一種新型立體停車設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的研發(fā)

摘 要：針對(duì)一種新型無避讓立體停車設(shè)備在研發(fā)過程中所遇到的技術(shù)難題，提供了實(shí)用有效的解決方案，實(shí)踐證明，該方案取得了很好的效益。

關(guān)鍵詞：停車設(shè)備；電控系統(tǒng)；PLC

1 引言

據(jù)工信部預(yù)計(jì)，2020年我國(guó)汽車保有量將超過兩億輛。隨著汽車保有量的高速增長(zhǎng)，城市配套停車位建設(shè)的嚴(yán)重滯后，停車問題已成為各個(gè)城市共同面臨的一大難題。立體停車設(shè)備既可以大面積使用，也可以見縫插針設(shè)置，還能與地面停車場(chǎng)、地下停車庫(kù)和停車樓組合實(shí)施。是解決城市停車難最有效的手段，是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

作為停車設(shè)備，必須要解決停車設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)安全和電控系統(tǒng)的安全，以及停車設(shè)備的安全、可靠等問題，為此，針對(duì)一種新型無避讓立體停車設(shè)備（如圖1所示）研發(fā)過程電控系統(tǒng)中所遇到的問題進(jìn)行了的研討，實(shí)踐后取得了很好的效益。

2 新型立體停車設(shè)備需要解決的問題

新型立體停車設(shè)備的研發(fā)，首先要解決的是停車設(shè)備必須具備的的安全、可靠性（分為機(jī)械與電氣控制兩個(gè)部分）；長(zhǎng)壽命（10～15年）；抗干擾（在各種環(huán)境下運(yùn)行）；簡(jiǎn)單易用、易維護(hù)等功能。對(duì)電氣控制部分的技術(shù)及方案探討：

（1）電控系統(tǒng)的安全可靠性問題：PLC可靠性高，當(dāng)前載人載貨電梯的電控系統(tǒng)主要采用PLC為電控系統(tǒng)的主控手段，這種高度安全及可靠的控制系統(tǒng)是經(jīng)過實(shí)踐證明和行業(yè)的一致認(rèn)可的、實(shí)用的方案。

（2）電控系統(tǒng)的壽命問題：電氣系統(tǒng)的主控元件PLC，其壽命理論上都達(dá)到10年以上了（相當(dāng)于無窮壽命），符合設(shè)計(jì)要求。

（3）電控系統(tǒng)抗干擾性的問題：PLC采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施，其抗干擾功能是比較完善的。

（4）電控系統(tǒng)要簡(jiǎn)單易用、易維護(hù)的問題：由于公司的產(chǎn)品分布較廣，簡(jiǎn)單易用維護(hù)成本低，也是一項(xiàng)必需的要求。PLC在維修方面由于故障率極低，維修工作量很小。

3 新型立體停車設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的方案確定

經(jīng)過以上的分析與考察，確定新型立體停車設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的方案。

（1）主控系統(tǒng)為采用日本三菱公司的FX2N-48MR。

（2）電機(jī)控制方式為經(jīng)過PLC控制下的日本三菱公司S540（0.75KW/380V）的變頻器和接觸器式的電氣控制系統(tǒng)。

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)的功能中，電動(dòng)機(jī)的緩啟動(dòng)和緩?fù)Ｖ褂赏ㄟ^PLC控制的變頻器來實(shí)現(xiàn)。

（4）過載系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的熱過載繼電器方案以及變頻器的過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)方案。

（5）客戶使用的控制為微型手持式遙控器，控制停車設(shè)備上/下運(yùn)動(dòng)及急停功能；以及維修人員專用的控制臺(tái)控制功能，帶觸摸屏功能用以顯示：功能、注釋、故障指示以及功能按鈕等功能。

（6）停車設(shè)備的功能運(yùn)行過程包括發(fā)生故障的時(shí)候有語音提示的方案。

（7）具有升降鎖、轉(zhuǎn)動(dòng)鎖以及故障判斷和故障鎖定、故障語音提示的功能。

（8）整機(jī)載重量的核定和限制，軟件部分的超重故障鎖定，設(shè)備停止，故障語音提示的功能。

4 新型立體停車設(shè)備控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

新型立體停車設(shè)備電控系統(tǒng)硬件主要分為一次線主電路結(jié)構(gòu)、二次線控制電路、人機(jī)界面互動(dòng)三個(gè)部分。

4.1 一次線主電路結(jié)構(gòu)部分

圖2為電路原理圖，一次線主電路結(jié)構(gòu)部分主要有：電源從帶漏電保護(hù)的空氣開關(guān)進(jìn)入，電源缺相斷相相序保護(hù)器，帶正、反轉(zhuǎn)機(jī)械互鎖控制的接觸器，帶過載保護(hù)的熱繼電器輸出至升降電機(jī)輸入端。轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)電機(jī)由漏電保護(hù)空氣開關(guān)輸出至變頻器，再輸出至相應(yīng)的接觸器、帶過載保護(hù)的熱繼電器，直接供給轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)電機(jī)，形成一次線的直接供電系統(tǒng)。

4.2 二次線控制電路部分

作為二次線控制總電流比較小（最大的控制電流只有500mA。）所以，控制器件幾乎都可以考慮采用微型元件，如圖3所示。

（1）保護(hù)電路及防誤動(dòng)作的互鎖電路、急停、過載、缺/斷相保護(hù)。

（2）用PLC組成的輸入控制電路主要由接近開關(guān)、紅外傳感器、稱重傳感器[2]等組成信號(hào)輸入電路。

（3）PLC輸出電路主要控制是：升降、轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)繼電器、變頻器的控制端子[3]、語音板控制用繼電器、以及相應(yīng)功能的應(yīng)用電器：如夜間照明燈、上升/下降鎖電磁鐵、轉(zhuǎn)動(dòng)鎖電磁鐵，安全警示燈等。

4.3 人機(jī)界面互動(dòng)部分

由于我們研發(fā)的停車設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由停車設(shè)備主機(jī)與控制臺(tái)組合成一個(gè)小系統(tǒng)。有故障及問題可以通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)輸出到主控臺(tái)觸摸屏進(jìn)行控制。用戶也可通過帶獨(dú)立控制碼的遙控器對(duì)停車設(shè)備進(jìn)行控制，也可通過在控制臺(tái)觸摸屏輸入密碼進(jìn)入系統(tǒng)，對(duì)停車設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制和測(cè)試。

5 新型立體停車設(shè)備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

新型立體停車設(shè)備系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為下降、上升、超高運(yùn)行三個(gè)過程。

5.1 下降過程控制

首先，要求與啟動(dòng)設(shè)備有干涉的設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)，對(duì)本車位左右的車輛是否超長(zhǎng)、超高進(jìn)行檢測(cè)，如果是不正常，則運(yùn)行程序鎖定，輸出故障語音提示“兩側(cè)、對(duì)面車位運(yùn)動(dòng)，停車位暫不能開機(jī)”，并停止運(yùn)行。如果信號(hào)正常，然后按停車設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)的功能和電控邏輯圖的要求進(jìn)行以下動(dòng)作。

（1）按下啟動(dòng)按鈕，在沒有故障程序鎖定情況下，先啟動(dòng)語音提示“停車位下降，請(qǐng)注意”，程序開始運(yùn)行。先將設(shè)備移出到位，再轉(zhuǎn)出到位，最后開始下降。由于轉(zhuǎn)動(dòng)鎖要求有開鎖判斷，如開鎖正常，則程序繼續(xù)向下運(yùn)行，下降到位后語音提示“停車位下降到位，請(qǐng)上/下車！”，如不能開鎖，則輸出故障語音提示“轉(zhuǎn)動(dòng)鎖故障，請(qǐng)排除故障后重新啟動(dòng)”，程序鎖定，設(shè)備暫停。

（2）升降鎖也要求有開鎖判斷，這主要考慮到停車設(shè)備在北方冬天結(jié)冰，或停車設(shè)備處于長(zhǎng)期閑置的情況下，升降鎖可能會(huì)處于卡死不能開鎖的狀態(tài)，所以程序運(yùn)行過程需有判斷的請(qǐng)求，如果升降鎖處于卡死不能開鎖的狀態(tài)時(shí)，停車設(shè)備程序指令升降電機(jī)上升，使升降鎖開鎖功能得以實(shí)現(xiàn)的恢復(fù)動(dòng)作過程。如仍不能開鎖，則作為故障處理，輸出故障語音提示，程序鎖定。

（3）當(dāng)程序運(yùn)行完成，停車設(shè)備語音提示：“停車位下降到位，請(qǐng)上/下車！”的語音提示，停車設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)。

5.2 上升過程控制

與下降程序相似，對(duì)進(jìn)入停車設(shè)備的車都要進(jìn)行檢測(cè)，并要求對(duì)面有干涉的設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)，本車位的停車是否超長(zhǎng)、超高進(jìn)行判斷，如果是不正常，則程序鎖定，輸出故障語音提示 “兩側(cè)、對(duì)面車位運(yùn)動(dòng)，停車位暫不能開機(jī)”，并停止運(yùn)行。如果信號(hào)正常，然后按停車設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)的功能和電控邏輯圖的要求繼續(xù)完成動(dòng)作。

（1）啟動(dòng)按鈕按下后，在沒有故障程序鎖定情況下，先啟動(dòng)語音提示“停車位上升，請(qǐng)注意”，程序開始運(yùn)行。

（2）當(dāng)稱重傳感器傳來超重的信號(hào)后，程序自動(dòng)執(zhí)行超重判斷過程，超重判斷成立后，語音提示“車輛超重，不能使用本停車位”，程序執(zhí)行超重程序轉(zhuǎn)移，“上升”操作將無效，此時(shí)可操作“下降”，放出車輛。

（3）當(dāng)程序判斷停車設(shè)備正常，程序則順序執(zhí)行，上升—轉(zhuǎn)動(dòng)—移動(dòng)程序過程。

（4）移動(dòng)程序過程完成后，執(zhí)行返回程序，并輸出語音提示 “停車設(shè)備已收回到位”，程序結(jié)束。

5.3 超高運(yùn)行過程控制

在設(shè)備上升過程中，當(dāng)車輛超高時(shí)，將觸發(fā)“車輛超高”警報(bào)，系統(tǒng)會(huì)立即暫停設(shè)備并發(fā)出“車輛超高，不能使用本停車位”語音警報(bào)，同時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)指示燈會(huì)亮起。如果超高信號(hào)持續(xù)，“上升”操作將無效，此時(shí)可操作“下降”，放出車輛。

6 調(diào)試運(yùn)行

經(jīng)過反復(fù)的修改與完善，新型立體無避讓停車設(shè)備從原來比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)1#，到成品機(jī)3#。我們完成了機(jī)樣評(píng)價(jià)、功能調(diào)試、環(huán)境測(cè)試等過程試驗(yàn)。新型立體無避讓停車設(shè)備具有安全可靠、智能判斷、小網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)越性。

6.1 安全可靠性

在停車設(shè)備的位置控制限位上，我們采用了以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)的非接觸式的接近開關(guān)來作為位置限位開關(guān)，既保證了開關(guān)信號(hào)的穩(wěn)定可靠性，又使停車設(shè)備看起來更美觀。由于這種非接觸，也減少了以后的機(jī)械磨損所帶來停車設(shè)備的使用故障，為設(shè)備增加了一份基本安全要素[4]。

在重要的升降階段，我們采用了雙重限位開關(guān)的方案，在X4和X5的位置上，不但裝上了非接觸式的接近限位開關(guān)，而且在相同的位置上，再裝上一個(gè)機(jī)械式的限位開關(guān)，以保證在非接觸式的接近限位開關(guān)損壞后，停車設(shè)備上升或下降超過了限位后，馬上碰到了機(jī)械限位開關(guān)，從而保證了停車設(shè)備設(shè)備的運(yùn)行功能以及它的正常和安全，“雙保險(xiǎn)”以增加停車設(shè)備的功能可靠性，為設(shè)備增加了第二份基本安全要素。

停車設(shè)備具有運(yùn)行功能語音提示和故障語音提示，在設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行以及故障時(shí)對(duì)周圍的人起到提示作用。新型無避讓立體停車設(shè)備采用的高保真的女聲語音提示功能，采用了美國(guó)ISD公司生產(chǎn)的數(shù)碼錄音/放音芯片ISD1110，利用其單段播放的功能來實(shí)現(xiàn)。語音提示功能，也為設(shè)備增加了第三份基本安全要素。

6.2 智能判斷

通過PLC來處理停車設(shè)備在運(yùn)動(dòng)中遇到的各種情況，如移動(dòng)程序階段，由于設(shè)置了條件判斷，使移動(dòng)程序段增設(shè)了防誤動(dòng)作的功能，如開始程序監(jiān)測(cè)階段，當(dāng)檢測(cè)到車輛屬超長(zhǎng)、超高，則程序鎖定，并輸出語音報(bào)警！再如車輛超重狀態(tài)，當(dāng)主程序監(jiān)測(cè)到車輛超重，則程序轉(zhuǎn)到超重程序運(yùn)行，先做超重判定，然后運(yùn)行返回到起始位，并輸出：

（下轉(zhuǎn)第200頁(yè)）

（上接第174頁(yè)）

“車輛超重，不能使用本停車設(shè)備”的語音提示。還有如升降鎖和轉(zhuǎn)動(dòng)鎖的啟動(dòng)程序與判斷程序，當(dāng)程序判斷不正常后，程序自鎖，并輸出“轉(zhuǎn)動(dòng)鎖故障！排除故障后重新啟動(dòng)”“升降鎖故障！排除故障后重新啟動(dòng)”的語音提示。

6.3 小網(wǎng)絡(luò)

在停車區(qū)域防碰報(bào)警，具有顯示屏及語音同時(shí)報(bào)警提示。兩側(cè)/對(duì)面開機(jī)互鎖，主控臺(tái)通過觸摸屏對(duì)停車設(shè)備進(jìn)行控制的功能。

由于整體試驗(yàn)比較嚴(yán)謹(jǐn)，方案比較到位，措施比較得力，所以，大失誤在試驗(yàn)過程中避免了。試驗(yàn)的材料消耗和經(jīng)費(fèi)消耗都比較低。

7 前景分析

行路難、停車難是我國(guó)城市面臨的巨大頑疾。我國(guó)汽車保有量近幾年一直處在高速增長(zhǎng)階段，不用數(shù)字，我們只用體會(huì)我們?nèi)粘Ｉ钪兴龅降呐c行路和停車有關(guān)的問題，就有明確答案。而現(xiàn)在的城市管理者面對(duì)兩難，卻顯得束手無策，主要是：行車和停車屬于城市規(guī)劃部門的權(quán)限范疇，而交通問題有屬于交通部門來面對(duì)，兩難的影響對(duì)象是廣大民眾，在現(xiàn)有城市基礎(chǔ)建設(shè)之上要解決這些問題又涉及眾多利益相關(guān)方。較之我國(guó)當(dāng)前城市基礎(chǔ)建設(shè)現(xiàn)狀，立體停車是最行之有效、利益相關(guān)方涉及面最小、資源節(jié)約最大化的解決停車難的模式。

汽車工業(yè)已經(jīng)成為持續(xù)拉動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)秩序增長(zhǎng)的三駕馬車之一，在解決綠色環(huán)保節(jié)能等技術(shù)問題之后，仍將具有長(zhǎng)久的發(fā)展?jié)摿Γ鳛槠嚠a(chǎn)業(yè)的配套體系，立體停車產(chǎn)業(yè)將隨著汽車工業(yè)一起獲得長(zhǎng)久發(fā)展?jié)摿Α１疚牡耐＼囋O(shè)備產(chǎn)品，以其無避讓特點(diǎn)，能適應(yīng)及符合市場(chǎng)和客戶的各種不同的需要，能適應(yīng)各種不同的環(huán)境要求。

8 結(jié)語

這次研發(fā)生產(chǎn)的新型停車設(shè)備產(chǎn)品是成功的，操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用、整套程序控制準(zhǔn)確，設(shè)備的穩(wěn)定性極高，可編程序控制器的使用，大大地減少了設(shè)備的故障率，PLC具有強(qiáng)大的軟、硬件的功能，適合客戶需求的多樣化、智能化，后來該設(shè)備產(chǎn)品投入市場(chǎng)也證明這次研發(fā)是成功的。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮友德.電氣控制與PLC[J].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]王廷才.變頻器原理及應(yīng)用[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]胡向東.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[4]中國(guó)重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)停車設(shè)備管理委員會(huì).機(jī)械式立體停車庫(kù)[J].北京：海洋出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介：張宋文（1979-），男，廣東紫金人，高級(jí)技師，研究方向：電氣自動(dòng)化。