垂直升降式立体车库的创新设计

谢晋镇

摘 要：伴随城市化进程的加快，城市交通系统不断发展，垂直升降式立体车库技术逐渐取得新的革新与进步，在城市交通系统的建设中发挥着重要的作用。本文在对于垂直升降式立体车库整体结构进行系统化分析的基础上，开展了立体车库的创新型设计，包括硬件、软件以及安全可靠性设计等方面，并对于实际应用做出效果评价。

关键词：升降；立体车库；创新；设计

中图分类号：U491 文献标志码：A

0 引言

近年来我国城市建设得到大力推进，人民生活水平不断提升，城市汽车数量急剧增加，给城市公共交通系统带来较大的负担，也出现了停车难的问题。车位不足已严重影响到城市公共交通系统的安全性。车库系统的创新设计已引发广泛关注，其中垂直升降式立体化车库作为一项高度集成的运输系统，为目前停车难的问题提供了良好的解决方案，高度融合了自动化控制技术、计算机通信技术等，实现了泊车的智能化与立体化，一方面，极大地提升了城市空间系统的利用率，另一方面，整体智能化的实现也有利于停车效率及安全性能的提升。垂直升降式立体车库较好地缓解了城市车辆增多带来的泊车压力，且可与商业广场配套应用，逐渐成为未来泊车设施的发展趋势，不断促进城市交通系统的可持续发展。

1 垂直升降式立体车库整体结构

垂直升降式立体车库整体架构较为复杂，如图1所示，该立体车库每层分两库位（A、B区），机械结构包括整体框架结构、载车板、升降台、安全防护装置和存取装置等。轿车在电磁制动的三相异步电动机的驱动下经升降台到达各层载车板，此外，还包括开门电动机、升降电动机、旋转电动机及横向移动电动机等辅助性动力装置。

垂直升降式立体车库配置车辆交接机构，实现车辆的进出，具有传动性能优良、维护方便等特性，通过伺服电动机进行装置的驱动，可高效实现车辆通行。为实现车辆的高效存取并便于管理，车库内配置有回转装置系统，可依据实际需要高效地进行车辆调度及整理。车库升降装置包括曳引驱动机、传动机构、平衡链和升降导轨等，曳引驱动机涵盖了电机、制动机减速装置，通过钢丝绳及链轮等传动装置实现对动力的传输，实现升降台的升降运动；为提升车辆存取的精度，采用变频变压调速电动机，进一步提升系统启动及制动的精确度。

2 垂直升降式立体车库的创新设计

2.1 控制系统硬件设计

垂直升降式式立体车库系统硬件设计主要通过工业控制计算机PLC系统完成，PLC系统以其优异的编程便捷性能、安全可靠性能在工业控制系统中得到广泛应用，且具有较好的拓展性能，适用于升降式车库系统等需要频繁启停控制的工业自动化控制领域。硬件系统优化设计流程如图2所示，主要包括PLC模块、上位机、升降电机、横移电机和传感器等主要组件以及LED显示屏、操作面板、读卡设备、打印设备、收款设备、语音设备以及键盘等辅助设备。其中PLC模块采用S7-300型模块化系统产品作为核心控制器，具有优异的抗震性能以及电磁兼容性能，并可实现分布式配置，数字量输入输出模块分别选用DI32xDC24V、D032xDC24V/0.5A，上位机与下位机间通过MPI总线实现高效通信，PLC系统程序对于各类传感器信号进行采集、处理，并输送至执行机构，完成车辆的存取过程。

由于该系统未设置模拟量输入输出端口，后期可依据实际需求进行拓展，输入口包括钥匙开关（手动或自动对于系统总电源的通断进行控制）、按钮开关（包括车位选择、库门开关等控制）、继电器接电（可实现变频器故障报警）、行程开关（升降台升降及横移动作）、平层开关（各平层信号的处理）等；输出口包括继电器线圈（实现各电机正反转的控制）以及指示灯（运行及停车、报警状态的指示）等。

2.2 控制系统软件设计

垂直升降式立体车库的控制系统软件设计采用STEP-7软件，对于控制系统的主程序、子程序进行编写，程序编写流程如图3所示，主程序可实现系统的故障检测及操作模式的实时切换。

在软件系统设计中车库主体功能通过自动存取程序实现，因此需进行高效化设计，程序设计中首先执行故障检测程序，在确认无故障后执行自动与手动控制程序，并通过开关输入量去冗余，并利用互锁模块提升系统可靠性。

2.3 控制系统安全与可靠性设计

垂直升降式立体车库系统在实际应用中需确保高效的安全可靠性能，考虑到系统的复杂性，需不断完善系统的闭锁系统，并设置相应的安全防护措施，提升系统整体的安全、可靠性能，主要从硬件及软件系统的高效设计两方面入手。首先，在硬件系统设计中，通过光电传感器对于车辆外围是否超限进行自动化监测，并通过与旋转编码器间的冗余信号对于承载台的启停进行有效控制；其次，在软件系统设计中，需提升传感器的故障自诊断性能，及时发现系统误动作引发的各類故障，并防止过冲。系统可靠性系统的设计流程如图4所示，横移电机配置位置自校正程序，提升叉架升降过程的稳定性及精度，并利用逻辑关系提升故障检测的精度。

3 实际应用与评价

系统采用S7-300系列PLC产品作为控制器，可实现对于立体升降式车库系统的优化控制，结合高效的硬件系统设计、软件系统设计以及安全可靠性系统的设计提升了整个立体车库系统的运行效率，实际应用中该垂直升降式立体车库系统运行效率较高，为城市“停车难”问题提供了有效的解决思路。

参考文献

[1]王虎军，马殷元.基于PLC的垂直升降式立体车库控制系统设计[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2016（1）：82-84.

[2]赵云，杨海栗，繆德祥，等.垂直升降式立体车库钢架结构分析及优化设计[J].科技创新与应用，2016（9）：16-17.

[3]王虎军.基于PLC的垂直升降式立体车库控制系统的设计与研究[D].兰州交通大学，2016.