自動化立體車庫設(shè)計(jì)

李璐

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001）

1 立體停車庫的研究現(xiàn)狀及意義

1.1 立體停車庫的研究現(xiàn)狀

從當(dāng)前的相應(yīng)情況來看，國外立體車庫早已推出技術(shù)密集型相應(yīng)產(chǎn)品，其充分應(yīng)用了以機(jī)械、磁控以及液壓等眾多先進(jìn)技術(shù)。我國立體停車業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個極佳的發(fā)展趨勢，但仍然存在一些問題。例如早期構(gòu)建的立體車庫沒能在自動化以及安全性等上達(dá)到較高的程度。此外，關(guān)于立體車庫的相應(yīng)政策管理也沒能達(dá)到較為完善的標(biāo)準(zhǔn)。因此，針對立體車庫行業(yè)，應(yīng)該出臺更為完善的管理法規(guī)，加大扶持該行業(yè)發(fā)展的力度。同時，還要積極推動科研設(shè)計(jì)單位及高校的加入，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新。

當(dāng)前在該領(lǐng)域存在著以下問題。

第一，投資者對早期的高投資以及后期經(jīng)濟(jì)效益不佳感到氣餒。第二，完工后維修費(fèi)用很高，部分車庫維修工作很復(fù)雜。第三，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時未考慮操作的便利性，較為繁瑣，設(shè)備結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，這會讓用戶覺得不安全。第四，為降低成本，制造商沒有考慮載車板的設(shè)計(jì)問題，導(dǎo)致難以停放車輛。第五，實(shí)際效果不佳，缺乏科技成分，使得各方面技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)效益低。

1.2 立體停車庫研究的目的及意義

第一，需求量很大。許多在建以及已經(jīng)構(gòu)建起來的住宅區(qū)的停車位都屬于傳統(tǒng)類型的，無法滿足停車需求，這就會降低居民生活質(zhì)量。第二，初期投資少，難以推廣。大型自動立體車庫一般一個車位平均要花費(fèi)二十萬元左右，中型則要十萬元左右，小型則要三萬元左右。這種開放式機(jī)械立體車庫是與當(dāng)前發(fā)展趨勢相適應(yīng)的，推廣起來也更為便利，開發(fā)周期也會更短一些，難度也不大。第三，能耗低。由于車庫是開放式的，無需用到照明以及通風(fēng)等設(shè)備，這就能夠?qū)⒛芎目刂圃谳^低標(biāo)準(zhǔn)，符合節(jié)能減排的相應(yīng)要求。

2 立體車庫PLG控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 車庫的框架結(jié)構(gòu)組成及實(shí)現(xiàn)原理

（1）車庫的框架結(jié)構(gòu)組成。該框架結(jié)構(gòu)由四大部門構(gòu)成。第一，主體結(jié)構(gòu)：出于將成本控制在較低標(biāo)準(zhǔn)的考量，主框架上選擇了開放式機(jī)械型的，使用熱軋H型鋼以及鋼板等焊接成一定形狀，并利用強(qiáng)度較高的螺栓進(jìn)行連接，從而使得相應(yīng)結(jié)構(gòu)能夠在強(qiáng)度以及剛度上達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)，便于承擔(dān)各方重量。因?yàn)槭褂玫慕Y(jié)構(gòu)是開放式的，無需用到照明以及通風(fēng)等相應(yīng)裝置，這樣就能夠減少開發(fā)成本。第二，載車板：載車板采用Q235B型鋼材，采用一體沖壓工藝成型，厚度為2mm，上下連接采用活動是連接件，考慮到現(xiàn)有小轎車的高度大約在1550mm，所以我們將載車 板之間的高度間隙設(shè)定為1600mm，載車板的尺寸為5500mm×1870mm。充分考慮載車板在車子駛?cè)腴_始，駛?cè)胫校側(cè)虢Y(jié)束這三個工作狀態(tài)對載車板端部，拖拽鋼絲與整個載車板連接處以及載車板之間的連接處等進(jìn)行受力分析以便更好的進(jìn)行后期機(jī)械框架設(shè)計(jì)。第三，傳動結(jié)構(gòu)：從現(xiàn)場使用的實(shí)際需求出發(fā)，在對比分析各種傳動方式的優(yōu)缺點(diǎn)之后，最終選定了使用鋼絲繩傳動。將驅(qū)動電機(jī)當(dāng)作是動力源，再利用傳動軸、導(dǎo)向輪與鋼絲繩等來形成傳動系統(tǒng)。還能夠利用導(dǎo)向靴以及導(dǎo)向槽來讓載車板的運(yùn)動更為安全以及可靠。第四，載車板選擇機(jī)構(gòu)：該控制系統(tǒng)為了進(jìn)一步節(jié)省成本和減少能源消耗，提出了一個驅(qū)動電機(jī)通過類似離合器裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制三列載車板，通過單片機(jī)和PLC聯(lián)合驅(qū)動小型電機(jī)首先帶動圓柱凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，帶動凸輪機(jī)構(gòu)中的槽內(nèi)小滑塊向上滑行，從而帶動滑移齒輪與主動齒輪嚙合，其中單片機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個機(jī)動結(jié)構(gòu)，然后將完成信息狀態(tài)傳輸給PLC。

（2）車庫的整體控制原理。第一，單片機(jī)控制系統(tǒng)，主要用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。第二，上位機(jī)系統(tǒng)，主要用來實(shí)現(xiàn)信息的現(xiàn)場監(jiān)控和數(shù)據(jù)庫管理。第三，PLC電氣控制系統(tǒng)，主要用來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場執(zhí)行器操作控制，它又由六大部分構(gòu)成。第四，各控制部分通信系統(tǒng)，其主要是由PLC電氣控制系統(tǒng)發(fā)揮核心作用。

（3）車庫的運(yùn)行原理。其控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了實(shí)現(xiàn)在任何情況下都能完全滿足車庫的操作要求，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時會形成兩種模式。一種是在線模式，另一種則是離線模式。通過監(jiān)視上位機(jī)的在線/離線轉(zhuǎn)換按鈕來設(shè)置兩種模式之間的切換。在線模式下，在現(xiàn)場車庫管理人員的情況下，PLC通過操作監(jiān)控和監(jiān)控軟件界面發(fā)送到PLC，提取PLC反饋信息，從而實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)執(zhí)行器的直接控制，最終達(dá)成進(jìn)車輛的停取。在離線模式下，當(dāng)車庫管理器不存在時，用戶通過人機(jī)交互直接訪問汽車，監(jiān)控計(jì)算機(jī)僅在監(jiān)控車庫操作是否安全時起作用。

在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的時候，要考慮設(shè)備工作安全的細(xì)節(jié)，并將處理方法反映到系統(tǒng)設(shè)置中，充分利用各控制系統(tǒng)的利用點(diǎn)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和人機(jī)交互。單片機(jī)與PLC控制系統(tǒng)的有效集成，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的優(yōu)化，確保了車庫設(shè)備的絕對安全。三維車庫分為在線和離線兩種模式。因此，在這兩種模式下設(shè)置整個車庫控制系統(tǒng)的操作過程尤為重要，因此負(fù)責(zé)每個設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)人員都有一個共同的標(biāo)準(zhǔn)，并且知道自己所涉及的設(shè)計(jì)任務(wù)遍布整個控制過程，以便更好地執(zhí)行自己的研究和設(shè)計(jì)工作，結(jié)果符合車庫控制過程的需求?？偟膩砜矗撥噹炀邆溟_放性以及低成本的特征。

2.2 PLC控制系統(tǒng)總體方案

（1）PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要按照現(xiàn)場使用的實(shí)際需求以及成本等相應(yīng)情況來開展。從市場實(shí)際情況來看，當(dāng)前使用得較多的有三種類型的控制系統(tǒng)。其一是繼電器控制，其二是單片機(jī)控制，其三是可編程控制器控制。

當(dāng)首次使用立體車庫的時候，廣泛使用繼電器邏輯電路控制形式，其通過繼電器和要控制的接觸器所需的電氣原理連接。優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，開發(fā)成本低，缺點(diǎn)主要是智能不強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求。單片機(jī)的出現(xiàn)在一定程度上解決了繼電器控制中智能化程度低的缺陷。同時，它具有功耗低，成本低，體積小，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其軟件編程周期長，抗干擾程度低，不用寬促銷范圍。而PLC的出現(xiàn)不僅具有上述兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而且具有上述兩種控制系統(tǒng)都沒有的優(yōu)點(diǎn)。例如，直接面對問題的編程語言大大減少了開發(fā)周期。且非常可靠，電氣控制電路也簡單明了，易于開發(fā)人員學(xué)習(xí)和掌握，這使得其在極大范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

通過對該車庫相應(yīng)情況的考量，本文最終選定了利用可編程控制器來對控制系統(tǒng)開展相應(yīng)設(shè)計(jì)。這與其開發(fā)周期不長、能夠很好抗干擾以及智能化等特征有著密切關(guān)聯(lián)。

（2）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。第一，為車庫的三大關(guān)鍵動作（存車、取車以及復(fù)位）供應(yīng)原始觸發(fā)信號，并利用接觸器、繼電器以及電氣連接等為平穩(wěn)開展驅(qū)動傳動工作提供便利，從而確保載車板能夠獲得相應(yīng)動力，便于達(dá)成上下移動，實(shí)現(xiàn)車輛的存取以及復(fù)位。第二，在該車庫控制中，載車板電氣控制是極為關(guān)鍵的一部分，它對載車板能否精準(zhǔn)、可靠而穩(wěn)定地運(yùn)動意義重大。為此，本文設(shè)計(jì)出了兩套監(jiān)控系統(tǒng)。在PLC聯(lián)合工作中添加了編碼器以及變頻器，這樣能夠更好地控制相應(yīng)的電動機(jī)，確保其啟停滿足車庫運(yùn)行的方面需求。第三，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互MCU與監(jiān)控計(jì)算機(jī)間的通信，確保信息的高度精準(zhǔn)傳輸。其主要是利用CP340串口實(shí)現(xiàn)S7-300和MCU模塊的通信。

（3）PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。第一，PLC輸出輸入信號。其主要含括了三大主要方面的內(nèi)容。其一是載車板運(yùn)動的各種開關(guān)，其二是曳引電機(jī)以及擋桿轉(zhuǎn)動電機(jī)等的啟停信號輸出，其三是存車以及取車提示燈的輸出。第二，相應(yīng)電氣輸出控制。其主要涉及到了安全連接各種電機(jī)電氣線路，比如主接觸器以及繼電器等的安置。第三，PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及單片機(jī)等通信的實(shí)現(xiàn)。其主要是利用485串口來和兩者達(dá)成相應(yīng)通信。并要按照實(shí)際要求來精準(zhǔn)連接485串口通信的相應(yīng)硬件。

3 結(jié)語

隨著生活水平的進(jìn)一步提高，以及科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對生活和工作環(huán)境的要求更具舒適性、便捷性、安全性和智能性。所以智能大廈、智能小區(qū)和自動化立體車庫具有很大的發(fā)展空間（包括技術(shù)和數(shù)量）。自動化立體車庫目標(biāo)特點(diǎn)是高智能性、高協(xié)同性、高便捷性及高可靠性。