一種新型立體停車設備電氣控制系統(tǒng)的研發(fā)

申耀武， 唐細永

（廣州南洋理工職業(yè)學院，廣州 510925）

0 引言

據(jù)工信部預計，2020年我國汽車保有量將超過2億輛。隨著汽車保有量的高速增長，城市配套停車位建設的嚴重滯后，停車問題已成為各個城市共同面臨的一大難題。立體停車設備既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停車場、地下停車庫和停車樓組合實施。是解決城市停車難的最有效手段，是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

作為停車設備，必須要解決停車設備的機械結(jié)構(gòu)安全和電控系統(tǒng)的安全，以及停車設備的安全、可靠等問題。為此，就一種新型無避讓立體停車設備（如圖1所示）研發(fā)過程中所遇到的問題進行了研討，實踐后取得了很好的效益。

圖1 新型無避讓立體停車設備

1 新型立體停車設備需要解決的問題

新型立體停車設備的研發(fā)，首先要解決的是停車設備必須具備的的安全、可靠性（分為機械與電氣控制兩個部分）；長壽命（10～15a）；抗干擾（在各種環(huán)境下運行）；簡單易用、易維護等功能。對電氣控制部分的技術及方案探討：

1）電控系統(tǒng)的安全可靠性問題。PLC可靠性高，當前載人載貨電梯的電控系統(tǒng)主要采用PLC為電控系統(tǒng)的主控手段，這種高度安全及可靠的控制系統(tǒng)是經(jīng)過實踐證明和行業(yè)一致認可的實用方案。

2）電控系統(tǒng)的壽命問題。電氣系統(tǒng)的主控元件PLC，其壽命理論上都達到10a以上了（相當于無窮壽命），符合設計要求。

3）電控系統(tǒng)抗干擾性的問題。PLC采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施，其抗干擾功能是比較完善的。

4）電控系統(tǒng)要簡單易用、易維護的問題。由于公司的產(chǎn)品分布較廣，簡單易用維護成本低，也是一項必需的要求。PLC在維修方面由于故障率極低，維修工作量很小。

2 新型立體停車設備電氣控制系統(tǒng)的方案確定

經(jīng)過以上的分析與考察，確定新型立體停車設備電氣控制系統(tǒng)的方案：1）主控系統(tǒng)為采用日本三菱公司的FX2N-48MR。2）電機控制方式為經(jīng)過PLC控制下的日本三菱公司S540（0.75kW/380V）的變頻器和接觸器式的電氣控制系統(tǒng)。3）轉(zhuǎn)動與移動的功能中，電動機的緩啟動和緩停止由通過PLC控制的變頻器來實現(xiàn)。4）過載系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的熱過載繼電器方案以及變頻器的過電流保護、過電壓保護方案。5）客戶使用的控制為微型手持式遙控器，控制停車設備上/下運動及急停功能；以及維修人員專用的控制臺控制功能，帶觸摸屏功能用以顯示功能、注釋、故障指示以及功能按鈕等。6）停車設備的功能運行過程包括發(fā)生故障的時候有語音提示的方案。7）具有升降鎖、轉(zhuǎn)動鎖以及故障判斷和故障鎖定、故障語音提示的功能。8）整機載重量的核定和限制，軟件部分的超重故障鎖定，設備停止，故障語音提示的功能。

3 新型立體停車設備控制系統(tǒng)的硬件設計

新型立體停車設備電控系統(tǒng)硬件主要分為一次線主電路結(jié)構(gòu)、二次線控制電路、人機界面互動3個部分。

3.1 一次線主電路結(jié)構(gòu)部分

圖2為電路原理圖，一次線主電路結(jié)構(gòu)部分主要有：電源從帶漏電保護的空氣開關進入,電源缺相斷相相序保護器，帶正、反轉(zhuǎn)機械互鎖控制的接觸器，帶過載保護的熱繼電器輸出至升降電機輸入端。轉(zhuǎn)動與移動電機由漏電保護空氣開關輸出至變頻器，再輸出至相應的接觸器、帶過載保護的熱繼電器，直接供給轉(zhuǎn)動與移動電機，形成一次線的直接供電系統(tǒng)。

圖2 電路原理圖

3.2 二次線控制電路部分

作為二次線控制總電流比較?。ㄗ畲蟮目刂齐娏髦挥?00 mA。），所以控制器件幾乎都可以考慮采用微型元件，如圖3所示。

圖3 二次線控制電路

1）保護電路及防誤動作的互鎖電路、急停、過載、缺/斷相保護。

2）用PLC組成的輸入控制電路主要由接近開關、紅外傳感器、稱重傳感器等組成信號輸入電路。

3）PLC輸出電路主要控制是：升降、轉(zhuǎn)動、移動繼電器、變頻器的控制端子、語音板控制用繼電器、以及相應功能的應用電器：如夜間照明燈、上升/下降鎖電磁鐵、轉(zhuǎn)動鎖電磁鐵，安全警示燈等。

3.3 人機界面互動部分

由于我們研發(fā)的停車設備結(jié)構(gòu)主要由停車設備主機與控制臺組合成一個小系統(tǒng)。有故障及問題可以通過系統(tǒng)網(wǎng)絡輸出到主控臺觸摸屏進行控制。用戶也可通過帶獨立控制碼的遙控器對停車設備進行控制，也可通過在控制臺觸摸屏輸入密碼進入系統(tǒng)，對停車設備進行手動控制和測試。

4 新型立體停車設備控制系統(tǒng)的軟件設計

新型立體停車設備系統(tǒng)軟件設計為下降、上升、超高運行3個過程。

4.1 下降過程控制

首先，要求與啟動設備有干涉的設備處于停止狀態(tài)，對本車位左右的車輛是否超長、超高進行檢測，如果是不正常，則運行程序鎖定，輸出故障語音提示“兩側(cè)、對面車位運動，停車位暫不能開機”，并停止運行。如果信號正常，然后按停車設備機械系統(tǒng)的功能和電控邏輯圖的要求進行以下動作。

1）按下啟動按鈕，在沒有故障程序鎖定情況下，先啟動語音提示“停車位下降，請注意”，程序開始運行。先將設備移出到位，再轉(zhuǎn)出到位，最后開始下降。由于轉(zhuǎn)動鎖要求有開鎖判斷，如開鎖正常，則程序繼續(xù)向下運行，下降到位后語音提示“停車位下降到位，請上/下車！”。如不能開鎖，則輸出故障語音提示“轉(zhuǎn)動鎖故障，請排除故障后重新啟動”，程序鎖定，設備暫停。

2）升降鎖也要求有開鎖判斷，這主要考慮到停車設備在北方冬天結(jié)冰，或停車設備處于長期閑置的情況下，升降鎖可能會處于卡死不能開鎖的狀態(tài)，所以程序運行過程需有判斷的請求，如果升降鎖處于卡死不能開鎖的狀態(tài)時，停車設備程序指令升降電機上升，使升降鎖開鎖功能得以實現(xiàn)的恢復動作過程。如仍不能開鎖，則作為故障處理，輸出故障語音提示，程序鎖定。

3）當程序運行完成，停車設備語音提示：“停車位下降到位，請上/下車！”的語音提示，停車設備處于停止狀態(tài)。

4.2 上升過程控制

與下降程序相似，對進入停車設備的車都要進行檢測，并要求對面有干涉的設備處于停止狀態(tài)，本車位的停車是否超長、超高進行判斷，如果是不正常，則程序鎖定，輸出故障語音提示“兩側(cè)、對面車位運動，停車位暫不能開機”，并停止運行。如果信號正常，然后按停車設備機械系統(tǒng)的功能和電控邏輯圖的要求繼續(xù)完成動作。

1）啟動按鈕按下后，在沒有故障程序鎖定情況下，先啟動語音提示“停車位上升，請注意”，程序開始運行。

2）當稱重傳感器傳來超重的信號后，程序自動執(zhí)行超重判斷過程，超重判斷成立后，語音提示“車輛超重，不能使用本停車位”，程序執(zhí)行超重程序轉(zhuǎn)移，“上升”操作將無效，此時可操作“下降”，放出車輛。

3）當程序判斷停車設備正常，程序則順序執(zhí)行“上升→轉(zhuǎn)動→移動”的過程。

4）移動程序過程完成后，執(zhí)行返回程序，并輸出語音提示“停車設備已收回到位”，程序結(jié)束。

4.3 超高運行過程控制

在設備上升過程中，當車輛超高時，將觸發(fā)“車輛超高”警報，系統(tǒng)會立即暫停設備并發(fā)出“車輛超高，不能使用本停車位”語音警報，同時系統(tǒng)狀態(tài)指示燈會亮起。如果超高信號持續(xù)，“上升”操作將無效，此時可操作“下降”，放出車輛。

5 調(diào)試運行

經(jīng)過反復的修改與完善，新型立體無避讓停車設備從原來比較簡單的實驗樣機1#，到成品機3#。我們完成了機樣評價、功能調(diào)試、環(huán)境測試等過程試驗。新型新型立體無避讓停車設備具有安全可靠、智能判斷、小網(wǎng)絡等優(yōu)越性。

5.1 安全可靠性

在停車設備的位置控制限位上，我們采用了以霍爾效應為基礎的非接觸式的接近開關來作為位置限位開關，既保證了開關信號的穩(wěn)定可靠性，又使停車設備看起來更美觀。由于這種非接觸，也減少了以后的機械磨損所帶來停車設備的使用故障，為設備增加了一份基本安全要素。

在重要的升降階段，我們采用了雙重限位開關的方案，在X4和X5的位置上，不但裝上了非接觸式的接近限位開關，而且在相同的位置上，再裝上一個機械式的限位開關，以保證在非接觸式的接近限位開關損壞后，停車設備上升或下降超過了限位后，馬上碰到了機械限位開關，從而保證了停車設備設備的運行功能以及它的正常和安全，“雙保險”以增加停車設備的功能可靠性，為設備增加了第二份基本安全要素。

停車設備具有運行功能語音提示和故障語音提示，在設備啟動運行以及故障時對周圍的人起到提示作用。新型無避讓立體停車設備采用的高保真的女聲語音提示功能，采用了美國ISD公司生產(chǎn)的數(shù)碼錄音/放音芯片ISD1110，利用其單段播放的功能來實現(xiàn)。語音提示功能，也為設備增加了第3份基本安全要素。

5.2 智能判斷

通過PLC來處理停車設備在運動中遇到的各種情況，如移動程序階段，由于設置了條件判斷，使移動程序段增設了防誤動作的功能，如開始程序監(jiān)測階段，當檢測到車輛屬超長、超高，則程序鎖定，并輸出語音報警！再如車輛超重狀態(tài)，當主程序監(jiān)測到車輛超重，則程序轉(zhuǎn)到超重程序運行，先做超重判定，然后運行返回到起始位，并輸出：“車輛超重，不能使用本停車設備”的語音提示。還有如升降鎖和轉(zhuǎn)動鎖的啟動程序與判斷程序，當程序判斷不正常后，程序自鎖，并輸出“轉(zhuǎn)動鎖故障！排除故障后重新啟動”，“升降鎖故障！排除故障后重新啟動”的語音提示。

5.3 小網(wǎng)絡

在停車區(qū)域防碰報警，具有顯示屏及語音同時報警提示。兩側(cè)/對面開機互鎖，主控臺通過觸摸屏對停車設備進行控制的功能。

由于整體試驗比較嚴謹，方案比較到位，措施比較得力，所以在試驗過程中避免了大失誤。試驗的材料消耗和經(jīng)費消耗都比較低。

6 前景分析

行路難、停車難是我國城市面臨的巨大頑疾。我國汽車保有量近幾年一直處在高速增長階段，我們只用體會我們?nèi)粘Ｉ钪兴龅降呐c行路和停車有關的問題，就有明確答案。而現(xiàn)在的城市管理者面對兩難，卻顯得束手無策，主要是：行車和停車屬于城市規(guī)劃部門的權(quán)限范疇，而交通問題有屬于交通部門來面對，兩難的影響對象是廣大民眾，在現(xiàn)有城市基礎建設之上要解決這些問題又涉及眾多利益相關方。較之我國當前城市基礎建設現(xiàn)狀，立體停車是最行之有效、利益相關方涉及面最小、資源節(jié)約最大化的解決停車難的模式。

汽車工業(yè)已經(jīng)成為持續(xù)拉動我國經(jīng)濟秩序增長的三駕馬車之一，在解決綠色環(huán)保節(jié)能等技術問題之后，仍將具有長久的發(fā)展?jié)摿Γ鳛槠嚠a(chǎn)業(yè)的配套體系，立體停車產(chǎn)業(yè)將隨著汽車工業(yè)一起獲得長久發(fā)展?jié)摿?。本文的停車設備產(chǎn)品，以其無避讓特點，能適應及符合市場和客戶的各種不同的需要，能適應各種不同的環(huán)境要求。

7結(jié)語

這次研發(fā)生產(chǎn)的新型停車設備產(chǎn)品是成功的，操作系統(tǒng)簡單易用、整套程序控制準確，設備的穩(wěn)定性極高，可編程序控制器的使用，大大地減少了設備的故障率，PLC具有強大的軟、硬件的功能，適合客戶需求的多樣化、智能化，后來該設備產(chǎn)品投入市場也證明這次研發(fā)是成功的。

［1］ 阮友德.電氣控制與PLC［M］．北京：人民郵電出版社，2009．

［2］ 王廷才.變頻器原理及應用［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2011．

［3］ 胡向東.傳感器與檢測技術［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2013．

［4］ 中國重型機械工業(yè)協(xié)會停車設備管理委員會．機械式立體停車庫［M］．北京：海洋出版社，2001．