智能车库单变频器的多模式控制电路组织分析

智能车库单变频器的多模式控制电路组织分析

华军杰,李虎,秦明召,孟文生,夏天,国永泽,郭敬甫,宁欣欣

河南卫华机械工程研究院股份有限公司  河南省  郑州市  450016

摘要：随着城市规模的不断发展以及机动车保有量的不断扩大，传统的车辆停放模式亟待进行改革与创新。本文以智能车库结构特点与设计要求作为切入，分析了智能车库单变频器控制电路的整体架构及其软硬件设计，力求确保智能车库运行的安全便捷，有效减少车辆停放设施建设成本，以期为相关技术人员提供参考。

关键词：智能车库；变频器；控制电路；结构分析

引言：所谓智能车库，主要指的是通过PLC技术以及图像识别技术实现的智能化、无人化管理的车辆停放处所，通过城市内部智能车库的建设，能够有效缓解传统城市停车难的问题，提升城市交通运行效率。技术人员应当针对智能车库的电路控制模式与架构进行合理规划和设计，提升其控制能力，有效规避安全风险。

1.智能车库的结构特点与设计要求

现阶段城市内部的智能车库大多以立体升降式或堆垛式为主，车辆在内部停放时呈现梳型结构，技术人员在设计过程当中应当遵循安全性、布局合理性、易维护性以及可拓展性的原则，并构建明确可靠的管理体系与管理标准，从而使其能够在城市内部更加便捷地发挥出相应的价值和作用，为提升城市土地利用效率，保障车辆停放稳定安全提供相应的技术支持。

2.控制电路整体架构

在以往大多数智能车库的运行控制过程当中，受到技术因素以及设计结构等客观因素的影响，导致其整体架构往往较为复杂，系统控制成本往往较高，不仅影响了城市内部智能车库的建设与运营效益，同时也不利于智能车库产业的持续性发展。为了全面降低智能车库控制系统面临的成本问题，相关设计人员需要从技术角度进行切入，基于单变频器的控制模式进行控制架构的建设，使智能车库能够在保障性能的前提下实现对日常运行成本的有效控制，从而进一步实现智能车库发展目标以及发展需求[1]。

在智能车库单变频器的多模式控制电路当中（图1），涵盖了人机操作界面、控制模块、变频器、提升电机、旋转电机、平移电机等几个不同组成部分，其中人机操作界面依托通讯技术与控制器相互连接，变频器与控制器之间基于通讯进行连接，而提升电机、旋转电机以及平移电机分别通过接触端与变频器之间相连，从而形成由单变频器进行全面控制的整体架构体系，实现预期的低成本、高控制性能的设计目标。

图1

3.控制电路硬件设计

3.1控制器设计

在智能车库控制电路当中，主要采用了PLC模式作为主要控制器，所谓PLC控制，又称可编程逻辑控制，指的是能够基于特定输入指令进行操作与运行的一种逻辑控制系统，具有适应性强、编程便捷、组态灵活、功能齐全等特点和优势。在智能车库单变频器控制电路当中采用PLC技术进行控制，能够针对性规避传统微型机控制模式当中的可靠性问题，使其能够在复杂的城市环境当中得到充分推广和运用，同时还能充分保障控制电路运行性能，实现其预期设计要求。

在控制电路的设计过程当中，技术人员还可以将控制器直接与提升接触器、旋转接触器以及平移接触器之间进行相互连接，从而有效体现出PLC控制器接口丰富、功能齐全的特点，并且还能进一步契合城市内部智能车库单变频器低成本控制的设计目标，实现控制电路运行的持续性发展和进步。

3.2变频器设计

变频器指的是一种基于变频技术以及微电子技术通过改变电机运行频率实现对电机状态的控制的一种设备类型，其主要由主电路、整流器、平波回路以及逆变器等几类元件构成，由于变频器内置处理中枢，且具备特定的输入输出功能以及保护检测功能，因此在复杂环境当中的电机控制以及智能化工业当中具有广泛的应用前景。在智能车库当中的变频器采用了PROFINET通讯协议与上述电路控制器进行相互连接，使变频器能够与控制器之间形成高效准确的信息沟通，同时也能使技术人员以及管理人员所给出的相关指令得到充分履行，保障智能车库控制电路运行稳定性和有效性[2]。

在针对智能车库控制电路内部单变频器进行选择的过程当中，设计人员以及技术人员应当综合考量电机极数、电机转矩指标、电机功率值、智能车库周边运行环境等等，从而使其箱体结构、变频器容量以及变频器功率得到更加准确可靠地选用，有效提升变频器在智能车库控制电路当中的性能，使其能够更好地实现对系统内部电机的控制，完成系统设计目的以及设计要求（图2）。

图2

3.3信号传输与接收设计

为了更好地实现智能车库当中的无人化管理目标，有效减少城市内部智能车库对于人力资源的依赖，需要在控制电路当中置入更加高效的信号传输与接收技术，使变频器、控制器、接触器以及动作电机之间形成闭环的通讯网络连接，使控制信号能够在电路当中更加有效地发挥作用。

首先，技术人员通过控制电路当中的人机控制界面发送相关指令，并由人机界面将指令信号传递至控制器。控制器通过通讯网络将信号进行输出，并将指令传递至电机接触器。

其次，由控制器针对变频器与提升电机、旋转电机以及平移电机之间的通断情况按照指令进行控制，并结合车库当前运行状态针对下一步指令进行执行，使技术人员通过界面发送的控制指令得到充分落实。

最后，由控制器针对变频器的控制模式进行调整，使其能够适应不同电机的运行状态以及运行特点，使智能车库内部实现单变频器控制下的电路架构设计，从而在保障车库运行性能以及运行效率的前提下尽可能实现对成本的有效控制，实现智能车库运行效益的全面提升。

3.4线圈控制设计

为了使智能车库内部控制电路当中的接触器之间形成良好的控制闭环，从而实现不同控制指令以及控制形态的有效嵌套，避免出现因编程设计问题或输入指令问题而出现的电机运行故障，技术人员还应当在控制电路架构规划设计的同时针对电机接触器的触点情况进行合理连接，使其能够形成不同层次的控制回路，从而实现按指令的有效控制。

技术人员以及设计人员可将提升电机接触器线圈、提升接触器常开触点、旋转接触器常闭触点以及平移接触器常闭触点连接成为第一控制回路，将旋转电机接触器线圈、旋转接触器常开触点、提升接触器常闭触点以及平移接触器常闭触点连接成为第二控制回路，将平移电机接触器线圈、平移接触器常开触点、旋转接触器常闭触点、提升接触器常闭触点相互连接形成第三控制回路，并将以上三个控制回路进行并联，使变频器在电路内部的控制更加完备，电路运行可靠性得到全面提升[3]。

除了电机接触器之间的相互连接之外，为了更加充分地落实智能车库控制电路设计要求以及设计目标，还可以将控制器、电路继电器触点以及线圈进行并联，从而能够实现在单变频器下对整个电路的多模式控制，进一步完善智能车库控制电路设计思路与设计要求（图3）。

图3

4.控制系统软件设计

除了控制电路系统的硬件设计之外，还需要对其应用软件进行设计，使智能车库内部的相关功能性设计要求得到充分实现。相关技术人员以及设计人员在进行软件设计之前，应重新梳理城市内部智能车库建设特点以及设计要求，并采取模块化的设计策略针对控制应用软件体系进行架构，其中应当涵盖初始化程序、车辆存取程序、缴费程序、故障报警程序以及信息反馈程序等五个基本功能方向，技术人员可基于上述五个功能方向针对应用软件平台进行开发，使其能够进一步契合单变频器多模式控制电路的特点，实现智能车库设计工作的不断进步。

结论：总而言之，作为一种适应城市规模化发展的车辆停放基础设施，智能车库的设计与建设工作面临着成本与安全等多方面的考验与挑战。相关技术人员应当着力分析城市内部环境特征以及智能车库运行要求，并采取针对性措施对智能车库软硬件设计进行深度优化，使其能够更好地为城市内部居民提供停车服务。

参考文献：

[1]盛旋,程雨静,范婧忞等. 基于单片机的升降式立体智能车库系统设计[J]. 机械工程与自动化,2022,(03):160-162.

[2]刘宝聚,钟佩云,刘淑桥等. 基于PLC的智能车库简易管理系统设计[J]. 设备管理与维修,2021,(21):166-167.

[3]马德智；寇志伟；李文军；徐明娜等. 智能立体车库中PLC与矢量变频器控制方法的分析设计[J] 自动化与仪表，2019年第001期

[4]程国栋. 基于PLC和变频器的异步电机闭环调速系统[J] 电工技术 2022年第20期