PLC技術(shù)在智能立體車庫設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黨夢宇 張群

（陜北礦業(yè)張家峁礦業(yè)公司 陜西省神木縣 719300）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私人交通工具的形態(tài)也在發(fā)生著巨大的變化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國的汽車銷量在半年中就同比增長12.7%。隨著未來的發(fā)展，人們對私家車的需求不斷增加，中國的私家車數(shù)量將繼續(xù)增加[1]。然而，越來越多的私家車不僅給我們帶來了方便，也給我們帶來了很多負(fù)面影響。其中停車位的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足汽車存儲的需要就是一個難以解決的矛盾[2]。在這種情況下，立體車庫逐漸在各大停車場初見雛形，慢慢走進(jìn)人們的視野。和平面停車庫相比較，立體車庫的自動化程度更高，停車位更多，并且占地面積更小，能快速解決停車難的問題[3]。提出一套將PLC技術(shù)應(yīng)用于車庫控制系統(tǒng)的方案，研究車庫訪問策略，最可行的車庫進(jìn)入實(shí)時監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集，目的是改善整個車庫的自動化控制效率，減少車輛訪問時間，提升顧客的舒適度。

2 基于PLC技術(shù)設(shè)計(jì)智能立體車庫

2.1 任務(wù)分析與PLC接口分配

車庫控制系統(tǒng)的目的是保證車庫變速桿的開合、地面感應(yīng)開關(guān)、裝載板的升降、電子換向機(jī)構(gòu)、指示燈、從而有效的控制整個立體車庫的操作過程，完成車庫進(jìn)出車的要求，如表1 所示。

結(jié)合設(shè)計(jì)的車庫運(yùn)營和場地使用要求，本文采用了更適合自動控制的控制技術(shù)來設(shè)計(jì)一個立體車庫控制系統(tǒng)。人機(jī)交互系統(tǒng)是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，用來實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備之間的對話功能?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1：PLC 現(xiàn)場控制框圖

由于立體車庫中有大量的中繼器、接觸感應(yīng)器、指示燈等輸出點(diǎn)，以及光電位置傳輸感應(yīng)器、操控按鍵、限位開關(guān)、觸碰地面感應(yīng)線圈等輸入點(diǎn)，且到車架的距離較遠(yuǎn)，接線十分不便。采用分布式模塊將輸入、輸出與機(jī)架遠(yuǎn)距離連接。在車庫運(yùn)行過程中，串口模塊控制刷卡、語音和電子倒車機(jī)構(gòu)。串口模塊選擇串口擴(kuò)展模塊。車庫外，有少量的輸入輸出，與擴(kuò)展模塊相連并放在機(jī)架上。為了實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的有效控制，現(xiàn)場采用總線路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為現(xiàn)場工作的科學(xué)性開展和便捷性操作提供便利。現(xiàn)場總站的主站設(shè)計(jì)為主控設(shè)備西門子控制器，系統(tǒng)的從站設(shè)計(jì)西門子觸摸屏、變頻器和分布式模塊。現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是一個主設(shè)備，一個觸摸屏設(shè)備，兩個分布式站點(diǎn)、四個變頻器站點(diǎn)，每個站點(diǎn)都設(shè)置網(wǎng)站地址，主站點(diǎn)和次站點(diǎn)在整個總線設(shè)計(jì)上都有且只有唯一一個站址作為識別標(biāo)志，可以有效區(qū)分不同功能的模塊。

表1：PLC 硬件設(shè)置

2.2 車位定位功能PLC設(shè)計(jì)

通過PLC、西門子MM440矢量控制、絕對編碼器構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行的精確定位[4]。首先介紹車庫充裝的設(shè)計(jì)，樓層的初始狀態(tài)是列出三個荷載板都在地面以上，并且在每次進(jìn)出車移動后，樓層的荷載控制系統(tǒng)都要復(fù)位到初始狀態(tài)，第一層的地板負(fù)載由于其平行于地面，所以汽車不需要訪問車庫控制系統(tǒng)，第二和第三層地面上方懸掛在初始位置，所以需要控制控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作。進(jìn)一步，車板運(yùn)動包括四種情況：第一尋址訪問，第二回初始位置（重置），第三層運(yùn)動（訪問），第三層回到初始位置（重置）。每一層的訪問和重置部分是相同的，只是方向不同，但在相應(yīng)的速度在本質(zhì)上是相同的，所以只有兩種速度曲線模型。根據(jù)選擇的移動距離和合適的速度，以時間為橫坐標(biāo)，設(shè)置相應(yīng)的速度曲線，然后在變頻器中設(shè)置相應(yīng)的曲線相關(guān)數(shù)據(jù)。研究中最常見的研究速度的曲線模型有三種，分別是拋物線型、梯形、和拋物線直線型，對比這三類模型，梯形模型是運(yùn)算最簡易的，但其影響比其他兩個大；拋物線模型具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單和最低的機(jī)械影響，效率比梯形模型更好，但電機(jī)在整個運(yùn)動時間恒定加速度減速，運(yùn)行缺乏穩(wěn)定性；拋物線-直線模型不僅可以減少對機(jī)械的沖擊力，還具有較高的系統(tǒng)運(yùn)行效率，但存在加速度變化不穩(wěn)定的弊端，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。結(jié)合前面三類速度曲線的特點(diǎn)，融合編碼器和精準(zhǔn)定位操作系統(tǒng)以及變頻器控制，在保證一定操作效率和易于實(shí)現(xiàn)的前提下，適當(dāng)提高了機(jī)器的抗沖擊力，滿足了控制結(jié)構(gòu)。

所選的速度模型除了在幾個變速點(diǎn)處的電弧緩沖外，其他特性都是對稱的。緩沖弧在上坡速度為0.5s，下坡速度為0.3s。曲線設(shè)計(jì)有3 個這樣的轉(zhuǎn)速變化點(diǎn)，所以緩沖圓弧的時間為2.4s，轉(zhuǎn)速變化點(diǎn)通過編碼器反饋到PLC 電機(jī)的具體固定位置作為觸發(fā)信息。上文的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果是載車板上下滑動的技術(shù)值。在實(shí)際編程時，需要根據(jù)具體的電機(jī)選型和傳動特性，將相應(yīng)的技術(shù)值轉(zhuǎn)換為電機(jī)運(yùn)動的數(shù)值。

2.3 車位升降功能PLC設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)進(jìn)出車和車庫重新定位的過程中，需要涉及到車廂板在牽引傳動系統(tǒng)的作用下上升或下降的運(yùn)動。如何使托盤準(zhǔn)確穩(wěn)定地停留在控制系統(tǒng)要求的位置，是托盤運(yùn)動中必須解決的問題?？紤]到車板的停放位置是否準(zhǔn)確，仍然對用戶存放/檢索車輛的便捷性有很大的影響。如果車廂板的停放位置不再與地面水平平面，就會給車主的車的存放或取回造成很大的麻煩和困難，甚至存在一定的安全風(fēng)險。車廂板的安全、穩(wěn)定、準(zhǔn)確停車對控制系統(tǒng)提出了更高的要求。

立體車庫控制系統(tǒng)來控制合理的負(fù)載板運(yùn)動從兩個方面，一個是相應(yīng)的接近開關(guān)探測到頂板運(yùn)動到相應(yīng)的位置，然后將信息PLC，PLC 為相應(yīng)的中繼功率控制，并控制接觸器控制電機(jī)功率，從而切斷控制負(fù)載板運(yùn)動的電機(jī)電源；二是從動力源角度考慮牽引電機(jī)的運(yùn)動動力和效率，本文用來作為閉環(huán)系統(tǒng)來控制電機(jī)的運(yùn)行速度和車輛的定位的設(shè)備是PLC、西門子MM440 變頻器以及編碼器在控制系統(tǒng)的傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。用于第二，和光電開關(guān)傳感器系統(tǒng)輔助設(shè)備，只有在前者到后者的失敗，同時頂部和底部框架極限開關(guān)配有較強(qiáng)的檢測能力，防止載體板移動“頂”或“底”。這樣，車庫的控制系統(tǒng)就配置了三段保險措施，保證設(shè)備和車輛不會發(fā)生碰撞或掉落等破壞性的事件，更大力度保障了車庫在運(yùn)行過程中的安全。

2.4 車輛查找定位功能PLC設(shè)計(jì)

傳送感應(yīng)器的自我診斷是根據(jù)查詢車輛車庫中的硬件系統(tǒng)中的各個轉(zhuǎn)送感應(yīng)器是否正在工作，檢測發(fā)出信號是否符合邏輯并進(jìn)行留存，給其他的運(yùn)行程序提供判斷的依據(jù)和保障，是系統(tǒng)運(yùn)行的后方保障。圖2 為傳感器故障控制流程圖。

圖2：傳感器故障控制流程圖

控制系統(tǒng)可以通過查詢傳導(dǎo)感應(yīng)器的信號，快速調(diào)出每個停車位的信息，是否有汽車承載板，承載板上的停放的車輛是否停在正確和安全，以及安全鉤是否和保險桿的承載板正確等。在復(fù)位操作之前，可以用它來確定車庫的狀態(tài)；在泊車位的進(jìn)出操作中，可以用來判斷所要執(zhí)行的動作是否安全可行。如果檢測到的狀態(tài)與系統(tǒng)認(rèn)為的不一致，甚至是錯誤的操作，系統(tǒng)將取消要執(zhí)行的動作指令，并發(fā)出警告。

2.5 客戶身份識別功能PLC設(shè)計(jì)

車主身份的驗(yàn)證方法有很多，車主可以用賬戶登錄的方式，輸入正確的密碼即可，或是進(jìn)行刷卡驗(yàn)證。對于固定用戶，車主可以在管理室向管理員申請新卡時進(jìn)行用戶注冊，設(shè)置用戶名、密碼、車輛信息、有效期等。固定卡車車主可以選擇賬戶名登錄或者刷卡兩種方式，檢驗(yàn)有效期是否到期。車主進(jìn)入汽車后，只需要在車庫入口的讀卡器上刷卡以驗(yàn)證身份[5]。常駐車主在申請領(lǐng)卡和延期的時候繳納了相關(guān)時長的費(fèi)用，之后的每次操作驗(yàn)證身份即可無需再進(jìn)行繳費(fèi)操作，進(jìn)一步節(jié)省了停車時間。如果是短時間停車，顧客需要按下車庫門口的按鈕，人機(jī)交互系統(tǒng)即可開始運(yùn)行，在收到外來用戶的申請之后，后臺會檢測車庫內(nèi)剩余車位并判斷是否提取臨時停車卡。如果停車位剩余足夠，后臺會控制取卡機(jī)出卡，卡片被取出開始計(jì)時。取車時，讀卡器刷卡付款后即可從倉庫卸下。訪問車輛的過程因車主身份驗(yàn)證方式的不同而不同。

3 結(jié)束語

PLC 是一個較為復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。雖然融入PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)的立體車庫控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果，系統(tǒng)界面操作流暢，可以更好的實(shí)現(xiàn)立體車庫的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)仍需進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。當(dāng)今世界信息技術(shù)高速發(fā)展，智能硬件和軟件操作系統(tǒng)的發(fā)展日趨完善，以及對海外各類先進(jìn)技術(shù)的積極學(xué)習(xí)引進(jìn)，立體車庫的實(shí)際操作將越來越多樣化。