基于贝加莱控制系统的扁平型直线感应电动机驱动立体停车库解决方案

摘要：开发一种应用先进的直线电机驱动技术的新型自动化立体停车库，对于提高停车的地面利用率和存取速度，降低立体停车系统的故障率，提高其可靠性，具有关键作用。本文介绍了基于贝加莱工控系统的扁平型直线感应电动机驱动立体停车库解决方案，首先论述了三相扁平单边型直线感应电动机驱动的基本原理和立体停车库的布置及机电设备，重点描述了该类立体停车库自动控制系统的构成、主要功能和特点以及载车平板的平移和升降驱动，最后总结了直线电机驱动立体停车方案的优点。

0引言

随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，我国私人汽车的保有量急剧增长，城市的可利用空间却扩展较慢，停车难的问题日益突出，已成为影响市民生活的一个重要因素。

目前国外某些城市人口密度较大国家(地区)的大城市，如日本东京和新加坡城，在城市中心区域的大厦和大型公共设施旁以及部分高层住宅区建有大量与之配套的自动化立体停车楼，虽然存取车的自动化程度较高，但多采用传统的机电式。

如今我国的很多大城市也建有立体停车楼，大部分是自驾式多层停车楼，谈不上控制，少数自动化停车楼也几乎都是传统的机电式的，主要采用“电梯仓储式”和“水车式”。

传统的机电式方案 ，有的电力消耗较大(如“水车式”)，有的机械结构复杂，设备故障率高，

很难保证正常使用(如“电梯仓储式”)。因此，开发一种应用先进的扁平单边型直线感应电动机驱动技术的新型自动化立体停车库，对于提高停车的地面利用率和存取速度，降低立体停车系统的故障率，提高其可靠性，具有关键作用。

1直线感应电动机的平移驱动原理

直线感应电动机(Linear Induction Motors 简称LIM) 是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要中间转换机构的传动装置。可将它看成是一台旋转电机沿径向剖开，然后沿电机的圆周展开成的一条直线。直线感应电动机的工作原理与旋转感应电动机相类似，当直线感应电动机初级的三相绕组被交流电流激励时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场的作用下，将感应出电动势并产生电流。气隙磁场与次级电流的相互作用产生电磁推力，在此推力作用下，初级与次级之间产生相对运动。如果初级固定，那么次级将沿着行波磁场运动的方向作直线运动;反之，若次级固定，初级将沿着行波磁场移动的相反方向运动[1]。

如图1所示，采用三相扁平单边型直线感应电动机驱动方案。在立体停车库的每层平面上安装一系列的纵向和横向直线电机初级块，在每个停车单元中各装设四个初级块，两纵向和两横向。每个初级块由多开口E字形硅钢片铁芯和三相绕组构成，其三相绕组的励磁相序决定了该初级块的旋转磁场方向以及对次级块所产生的水平推力方向。每一载车平板的底部与初级块磁路相对的部分覆盖铝板，作为直线电机的次级块。对直线电机的初级块绕组加以不同相序的励磁时，将对压在其上的次级块产生不同方向的水平电磁推力，同时次级块也受到竖直方向(法向)上的推力(自悬浮力)[1]。

图1 直线电机驱动两维平移的基本原理示意图

当某一停车单元的两纵向初级块的磁场方向相同而其横向初级块的磁场方向相反时，则该停车单元的次级块(载板)在受到一定的自悬浮力的同时将驮载着汽车向前或向后移动，若与其前(后)相邻的第二位置的四个初级块的励磁情况与它一致，则该次级块(载板)继续前进(或后退)一个位置，其纵向平移运动规律可以此类推;当该停车单元的两纵向块的磁场方向相反而两横向块的磁场方向相同时，则其次级板在受到一定的自悬浮力的同时将驮载汽车向左或向右移动，若与其左(右)相邻的第二位置的四个初级块的励磁情况与它一致，则该次级板继续左移(或右移)一个位置，其横向平移运动规律可以此类推;由PLC的程序控制有关停车单元初级块的励磁顺序和旋转磁场方向，并借助于改变初级块绕组的励磁电流频率来调节次级块的移动速度，即可将所需要的次级板按设定路线和速度平移到指定的位置上。

通过PLC程序的控制和平移及垂直驱动，可在很短的时间内将拟存放的汽车从存放入口输送到所指定的某层某停车位置，也可迅速地将所需取出的汽车从库内的某停车位置取出来。上述方案也适用于立体仓库中的货物存取。

整个停车系统是由以PLC为核心的控制系统控制的，扁平单边型直线感应电动机、变频器和位置检测开关确保了载车平板的精确移动，传感器提供了系统状态和位置方面的持续操作数据，便于控制和监测。

2 扁平直线电机的特性分析和参数估算

2.1 扁平直线电机的驱动特性分析[2]

(1)速度与频率的关系

扁平直线电机的推力和同步速度与输入端的电压和频率关系密切，在电机额定输入线电压380V不变的情况下，改变输入频率，直线电机的同步速度将会发生变化。

其同步速度Vs=2Γf，式中Γ为极距，此时同步速度VS只与频率f 有关，而实际运行速度Va= (1-s)VS(s为转差率)，如图2所示。

图2 速度与频率的关系

从图2中，还发现扁平直线电机的转差率随输入频率的增大而变小。