CN110244645A - 一种直流储能式机械停车场伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流储能式机械停车场伺服系统，包括：A、直流储能式变频电源部分；B、直流储能式变频电源与控制器或PLC联合对三相交流减速电机的四象限运行控制部分；C、控制器或PLC实现的泊车存取的升降横移运动轨迹控制部分；D、三相交流减速电机、传感器及各机械部件组成的立体停车场伺服机构部分；E、储能电池及光伏辅助发电部分。采用本发明，能够实现在没有电网交流电源的情况下，用锂电池储能直流电源，可辅以小功率光伏发电系统，通过逆变变频控制输出变频动力电源，实现以交流电机为动力装置的机械停车场，快捷而低成本的建设、运营。方便立体停车场建设，增加停车位供应，有助于停车难问题的解决。

Description

一种直流储能式机械停车场伺服系统

技术领域

本发明涉及直流储能式变频电源和储能式机械停车场交流伺服驱动技术领域，尤其涉及一种直流储能式机械停车场伺服系统。

背景技术

机械停车场提供的车位密度高占地面积少，是解决停车难有效方法。为了占领市场，提供更好的停车服务，当前机械停车设备正不断推陈出新。本项目所研究开发的直流储能式机械停车场伺服系统，是针对交流市电取电受限的建设环境，而提出的一种采用直流储能式变频动力电源，驱动机械停车伺服机构的新技术手段。

交流供电的机械停车场应用广泛，但也存在特定的不足：1)其取电各项手续办理、配电设计、挖沟布线周期长，影响工程建设速度；2)一定范围内没有市电的建设环境下，受成本限制停车场建设将会受阻；3)大型停车场，多电机频繁启停，会产生较强的谐波干扰，对市电电源质量有较大污染，按照标准还需要一些电能治理设备，会增加投资成本。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种直流储能式机械停车场伺服系统，解决没有交流电源的情况下，用电池储能直流电源及辅助小功率光伏发电系统，减小投资成本，实现机械停车场快速设计、建造，和安全可靠运行。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种储能式机械停车场伺服系统，其特征在于，是由以下部分组成：

A、直流储能式变频电源部分；

B、直流储能式变频电源与控制器或PLC联合对三相交流减速电机的四象限运行控制部分；

C、控制器或PLC实现的泊车存取的升降横移运动轨迹控制部分；

D、三相交流减速电机、传感器及各机械部件组成的立体停车场伺服机构部分；

E、储能电池及光伏辅助发电部分。

其中：所述直流储能式变频电源部分，又包括：

A、实现电池低压直流母线与变频高压直流母线之间的直流高低压转换的高频LLC升压逆变与降压充电双向DC/DC环节；

B、实现交流电机自适应矢量控制和交流电机四象限运行控制的双向三相变频，及额外工频调压逆变电路环节；

C、实现辅助光伏电源MPPT电池充电，及电池BMS管理的储能电池充电管理控制环节。

其中，所述直流储能式变频电源与控制器或PLC，联合对三相交流减速电机的四象限运行控制部分，又包括：

A、控制器或PLC对减速电机电源通路的合闸与储能变频电源输出的延迟启动的闭锁控制；

B、储能变频电源输出的停止与控制器或PLC对减速电机电源通路的延迟跳闸的闭锁控制；

C、储能式变频电源启动输出并泊车上升的控制；

D、储能式变频电源启动输出并泊车下降的控制；

E、储能式变频电源停止输出并结束泊车上升的控制；

F、储能式变频电源停止输出并结束泊车下降的控制。

本发明的有益效果是：

(1)取消了市电限制这一环节，不需要用电初装、挖沟、施工，节省成本、节省时间；

(2)实现无关第三方的最佳建设模式：货到即安装，安装即调试，调试即运行；

(3)本申请设置直流储能式变频电源单元、三相交流减速电机、第一控制单元、泊车机构、第二控制单元、锂电池储能单元，采用一体化的逆变、变频，及电池充放电管理技术和功能，实现电机启停、四象限运转等环节的最优控制，确保停车车辆的安全，提高电机及机械系统的寿命；

(6)采用离网的直流储能电源，将避免频繁电机启停运行带来的市电电源污染，有助于电能质量的提高。最终方便立体停车场建设，有效增加停车位，有助于停车难问题的解决。

附图说明

图1为本发明直流储能式机械停车伺服系统示意图。

图2为本发明直流储能式变频电源示意图。

图3为本发明第一控制单元的示意图。

图中，1、直流储能式变频电源；2、控制器或PLC；3、锂电池储能单元；4、380V三相变频电源；5、定子电源接触器；6、220V工频调压电源；7、抱闸电源接触器；8、三相交流减速电机；9、泊车机构；10、光伏辅助发电；11、泊车启、停、升、降控制信号；12、定子及抱闸电源接触器控制信号；13、泊车启动信号；14、泊车停止信号；15、泊车上升信号；16、泊车下降信号；17、抱闸电源接触器控制；18、定子电源接触器控制；19、减速电机四象限运行逻辑控制；20、高频LLC降压充电PWM控制；21、高频LLC升压逆变PWM控制；22、自适应矢量速度环控制；23、双向三相变频PWM控制；24、单相工频调压PWM控制；25、光伏电源充电电路；26、高频LLC升压与降压DC/DC转换电路；27双向三相变频电路；28、单相逆变电路；29、低压直流母线；30、高压直流母线；31、BMS管理；32、MPPT控制。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-图3所示，本实施例公开了一种直流储能式机械停车场伺服系统，首先，提供一种直流储能式变频电源，为机械停车系统提供三相变频动力电源，实现减速电机矢量控制和四象限运行控制的同时，提供电机制动回馈电源和光伏辅助电源对电池的充电控制。具体需要实施以下环节：

其一，设置电池低压直流母线与变频高压直流母线之间直流高低压转换的高频LLC升压与降压双向DC/DC变换的电路，和配置高频LLC升压逆变和高频LLC降压充电PWM控制软件，实现电池低压母线直流电源升压后输入高压直流母线，用于三相变频电路逆变输出三相变频电源，以及电机制动回馈到高压母线的直流电源，经过稳压降压后输入到电池低压母线给母线充电；

其二，设置双向三相变频电路，和配置减速电机四象限运行控制逻辑、自适应矢量速度环控制、以及双向三相变频PWM控制软件，控制输出380V三相变频电源，及控制感应电能的反向回馈，进而实现减速电机四象限运转、速度的自适应矢量控制，以及储能电池、电源器件的安全运行；

其三，设置单相逆变电路，和配置工频调压PWM控制软件，输出220V工频调压电源，控制抱闸支持减速电机四象限运行控制；

其四，设置辅助光伏电源电池充电电路，和配置MPPT方式的充电控制软件，及电池BMS管理软件，实现光伏电源对电池的充电控制；

其次，需要实现直流储能式变频电源与控制器或PLC，联合对三相交流减速电机的四象限运行控制，在实现泊车机构的启、停、升、降操作，给定速度曲线下的伺服控制，同时确保储能电池、电源器件、机械泊车机构等的安全运行。其需要以下具体控制方法实施：

其一，控制器或PLC对减速电机电源通路的合闸与储能变频电源输出的延迟启动的闭锁控制。即控制器或PLC，仅在控制电动机动力电源接触器合闸，接通某减速电机动力电源通路，控制该减速电机抱闸电源接触器合闸，接通抱闸电源通路之后，再延迟一定时间后给储能式变频电源发送减速电机启动及升降指令的控制，以避免带电、带载合闸，对电源器件、电池造成冲击和损害。

其二，储能变频电源输出的停止与控制器或PLC对减速电机电源通路的延迟跳闸的闭锁控制。即控制器或PLC，仅在给储能式变频电源发送减速电机停止指令后，再延迟一定时间后，控制减速电动机动力电源接触器跳闸，切断减速电机动力电源通路，控制减速电机抱闸电源接触器跳闸，切断电机抱闸线圈电源通路的控制，以避免带电、带载跳闸，对电源器件、电池造成冲击和损害。

其三，储能式变频电源启动输出并泊车上升的控制。即储能式变频电源，在收到减速电机启动及上升信号后，结合电池出力曲线、电源器件安全参数，以及设定的上升速度曲线，控制输出优化的三相变频动力电源，并同时输出恒压恒频的抱闸电源，打开抱闸，实现最优化启动和提升的控制，以避免对电源器件、电池造成冲击和损害。

其四，储能式变频电源启动输出并泊车下降的控制。即储能式变频电源，在收到减速电机启动及下降信号后，结合电池充电曲线、电源器件安全参数，以及设定的下降速度曲线，输出恒频、电压可调的抱闸电源保持设定速度下降，并同时将电机下降时感应出的三相电源，并控制反向桥回馈到直流母线以供电池充电，实现最优化启动和下降的控制，以避免对电源器件、电池造成冲击和损害。

其五，储能式变频电源停止输出并结束泊车上升的控制。即储能式变频电源，在上升过程中收到减速电机停止信号后，结合电源器件安全要求，惯性系统特征，自适应实现最优化曲线降频降压将速度降到零，在接近零速度时，切断抱闸电源的控制，实现安全的泊车机构的提升停止控制。

其六，储能式变频电源停止输出并结束泊车下降的控制。储能式变频电源，在下降过程中收到减速电机停止信号后，结合电源器件安全要求，惯性系统特征，自适应实现最优化曲线的抱闸电源降频降压，逐渐抱紧转轴，将速度降到零，同时切断减速电机动力电源输出的控制，实现安全的泊车机构的下降停止控制。

再次，配置控制器或PLC和泊车存取的升降横移轨迹的控制逻辑，联合三相减速电机、传感器及各停车机械构件实现泊车控制。

最后，配置适当容量的锂电池作为锂电池储能单元，并可在条件适宜时，可配置辅助光伏电源，为机械停车场提供有直流储能电源。

如图1所示，该伺服系统由：直流储能式变频电源1，控制器或PLC2，锂电池储能单元3，380V三相变频电源4，定子电源接触器5，220V工频调压电源6，抱闸电源接触器7，减速电机8，泊车机构9，光伏辅助发电10，泊车启、停、升、降控制信号11，定子及抱闸电源接触器控制信号12等主要部分构成。

如图2所示，该储能式变频电源，具体需要由：实现减速电机四象限运行逻辑控制19的软件模块，实现直流降压和充电的高频LLC降压充电PWM控制的20软件模块，实现高频LLC升压逆变PWM控制21的软件模块，实现自适应矢量速度环控制22的软件模块，实现双向三相变频PWM控制23的软件模块，实现单相工频调压PWM控制24的软件模块，实现光伏电源充电电路25，实现高频LLC升压与降压DC/DC转换电路26，实现双向三相变频电路23，实现单相逆变电路24，低压直流母线29，高压直流母线30，380V三相变频电源4，220V工频调压电源6，实现BMS管理31的软件模块，实现MPPT充电控制32的软件模块等模块构成。具体通过以下环节实现储能式变频电源：

减速电机四象限运行逻辑控制软件模块19，对储能式变频电源的变频输出、和回馈充电控制：接收受泊车PLC或者控制器控制发出执行减速电机的电源的启动与输出、输出停止、上升、与下降控制信号，向三相变频控制逻辑，向模块22和23发出双三相变频电源的变频启动与变频输出、变频方式的输出停止、上升、与下降控制时序与信号，以及抱闸的启动与输出、停止输出、电压幅值调节控制时序与信号。

电池直流母线低电压到变频直流母线高电压的升压控制：在高频LLC升压逆变PWM控制21软件模块控制下，通过高频LLC升压与降压DC/DC转换电路26的升压通路，将低压直流母线29上的电池电源，变换到高压直流母线30高压直流电源。

变频直流母线高电压到电池直流母线低电压的降压充电控制：在高频LLC降压充电PWM控制21软件模块的逆变、稳压控制下，通过高频LLC升压与降压DC/DC转换电路26的降压通路，将高压直流母线30上的减速电机制动回馈产生的高压直流电源，变换到低压直流母线29上的直流电源，对电池进行稳压充电。

电机抱闸的电压幅值可调的单相交流电源控制：在泊车机构9上升阶段，在单相工频调压PWM控制软件24模块的控制下，单相逆变电路28输出稳定幅值的220V工频电源，完全打开抱闸线圈，允许电机带动泊车机构9做上升运动。在泊车机构9下降阶段，在单相工频调压PWM控制软件模块24的控制下，单相逆变电路输出幅值可调的220V工频调压电源6，控制开抱闸摩擦力，确保泊车机构9按照设定的下降速度曲线做下降运动。

储能式变频电源对减速电机的启动与上升控制：在收到启动与上升指令后，双向三相变频PWM控制27的软件模块，在自适应矢量速度环控制22软件模块按照设定的速度曲线的控制下，控制双向三相变频电路27的输出通路，输出变频电源启动电机运转，同一时刻，单相交流PWM控制软件24模块控制单相电压可调逆变电路输出稳定的交流220V电源打开电机抱闸。

储能式变频电源对减速电机的启动与下降控制：在收到启动与下降指令后，单相工频调压PWM控制24软件模块，按照给定的下降速度曲线，控制单相逆变电路28，调节输出的交流电源幅值，控制电机抱闸摩擦力度进而控制泊车机构下降速度。同一时刻，双向三相变频PWM控制23的软件模块，控制双向三相变频电路27的反向回馈通路，将下降过程中产生的反向三相交流电源逆变输出到高压直流母线30。

储能式变频电源对减速电机的上升阶段停止控制：在收到上升停止指令后，双向三相变频PWM控制23的软件模块，在自适应矢量速度环控制22软件模块按照设定的上升停止速度曲线控制下，控制双向三相变频电路的输出变频电源，变频方式关闭电机运转，关闭定子电源的同一时刻，单相工频调压PWM控制24软件模块，控制单相逆变电路28停止交流220V电源输出，使电机抱闸，完成泊车机构上升停止操作。

储能式变频电源对减速电机的下降阶段停止控制：在收到下降停止指令后，单相工频调压PWM控制24软件模块，按照给定的下降停止速度曲线，控制控制单相逆变电路28，输出并不断降低的交流电源幅值直到为零，使电机抱闸，完成泊车机构9下降停止操作。停止的同一时刻，双向三相变频PWM控制23的软件模块，控制双向三相变频电路27关闭反向回馈通路。

如图3所示，直流储能式变频电源与控制器或PLC联合对三相交流减速电机的四象限运行控制由：直流储能式变频电源1，PLC或控制器2，三相交流减速电机8，定子电源接触器5，抱闸电源接触器7，380V变频电源4，220V工频调压电源6，泊车启动信号13，泊车停止信号14，泊车上升信号15，泊车下降信号16构成，抱闸电源接触器控制17，定子电源接触器控制18。具体通过以下环节实现四象限运行控制：

减速电机电源通路的合闸与储能变频电源输出的延迟启动闭锁控制：即PLC或控制器2，仅在发出定子电源接触器控制18，使定子电源接触器5合闸，接通定子电源通路，和抱闸电源接触器合闸信号，使得抱闸电源接触器7合闸，接通抱闸电源通路之后，再延迟一定时间后给储能式变频电源，发出泊车启动信号13的闭锁控制。

储能变频电源输出的停止与减速电机电源通路的延迟跳闸闭锁控制：即控制器或PLC2，仅在给储能式变频电源1发送泊车停止14后，再延迟一定时间后，才发出定子电源接触器跳闸信号，使定子电源接触器5跳闸，接通定子电源通路断开，和抱闸电源接触器跳闸信号，使得抱闸电源接触器7跳闸，断开抱闸电源通路的闭锁控制。

储能式变频电源启动减速电机泊车上升机构的控制：即储能式变频电源1，在收到PLC或控制器2发来的泊车启动信号13和泊车上升信号15之后，结合电池出力曲线、电源器件安全参数，以及设定的上升速度曲线，控制输出优化的三相变频动力电源，并同时输出电压恒定的220V工频电源6，打开抱闸，实现最优化启动和提升的控制。

储能式变频电源启动减速电机并下降泊车机构的控制。即储能式变频电源1，在收到PLC或控制器2发来的泊车启动信号13和泊车上升信号15之后，结合电池充电曲线、电源器件安全参数，以及设定的下降速度曲线，输出恒频、幅值不断调节的减速电机抱闸电源，使得泊车机构按照速度曲线下降的控制。

储能式变频电源停止减速电机并结束提升泊车机构的控制。即储能式变频电源1，在上升过程中收到PLC或控制器2发来的泊车停止信号14之后，结合电源器件安全要求，惯性系统特征，输出三相变频动力电源，优化的降频降压将速度降到零，在接近零速度的时刻，PLC或控制器2发出抱闸电源接触器跳闸信号，切断抱闸电源，实现安全的泊车机构的提升停止的控制。

储能式变频电源停止减速电机并结束下降泊车机构的控制。即储能式变频电源，在下降过程中收到PLC或控制器2发来的泊车停止信号14之后，结合电源器件安全要求，惯性系统特征，自适应的输出减速电机抱闸电源，优化的降压逐渐至零使得抱闸抱紧转轴，停止泊车机构运动，延迟一段时间后，PLC或控制器2发出定子电源接触器跳闸信号，跳开减速机定子电源接触器5，实现安全的泊车机构的下降停止控制。

本发明可以不用电网市电交流电源，而用锂电池储能电源，通过储能变频电源，以及关键的电机伺服控制技术，实现机械停车场快捷、低成本建设，和安全可靠运行。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种储能式机械停车场伺服系统，其特征在于，是由以下部分组成：

A、直流储能式变频电源部分；

B、直流储能式变频电源与控制器或PLC联合对三相交流减速电机的四象限运行控制部分；

C、控制器或PLC实现的泊车存取的升降横移运动轨迹控制部分；

D、三相交流减速电机、传感器及各机械部件组成的立体停车场伺服机构部分；

E、储能电池及光伏辅助发电部分。

2.根据权利要求1所述直流储能式变频电源部分，其特征在于以下环节：

A、实现电池低压直流母线与变频高压直流母线之间的直流高低压转换的高频LLC升压逆变与降压充电双向DC/DC环节；

B、实现交流电机自适应矢量控制和交流电机四象限运行控制的双向三相变频，及额外工频调压逆变电路环节；

C、实现辅助光伏电源MPPT电池充电，及电池BMS管理的储能电池充电管理控制环节。

3.根据权利要求1所述直流储能式变频电源与控制器或PLC，联合对三相交流减速电机的四象限运行控制部分，其特征在于：

A、控制器或PLC对减速电机电源通路的合闸与储能变频电源输出的延迟启动的闭锁控制；

B、储能变频电源输出的停止与控制器或PLC对减速电机电源通路的延迟跳闸的闭锁控制；

C、储能式变频电源启动输出并泊车上升的控制；

D、储能式变频电源启动输出并泊车下降的控制；

E、储能式变频电源停止输出并结束泊车上升的控制；

F、储能式变频电源停止输出并结束泊车下降的控制。