CN104878969B - 一种变频器驱动的升降横移停车设备 - Google Patents

Abstract

目前升降横移停车设备采用异步电机驱动。异步电机虽然造价低，但启动电流大、制动损耗大、耗能大。这对于启动、制动次数相对较多的升降横移停车设备而言，缺陷是明显的。本发明公开了一种变频器驱动的升降横移停车设备，至少只需安装一套变频器，即可实现对所有电机实现变频驱动，达到启动平稳、速度可调、制动迅速、节能环保等优点。本发明不仅适用于新制作的升降横移停车设备，同样可以应用于已使用升降横移停车设备的改造，具有较高的社会效益和经济效益。

Description

一种变频器驱动的升降横移停车设备

技术领域

本发明涉及机械式停车设备领域，具体涉及在升降横移类机械式停车设备（以下简称升降横移停车设备）使用变频器驱动异步电机，以改善电机启动、加速、减速和制动性能并达到节能效果。

背景技术

随着汽车保有量的增加，停车场地不足的问题日趋明显，机械式停车设备已得到广泛应用，其中升降横移停车设备因结构简单、制作成本低、适应性广而占据市场的80%以上份额。目前升降横移停车设备采用异步电机驱动；异步电机造价低，不足之处是启动电流大、制动损耗大、耗能大。这对于启动、制动次数相对较多的升降横移停车设备而言，缺陷是明显的。采用变频器可以明显改善异步电机的上述不足。但升降横移停车设备所使用的电机数量较多，按惯常做法配套变频器显然不经济。因此，变频器没有在升降横移停车设备上得到应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计出一种至少只需安装一套变频器的升降横移停车设备。本发明不仅适用于新制作的升降横移停车设备，同样可以应用于已使用升降横移停车设备的改造。

为实现上述目的，本发明一种变频器驱动的升降横移停车设备，其基础技术方案的特征在于：所述一种变频器驱动的升降横移停车设备的原型是通用的、采用异步电机驱动的升降横移停车设备；所述变频器为市场上常用的、输入工频交流电、输出可变频率交流电、用于驱动异步电机的变频装置；该变频器的额定功率至少为以下两个功率数据其中的较大者：1）该升降横移停车设备所有用于驱动载车板升降的异步电机其中单机功率最大的一台电机的额定功率；2）该升降横移停车设备的需要驱动横移的载车板的横移电机的功率总和；所述变频器设置在升降横移停车设备的电机驱动电源前端，即工频交流电动力电源接入变频器的电源输入端、变频器的变频电源输出端接停车设备的电机驱动电源输入端；所述变频器由升降横移停车设备PLC控制系统实行实时控制；具体是升降横移停车设备PLC控制系统与变频器之间建立通讯联系；PLC控制系统向变频器读取运行状态数据，并向变频器输出控制指令。

升降横移停车设备的特点是：位于出入车层的载车板只需横移动作，故该层的每个载车板只需至少一个电机驱动横移（通常只设置一个横移电机）；位于最高层的载车板只需升降动作，故该层的每个载车板只需至少一个电机驱动升降（通常只设置一个升降电机）；如果停车设备的出入车层不是位于最低层、即有停车场位于出入车层的下方，则位于出入车层下方的最低层载车板同样只需升降动作，故该层的每个载车板也只需至少一个电机驱动升降（通常只设置一个升降电机）；除上述出入车层、最高层、最低层之外的其他层，每个载车板需要至少一个电机驱动横移（通常只设置一个横移电机）和至少一个电机驱动升降（通常只设置一个升降电机）。通常一组升降横移停车设备由数个到数十个载车板组成，故所需电机的数量是比较多的。在当前的实际应用中，升降横移停车设备只采用带减速装置和制动装置的异步电机，而没有用到变频器驱动。

近十几年，变频器驱动异步电机的技术已经得到非常普遍的应用。考虑到升降横移停车设备的以下实际情况：同一组升降横移停车设备，同一时间只能有其中一个载车板进行上升或下降运行，即：其中一个载车板在进行上升或下降运行时，其他载车板不能进行升降或横移动作；另外，一个或多个载车板可以同时作同一方向的横移动作、且横移距离固定为一个载车板宽；当一个或多个载车板作横移时，其他载车板不能进行升降动作、也不能做另外的横移动作。通过以上分析可知：升降横移停车设备的电机运行时有规律、而且是间歇性的；存在一台或多台电机同时启动的情况，但不存在电机运转过程中有新的电机加入运行的情况。因此，使用一套变频器驱动一组升降横移停车设备的全部异步电机是可行的，这正是本案的实施依据。同时，考虑到变频器驱动载车板上升或下降时只需驱动其中一台升降电机，故载车板升降驱动电机的启动、匀速运行、减速运行、停机、制动这些动作均可由变频器控制。而变频器驱动载车板横移时有可能涉及同时驱动多台异步电机；而这些多台异步电机的电气特性（主要是异步电机的转差率）不尽相同，故使用变频器同时对上述多台异步电机实现启动、匀速运行、减速运 行之后，上述多台异步电机未必能在同一时间内完成对其驱动载车板横移的动作。若因此而要求变频器对陆续完成横移驱动的电机分别实现停机和制动控制，则系统将非常庞杂。而载车板横移是在水平轨道上进行、横移速度相对较慢，故突然断电停机和制动，对电机的冲击并不大。故建议载车板横移驱动电机的停机和制动由升降横移停车设备PLC控制系统（以下简称“PLC控制系统”）实行直接断电控制，而没有必要由变频器控制。

变频器控制异步电机运行根据控制精度的不同可以采取开环控制或闭环控制方式。就本案而言，由于变频器需要控制的电机数量较多，实施闭环控制所需的被控制对象实际运行频率（即被控制的异步电机的实际转速或重要零部件的实际转数等）需要太多的检测元件、信号线和数据接口，即实现闭环控制的难度较大。而本案所需的控制精度并不高，故建议采用开环控制。另外，升降横移停车设备需要变频器控制运行的动作有载车板上升、载车板下降、载车板横移这三种；因此，最多只需为这三种动作分别设置不同的启动曲线和减速曲线，启动曲线和减速曲线的相关参数可预先存储在变频器相关的参数存储单元供调用。当然，也可以是PLC控制系统根据每一次运行的实际类型向变频器发出运行控制指令时具体包含启动曲线和减速曲线的相关参数。为了简化控制，当然也可以只设置一个通用的启动曲线和减速曲线。由于每一次运行所需的异步电机匀速运行时间可能不同，因此，PLC控制系统须根据该次运行所需的匀速运行距离、异步电机的“异步电机转差率S”、异步电机的极数P、变频器匀速运行时的频率f以及异步电机每一转相当于该次运行的距离等参数预先计算出本次匀速运行所需时间，以便在变频器进入匀速运行驱动时开始计时、计时结束时指令变频器进入减速运行。当然，也可以把变频器的启动时间加在匀速运行时间之上、成为总运行时间；PLC控制系统在指令变频器启动运行之后即开始计时。变频器的停止和制动需要PLC控制系统在接到相应的行程开关的触发信号之后发出指令。若完全不改变原停车设备的强电控制模块的接线，则各异步电机运行所需的自锁、互锁、正转、反转按照原来的控制模式由PLC控制系统全部控制，不必用到变频器的驱动正/反转功能。以下是停车设备载车板相关动作的控制描述：

当停车设备需要驱动某一个载车板上升或下降时，PLC控制系统首先控制位于强电控制模块的相关交流接触器、使得本次动作涉及的升降电机的处于合适的电源导通状态、其他电机则处于电源断开状态；然后，PLC控制系统计算出本次动作所需的时间、把本次动作所需的启动曲线、减速曲线参数通过通讯传到变频器；然后，向变频器发出启动指令、计时开始；变频器接到PLC控制系统发出的启动指令，即按照指定的启动曲线驱动处于电源导通状态的升降电机启动、进入匀速运动状态；PLC控制系统计时结束，向变频器发出减速指令；变频器接到PLC控制系统发出的减速指令，即按照指定的减速曲线驱动处于电源导通状态的升降电机减速、然后进入低速运动状态；当载车板运行至触发行程开关或位置开关、使得PLC控制系统向变频器发出停机指令；变频器接到PLC控制系统发出的停机指令，即转入停机、制动输出；最后，切断电源输出。

当停车设备具备判别所驱动上升或下降的载车板是否处于带荷载（即是否停放有车辆）的功能时，可以设置重载驱动和空载驱动时、变频器输出不同的匀速运动频率；具体是空载驱动时变频器输出匀速运动的频率高于重载驱动，以获得合理、较高的运行效率。

当停车设备需要驱动某一个或某几个载车板横移时，PLC控制系统首先控制位于强电控制模块的相关交流接触器、使得本次动作涉及的所有横移电机的处于合适的电源导通状态、其他电机则处于电源断开状态；然后，PLC控制系统计算出本次动作所需的时间、把本次动作所需的启动曲线、减速曲线参数传到变频器；然后，向变频器发出启动指令、计时开始；变频器接到PLC控制系统发出的启动指令，即按照指定的启动曲线驱动处于电源导通状态的一台或多台横移电机同时启动、进入匀速运动状态；PLC控制系统计时结束，向变频器发出减速指令；变频器接到PLC控制系统发出的减速指令，即按照指定的减速曲线驱动处于电源导通状态的升降电机减速、然后进入低速运动状态；当本次运行所及的所有载车板的横移动作全部完成，PLC控制系统向变频器发出停机指令；变频器接到PLC控制系统发出的停机指令，即转入停机、制动输出；最后，切断电源输出。

还可以作出以下改进：利用变频器的驱动正/反转功能，由PLC控制系统根据运行需要在向变频器发出的控制指令已包含正转或反转指令；原停车设备的强电控制模块的接线只需保留各异步电机运行所需的自锁、互锁线路，并由PLC控制系统按运行需要控制相关电机的交流接触器吸合或断开即可；电机的正/反转已由变频器的电源输出控制。

进一步地，本发明一种变频器驱动的升降横移停车设备的上述基础技术方案的改进方案，其特征在于：所述变频器由升降横移停车设备PLC控制系统实行实时控制改为所述变频器由升降横移停车设备人机界面控制系统实行实时控制；具体是所述变频器由升降横移停车设备人机界面控制系统与变频器之间建立通讯联系；人机界面控制系统向变频器读取运行状态数据，并向变频器输出控制指令。

升降横移停车设备内部设置有两套控制系统，一套是主控制系统，核心部件通常是PLC装置、故称PLC控制系统，该系统主要用于接收和处理检测装置的信号、接收和处理人机界面控制系统传送的操作指令、控制所有电机的动作等。因此，本案增加变频驱动之后，由PLC控制系统对变频器实行实时控制是合适的。升降横移停车设备内部设置的另一套控制系统是人机界面控制系统，核心部件通常是单片机装置。而且，当人机界面装置接受完操作指令输入之后即处于空闲状态。因此，由人机界面控制系统对变频器实行实时控制也是可行的。当然，在PLC控制系统或人机界面控制系统与变频器之间还可以单独增加设置一个专门用于接收PLC控制系统或人机界面控制系统发送的指令、然后控制变频器的控制装置。或者，采用自带PLC装置的变频器。

进一步地，本发明一种变频器驱动的升降横移停车设备，上述基础技术方案的改进方案，其特征在于：所述变频器只负责向驱动停车设备载车板升降的电机实行变频控制；停车设备的载车板横移仍按照原来的无变频控制方式运行。

附图说明

图1为目前使用的升降横移停车设备其中的PLC控制系统与强电控制模块之间的连结关系示意图。

图2为本发明一种变频器驱动的升降横移停车设备其中的PLC控制系统、变频器以及强电控制模块之间的连结关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的保护范围不限于以下所述。

图1所示为目前使用的升降横移停车设备其中的PLC控制系统与强电控制模块之间的连结关系示意图。图中可见，工频交流电直接输入强电控制模块；强电控制模块与PLC控制系统之间有信号线连结，使得强电控制模块由PLC控制系统控制。强电控制模块分别向电机A1至电机An输出（假设为升降驱动电机）以及电机B1至电机Bm输出（假设为横移驱动电机）。

图2所示为本发明一种变频器驱动的升降横移停车设备其中的PLC控制系统、变频器以及强电控制模块之间的连结关系示意图。图中可见，工频交流电首先输往变频器，变频器的变频交流电输往强电控制模块；强电控制模块与PLC控制系统之间有信号线连结，使得强电控制模块由PLC控制系统控制。变频器与PLC控制系统之间通过通讯模块和信号线连结，使得变频器的运行状态可以被PLC控制系统读取、变频器的运行可以由PLC控制系统控制。图中可见，原工频电源输入的三相电源编号为L1、L2、L3，经过变频器之后的变频电源输出编号为L1a、L2a、L3a；然后，强电控制模块分别向电机A1至电机An输出（假设为升降驱动电机）以及电机B1至电机Bm输出（假设为横移驱动电机）。

Claims (3)

1.一种变频器驱动的升降横移停车设备，其特征在于：所述一种变频器驱动的升降横移停车设备的原型是通用的、采用异步电机驱动的升降横移停车设备；所述变频器为市场上常用的、输入工频交流电、输出可变频率交流电、用于驱动异步电机的变频装置；该变频器的额定功率至少为以下两个功率数据其中的较大者：1)该升降横移停车设备所有用于驱动载车板升降的异步电机其中单机功率最大的一台电机的额定功率；2)该升降横移停车设备的需要驱动横移的载车板的横移电机的功率总和；所述变频器设置在升降横移停车设备的电机驱动电源前端，即工频交流电动力电源接入变频器的电源输入端、变频器的变频电源输出端接停车设备的电机驱动电源输入端；所述变频器由升降横移停车设备PLC控制系统实行实时控制；具体是升降横移停车设备PLC控制系统与变频器之间建立通讯联系；PLC控制系统向变频器读取运行状态数据，并向变频器输出控制指令；具体连接关系包括：工频交流电首先输往变频器，变频器的变频交流电输往强电控制模块；强电控制模块与PLC控制系统之间有信号线连结，使得强电控制模块由PLC控制系统控制；变频器与PLC控制系统之间通过通讯模块和信号线连结，使得变频器的运行状态可以被PLC控制系统读取、变频器的运行可以由PLC控制系统控制；强电控制模块分别向升降驱动电机及横移驱动电机进行输出；其中，横移驱动电机的停机和制动由升降横移停车设备PLC控制系统实现直接断电控制；

当停车设备需要驱动某一个载车板上升或下降时，PLC控制系统首先控制位于强电控制模块的相关交流接触器、使得本次动作涉及的升降电机处于合适的电源导通状态、其他电机则处于电源断开状态；然后，PLC控制系统计算出本次动作所需的时间、把本次动作所需的启动曲线、减速曲线参数通过通讯传到变频器；然后，向变频器发出启动指令、计时开始；变频器接到PLC控制系统发出的启动指令，即按照指定的启动曲线驱动处于电源导通状态的升降电机启动、进入匀速运动状态；PLC控制系统计时结束，向变频器发出减速指令；变频器接到PLC控制系统发出的减速指令，即按照指定的减速曲线驱动处于电源导通状态的升降电机减速、然后进入低速运动状态；当载车板运行至触发行程开关或位置开关、使得PLC控制系统向变频器发出停机指令；变频器接到PLC控制系统发出的停机指令，即转入停机、制动输出；最后，切断电源输出；

当停车设备需要驱动某一个或某几个载车板横移时，PLC控制系统首先控制位于强电控制模块的相关交流接触器、使得本次动作涉及的所有横移电机处于合适的电源导通状态、其他电机则处于电源断开状态；然后，PLC控制系统计算出本次动作所需的时间、把本次动作所需的启动曲线、减速曲线参数传到变频器；然后，向变频器发出启动指令、计时开始；变频器接到PLC控制系统发出的启动指令，即按照指定的启动曲线驱动处于电源导通状态的一台或多台横移电机同时启动、进入匀速运动状态；PLC控制系统计时结束，向变频器发出减速指令；变频器接到PLC控制系统发出的减速指令，即按照指定的减速曲线驱动处于电源导通状态的升降电机减速、然后进入低速运动状态；当本次运行所及的所有载车板的横移动作全部完成，PLC控制系统向变频器发出停机指令；变频器接到PLC控制系统发出的停机指令，即转入停机、制动输出；最后，切断电源输出。

2.根据权利要求1所述的一种变频器驱动的升降横移停车设备，其特征在于：所述变频器由升降横移停车设备PLC控制系统实行实时控制改为所述变频器由升降横移停车设备人机界面控制系统实行实时控制；具体是所述变频器由升降横移停车设备人机界面控制系统与变频器之间建立通讯联系；人机界面控制系统向变频器读取运行状态数据，并向变频器输出控制指令。

3.根据权利要求1所述的一种变频器驱动的升降横移停车设备，其特征在于：所述变频器只负责向驱动停车设备载车板升降的电机实行变频控制；停车设备的载车板横移仍按照原来的无变频控制方式运行。