自动化立体车库设计

2018-01-29李璐

中国设备工程 2018年21期

李璐

（安徽理工大学，安徽淮南 232001）

1 立体停车库的研究现状及意义

1.1 立体停车库的研究现状

从当前的相应情况来看，国外立体车库早已推出技术密集型相应产品，其充分应用了以机械、磁控以及液压等众多先进技术。我国立体停车业已经进入了一个极佳的发展趋势，但仍然存在一些问题。例如早期构建的立体车库没能在自动化以及安全性等上达到较高的程度。此外，关于立体车库的相应政策管理也没能达到较为完善的标准。因此，针对立体车库行业，应该出台更为完善的管理法规，加大扶持该行业发展的力度。同时，还要积极推动科研设计单位及高校的加入，从而实现相应技术创新。

当前在该领域存在着以下问题。

第一，投资者对早期的高投资以及后期经济效益不佳感到气馁。第二，完工后维修费用很高，部分车库维修工作很复杂。第三，在设计控制系统时未考虑操作的便利性，较为繁琐，设备结构也很复杂，这会让用户觉得不安全。第四，为降低成本，制造商没有考虑载车板的设计问题，导致难以停放车辆。第五，实际效果不佳，缺乏科技成分，使得各方面技术以及经济效益低。

1.2 立体停车库研究的目的及意义

第一，需求量很大。许多在建以及已经构建起来的住宅区的停车位都属于传统类型的，无法满足停车需求，这就会降低居民生活质量。第二，初期投资少，难以推广。大型自动立体车库一般一个车位平均要花费二十万元左右，中型则要十万元左右，小型则要三万元左右。这种开放式机械立体车库是与当前发展趋势相适应的，推广起来也更为便利，开发周期也会更短一些，难度也不大。第三，能耗低。由于车库是开放式的，无需用到照明以及通风等设备，这就能够将能耗控制在较低标准，符合节能减排的相应要求。

2 立体车库PLG控制系统的设计

2.1 车库的框架结构组成及实现原理

（1）车库的框架结构组成。该框架结构由四大部门构成。第一，主体结构：出于将成本控制在较低标准的考量，主框架上选择了开放式机械型的，使用热轧H型钢以及钢板等焊接成一定形状，并利用强度较高的螺栓进行连接，从而使得相应结构能够在强度以及刚度上达到更高标准，便于承担各方重量。因为使用的结构是开放式的，无需用到照明以及通风等相应装置，这样就能够减少开发成本。第二，载车板：载车板采用Q235B型钢材，采用一体冲压工艺成型，厚度为2mm，上下连接采用活动是连接件，考虑到现有小轿车的高度大约在1550mm，所以我们将载车板之间的高度间隙设定为1600mm，载车板的尺寸为5500mm×1870mm。充分考虑载车板在车子驶入开始，驶入中，驶入结束这三个工作状态对载车板端部，拖拽钢丝与整个载车板连接处以及载车板之间的连接处等进行受力分析以便更好的进行后期机械框架设计。第三，传动结构：从现场使用的实际需求出发，在对比分析各种传动方式的优缺点之后，最终选定了使用钢丝绳传动。将驱动电机当作是动力源，再利用传动轴、导向轮与钢丝绳等来形成传动系统。还能够利用导向靴以及导向槽来让载车板的运动更为安全以及可靠。第四，载车板选择机构：该控制系统为了进一步节省成本和减少能源消耗，提出了一个驱动电机通过类似离合器装置的机械结构控制三列载车板，通过单片机和PLC联合驱动小型电机首先带动圆柱凸轮机构转动，带动凸轮机构中的槽内小滑块向上滑行，从而带动滑移齿轮与主动齿轮啮合，其中单片机负责监控整个机动结构，然后将完成信息状态传输给PLC。

（2）车库的整体控制原理。第一，单片机控制系统，主要用来实现人机交互。第二，上位机系统，主要用来实现信息的现场监控和数据库管理。第三，PLC电气控制系统，主要用来实现现场执行器操作控制，它又由六大部分构成。第四，各控制部分通信系统，其主要是由PLC电气控制系统发挥核心作用。

（3）车库的运行原理。其控制系统的应用主要是为了实现在任何情况下都能完全满足车库的操作要求，因此在设计系统时会形成两种模式。一种是在线模式，另一种则是离线模式。通过监视上位机的在线/离线转换按钮来设置两种模式之间的切换。在线模式下，在现场车库管理人员的情况下，PLC通过操作监控和监控软件界面发送到PLC，提取PLC反馈信息，从而实现对下位机执行器的直接控制，最终达成进车辆的停取。在离线模式下，当车库管理器不存在时，用户通过人机交互直接访问汽车，监控计算机仅在监控车库操作是否安全时起作用。

在设计该系统的时候，要考虑设备工作安全的细节，并将处理方法反映到系统设置中，充分利用各控制系统的利用点，监控计算机和人机交互。单片机与PLC控制系统的有效集成，实现了控制系统的优化，确保了车库设备的绝对安全。三维车库分为在线和离线两种模式。因此，在这两种模式下设置整个车库控制系统的操作过程尤为重要，因此负责每个设计模块的设计人员都有一个共同的标准，并且知道自己所涉及的设计任务遍布整个控制过程，以便更好地执行自己的研究和设计工作，结果符合车库控制过程的需求。总的来看，该车库具备开放性以及低成本的特征。

2.2 PLC控制系统总体方案

（1）PLC控制系统。该系统的设计要按照现场使用的实际需求以及成本等相应情况来开展。从市场实际情况来看，当前使用得较多的有三种类型的控制系统。其一是继电器控制，其二是单片机控制，其三是可编程控制器控制。

当首次使用立体车库的时候，广泛使用继电器逻辑电路控制形式，其通过继电器和要控制的接触器所需的电气原理连接。优点是电路简单，开发成本低，缺点主要是智能不强，难以实现复杂的控制要求。单片机的出现在一定程度上解决了继电器控制中智能化程度低的缺陷。同时，它具有功耗低，成本低，体积小，操作简单等优点，但其软件编程周期长，抗干扰程度低，不用宽促销范围。而PLC的出现不仅具有上述两种控制系统的优点，而且具有上述两种控制系统都没有的优点。例如，直接面对问题的编程语言大大减少了开发周期。且非常可靠，电气控制电路也简单明了，易于开发人员学习和掌握，这使得其在极大范围内得到了广泛应用。

通过对该车库相应情况的考量，本文最终选定了利用可编程控制器来对控制系统开展相应设计。这与其开发周期不长、能够很好抗干扰以及智能化等特征有着密切关联。

（2）系统功能设计。第一，为车库的三大关键动作（存车、取车以及复位）供应原始触发信号，并利用接触器、继电器以及电气连接等为平稳开展驱动传动工作提供便利，从而确保载车板能够获得相应动力，便于达成上下移动，实现车辆的存取以及复位。第二，在该车库控制中，载车板电气控制是极为关键的一部分，它对载车板能否精准、可靠而稳定地运动意义重大。为此，本文设计出了两套监控系统。在PLC联合工作中添加了编码器以及变频器，这样能够更好地控制相应的电动机，确保其启停满足车库运行的方面需求。第三，实现人机交互MCU与监控计算机间的通信，确保信息的高度精准传输。其主要是利用CP340串口实现S7-300和MCU模块的通信。

（3）PLC控制系统结构组成。第一，PLC输出输入信号。其主要含括了三大主要方面的内容。其一是载车板运动的各种开关，其二是曳引电机以及挡杆转动电机等的启停信号输出，其三是存车以及取车提示灯的输出。第二，相应电气输出控制。其主要涉及到了安全连接各种电机电气线路，比如主接触器以及继电器等的安置。第三，PLC和监控计算机以及单片机等通信的实现。其主要是利用485串口来和两者达成相应通信。并要按照实际要求来精准连接485串口通信的相应硬件。