分別用于橫移和升降驅動。除最上層外,每層均留有一個空車位,允許托盤左右移動一個車位位置,為上層托盤下移留出通道。例如停車庫設計為4層17列,那么整個停車庫共有68個車位,則有65個可停車的托盤。其他如地下布置和地面以上布置類似。除驅動及傳動子系統(tǒng)和載車盤子系統(tǒng)外,升降橫移立體停車庫還由電氣控制子系統(tǒng)、電氣保護子系統(tǒng)、安全防護子系統(tǒng)等組成,圖2為升降橫移立體停車庫基本組成框圖。2立體停車庫的保安系統(tǒng)2.1現(xiàn)場總線技術升降橫移立體停車庫以停放轎車為主,其代價較昂貴,而且使用的環(huán)境可能是室外露天,所以對設備的安全性和可靠性要求非常高?？删幊炭刂破?PLC)采用了以計算機為核心的通用自動控制裝置,集微機技術、自動化技術、通訊技術為一體,可靠性強、性價比高、設計緊湊、擴展性好、操作方便,適用于頻繁啟動和惡劣的環(huán)境,因此在立體停車庫控制系統(tǒng)中通常采用PLC作為安保系統(tǒng)的核心。作為網(wǎng)絡底層的現(xiàn)場總線技術(FieldbusTechnology)以其簡單的結構,在控制系統(tǒng)的設計、安裝、運行、維護上體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性?，F(xiàn)場總線實現(xiàn)了現(xiàn)場智能設備和自動化控制設備之間互聯(lián)的、開放式、數(shù)字化、多節(jié)點通信,同時利用總線技術,可提高系統(tǒng)工作的可靠性和系統(tǒng)擴展的靈活性。以上位機作為監(jiān)控微機,通過現(xiàn)場總線,實時接收和處理下位機PLC從現(xiàn)場采集到各種狀態(tài)、控制、報警信號,并利用這些信號驅動PC控制界面中的各種圖形,實時顯示現(xiàn)場各種狀況。在操作員和停車庫之間構造出形象、直觀的界面,對操作運行和故障給出提示、報警等。2.2profibus-dp控制網(wǎng)絡Profibus(ProcessFieldbus)現(xiàn)場總線是德國于90年代初制定的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準,后成為N50170歐洲標準，于1999年成為EC61158國際標準化組織現(xiàn)場總線標準之一。它具有多種技術優(yōu)勢:使用單一的總線存取協(xié)議,數(shù)據(jù)鏈路層采用混合介質存取方式,即主站之間采用令牌方式,主站和從站之間采用主從方式;靈活的系統(tǒng)配置可供選擇。根據(jù)應用環(huán)境及應用層次的不同,Profibus現(xiàn)場總線共有工業(yè)自動化Profibus-DP(decentralizedperiphery)總線、過程自動化Profibus-PA(processautomation)總線、通用自動化Profibus-FMS(fieldbusmessagespecification)總線3個系列可供選擇。Profibus-DP是一種高速、便宜的通信連接,專門設計為自動控制系統(tǒng)和設備級分散的I/O之間進行通信使用;Profibus-PA是專為過程自動化而設計的?？梢允箓鞲衅骱蛨?zhí)行器接在一根共用的總線上,用雙絞線進行供電和數(shù)據(jù)通信,可應用于安全領域;Profibus-FMS用來解決車間級通用性通信任務,FMS服務提供了廣泛的應用范圍和更大的靈活性。簡單的設備級的高速數(shù)據(jù)傳送,可選用Profibus-DP單主站系統(tǒng);復雜的高速數(shù)據(jù)傳送可選用Profibus-DP多主站系統(tǒng)或Profibus-DP與Profibus-FMS混合選用,而有防爆或本質安全要求的場合則可選用Profibus-PA。PROFIBUS可構成由分散的數(shù)字化控制器控制的現(xiàn)場底層到車間級網(wǎng)絡系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為主站和從站。主站一般為工控PC、個人PC或PLC等控制器,決定總線的數(shù)據(jù)通信。從站為外圍設備,如輸入輸出裝置,驅動器等,它們僅確認收到的信息以及響應主站的發(fā)送請求。PROFIBUS可以在所構成網(wǎng)絡的任何一點進行組態(tài)和故障查找。本文所述的停車庫安全保護系統(tǒng)采用Profibus-FMS和Profibus-DP構成兩層控制網(wǎng)絡。PROFIBUS總線控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。上層網(wǎng)絡選擇FMS,它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層,以及RS485傳輸技術,采用屏蔽雙絞銅線電纜,共用一根導線對,波特率選擇9.6Kbps～12Mbps。Profibus-FMS主要完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務。通常用于PLC與PC、PLC與PLC之間的互相通信,它根據(jù)控制器的等級對每個PLC必須支持的參數(shù)和數(shù)據(jù)類型作了規(guī)定。底層網(wǎng)絡選擇Profibus-DP,因為Profibus-DP是經(jīng)過優(yōu)化的高速通信聯(lián)接,用于設備級分散I/O之間的通信,構成獲得最短總體循環(huán)時間的單主站系統(tǒng),通過高速串行線同現(xiàn)場設備通信,以滿足控制實時性的要求。在立體停車庫安保系統(tǒng)中,利用現(xiàn)場總線有著極大的優(yōu)越性。在需要增加停車位時,只需將新增的現(xiàn)場設備接入現(xiàn)場總線,分配新的地址,對軟件進行部分修改即可運行;若某些設備出現(xiàn)故障,不用停止整個系統(tǒng)的運行,更換設備后仍利用原地址,無需改動軟件系統(tǒng)就可正常運行。同時在網(wǎng)絡上層停車庫系統(tǒng)可接入以太網(wǎng),參與到高層網(wǎng)絡,構成小區(qū)或樓宇管理的自動化與一體化。3橫渡立體停車庫的主要安全對策3.1安裝球形云號在停車庫各出入口,值班室和停車庫內主要區(qū)段安裝變焦鏡頭攝像機,在大范圍車位區(qū)安裝球形云臺,把被監(jiān)控場所的圖像內容、聲音內容同時傳送到監(jiān)控中心,使現(xiàn)場的情況一目了然。同時該系統(tǒng)還可以與出入口控制等其它安全防范系統(tǒng)聯(lián)動運行,使防范能力更加強大,實現(xiàn)了立體停車庫全方位實時監(jiān)控。3.2數(shù)據(jù)庫保存起來當車輛駛入停車庫入口時,攝像機將車輛外形、色彩與車牌信號等信息送入數(shù)據(jù)庫保存起來;車輛出庫前,攝像機再次將車輛外形、色彩與車牌信號送入電腦,與駕車人所持票據(jù)編號的車輛在入口時的信號相對比,若兩者相符合即可放行;如發(fā)生異常情況,則發(fā)出報警信號,并自動切換和記錄相關圖像。3.3入通道的監(jiān)控控制出入口控制系統(tǒng)也稱門禁管制系統(tǒng),是安全防范系統(tǒng)中的一個重要組成部分,其主要任務是對停車庫內外重要的出入通道進行監(jiān)視、控制及管理,實現(xiàn)安全防范系統(tǒng)的第一道防護作用。入庫時,駕車人必須購買停車票卡或出示專用停車卡,經(jīng)驗票讀卡機認可,入口電動欄桿升起放行,車輛駛過后,欄桿自動放下,阻擋后續(xù)車輛進入。同時,入口處的彩色攝像機將車輛信息采集下來,經(jīng)過處理后,存入數(shù)據(jù)庫保存,以備后用。出庫跟入庫流程類似,不再贅述。3.4全自動控制系統(tǒng)停車庫控制方式為3級—手動、半自動和全自動。手動是在現(xiàn)場用手操作器對每個托盤進行點動控制,應用于車庫檢修、突然停電、緊急停機和車庫故障4種情況;半自動為操作PLC控制面板上的按鈕由PLC實現(xiàn)自動邏輯控制,全自動是由計算機給出存取命令由PLC執(zhí)行。手動方式主要用于維修調試或異常情況處理,為最高優(yōu)先級,半自動方式次之;全自動方式用于正常進出車處理。當自動運行過程中出現(xiàn)故障時,經(jīng)半自動切換到手動。在計算機脫機情況下,PLC控制面板可以完成所有存取車操作。手動、半自動、全自動之間必須能夠互鎖。3級控制手段可防止事故的擴大,也有利于系統(tǒng)的調試和維修。3.5固定托板掛鉤機構設計(1)行程限位開關連鎖:以4層立體車庫為例,1、2、3層每層水平限位開關信號車庫靜止時只應有1個斷開,如果2個以上開關閉合,即表示托盤不到位,同時,2、3、4層固定托板的掛鉤信號均應斷開(負邏輯),2、3層上限位開關斷開,4層上限位開關閉合。(2)電機動作互鎖:上層(2、3、4層)升降動作和以下各層的橫移動作必須是互鎖的,即當上層泊位在升降時,下面各層泊位不能移動,反之亦然。并且上層泊位每次只能有一個泊位進行上下升降運動。(3)傳動系統(tǒng)自鎖保險設計和安全掛鉤保險設計:如鏈傳動采用制動電機,無論發(fā)生什么情況,都處于自我保護狀態(tài);控制安全掛鉤動作的電磁鐵上必須有一反饋信號,可用于指示掛鉤是否已把托盤掛好等。3.6光電開關檢測PLC信號檢測控制原理接線圖如圖4所示。(1)車輛參數(shù)檢測。對車的高度(超高)、長度(超長)、寬度(超寬)、重量(超重)等進行測量。一旦發(fā)現(xiàn)超標就報警,并提示司機不能存車。(2)光電開關檢測。光電開關布置在不同的位置有不同的功能:接收器和發(fā)射器分別安裝在托盤底層左右兩邊的光電開關,可以檢測托盤上汽車停放是否到位;在托盤對角線上安放的光電開關可以檢測托盤上有無車;裝設于停車庫車輛入口處左右兩側的光電開關還可以用于檢測外界的錯誤動作和車位移動時出現(xiàn)的異常情況等。如車輛未停妥、動作區(qū)域有人或物、運行過程中有車想開進等意外情況,光電開關光線被遮,會給PLC一個電平變化信號,從而改變PLC的輸入,蜂鳴器發(fā)出長音并報警,設備不作運行或停止運行。(3)托盤上升運動安全檢測控制:這一運動發(fā)生誤動作,將造成鋼絲繩(或鏈條)斷繩(或鏈),托盤墜落的重大事故。對于反饋信號有誤可能造成的誤動作,可采用永磁感應器與行程開關并聯(lián)來采集信號,增加可靠性;對于PLC誤發(fā)控制信號或者中間繼電器、交流接觸器觸頭粘接可能造成的誤動作,可設置二級保護裝置,二級保護裝置將直接切斷總電源。(4)托盤下降運動安全檢測控制:為了防止防墜裝置單邊脫鉤造成托盤傾斜,可將前后吊鉤設計為機械聯(lián)動,左右吊鉤設計為電氣聯(lián)動,利用PLC對時間控制功能,形成電氣、時間雙重控制。(5)安全掛鉤保險設置:在托盤上升和下降過程中,安全掛鉤電磁鐵通電,移動鐵塊吸合,掛鉤自然下落,保證托盤順利運行。當托盤上升至上限位置時,安全掛鉤電磁鐵斷電,移動鐵塊自然下落,掛鉤鉤入車臺,以防其突然下落。(6)異常情況處理:檢測判斷立體停車庫運行狀態(tài)(如光電檢測、限位、防墜保護、過載保護等)中的不正常信息,根據(jù)不同情況進行相應處理。對重要操作、誤操作分別給出提示和報警。3.7電源側濾波控制現(xiàn)場的干擾信號主要包括來自電源側和現(xiàn)場側的干擾。為了隔離電源側的干擾,可采取交流電源對稱濾波技術,同時采用UPS、DC/DC模塊進行電源隔離;隔離現(xiàn)場側的干擾,可采用繼電器隔離加光電隔離雙重隔離技術。3.8緊張啟動計劃當遇到突發(fā)性事故,只需按下操作面板上的“緊急停