機(jī)械式立體停車設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

曹睿華

（江蘇啟良停車設(shè)備有限公司，江蘇 無錫 214400）

機(jī)械式立體停車設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

曹睿華

（江蘇啟良停車設(shè)備有限公司，江蘇 無錫 214400）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種各樣的控制系統(tǒng)得到逐漸的建立和完善。其中，機(jī)械式立體停車設(shè)備主要以PLC為控制的核心，是一種能夠?qū)C(jī)、光、點(diǎn)三者合一的停車設(shè)備。本文將對升降橫移式立體車庫的工作原理進(jìn)行分析，并對智能立體車庫總體設(shè)計(jì)方案加以闡述。

機(jī)械式；停車設(shè)備；自動(dòng)控制系統(tǒng)

隨著車輛數(shù)量的持續(xù)增加，停車問題逐漸加劇。在此情況下，機(jī)械式立體停車設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，在我國以迅猛的速度發(fā)展。與此同時(shí)，與之相配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)也得到了顯著的發(fā)展，并且逐漸走向成熟。

1 機(jī)械式立體車庫的簡介

立體車庫的作用很多，其中主要作用是存取和安置車輛。目前城市日益面臨停車難的問題，采用機(jī)械式立體車庫將能夠良好的解決這一問題，它具有占地面積小，空間利用率大的特點(diǎn)，能夠有效擴(kuò)大車輛放置的容量。立體車庫的類型主要為巷道堆垛式、升降橫移式以及垂直循環(huán)式，其中應(yīng)用最多的要數(shù)升降橫移式立體車庫，它具有占地面積小、操作簡單方便、結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定以及建設(shè)周期較短的特點(diǎn)，因此在商場、小區(qū)等地使用廣泛。

2 升降橫移式立體車庫的工作原理

這種類型的立體車庫中主要配備了升降橫移傳動(dòng)系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)以及載車板系統(tǒng)，并且每個(gè)車位中都安裝了與之相對應(yīng)的載車板，升降橫移系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對其的控制，使其進(jìn)行升降等操作，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員對車輛存取的要求。如果車輛停留的位置為最底層，要想將車輛取出可以利用操作橫移來實(shí)現(xiàn)。要想取出上層車位或者下層車位中的車輛，則需要對中間層進(jìn)行平衡移動(dòng)騰出空間，控制載車板根據(jù)相關(guān)需要進(jìn)行上升或者下降操作，從而使駕駛員可以實(shí)現(xiàn)車輛的放入或取出。電極能夠?yàn)檩d車板提供主要運(yùn)行動(dòng)力，其可以通過對鋼絲繩收縮的控制，實(shí)現(xiàn)載車板的移動(dòng)操作。駕駛員若想進(jìn)行車輛的存放，則在其進(jìn)入車庫之前需要具有一張IC信息磁卡，通常由操作人員分發(fā)，上面對車位的具體信息有詳細(xì)的標(biāo)記，駕駛員可以根據(jù)磁卡中的信息找到相應(yīng)位置的車位，將車駛?cè)胫蟀聪麓_認(rèn)按鈕，系統(tǒng)將獲得指令利用升降橫移進(jìn)行自動(dòng)化控制將車存放。

駕駛員若想進(jìn)行車輛的取出，則需要在入口處上交IC磁卡并且繳納停車費(fèi)用，操作人員將會(huì)利用PLC系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)操作，當(dāng)車輛到達(dá)地面時(shí)，駕駛員則可以成功將車取出。在這種立體停車庫中進(jìn)行的存取車輛操作都是通過自動(dòng)化控制來完成，通過PLC對托盤進(jìn)行升降橫移的操作，實(shí)現(xiàn)不同層次車位上升和下降指令。

在3×3樣式的立體車庫中，第一層和第二層都具有2個(gè)停車位和1個(gè)空閑位置，在第三層中具有3個(gè)停車位，沒有空閑位置。假設(shè)圖1（a）為最原始的狀態(tài)，車庫中只存在A32一個(gè)空位，其他車位中均停放了相應(yīng)的車輛，那么要想將車停放在A32位置上，將要進(jìn)行以下內(nèi)容的操作。首先，將A32下層停車位中的A22以及A12移動(dòng)到A33車位下層，然后將A32停車位進(jìn)行下移，使其處于圖1（b）中A12車位的位置上，如圖1（c）所示，這樣駕駛員就能夠把車輛放置到A32中，利用操作系統(tǒng)將托盤還原到之前位置，如圖1（d）所示，以此來完成利用橫移等操作進(jìn)行車輛停放的總體步驟。其中，圖（a）（b）（c）（d）的具體樣式如圖1所示。

圖1 3×3立體停車庫移動(dòng)示意圖

3 智能立體車庫總體設(shè)計(jì)方案

3.1 功能設(shè)計(jì)

在立體車庫的功能設(shè)計(jì)中，主要依靠的是上位機(jī)的作用來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)車庫的管控工作，對于車輛存取操作過程中對載車托盤的控制主要由PLC來完成。系統(tǒng)總線能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的通信鏈接，車庫運(yùn)行狀態(tài)的了解以及計(jì)算最佳車位方面的功能則由上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)立體車庫中控制系統(tǒng)主要包括兩個(gè)方面：第一，弱電控制系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)控制接觸器中的接通以及關(guān)斷功能。第二，強(qiáng)電控制系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)載車托盤電機(jī)控制線路以及載車板的上下行程限位等部分。這種新型的立體車庫實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，打破了以往人工尋找車位的方式，利用系統(tǒng)能夠查找出空閑車位的信息，并且利用升降橫移的方式將車行駛到閑置的車位之中。

在系統(tǒng)的控制面板中設(shè)置了應(yīng)急開關(guān)，在緊急情況中，可以通過按下應(yīng)急開關(guān)來終止所有的電機(jī)操作，對駕駛?cè)藛T以及車輛的安全提供有效的保障。但是，新型的立體車庫也并不是完美無缺的，它主要存在以下幾方面問題。第一，在車庫停車相關(guān)操作中，例如，進(jìn)出、收費(fèi)以及IC磁卡的制作等方面不夠完善。第二，在根據(jù)車庫具體的實(shí)際情況，進(jìn)行停車位置的合理分配方面不夠智能。第三，目前還不能夠?qū)Υ鎯?chǔ)系統(tǒng)中的信息進(jìn)行有效的整理，并且生成信息報(bào)表。第四，在人機(jī)界面中，不能夠有效的利用圖形處理技術(shù)檢查車庫中運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)以及顯示出設(shè)備的所處位置等。

3.2 系統(tǒng)組成部分

在整個(gè)立體車庫中，車庫的控制系統(tǒng)是其中重要的構(gòu)成部分，它與機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和安全性息息相關(guān)，并且將會(huì)對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化產(chǎn)生重要影響。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該對車庫整體建設(shè)進(jìn)行充分考慮，尤其是控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全以及操作系統(tǒng)的便捷性，必須要做到可靠、便捷、智能，同時(shí)還要求系統(tǒng)能夠?qū)囕v在存放與取出等狀態(tài)的相應(yīng)信息進(jìn)行顯示。

4 立體車庫控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

在驅(qū)動(dòng)方式的選擇方面，目前主要的驅(qū)動(dòng)類型有液壓驅(qū)動(dòng)、一角驅(qū)動(dòng)以及四角驅(qū)動(dòng)等等。本文中要求立體車庫的承重不能超過2000kg，托盤和托架之間的重量應(yīng)控制在1700kg左右，托盤橫移速度為0．1～0．2m/s之間，綜合以上信息，將采取一角驅(qū)動(dòng)的類型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在選取電機(jī)的類型方面，假如用C代表減速器減速數(shù)值，E代表鏈輪外徑徑長，N代表電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，那么則需要電機(jī)符合NE/2C的比例在0．1～0．2kW的范圍內(nèi)。同時(shí)，如果電機(jī)屬于三項(xiàng)交流類型，那么其橫移電機(jī)的功率數(shù)值可以設(shè)置在0．2～0．4kW之間。在選取變頻器類型時(shí)，由于高速電機(jī)具有較小的電抗，如果高次諧波增加將會(huì)致使輸出的電流值增大，因此在選型時(shí)與普通型號相比，最好選擇容量較大的變頻器。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)原則主要有以下幾個(gè)方面。第一，在進(jìn)行PLC設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與車庫的實(shí)際相結(jié)合，使其基本能夠滿足對車庫進(jìn)行控制的要求。第二，由于這種車庫要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，因此應(yīng)對其系統(tǒng)性能方面應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化和提升。第三，為了能夠使該類型的立體車庫得到廣泛應(yīng)用，在對其系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證具有便捷、實(shí)用的特征。第四，應(yīng)樹立長遠(yuǎn)目光，給未來進(jìn)行的接口以及通信方面的改造和優(yōu)化等工作留出合適的位置。

此外，程序設(shè)計(jì)的原則有以下幾方面內(nèi)容。第一，對于該類型車庫來說，最重要的程序設(shè)計(jì)是進(jìn)行存取車，這將要求其底層的停車板能夠進(jìn)行左右以及水平方向的移動(dòng)，這將是實(shí)現(xiàn)存取車操作的基礎(chǔ)。第二，當(dāng)其在手動(dòng)情況下時(shí)，應(yīng)能夠?qū)ζ渲腥我廛囄粚?shí)施單獨(dú)啟用和停止的操作。第三，當(dāng)其處于自動(dòng)情況下時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能夠準(zhǔn)確的找到車庫內(nèi)車位的相關(guān)信息，自動(dòng)定位出空閑車位，并且將車輸送到該車位之中。同樣，在取車時(shí)，也能夠自動(dòng)找到對應(yīng)的車位，將車輸送到地面上來。

4.3 車庫安全方面的設(shè)計(jì)

由于車庫屬于一種持續(xù)運(yùn)作的一體化設(shè)備，隨著時(shí)間的推移，車庫中的零部件將會(huì)由于老化和磨損等原因出現(xiàn)故障，因此，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)采取相應(yīng)的措施，避免和預(yù)防故障的發(fā)生，保障車庫的運(yùn)行安全。

4.3.1 對升降過程的設(shè)計(jì)

車位在上升和下降的過程中十分容易發(fā)生故障，因此，對這一問題的處理可以采用變頻控制的形式，在每個(gè)升降車位中都額外增加一個(gè)上極限限位開關(guān)和下定位開關(guān)，在程序中對其進(jìn)行延時(shí)保護(hù)。

4.3.2 對停電狀態(tài)的設(shè)計(jì)

對于停電狀態(tài)下發(fā)生故障問題的預(yù)防，可以在安全掛鉤系統(tǒng)中實(shí)施得電打開、失電閉鎖的措施，這樣做能夠保障車輛在停電的狀態(tài)下不會(huì)由于鋼索斷裂發(fā)生墜落事故。此外，在自動(dòng)化控制程序中加入了大量的安全連鎖，以此來保證車庫出現(xiàn)故障時(shí)，能夠進(jìn)行停止，避免發(fā)生嚴(yán)重的后果。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量得到顯著提升，汽車作為一種代步工具逐漸普及。但是，停車難的問題也隨之而來，在此情景下，升降橫移式立體車庫應(yīng)運(yùn)而生，它具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，能夠?yàn)轳{駛車存取車輛提供便利的服務(wù)，已經(jīng)成為當(dāng)代車庫發(fā)展的主要形式。

[1]畢大鵬．基于立體停車設(shè)備和主從分布式監(jiān)控系統(tǒng)的小區(qū)停車問題解決方案[D]．山東大學(xué),2012．

[2]王東．破碎設(shè)備液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及故障診斷專家系統(tǒng)初探[D]．昆明理工大學(xué),2012．

[3]馬建新．基于CAN總線技術(shù)的升降橫移式機(jī)械停車設(shè)備控制系統(tǒng)[D]．上海交通大學(xué),2013．

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1671-0711（2017）10（下）-0079-02