老舊小區(qū)基于PLC的垂直循環(huán)式立體車庫控制系統(tǒng)的設計

姚靜　鞏建輝　任健

摘 要：垂直循環(huán)式智能立體車庫有著空間利用率相對較高、安全快捷等優(yōu)勢，通常被普遍應用到一些停車較為困難的老舊住宅小區(qū)、家屬院、事業(yè)單位和商務酒店等地。立體車庫的自動控制系統(tǒng)在提高停車裝置的安全性、實用度以及設備的智能化方面發(fā)揮了舉足輕重的作用，本文將從18個車位的垂直循環(huán)式立體車庫入手，并通過PLC編程軟件進行合理的編寫，從而以此為依據(jù)計算出車型和編程控制的設計，實現(xiàn)預期的效果。

關鍵詞：老舊小區(qū) PLC設計 垂直循環(huán) 立體車庫 控制系統(tǒng)

Design of PLC-based Vertical Circulation Stereo Garage Control System in Old Residential District

Yao Jing，Gong Jianhui，Ren Jian

Abstract：The vertical circulation type intelligent three-dimensional garage has the advantages of relatively high space utilization， safety and speed， etc. It is usually widely used in some old residential districts， family homes， institutions， and business hotels where parking is difficult. The automatic control system of the stereo garage has played a pivotal role in improving the safety， practicability of the parking device and the intelligence of the equipment. This article will start with the vertical circulation stereo garage with 18 parking spaces， and carry out reasonable planning through PLC programming software， so as to calculate the design of the vehicle model and programming control based on this， and achieve the desired effect.

Key words：old residential area， PLC design， vertical circulation， stereo garage， control system

在我國社會經(jīng)濟和市場經(jīng)濟發(fā)展迅速和健康發(fā)展的當下，汽車在我國已經(jīng)普及，但與之配套的停車位卻嚴重不足，因此城市中停車困難的問題也日益突出。針對這一個問題，停車庫設計也更加的人性化，主要推進方向是自動化和全機械化。運用PLC系統(tǒng)控制垂直循環(huán)式的立體車庫，不僅提高了空間利用率、方便靈活，而且在電磁抗干擾能力方面也具有很強的優(yōu)勢，而被行業(yè)和社會所廣泛采用。本文研究的是18個車位的垂直循環(huán)式立體車庫，主要從設備工作原理、主要硬件組成、控制參數(shù)選擇、PLC程序設計和系統(tǒng)安全保護措施等五個方面進行分析，最終目標是實現(xiàn)以PLC對循環(huán)式立體車庫的控制。

1 設備工作原理

垂直循環(huán)式立體車庫的自動化車位控制系統(tǒng)是通過垂直循環(huán)運動的，它的操作流程是進行存取儲藏和汽車 ，它的運行操作流程有兩個：其內(nèi)部旋轉電機通過減速器來帶動傳動機構，每間隔一定距離則將一個載車板安裝在牽引構件的鏈條上，待啟動電機進行時，鏈條將帶動載車板進行循環(huán)的運動，進而實現(xiàn)便捷存取車。立體停車設備是由一個大型電機驅動來實現(xiàn)的，運轉一次就能快速的完成存車和取車，不僅控制起來簡便而且節(jié)約了土地資源，提高了空間利用率[1]。此車庫為雙面對開的結構，分為平行的兩排，車庫中間是公共通道。通道兩面分兩個區(qū)，1個停車區(qū)為1排，兩區(qū)總共設置了18個車位。

2 主要系統(tǒng)硬件組成

控制系統(tǒng)運用PLC，不僅占地空間小、編程靈活，而且在抗干擾能力方面也具有很大的優(yōu)勢。系統(tǒng)采用了SIEMENS S7-300系列的核心控制器，具體如圖1所示，其主要的系統(tǒng)硬件主要包括PLC、人機界面HMI、傳感器、變頻器、減速電機、和觸摸屏等，本系統(tǒng)選擇西門子MP270B觸摸屏和WinCC flexible2008人機交互界面HMI，并通過RS485和SIEMENS S7-300相互進行通信，采用按鍵、遙控以及刷卡的方式把停車位編號傳輸給PLC，隨后根據(jù)傳輸信號數(shù)字實現(xiàn)對垂直循環(huán)式停車裝置的控制。同時，由HMI將PLC內(nèi)部的信息進行讀取，并以此為依據(jù)進行判斷和分析，之后以文字圖形或者的聲音方式顯示車輛信息，車輛存入到相對應的車位號上會有指示信號發(fā)出，取出車輛時也會有騰空車位顯示。為了方便管理人員的調(diào)試和維修，停車設備會在HMI上安裝急停開關。最后由PLC驅動設備變頻器控制減速電機，鏈條帶動電機的旋轉使得載車板進行循環(huán)運動，實現(xiàn)智能化自動停車取車。

此車庫的PLC控制系統(tǒng)的功能包括：（1）分別在停車設備后方設置一個原點位置傳感器和兩個其他位置傳感器，分析工作狀態(tài)的變化情況以及和算法程序，可以得出車輛的車位號和其具體位置，以最快的速度和精確性來判定出車輛的具體位置號。（2）旋轉電機在變頻器的控制功能下進行旋轉以及快、慢速度的運動。（3）在旋轉編碼器的作用下，可以準確地判斷載車板的特定位置，并能夠實現(xiàn)載車板減速和停止上的平穩(wěn)性。

3 控制參數(shù)選擇

3.1 選擇輸入控制參數(shù)

在車庫后側的固定式支架上安裝設備位置感應傳感器，主要是用來檢測車庫里停車位載車板上固定的三角板的，車庫為周期性運行，三角板間隙最大距離應為25mm，因此要選用感應距離大的開關來感應設備位置[2]?？紤]到有些車庫在室外，光電傳感器極易被影響，引發(fā)錯誤動作，再加上接觸式開關時間久了容易出現(xiàn)損壞，因此在選擇設備位置感應器時，需選擇位置感應距離大小約為30mm的接近開關E2EM-X30MX1，并且對選用感應器的輸入信號數(shù)據(jù)做除抖處理，目的是增強傳輸信號的可靠度。

3.2 選擇輸出控制參數(shù)

旋轉式電機是控制系統(tǒng)中最為重要的控制對象，此車庫須采用重型負載，在選用逆時器時功率參考設備電機的啟動功率，應比電機啟動功率大一個等級以上克服電機的啟動轉矩。與其他重載負荷設備控制電流模塊對比，此設備的控制模塊必須有150%過載 60s或160%過載10s的能力。正因為如此，設備的旋轉電機驅動力才能克服驅動輪兩側的重量差值，再對設備滿載和空載運行的數(shù)據(jù)進行分析和計算，工程師結合此設備結構特點和技術參數(shù)要求，算出車庫主驅動電機的規(guī)格是9.2kW/20A，電動機減速比是150/1，最終根據(jù)電動機功率選擇的變頻器規(guī)格應為18.5kW/37A[3]。因此，為了對電機速度位置進行有效的改善，就需要在變頻器中增加一個PG來構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

4 PLC程序設計

傳感器數(shù)據(jù)信號和HMI主要是通過輸入接口將信號輸出到PLC內(nèi)部，并通過一個輸出接口發(fā)送指令和數(shù)據(jù)信號，整個工作流程的總體結構是由模塊化、手動操作、自動化操作和連鎖保護等幾個部分構成。自動化存儲讀取輛車信息的程序編寫工作是整個工作過程的重中之重，它不僅便捷智能，而且較好的發(fā)揮出立體車庫的主體性功能。

在完成整個操作過程中，對車輛車位號的正確識別是非常關鍵的，因此，在程序原始設置時，應針對汽車的車位號提供相應寄存器地址，分別將1～18車位號設置為D1～D18，其中D0表示車位號，1號的載車板上面需要安裝一個金屬片用來檢測原點位置，每次1號載車板處于停車庫下面時，停車設備就會在原點位置上，D0=1。設備的運動為順時針時，每經(jīng)過一個載車板位置感應器檢測到一個開關量信號，車位號在原來基礎上加1（D0=D0+1），當車位號D0=0時，把1賦予D0。而當運動過程為逆時針時，感應器每檢測到一個信號，車位號會減1（即D0=D0-1），當車位號D0=0時，則把18賦予D0。車位號是按照連續(xù)順序排列的，所以了解了車位號也就等于掌握了車輛的具體停放位置，再通過程序對所需的車位號和當前的車位號進行比較，并做出準確的判斷，從而達到快速存取車位號的目的。

5 系統(tǒng)安全防護措施

5.1 基本安全防護措施

此立體車庫是一種自動化機械設備，如果操作使用不當，機械就會對我們的安全造成很大的威脅，所以做好充分的防護措施顯得極其重要，它不僅能保障整個運行安全，還能保障人身安全。具體內(nèi)容從以下幾個方面入手：第一，將一對光電開關安裝在載車板最底層的各個方向，用紅外設備檢測數(shù)據(jù)判斷車輛“超長”、“超寬”等具體信息，整個程序的操作和各個硬件的功能互相牽制，在以語音播報和LED顯示屏等方式做以提示[4]。第二，當人員或車輛在進出車庫時，設備不能動作。第三，當系統(tǒng)有異常情況發(fā)生時，設備需及時停止工作和預警。最后，有必要在進出口處等較為醒目的位置張貼上存車和取車的注意事項以及主要規(guī)則。

5.2 車庫有無人判別

為了增加設備的安全系數(shù)，系統(tǒng)加入了無人自動判別功能，具體內(nèi)容為：首先，在車庫進出口處裝上相對應的光電感應器，在人員或車輛離開車庫時，傳輸感應器能提前接收到外側的傳輸信號和數(shù)據(jù)，內(nèi)側的感應器也會接收到對應的數(shù)據(jù)和信號[5]。其次，當人員和汽車出庫時，內(nèi)側的傳感器首先會接受到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信號，而外側的傳感器則后會接受到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和信號。最后，在設計車庫時，規(guī)定只允許一個駕駛員獨自進入車庫，在這種原理基礎上，可直接對來往的車輛和人員是否離開作出正確的判斷。

6 結語

在立體車庫的控制系統(tǒng)中運用PLC，不僅占地空間小、可靠性高，而且在抗干擾能力方面也具有很大的優(yōu)勢。本文在立體車庫的控制系統(tǒng)中運用PLC程序，很好的實現(xiàn)了對18個車位的有效控制，依據(jù)整個設備的控制流程和要求，將以此為依據(jù)合理的編寫PLC的程序設計，通過現(xiàn)實中的實際運用可知，在立體車庫的控制系統(tǒng)中運用PLC，不但能很好的保障設備的運行安全，而且占地空間較小、建設成本也低，有效地解決了老舊住宅小區(qū)、事業(yè)單位以及商業(yè)酒店停車困難的問題。

基金項目 ：商洛職業(yè)技術學院2019年度院級重大課題《基于商洛狹小區(qū)域停車空間改造設計研究》（編號：JXKT2019003）。

參考文獻：

[1]陳冬.智能垂直循環(huán)立體車庫PLC控制系統(tǒng)的研究[J].化工管理，2020（35）：101-102.

[2]陶磊，武建濤，王力，黃崇高，仵海蒙.垂直循環(huán)式立體車庫控制系統(tǒng)的設計[J].起重運輸機械，2020（17）：55-58.

[3]郭俊鴿.智能垂直循環(huán)立體車庫PLC控制系統(tǒng)的研究[J].起重運輸機械，2020（09）：74-76.

[4]周欣.垂直循環(huán)式立體停車設施控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子制作，2019（19）：76-77+79.

[5]鄭建全.基于PLC的垂直循環(huán)式立體車庫控制系統(tǒng)設計[J].機電信息，2019（21）：128-129+131.