自动化升降停车库的智能控制设计与关键硬件选型

马洪波

(黑龙江林业职业技术学院，黑龙江 牡丹江 157011)

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，私家车的保有量得到快速增长，在提高人们生活水平的同时，停车难的问题也严重困扰着人们。在人们的生活环境中，无论是小区地下停车位还是商场、医院、办公楼等的地下车库，都因为面积有限，难以满足众多车辆的停放需求，导致部分小区、办公场所周边存在大量车辆违规停放问题，严重的甚至会影响道路交通秩序。针对这一突出问题，仍然以传统的形式扩大停车场的建造规模已经难以满足社会和生活的需要，因此，利用有限的空间实现最大化车辆停放功能的立体停车库是未来车辆停放的主要方式之一，立体停车库不仅具有节省土地资源的优点，更使停车过程变得简单舒适，因此具有高度自动化功能的升降式立体停车场将成为替代现阶段地下停车位的有效途径。

1 自动升降停车库的结构原理

1.1 基本结构

自动化升降停车库的优势是最大化利用了空间资源，使传统的平层停放优化为多层的矩阵式停放模式。尽管现阶段的自动升降停车库形式和应用的技术各不相同，但是基本结构和工作原理大体相似，如图1所示为5层停放升降停车库，其主要功能结构包括以下几大部分。

图1 升降停车库结构示意

(1)支撑架体。主要采用工业常用型材焊接而成，例如工字钢、槽钢、角钢等，通过总成焊接后再进行螺纹连接装配的形式实现多层架体的固定，形成对各个车位的支撑作用。

(2)汽车托板。既作为传统的停车入位作用，同时还能够承载汽车重量进行升降和移动，汽车托板多是通过矩形钢管或角钢焊接成架体，再与钢板进行装配或焊接制造而成的，汽车托板的尺寸根据常见的停车位尺寸进行设计，方便汽车的快速停入。

(3)传动结构。传动的形式主要包括垂直升降和水平移动两种。通常来说垂直升降通过液压系统、电机装置和减速器组成，并具有上升至指定位置的制动功能；水平移动功能通过电机提供动力，减速器带动汽车托板在导轨上实现水平位置的移动。

(4)控制系统。主要对汽车的升降、转移、空位移动等动作进行控制，包括了自动控制、手动控制两种形式。其中自动控制功能，包括对监测系统的数据分析、空车位自动供给、停车完毕后自动转移、停车状态检测等；手动控制通过人工控制空车位下降和人工转移已停车位等功能。此外，控制系统还包括了手动急停、自动检测车长、超重警报、人员误入检测等安全功能。

1.2 工作原理

当有车辆需要停放或已经停放的车辆需要驶出时，驾驶员或停车场工作人员应先选择相应的功能按键，目标汽车托板则被选定并进行垂直和水平移动，最终运行到最下层，以便于汽车停入或驶出车位。若目标车位位于最底层，则只进行水平移动而无需升降，若二层及以上车位为目标车位，则不仅需要水平移动，还必须通过下方每一层的水平移动调整出空位才能逐渐下降至一层，通常情况下，一层的初始车位只进行水平移动，顶层的初始车位只进行升降移动，而中间层的初始车位既进行水平移动又同时进行升降移动。

2 智能控制功能设计

2.1 控制功能与流程设计

控制系统的主要功能如图2所示，包括了停车功能选择与安全检测、PLC自动控制、停车动作执行及状态显示三大主要功能，智能停放过程首先对车辆信息进行读取，读取的方式通过车牌自动录入进行，通过摄像头自动获取车牌号码使车辆与待停放车位相关联，车辆选择停放功能后，PLC控制器自动供给一个空车位到一层，空车位的确定通过光电直返式传感器检测实现，驾驶员驾驶车辆进行停车入位并通过传感器检测车辆位置、长度、重量是否符合停车要求。待驾驶员离开车辆到达安全位置后，停车保护相关装置执行到位，保证车身固定，控制器控制汽车托板携带车辆回到托板的初始位置进行停放，利用中间继电器对接触器的自锁互锁功能实施控制，同时传感器检测车辆是否到位，如出现异常警示器会自动报警。

图2 控制系统的主要功能

2.2 主要硬件选型标准

2.2.1 PLC选型

现阶段市场上的PLC产品呈多样化趋势，由于不同种类的PLC产品在结构、安装形式、性能等方面存在较大差异，因此，对于自动升降停车库的PLC选型，应以实际功能需求为主。建议选用具有模块化结构的PLC，以适应多种工况的停车要求，并便于未来的功能扩展，由于停车入位的运行方案相对简单，通常选用小型的集中式PLC安装即能实现控制策略功能要求，PLC只需要具备运算、定时、计数等功能即可满足升降停车库的功能需求。

2.2.2 电机选型

为满足汽车托板升降和移动的需求，通常需要电机与减速器进行合理匹配，以保证汽车托板运动过程的速度均匀与平稳。通常情况下，用于垂直升降的电机功率要比水平移动的电机功率高一些，对于家用车的停放来说，水平移动电机的功率通常在0.75 kW左右即可，而垂直升降的电机功率需要在3.75 kW以上，才能保证升降过程的安全性。

2.2.3 其他硬件选型

其他硬件主要包括了限位开关、光电开关、各种按钮及多种传感器等。限位开关主要用来实现设备运行到某一位置的限位保护功能，限位开关多安装于汽车托板上，当限位开关与触点接触即开始制动工作，常用的限位开关包括WL系列、LXP1系列、CD4N系列行程开关；光电开关主要用于检测汽车托板上是否有车辆停放，常用的光电传感器包括OMRONE32-T16、坤式GBL41X等。

2.3 停车流程图设计

对于目标车位的停车流程图设计如图3所示，考虑到了停车过程可能出现的故障问题，并有针对性地进行了检测与故障自动处理，有效提高了停车过程的可靠性。

图3 目标车位的停车流程图

3 结语

自动升降停车库是解决现阶段停车困难的有效手段，也提高了环境利用率，降低了建造停车场的成本，但同时，要想快速实现自动升降停车场的应用与普及，就必须通过提升自动化和智能化程度来优化使用体验，使停车更为便捷、高效。

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