基于安全可靠性的垂直升降式立体车库优化设计

2018-07-06张书茂

宿州教育学院学报 2018年3期

张书茂

（安徽城市管理职业学院信息工程系安徽·合肥 230000）

垂直升降式立体车库具有占地面积小、投资少、空间利用率高等优势，能够适用于商业中心、办公楼、歌剧院等公共场所，这也使其具备极为广阔的发展空间，有效解决了当前“停车难”的问题。科学技术的发展使垂直升降式立体车库高度应用了计算机技术和自动化技术，由于立体车库是进行垂直升降运动的，因此需要确保车库在垂直升降运动过程中具备极高的安全性与可靠性，这样才能保证车辆与人员的安全。为此既可通过双总线备份的方式来保障系统的安全可靠性，也可采用车牌识别技术来保障系统的安全可靠性，不过这两种方法只是针对于其他类型的车库而言，而对于垂直升降式立体车库来说却并不适用。本文基于安全可靠性对垂直升降式立体车库进行深入的分析，探讨提高垂直升降式立体车库安全可靠性的优化设计方法。

一、基于安全可靠性的垂直升降式立体车库分析

（一）立体车库结构分析

从结构角度分析，垂直升降式立体车库主要包括六个部分，分别是传动系统、载车板、控制系统、整体框架、安全保护装置及升降台。升降台的上升与下降需要由上位机对控制指令进行下达，并利用载车板来实现车辆的升降，进而达到停放目的。在垂直升降式立体车库中，控制系统可以说是实现升降功能的核心所在，而整体框架则担负起支撑的作用。传动系统主要包括升降机构与横移机构，负责对车辆进行运送与存取，而载车板则担负起车辆的固定与承载作用，升降台则是对载车板的升降起到带动作用，安全保护装置对立体车库的稳定运行起到保护作用。

（二）立体车库安全性分析

垂直升降式立体车库的安全性是由其自身决定的，而其中安全功能最集中的表现便是升降台，升降台拥有许多的安全保护功能，如终端过冲保护功能、升降超速保护功能、突然停止保护功能及升降撞底保护功能等。当升降台在升降过程中失去控制，会给车辆与人员带来巨大的安全威胁，因此必须采取相应措施来加强升降台在升降过程中的控制，而升降超速保护功能便是其中最主要的体现，它通过安全钳与限速器来对升降台的升降速度进行控制，当升降台的升降速度超过规定值时，限速器中的机械结构便会进行动作，将故障信号发送给控制系统，由控制系统将电源切断，这时钢丝绳会因卡住而迫使安全钳产生动作，进而使升降台的升降被强制停止。而如果立体车库的抱闸系统制动减弱时并且钢丝绳发生断裂，这时就会造成升降台撞底或冲顶，为了避免或降低撞底或冲顶造成的损害，需要安装必要的耗能型油压缓冲装置，以此起到缓冲作用。此外，为了避免升降台在发生故障时到达底层或顶层后继续升降，应通过终端极限装置来实施保护，并利用曳引机来对升降台进行移动。为了确保升降台在运行过程中发生故障或系统不能启动时，需要通过安全机构来对升降台进行停机保护，以此确保车辆停放安全。垂直升降式立体车库按照其车辆存取流程进行分析，可以划分成六个子系统，分别是入库信息扫描子系统、升降机构控制子系统、车辆位置及重量检测子系统、横移机构控制子系统、通信总线子系统及操作指令子系统。这些子系统的可靠度分别用k1至k6进行表示，整体系统可靠度用进行表示。

二、基于安全可靠性的垂直升降式立体车库设计

（一）垂直升降式立体车库安全可靠性设计

在垂直升降式立体车库的安全可靠性设计中，需要按照两个步骤进行，第一个步骤是利用可靠性预计方法对可靠性进行预计，第二个步骤需要对预计后的可靠性进行合理配置。对于可靠性预计来说，是通过对立体车库的历史故障数据及内部元器件故障发生几率等相关参数进行收集与分析，以此准确预计立体车库所需要的可靠度。在立体车库中，其所划分的六个子系统属于串联系统，因此可以表示成。需要提到的是入库信息扫描子系统的扫描功能由IC卡或键盘录入完成的，操作指令子系统的指令下达功能则是由操作软件或控制板来完成的，分别用进行表示，它们是属于并联结构的，因此可以表示为。由于这两个子系统属于并联结构，并且可靠度是以负指数形式分布的，因此可以将其作为组合子系统进行处理，并利用进行计算，由此可以得出，进而推导出，在该公式中，系统的故障率预计值用进行表示，立体车库的无故障平均时间用表示，立体车库中的子系统故障率预计值则用表示。

（二）垂直升降式立体车库安全可靠性配置

在对垂直升降式立体车库的可靠度进行预计后，便要对其进行可靠度配置，对可靠度的配置需要遵循以下要求，首先，如果某些子系统对可靠性的要求较高而又难以满足时，应对可靠性要求适当降低。其次，如果某些子系统对可靠性的要求较高但能够通过相应手段进行满足时，应对可靠性要求适当调高。最后，在对车库的总体可靠性要求进行满足的前提下需要尽最大可能的降低成本。在进行可靠度配置时，采用故障率权重分配法来对权重值进行划分，以此实现对可靠度的科学配置。在进行配置之前，应对垂直升降式立体车库的六个子系统的故障率权重进行明确，然后进行可靠度配置，进而得出，在该公式中，立体车库整个系统的故障率需求值用表示，而整个系统中的六个子系统所需故障率需求值用表示，由此可以通过公式计算出这六个子系统的权重值，然后通过根据小于1及其特点可以得知，子系统的权重值越高，则代表其配置后的可靠度就越少。

（三）可行性验证

为了对这种方法的可行性进行验证，本文假设在某个垂直升降式的立体车库中，其整个系统的可靠度是0.9，将该可靠度分别配置给六个子系统，以此算出这六个子系统的可靠度配置值。在对该车库的六个子系统可靠度进行配置之前，需要对可靠度采用可靠度预计方法进行预计，但由于这些子系统中的元件及设备并没有对可靠度进行明确，因此需要对这六个子系统的实际使用情况进行分析，然后才能利用可靠度预计方法来进行可靠度预计。在该案例中，为了便于可靠度预计，该立体车库的六个子系统所采用的元件及设备全部是品牌产品，并从参考值中对这六个子系统的可靠度预计值进行获取。然后对这六个子系统的预计故障率，即权重值进行计算，然后根据公式来对这六个子系统的可靠度配置情况进行计算，结果为

依据配置结果来分析，对于立体车库中的某些子系统可靠性不能够满足实际使用要求时，应通过相应措施来适当提高可靠性。

三、增强安全可靠性的垂直升降式立体车库的优化设计方法

（一）控制系统优化设计方法

垂直升降式立体车库控制系统的优化设计方法主要包括两个部分，分别是硬件部分与软件部分，对于硬件部分来说，应通过集散控制方式将系统划分成若干个独立的单元，这样当某个单元发生故障时，不会对整个系统产生不利影响，进而达到提高可靠性的目的。在硬件的布线系统中，还应利用CAN总线技术来对控制器进行控制。在硬件中，升降系统的准确停层十分重要，它是利用编码器来实现位移值计算的，但这样可能会由于编码器信号不准确而造成位移值反馈发生偏差，因此建议在每层中分别安装反光片，并将光电传感器与反光片进行配合使用来对位移值进行校准。在上位机中，应通过双机冗余系统来消除主机故障影响，当上位机发生故障时，可以更换备用机来使系统得以继续运行。在横移机构中，可以利用正反向接触器来实现硬件联索。对于硬件中的某些关键部件，应通过冗余技术来提高系统的容错率，这些需要采取冗余技术的关键部件主要包括备用系统、并联系统及表决系统。此外，为了加强系统的抗干扰能力，应利用不间断电源与交流电源对称滤波技术来消除侧干扰的影响。

对于软件部分来说，应在升降台与库位中全部安装传感器，并对传感器状态及系统状态的一致性进行检测，当存在不一致时便会对故障进行检测并报警。软件的时间保护值的设置中，应按照升降台在升降时的一层所用最长时间及横移时的最长时间来进行设置。对于软件部分的抗干扰性能来说，在进行信号输入时，应在满足采样要求的基础上设置一定时间的延时再进行采样，以此确保采样稳定，而在信号输出时，应利用短时间重复输出的方式进行。需要注意的是，为了使软件的程序更加稳定可靠，应将其分解成若干个相互独立的子程序，以便于后续对这些子程序的调试与修改。

（二）传动系统优化设计方法

对于传动系统的优化设计方法主要包括钢丝绳的优化设计与链条的优化设计，对于钢丝绳的优化设计来说，滑轮的直径要较大，并且在安装时注意反向弯曲现象的出现，钢丝绳的选择应为面接触或线接触的，并具有良好的防腐蚀性，同时还要选用深槽轮来降低磨损，并进行定期上油保养。对于链条可靠性的优化设计来说，应选择链传动方式，并按设计要求及实际使用情况来对链条型号进行规范选择，同时在链条安装时要确保链条与载车板连接点的合理性，并使各段链条所受荷载尽量相同。