垂直升降式立體車庫的創新設計

謝晉鎮

摘 要：伴隨城市化進程的加快，城市交通系統不斷發展，垂直升降式立體車庫技術逐漸取得新的革新與進步，在城市交通系統的建設中發揮著重要的作用。本文在對于垂直升降式立體車庫整體結構進行系統化分析的基礎上，開展了立體車庫的創新型設計，包括硬件、軟件以及安全可靠性設計等方面，并對于實際應用做出效果評價。

關鍵詞：升降；立體車庫；創新；設計

中圖分類號：U491 文獻標志碼：A

0 引言

近年來我國城市建設得到大力推進，人民生活水平不斷提升，城市汽車數量急劇增加，給城市公共交通系統帶來較大的負擔，也出現了停車難的問題。車位不足已嚴重影響到城市公共交通系統的安全性。車庫系統的創新設計已引發廣泛關注，其中垂直升降式立體化車庫作為一項高度集成的運輸系統，為目前停車難的問題提供了良好的解決方案，高度融合了自動化控制技術、計算機通信技術等，實現了泊車的智能化與立體化，一方面，極大地提升了城市空間系統的利用率，另一方面，整體智能化的實現也有利于停車效率及安全性能的提升。垂直升降式立體車庫較好地緩解了城市車輛增多帶來的泊車壓力，且可與商業廣場配套應用，逐漸成為未來泊車設施的發展趨勢，不斷促進城市交通系統的可持續發展。

1 垂直升降式立體車庫整體結構

垂直升降式立體車庫整體架構較為復雜，如圖1所示，該立體車庫每層分兩庫位（A、B區），機械結構包括整體框架結構、載車板、升降臺、安全防護裝置和存取裝置等。轎車在電磁制動的三相異步電動機的驅動下經升降臺到達各層載車板，此外，還包括開門電動機、升降電動機、旋轉電動機及橫向移動電動機等輔助性動力裝置。

垂直升降式立體車庫配置車輛交接機構，實現車輛的進出，具有傳動性能優良、維護方便等特性，通過伺服電動機進行裝置的驅動，可高效實現車輛通行。為實現車輛的高效存取并便于管理，車庫內配置有回轉裝置系統，可依據實際需要高效地進行車輛調度及整理。車庫升降裝置包括曳引驅動機、傳動機構、平衡鏈和升降導軌等，曳引驅動機涵蓋了電機、制動機減速裝置，通過鋼絲繩及鏈輪等傳動裝置實現對動力的傳輸，實現升降臺的升降運動；為提升車輛存取的精度，采用變頻變壓調速電動機，進一步提升系統啟動及制動的精確度。

2 垂直升降式立體車庫的創新設計

2.1 控制系統硬件設計

垂直升降式式立體車庫系統硬件設計主要通過工業控制計算機PLC系統完成，PLC系統以其優異的編程便捷性能、安全可靠性能在工業控制系統中得到廣泛應用，且具有較好的拓展性能，適用于升降式車庫系統等需要頻繁啟停控制的工業自動化控制領域。硬件系統優化設計流程如圖2所示，主要包括PLC模塊、上位機、升降電機、橫移電機和傳感器等主要組件以及LED顯示屏、操作面板、讀卡設備、打印設備、收款設備、語音設備以及鍵盤等輔助設備。其中PLC模塊采用S7-300型模塊化系統產品作為核心控制器，具有優異的抗震性能以及電磁兼容性能，并可實現分布式配置，數字量輸入輸出模塊分別選用DI32xDC24V、D032xDC24V/0.5A，上位機與下位機間通過MPI總線實現高效通信，PLC系統程序對于各類傳感器信號進行采集、處理，并輸送至執行機構，完成車輛的存取過程。

由于該系統未設置模擬量輸入輸出端口，后期可依據實際需求進行拓展，輸入口包括鑰匙開關（手動或自動對于系統總電源的通斷進行控制）、按鈕開關（包括車位選擇、庫門開關等控制）、繼電器接電（可實現變頻器故障報警）、行程開關（升降臺升降及橫移動作）、平層開關（各平層信號的處理）等；輸出口包括繼電器線圈（實現各電機正反轉的控制）以及指示燈（運行及停車、報警狀態的指示）等。

2.2 控制系統軟件設計

垂直升降式立體車庫的控制系統軟件設計采用STEP-7軟件，對于控制系統的主程序、子程序進行編寫，程序編寫流程如圖3所示，主程序可實現系統的故障檢測及操作模式的實時切換。

在軟件系統設計中車庫主體功能通過自動存取程序實現，因此需進行高效化設計，程序設計中首先執行故障檢測程序，在確認無故障后執行自動與手動控制程序，并通過開關輸入量去冗余，并利用互鎖模塊提升系統可靠性。

2.3 控制系統安全與可靠性設計

垂直升降式立體車庫系統在實際應用中需確保高效的安全可靠性能，考慮到系統的復雜性，需不斷完善系統的閉鎖系統，并設置相應的安全防護措施，提升系統整體的安全、可靠性能，主要從硬件及軟件系統的高效設計兩方面入手。首先，在硬件系統設計中，通過光電傳感器對于車輛外圍是否超限進行自動化監測，并通過與旋轉編碼器間的冗余信號對于承載臺的啟停進行有效控制；其次，在軟件系統設計中，需提升傳感器的故障自診斷性能，及時發現系統誤動作引發的各類故障，并防止過沖。系統可靠性系統的設計流程如圖4所示，橫移電機配置位置自校正程序，提升叉架升降過程的穩定性及精度，并利用邏輯關系提升故障檢測的精度。

3 實際應用與評價

系統采用S7-300系列PLC產品作為控制器，可實現對于立體升降式車庫系統的優化控制，結合高效的硬件系統設計、軟件系統設計以及安全可靠性系統的設計提升了整個立體車庫系統的運行效率，實際應用中該垂直升降式立體車庫系統運行效率較高，為城市“停車難”問題提供了有效的解決思路。

參考文獻

[1]王虎軍，馬殷元.基于PLC的垂直升降式立體車庫控制系統設計[J].重慶科技學院學報：自然科學版，2016（1）：82-84.

[2]趙云，楊海栗，繆德祥，等.垂直升降式立體車庫鋼架結構分析及優化設計[J].科技創新與應用，2016（9）：16-17.

[3]王虎軍.基于PLC的垂直升降式立體車庫控制系統的設計與研究[D].蘭州交通大學，2016.