一种停车设备的双电机驱动装置及控制方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种停车设备的双电机驱动装置及控制方法，其技术方案的要点是针对现有两层停车设备采用单台电机带动链条或者钢丝绳循环曳引的安全缺陷以及针对采用单台电机驱动两套螺杆螺帽机构的安装尺寸受限的不足。其中，驱动装置为采用参数相同的两套电机和减速箱组成两套动力驱动机构分别驱动两套螺杆和螺帽单元，两个螺帽座通过钢丝绳曳引或者通过螺杆牵引、分别对载车板两侧实施曳引或者牵引升降驱动。该驱动装置的控制方法是采用两个参数相同的变频器和配套措施实现对两台三相异步电机的速度同步控制，有多个方案供选择。以上装置及控制方法达到载车板平衡同步升降以及全程自锁防坠落的效果。
【专利说明】
一种停车设备的双电机驱动装置及控制方法
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及机械式停车设备技术领域，更具体地说，涉及中间两根立柱夹持上层台板垂直升降的两层停车设备的上层台板垂直升降驱动装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]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，其中两层停车设备的市场占有率较大。两层停车设备中，有采用中间两根立柱(包括对称布局和非对称布局)夹持上层台板垂直升降的形式，现有设备的结构是采用单台电机带动链条或者钢丝绳循环曳引方式，该方式使得载车板两侧的曳引支承驱动机构存在结构差异(一侧为直接驱动、另一侧为经过多级机械动力传动的间接驱动)，存在载车板驱动不平衡，且任一侧链条或钢丝绳断裂即产生倾覆的缺陷。最近，有提出采用单台电机驱动双螺杆同步升降的技术方案，该方案采用机械传动强制同步方式保证了载车板的平衡驱动，也避免了现有设备存在的安全隐患；但在实际应用时，由于安装尺寸受限原因，该方案的电机和减速箱位置难以合理设置，不利于推广应用。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种停车设备的双电机驱动装置及控制方法。其中，双电机驱动装置为采用由参数相同的两套电机和减速箱组成的两套动力驱动机构分别驱动两套螺杆和螺帽单元，通过钢丝绳曳引连结或者通过螺杆牵引连结螺帽座和载车板，使得两个螺帽座分别对载车板两侧实施曳引升降驱动或者牵引升降驱动;该装置的控制方法是采用参数相同的两个变频器和配套措施实现对两台三相异步电机的速度同步控制。以上装置及控制方法达到载车板平衡同步升降以及全程自锁防坠落的效果。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现:一种停车设备的双电机驱动装置，其特征在于:所述停车设备是指中间两根立柱夹持上层台板垂直升降的两层停车设备;所述电机为变频驱动的三相异步电机;所述双电机驱动是指由参数相同的两套电机和减速箱组成两个动力驱动机构，分别驱动两套螺杆和螺帽单元，具体安装形式采用以下两种方式的其中一种;方式之一是指:所述电机和减速箱固定安装在立柱的上方位置，螺杆垂直设置在立柱内部空腔位置，减速箱输出端驱动螺杆旋转;螺帽安装在螺帽座之上，螺帽座能够在立柱内部空腔作上升或下降、但不能转动；电机正向或反向转动、驱动螺杆正向或者反向转动，使得螺帽带动螺帽座上升或下降;载车板位于螺帽座的下方，两侧对应立柱位置设置有凸入立柱空腔的结构件，螺帽座与载车板凸入立柱空腔的结构件之间由至少一根钢丝绳或者至少一根螺杆连结，螺帽座上升，通过钢丝绳曳引载车板上升或者通过螺杆牵引载车板上升;螺帽座下降，载车板在重力的作用下随之下降、始终保持螺帽座曳引载车板或者牵引载车板的状态;方法之二是指:所述螺杆垂直固定设置在立柱内部空腔位置，不能转动、不能位移;所述电机和减速箱与螺帽组合成为一个整体机构、减速箱的输出端驱动螺帽旋转，该整体机构位于立柱空腔位置的部件称为螺帽座；电机正向或反向转动、驱动螺帽正向或反向转动，带动螺帽座以及该整体机构作上升或下降;载车板位于螺帽座的下方，两侧对应立柱位置设置有凸入立柱空腔的结构件，螺帽座与载车板凸入立柱空腔的结构件之间由至少一根钢丝绳或者至少一根螺杆连结，螺帽座上升，通过钢丝绳曳引载车板上升或者通过螺杆牵引载车板上升;螺帽座下降，载车板在重力的作用下随之下降、始终保持螺帽座曳引载车板或者牵引载车板的状态。
[0005]之所以选择螺帽座与载车板之间由钢丝绳或者螺杆实行间接连结而不是把螺帽座直接与载车板紧固连结，主要是考虑载车板在实际使用的时候由于车辆驶入/驶出产生的冲击或者机电装置运行时产生的位置误差或者载车板下降至地面之后支承载车板的地面水平度存在误差，上述情况或会造成载车板一定幅度的纵向或横向不平衡；因此，螺帽座与载车板之间采用间接连结的方式可以作为缓冲。而且，钢丝绳连结为优选。
[0006]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:采用两个参数相同、能够设置为主、从驱动方式实现速度跟踪控制的变频器对两台电机分别进行驱动，其控制结果使得两台电机的转动速度相同，载车板两侧的上升或下降速度相同，达到平衡升降。
[0007]目前市场上提供的通用型变频器设置多数都具备速度跟踪同步运行模式。本技术方案采用两个参数相同的变频器分别驱动两台参数相同的电机并实现速度跟踪同步，是通用型变频器速度跟踪同步运行模式的最简单应用，常用方法有以下两种:方法之一是通过一个编码器来实现。具体是设定其中一个变频器为主变频器，另一个变频器为从变频器;设定主变频器驱动的电机为主电机，从变频器驱动的电机为从电机;在主电机同轴安装编码器，两个变频器设置为编码器I/O跟踪同步运行模式，主电机同轴安装的编码器的信号输出接至从变频器的编码器信号输入端，使得反映主电机即时转速的编码器输出作为从电机的速度给定，从变频器追随主电机的实际转速对从电机实施控制。以上所述的编码器I/O跟踪同步在某些变频器设置为脉冲I/O跟踪同步，其原理和设置方法与编码器I/O跟踪同步相类。方法之二是通过模拟量I/O实现跟踪同步。具体是设定其中一个变频器为主变频器，另一个变频器即为从变频器;设定主变频器驱动的电机为主电机，从变频器驱动的电机为从电机;两个变频器设置为模拟量I/O跟踪同步运行模式，把主变频器的模拟量输出接至从变频器的模拟量输入端口，主变频器的变频曲线驱动主电机、其对应的模拟量输出作为从变频器的变频曲线给定，使得从变频器追随主变频器对从电机实施控制。由于方法二并非以主电机的实际转速作为基准，为了补偿两台异步电机可能存在的转差率误差，可以通过实测两台异步电机的实际转差率，计算出对应的比例关系，然后通过相应的比例调节模拟电路或数字逻辑电路进行从变频器驱动的模拟量调整，使得主变频器输出的变频曲线与接至从变频器的变频曲线两者之间考虑了补偿系数。
[0008]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:采用两个参数相同的变频驱动单元分别驱动两台参数相同的电机，变频驱动单元的变频曲线为一个单片机分别输出的两路PWM信号设定，两台电机分别安装有参数相同的编码器，两个编码器的脉冲输出信号分别接入单片机的高速计数器端口，由单片机进行实时脉冲数值的比较和PID运算，以其中一路PffM信号参数为基准，动态调整另外一路PWM信号的输出参数；或者，两个变频驱动单元的变频曲线为一个单片机分别输出的两路PWM信号设定，两个螺帽座分别安装有参数相同、带信号输出的位移检测装置，两个位移检测装置的脉冲输出信号分别接入单片机的高速计数器端口，由单片机进行实时脉冲数值的比较和PID运算，以其中一路PffM信号参数为基准，动态调整另外一路PffM信号的输出参数。
[0009]以上做法为单片机对所控制的两台电机实现闭环控制，其控制结果使得两台电机的转动速度相同或者两个螺帽座的位移速度相同，使得载车板两侧的上升或下降速度相同，达到平衡升降。
[0010]目前工业控制用单片机同时具备多路PWM信号输出控制、多路高速计数器信号接入以及高速运算的功能，完全满足上述闭环控制的需求。由于停车设备载车板的水平状态要求不高，上述方案的一种简单处理方法是不作PID运算和实时动态调整控制，只设定一个脉冲数值差额的允许范围，实时脉冲数值比较得出误差数据暂时保存，当累积到差额超限时进行一次性调整补偿。
[0011]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:采用两个参数相同的变频器分别驱动两台参数相同的电机;两台电机在使用之前须以同一个变频曲线为基准、分别由变频器驱动、进行实际转差率检测，以其中一个变频器驱动的那一台电机的实测转差率作为基准转差率，该电机为基准电机，该变频器为基准变频器，在基准变频器设定的变频曲线为基准变频曲线;然后，以另一个变频器驱动的另一台电机的实测转差率与基准转差率的比值作为比例调节系数，据此调整另一个变频器的变频曲线;在实际运行过程中，两个变频器同步运行，但其中的基准变频器受基准变频曲线控制，另一个变频器受比例调节之后的变频曲线控制。
[0012]以上做法为根据两台电机不同的实际转差率分别设置不同的变频曲线进行控制，其控制结果使得两台电机的转动速度相同，载车板两侧的上升或下降速度相同，达到平衡升降。
[0013]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:采用两个参数相同的变频器分别驱动两台参数相同的电机;两台电机在使用之前须在标准频率驱动之下进行转差率实际检测，以其中一台电机的实测转差率作为基准转差率，该电机为基准电机，为该电机设定的变频曲线为基准变频曲线，该基准变频曲线指定由单片机的其中一路PffM信号输出驱动基准电机;然后，以相同的标准频率驱动另一台电机的实测转差率与基准转差率的比值作为比例调节系数，据此调整该电机的变频曲线，该变频曲线指定由单片机的另一路PWM信号输出驱动另一台电机;在实际运行过程中，两路PWM信号同步运行，但其中的基准电机受基准变频曲线控制，另一台电机受比例调节之后的变频曲线控制。
[0014]以上做法同样属于根据两台电机不同的实际转差率分别设置不同的变频曲线进行控制，其控制结果使得两台电机的转动速度相同，载车板两侧的上升或下降速度相同，达到平衡升降。
[0015]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:当载车板静态时出现两侧不平衡、即处于非水平状态，即通过调整其中一侧载车板的曳引钢丝绳的长度或者调整其中一侧载车板的牵引螺杆的长度进行调整。
[0016]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:当载车板静态时出现两侧不平衡、即处于非水平状态，则通过实际测量得出水平差异数值，并转换成消除该水平差异所需的电机运行驱动变频曲线，进行专门的调整水平状态的临时运行;或者，直接通过手动操作电机运行进行调整。
[0017]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:增加对射光电装置防止两个螺帽座之间出现不平衡超限，具体做法是:在两个螺帽座的对应位置安装对射光电检测装置，两个螺帽座处于相对水平状态时，对射检测装置的信号接收端能够正常检测到信号发出端发出的信号；当两个螺帽座的水平误差超限，对射检测装置的信号接收端不能检测到信号发出端发出的信号，则对射检测装置立即发出故障信号，触发停车设备停止运行或者禁止停车设备运行，直到两个螺帽座之间出现的不平衡超限故障得到排除、对射检测装置的信号接收端能够正常检测到信号发出端发出的信号。
[0018]进一步地，基于上述一种停车设备的双电机驱动装置，其控制方法的特征在于:所述单片机改为PLC装置或者单板机。
[0019]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点与有益效果:螺杆和螺帽机构的自锁功能，使得载车板始终处于防坠落状态；当每一侧载车板的曳引钢丝绳多于一根，且在设计时已经确保一根钢丝绳断裂、其他钢丝绳完全可以安全曳引载车板，则增加设置钢丝绳断裂检测装置，即可避免因钢丝绳突然断裂而造成的安全事故。对于载车板同步升降的控制方法，可以根据不同的成本和精度要求采取不同的技术方案。本实用新型的推广使用，将产生较好的社会效益和经济效益。
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型一种停车设备的双电机驱动装置及控制方法其中一个实施例的示意图。图中，I单片机;2-1第一路PffM信号;2-2第二路PffM信号;3_1—号变频器;3_2二号变频器;4-1 一号变频电源;4-2 二号变频电源;5-1—号编码器信号；5-2 二号编码器信号;6-1一号蜗杆蜗轮减速箱;6-2 二号蜗杆蜗轮减速箱;7-1 —号电机;7-2 二号电机;8-1 —号编码器;8-2二号编码器;9-1 一号螺杆;9-2二号螺杆；10-1 —号螺帽座；10_2二号螺帽座；I 1-1a一号曳引钢丝绳之一；Il-1b—号曳引钢丝绳之二； ll-2a二号曳引钢丝绳之一；ll-2b二号曳引钢丝绳之二；12载车板。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的描述。
[0022]图1所示，为本实用新型一种停车设备的双电机驱动装置及控制方法其中一个实施例的示意图。
[0023]其中，图1的下方虚线框为该实施例的装置示意图。图中可见，位于左侧的一号电机7-1固定安装在左侧立柱的上方位置，一号电机7-1驱动一号蜗杆蜗轮减速箱6-1，电机输出轴紧固连结减速箱的蜗杆，减速箱蜗轮紧固连结一号螺杆9-1; 一号螺帽座10-1设置在一号螺杆9-1之上、不能旋转，只能上升或下降；一号螺帽座10-1的下方为载车板12，两者之间由两根钢丝绳(分别为一号曳引钢丝绳之一 Il-1a和一号曳引钢丝绳之二 Il-1b)曳引；与一号电机7-1的输出轴同轴安装有一号编码器8-1; —号电机7-1的输出轴旋转，驱动一号蜗杆蜗轮减速箱6-1、使得一号螺杆9-1旋转，从而使得一号螺帽座10-1作上升或下降，并通过两根曳引钢丝绳使得载车板12的左侧与一号螺帽座10-1同步作上升或下降；同时，一号电机7-1的输出轴旋转带动一号编码器8-1的转盘旋转，一号编码器8-1对外输出一号编码器信号5-1。类似地，位于右侧的二号电机7-2固定安装在右侧立柱的上方位置，二号电机7-2驱动二号蜗杆蜗轮减速箱6-2，电机输出轴紧固连结减速箱的蜗杆，减速箱蜗轮紧固连结二号螺杆9-2; 二号螺帽座10-2设置在二号螺杆9-2之上、不能旋转，只能上升或下降；二号螺帽座10-2的下方为载车板12，两者之间由两根钢丝绳(分别为二号曳引钢丝绳之一 ll-2a和二号曳引钢丝绳之二I l_2b)曳引；与二号电机7-2的输出轴同轴安装有二号编码器8-2; 二号电机7-2的输出轴旋转，驱动二号蜗杆蜗轮减速箱6-2、使得二号螺杆9-2旋转，从而使得二号螺帽座10-2作上升或下降，并通过两根曳引钢丝绳使得载车板12的右侧与二号螺帽座10-2同步作上升或下降；同时，二号电机7-2的输出轴旋转带动二号编码器8-2的转盘旋转，二号编码器8-2对外输出二号编码器信号5-2。
[0024]从以上叙述可知，关键冋题在于米取何种控制方法使得一号电机7_1和二号电机7-2的旋转同步。
[0025]图1的上方虚线框为对应下方虚线框所示装置的控制方法示意图。图中可见，单片机I的脉冲计数器输入端口分别接收来自一号编码器8-1的一号编码器信号5-1和二号编码器8-2的二号编码器信号5-2;单片机I的13??信号输出端口分别向一号变频器3-1和二号变频器3-2输出第一路PWM信号2-1和第二路PWM信号2-2;—号变频器3-1和二号变频器3-2分别向一号电机7-1和二号电机7-2输出一号变频电源4-1和二号变频电源4-2。
[0026]假定一号电机7-1为基准电机，则单片机I输出的第一路PWM信号2-1为基准信号，第二路PWM信号2-2的初始值可以是与第一路PffM信号2-1相同，或者是按一号电机7-1和二号电机7-2的实测转差率进行初步调整、与第一路PWM信号2-1存在预设比例差异的信号。当单片机I同时向一号变频器3-1和二号变频器3-2输出第一路PWM信号2-1和第二路PWM信号2-2，使得一号变频器3-1和二号变频器3-2分别向一号电机7-1和二号电机7-2输出一号变频电源4-1和二号变频电源4-2，一号电机7-1和二号电机7-2分别旋转，使得一号编码器8-1和二号编码器8-2分别同步旋转，一号编码器8-1对外输出的一号编码器信号5-1和二号编码器8-2对外输出的二号编码器信号5-2分别被单片机I的脉冲计数器输入端口接收，单片机I据此进行实时脉冲数值比较和PID运算，其输出的第一路PffM信号2-1按照原设定的基准参数继续输出，第二路PWM信号2-2则按动态调整后的参数输出。上述闭环控制动作持续进行，直至停止运行的指令出现。
[0027]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种停车设备的双电机驱动装置，其特征在于:所述停车设备是指中间两根立柱夹持上层台板垂直升降的两层停车设备;所述电机为变频驱动的三相异步电机;所述双电机驱动是指由参数相同的两套电机和减速箱组成两个动力驱动机构，分别驱动两套螺杆和螺帽单元，具体安装形式采用以下两种方式的其中一种;方式之一是指:所述电机和减速箱固定安装在立柱的上方位置，螺杆垂直设置在立柱内部空腔位置，减速箱输出端驱动螺杆旋转;螺帽安装在螺帽座之上，螺帽座能够在立柱内部空腔作上升或下降、但不能转动；电机正向或反向转动、驱动螺杆正向或者反向转动，使得螺帽带动螺帽座上升或下降;载车板位于螺帽座的下方，两侧对应立柱位置设置有凸入立柱空腔的结构件，螺帽座与载车板凸入立柱空腔的结构件之间由至少一根钢丝绳或者至少一根螺杆连结，螺帽座上升，通过钢丝绳曳引载车板上升或者通过螺杆牵引载车板上升;螺帽座下降，载车板在重力的作用下随之下降、始终保持螺帽座曳引载车板或者牵引载车板的状态;方法之二是指:所述螺杆垂直固定设置在立柱内部空腔位置，不能转动、不能位移;所述电机和减速箱与螺帽组合成为一个整体机构、减速箱的输出端驱动螺帽旋转，该整体机构位于立柱空腔位置的部件称为螺帽座；电机正向或反向转动、驱动螺帽正向或反向转动，带动螺帽座以及该整体机构作上升或下降;载车板位于螺帽座的下方，两侧对应立柱位置设置有凸入立柱空腔的结构件，螺帽座与载车板凸入立柱空腔的结构件之间由至少一根钢丝绳或者至少一根螺杆连结，螺帽座上升，通过钢丝绳曳引载车板上升或者通过螺杆牵引载车板上升;螺帽座下降，载车板在重力的作用下随之下降、始终保持螺帽座曳引载车板或者牵引载车板的状态。
【文档编号】H02K7/06GK205453391SQ201620208709
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】梁崇彦
【申请人】梁崇彦