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摘要：汽车的急增致使城市停车难问题不断恶化，而作为解决城市静态交通问题的有效措施—向空间、向高层发展的自动化立体停车设备，以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点，越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、简易升降类和汽车升降机类等9种，其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在國内车库市场占有绝对优势的市场份额。以此为出发点，本文分析了升降横移立体停车库的特点，系统的研究了实现三层升降横移立体停车库控制系统的硬件系统和软件系统设计要点，研究结果可为类似多层升降横移立体停车库控制系统的研究提供一定的理论依据。
关键词：升降横移；立体车库；控制系统；设计研究；
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
0.引言
城市停车要占用相当规模的土地和空间，传统的单层平面停车场越来越不能满足需求。机械式立体停车设备的应用解决了停车难的问题，尤其是全自动化的机械式立体停车库，在很多国家和地区都得到了快速的发展。机械式立体停车方式是全自动化的停车方式，是今后停车改革的主要方向。尤其是在寸土如金的大城市，采用机械式立体停车方式，显得尤为必要。它具有占地少、停车多、投资少、停车方式先进等这些优点，越来越受到人们的重视，但设备制造、安装、运行要求较高。
1.三层升降横移立体停车库控制系统概述
1.1 升降横移式立体车库系统特点
升降横移式立体停车库集机械、电子、信息技术于一体。它主要由主框架、载车台、传动系统、控制系统、安全防护系统五大部分组成。升降横移式立体停车库每个车位均有托盘，所需存取车辆的托盘通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。地面上布置的升降横移立体车库结构特点是：一层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位要存取车时，无需移动其它托盘就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后托盘再上升回到原位置。其运动总原则是：升降复位，平移不复位。托盘升降由一台电机驱动，通过钢丝绳拖动托盘垂直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机便可实现车位的移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。运行方式分自动和手动2种，可通过开关切换，在车库正常运行时使用自动方式，在设备维修和调试时可使用手动方式。自动方式和手动方式均采用PLC控制，因此可保证设备在任何方式下的安全运行。设备有多种安全装置可确保人车安全，如防坠装置、限位及防过卷装置、断电自动刹车制动装置、错断相保护等。
1.2 三层升降横移式立体车库运行原理
升降横移立体车库车位结构为二维矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为：
（1）
其中，为二维矩阵的行，即车库的层数；为二维矩阵的列，即车库的列数。
由于受收链装置及进出车时间的限制，车库一般为2-4层（国家规定升降横移式立体车库最高层数一般不超过5层），在通常设计中以2、3层者居多。实际设计要求规定，立体车库为3 层结构，考虑到升降横移式车库本身的特点即中间层和底层必须留有一个空位，如果要设计一座能提供13个车位升降横移式立体车库，即，，则，设计3×5立体车库完全可满足要求，如图1所示。第一层和第二层都有4个停车位、1个空位，第三层有5个停车位，无空位。在存车时根据车库的已有停车状态选择最佳的停车方式，同时应考虑到一些频繁存取的车和较长时间存取的车在车库中的存放位置。
以图1状态为例来说明具体过程：要把车从9号停车位移出立体车库上，则首先应将1、2、4、5号车横移一个车位，即把1、2、4、5号车位上的托盘分别依次向左移一个车位，9号车下降两个车位，司机进入并开出9号车，然后将车开出车库，之后9号车位上升复位。
图1 三层升降横移立体车库出车示意图
2.控制系统硬件设计
2.1 一次回路及电气安全
设备电源分为两部分，380V动力线路和220V市电线路。每条线路在接入本设备时都配备空气开关和熔断器，380v线路由于相序要求，增设电源保护器来防止电压过高、电压过低、缺相、逆相、三相电压不平衡等对设备运行的影响。考虑车板或传动装置有可能出现卡死现象，烧毁电动机，因此对每个电动机都设有热继保护。当电动机卡死时，热继电器动作，产生相应信号给PLC，由PLC产生相应动作并报警。三相电动机可以通过改变线序的方法使同一个电动机实现正反转。K1闭合电机正转，K2闭合时电机反转。由于开关是由PLC控制的，在程序中设置互锁，不允许两个开关同时闭合。
2.2 安全保护
立体停车库属于大型的机械装置，一旦出现故障，会造成人身伤害和经济损失。为了提高立体车库的实用性和安全性，必须考虑到可能发生的故障，并做出相应的预防。对此，在车库可以出入车位置的两边钢架上安装红外线发射器和接收器。车板在移动前检查红外线是否被遮挡。如果被遮挡说明有车超长了，系统将报警，并禁止一切移动操作，故障排除后，系统复位。当车板在移动中时，一旦红外线被遮挡，说明有人进入，系统将急停，报警等待处理，复位后继续工作。
2.3 人机界面
设备的人机界面使用了西门子公司的文本显示器TD200C。TD200C支持两行中文显示，每行10个汉字，且可以内置80条显示信息；面板的4/8个自定义按键也可以充分利用。总体上完全满足此套立体停车库的需求。TD200C人机界面的按钮设置，如图2所示。
图2 TD200C面板
2.4 主控制装置选择
经统计，整套设备的输入/输出点数为67输入，39输出。PLC主机选用S7-200 CPU 224，I/O扩展为2块EM223和3块
3.软件设计
3.1 软件总体架构
采用开发工具STEP 7 MicroWIN对PLC进行编程开发。它不但可以对PLC进行程序的编写和调试，还可以对TD200显示模块进行组态。为了使程序简化且容易修改，把整个程序分成几个部分，通过相互的调用来完成不同的功能。主要分为：主程序、故障检测程序、车板移动程序、报警程序等。写程序时用步进编程方式，每个功能一个模块，整个流程如图3所示。
图3 控制程序流程框图
3.2 车位移动子程序
由于车位数不多，采用车板移动子程序设计。用户选择好车位号后，程序跳转到事先编好的相应车位移动子程序块。子程序块先检测空位的位置，然后按规则移动车板，使用户需要的车板到达在中层从而存取车辆。部分子程序的梯形图，如图4所示。程序都是使用梯形图开发，十分直观且易于修改。
图4 部分程序梯形图
结束语
城市停车问题事关城市的发展，是现代城市规划建设和管理的重要内容，立体车库在现代生活中地应用越来越广，给人们的生活带来了极大的便利。本文设计的以PLC为主控制器，并采取了一系列安全保护措施的立体停车库，能够有效地解决城市停车难的问题，同时满足安全性的要求，具有较好的实用价值。
参考文献
[1]贺文华.升降横移式立体车库的控制研究与仿真实现[D].长安大学,2011.
[2]钟晓强.多层升降横移式立体车库控制系统的研究与设计[J].自动化应用,2011,01:33-35.
[3]王子熙,李伟华.机械式三层升降横移式立体车库的设计[J].机电产品开发与创新,2012,06:68-70.
[4]杜桂荣,彭斌,邵兵,刘振全.多层升降横移式立体停车库的结构和控制系统[J].甘肃工业大学学报,2013,01:64-66.
[5]谢明,程怀舟.多层升降横移立体停车库计算机监控系统研究[J].机械与电子,2011,09:28-31.
[6]刘延利.后悬臂升降横移式立体车库虚拟样机设计[D].山东大学,2012.
关键词：升降横移；立体车库；控制系统；设计研究；
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
0.引言
城市停车要占用相当规模的土地和空间，传统的单层平面停车场越来越不能满足需求。机械式立体停车设备的应用解决了停车难的问题，尤其是全自动化的机械式立体停车库，在很多国家和地区都得到了快速的发展。机械式立体停车方式是全自动化的停车方式，是今后停车改革的主要方向。尤其是在寸土如金的大城市，采用机械式立体停车方式，显得尤为必要。它具有占地少、停车多、投资少、停车方式先进等这些优点，越来越受到人们的重视，但设备制造、安装、运行要求较高。
1.三层升降横移立体停车库控制系统概述
1.1 升降横移式立体车库系统特点
升降横移式立体停车库集机械、电子、信息技术于一体。它主要由主框架、载车台、传动系统、控制系统、安全防护系统五大部分组成。升降横移式立体停车库每个车位均有托盘，所需存取车辆的托盘通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。地面上布置的升降横移立体车库结构特点是：一层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位要存取车时，无需移动其它托盘就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后托盘再上升回到原位置。其运动总原则是：升降复位，平移不复位。托盘升降由一台电机驱动，通过钢丝绳拖动托盘垂直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机便可实现车位的移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。运行方式分自动和手动2种，可通过开关切换，在车库正常运行时使用自动方式，在设备维修和调试时可使用手动方式。自动方式和手动方式均采用PLC控制，因此可保证设备在任何方式下的安全运行。设备有多种安全装置可确保人车安全，如防坠装置、限位及防过卷装置、断电自动刹车制动装置、错断相保护等。
1.2 三层升降横移式立体车库运行原理
升降横移立体车库车位结构为二维矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为：
（1）
其中，为二维矩阵的行，即车库的层数；为二维矩阵的列，即车库的列数。
由于受收链装置及进出车时间的限制，车库一般为2-4层（国家规定升降横移式立体车库最高层数一般不超过5层），在通常设计中以2、3层者居多。实际设计要求规定，立体车库为3 层结构，考虑到升降横移式车库本身的特点即中间层和底层必须留有一个空位，如果要设计一座能提供13个车位升降横移式立体车库，即，，则，设计3×5立体车库完全可满足要求，如图1所示。第一层和第二层都有4个停车位、1个空位，第三层有5个停车位，无空位。在存车时根据车库的已有停车状态选择最佳的停车方式，同时应考虑到一些频繁存取的车和较长时间存取的车在车库中的存放位置。
以图1状态为例来说明具体过程：要把车从9号停车位移出立体车库上，则首先应将1、2、4、5号车横移一个车位，即把1、2、4、5号车位上的托盘分别依次向左移一个车位，9号车下降两个车位，司机进入并开出9号车，然后将车开出车库，之后9号车位上升复位。
图1 三层升降横移立体车库出车示意图
2.控制系统硬件设计
2.1 一次回路及电气安全
设备电源分为两部分，380V动力线路和220V市电线路。每条线路在接入本设备时都配备空气开关和熔断器，380v线路由于相序要求，增设电源保护器来防止电压过高、电压过低、缺相、逆相、三相电压不平衡等对设备运行的影响。考虑车板或传动装置有可能出现卡死现象，烧毁电动机，因此对每个电动机都设有热继保护。当电动机卡死时，热继电器动作，产生相应信号给PLC，由PLC产生相应动作并报警。三相电动机可以通过改变线序的方法使同一个电动机实现正反转。K1闭合电机正转，K2闭合时电机反转。由于开关是由PLC控制的，在程序中设置互锁，不允许两个开关同时闭合。
2.2 安全保护
立体停车库属于大型的机械装置，一旦出现故障，会造成人身伤害和经济损失。为了提高立体车库的实用性和安全性，必须考虑到可能发生的故障，并做出相应的预防。对此，在车库可以出入车位置的两边钢架上安装红外线发射器和接收器。车板在移动前检查红外线是否被遮挡。如果被遮挡说明有车超长了，系统将报警，并禁止一切移动操作，故障排除后，系统复位。当车板在移动中时，一旦红外线被遮挡，说明有人进入，系统将急停，报警等待处理，复位后继续工作。
2.3 人机界面
设备的人机界面使用了西门子公司的文本显示器TD200C。TD200C支持两行中文显示，每行10个汉字，且可以内置80条显示信息；面板的4/8个自定义按键也可以充分利用。总体上完全满足此套立体停车库的需求。TD200C人机界面的按钮设置，如图2所示。
图2 TD200C面板
2.4 主控制装置选择
经统计，整套设备的输入/输出点数为67输入，39输出。PLC主机选用S7-200 CPU 224，I/O扩展为2块EM223和3块
3.软件设计
3.1 软件总体架构
采用开发工具STEP 7 MicroWIN对PLC进行编程开发。它不但可以对PLC进行程序的编写和调试，还可以对TD200显示模块进行组态。为了使程序简化且容易修改，把整个程序分成几个部分，通过相互的调用来完成不同的功能。主要分为：主程序、故障检测程序、车板移动程序、报警程序等。写程序时用步进编程方式，每个功能一个模块，整个流程如图3所示。
图3 控制程序流程框图
3.2 车位移动子程序
由于车位数不多，采用车板移动子程序设计。用户选择好车位号后，程序跳转到事先编好的相应车位移动子程序块。子程序块先检测空位的位置，然后按规则移动车板，使用户需要的车板到达在中层从而存取车辆。部分子程序的梯形图，如图4所示。程序都是使用梯形图开发，十分直观且易于修改。
图4 部分程序梯形图
结束语
城市停车问题事关城市的发展，是现代城市规划建设和管理的重要内容，立体车库在现代生活中地应用越来越广，给人们的生活带来了极大的便利。本文设计的以PLC为主控制器，并采取了一系列安全保护措施的立体停车库，能够有效地解决城市停车难的问题，同时满足安全性的要求，具有较好的实用价值。
参考文献
[1]贺文华.升降横移式立体车库的控制研究与仿真实现[D].长安大学,2011.
[2]钟晓强.多层升降横移式立体车库控制系统的研究与设计[J].自动化应用,2011,01:33-35.
[3]王子熙,李伟华.机械式三层升降横移式立体车库的设计[J].机电产品开发与创新,2012,06:68-70.
[4]杜桂荣,彭斌,邵兵,刘振全.多层升降横移式立体停车库的结构和控制系统[J].甘肃工业大学学报,2013,01:64-66.
[5]谢明,程怀舟.多层升降横移立体停车库计算机监控系统研究[J].机械与电子,2011,09:28-31.
[6]刘延利.后悬臂升降横移式立体车库虚拟样机设计[D].山东大学,2012.