基于PLC的智能立體停車庫控制系統(tǒng)設(shè)計

李 寧，靳 娜

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鹽城生物工程分院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

我國人口眾多，汽車保有量日益增加，而停車場數(shù)量過少，難以有效滿足人們的停車需求[1-2]。當(dāng)前我國大部分為地面停車位，但地面停車位人均資源占用量過低，尚未達到世界平均水平[3]。因此，如何在有限的城市空間內(nèi)為廣大市民提供更多的停車位是我國當(dāng)前城市生活亟待解決的重要問題。本文構(gòu)建的智能立體停車庫系統(tǒng)可有效緩解當(dāng)前我國城市普遍存在的停車難現(xiàn)象，具有重要的現(xiàn)實意義，可為相關(guān)領(lǐng)域研究提供了參考。

1 相關(guān)概述

1.1 智能立體停車庫概述

智能立體停車庫是通過堆垛機的運行完成車輛存取操作，其適應(yīng)能力強，可規(guī)劃及布置于各種不同的環(huán)境[4]。堆垛機運行于巷道之中，載車板在水平與垂直兩個方向同時移動。巷道堆垛類立體停車庫在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出較強的安全性，只在系統(tǒng)封閉狀態(tài)下運行，能更加充分地利用空間，與其他立體停車庫相比明顯占據(jù)優(yōu)勢，以便于用戶存取車輛，智能化水平較高。在實踐中，可結(jié)合場地情況規(guī)劃立體停車庫，其核心機構(gòu)主要有搬運器、堆垛機等。車庫結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 立體車庫空間模型

立體車庫具有三維化的特征，以三維運動存取車輛，巷道內(nèi)存取車的行為可細分為3個方向上的運動，一是水平運動X，其主要功能是選取合適的巷道；二是垂直運動Z，其主要功能是選定停車層數(shù)；三是橫向運動Y，其主要功能是確定擇車位列數(shù)。為進一步闡明運行機制，本設(shè)計采用雙棟三層五列結(jié)構(gòu)，總共包含30個停車位置，兩行之間的中間位置增設(shè)一個軌道，支持機械載體框架通行。把升降臺安設(shè)于入口處，把平移軌道運用于每個層次之中，對機械載體在整個框架內(nèi)的通行提供有利條件。在設(shè)計車庫與選擇搬運器時，均運用機械式梳狀裝置，負責(zé)在車位與搬運器之間運輸車輛。所有車位都配備了接近開關(guān)，自動檢測當(dāng)前有無存儲車位。立體停車庫的機械部分主要包括車庫鋼框架結(jié)構(gòu)、搬運器等部件。本文設(shè)計的立體車庫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 堆垛式立體停車庫結(jié)構(gòu)

1.2 PLC的概念和應(yīng)用

可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是整個系統(tǒng)的控制核心，能夠保證系統(tǒng)各項功能的實現(xiàn)，高效、準(zhǔn)確地處理系統(tǒng)的各類信息，并將按照控制要求發(fā)送到各個模塊，使各個模塊有機地結(jié)合到一起，保障系統(tǒng)的正常運行。PLC的輸入、輸出接口具有多種可擴展模塊，使PLC具有強大的控制功能以及良好的與外圍設(shè)備的通信功能。

PLC作為常用的以電氣與計算機控制技術(shù)為基礎(chǔ)的專用型工業(yè)控制器，經(jīng)過不斷的發(fā)展，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。PLC作為控制器具有可靠性高、抗干擾能力強、通用性強、硬件類型多樣、使用簡單、可以滿足多種的控制要求、適應(yīng)性極好、編程簡單、容易掌握、安裝簡單、維修工作量小、維護方便、體積小、能耗低等優(yōu)點。

2 智能立體停車庫車輛存取控制設(shè)計

立體車庫系統(tǒng)控制算法的設(shè)計目的是提高停車庫的智能服務(wù)水平，便于用戶快速安全地存取車。在此設(shè)計中，堆垛機的存取車流程及系統(tǒng)存取車控制尤為重要。

2.1 存取車控制流程

用戶存取車時，升降機會做出上升和下降兩個動作，此類動作的完成高度依賴于搬運器等裝置的協(xié)同配合，搬運器運行動作也包括兩個，一是搬出，這一動作在發(fā)生時會遇到滿載、空載兩種情況；二是搬回，也要面臨滿載、空載兩種情況。水平行走機在運行中需要完成移出與移回兩種動作。搬運器升降機在運行過程中主要保持上升、下降兩種模式。梳齒裝置在運行中保持伸展、收縮兩種模式。在觸摸屏上，用戶點擊存車并領(lǐng)取相應(yīng)的條形碼。系統(tǒng)自動監(jiān)測車位，若未在第一層，那么升降機運行，上升至指定層數(shù)，搬運器提起之后把存車架移動到指定車位。處于下降運行狀態(tài)的搬運器，梳齒處于收縮狀態(tài)之中，能在安全有保證的前提下快速把車輛存儲于車庫。當(dāng)搬運器移回存車架之后，要對車位進行檢測，判斷其是否處于第一層，如果未處于第一層，則啟動升降機并降至第一層。水平行走機移至出口處，條碼能自動打印，用戶取走條碼。堆垛機存車流程如圖3所示。

圖3 存車流程

用戶把條碼對準(zhǔn)條碼器，系統(tǒng)掃碼后啟動水平行走機，使之移至目標(biāo)車位，對車輛位置做出判斷，如果未處于第一層，需要啟動升降機將其提升至目標(biāo)層數(shù)，再用搬運器將車輛運出，此時梳齒處于伸展?fàn)顟B(tài)，提起搬運器并把車輛運送至搬運器，在滿載狀態(tài)之下，搬運器可移回存車架，再次對車位是否處于第一層做出判斷，若未在此層，啟動升降機并將其降至第一層，水平行走機移至出入口處，自動打印條碼，用戶將車開走。堆垛機取車流程如圖4所示。

圖4 取車流程

2.2 系統(tǒng)存取車控制流程

系統(tǒng)存車流程：啟動系統(tǒng)之后，需要對是否有車位進行檢查，如果沒有車位，入口門關(guān)閉，車位滿指示燈亮；如果有空車位，入口門敞開，車輛進入存車架，用戶在觸摸屏中進行操作可存車，系統(tǒng)對車輛存放位置進行檢測，對車輛存儲是否安全進行檢測，如果出現(xiàn)系統(tǒng)故障，工作人員快速排除故障，存車工作結(jié)束后打印條碼并提供給用戶，完成存車動作之后，空車位數(shù)量減1。整個存車流程如圖5所示。

系統(tǒng)取車流程：啟動系統(tǒng)之后，車主取車時需要點擊觸摸屏，需要把條碼對準(zhǔn)讀碼器，系統(tǒng)自動掃碼并進行掃描，系統(tǒng)會轉(zhuǎn)換到取車流程，識別取車任務(wù)是否完成，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，要聯(lián)系工作人員及時檢查，車主取車之后，空車位數(shù)量減1。整個取車流程如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)取車流程

3 智能立體停車庫系統(tǒng)設(shè)計

3.1 智能立體停車庫系統(tǒng)整體架構(gòu)

智能立體停車庫系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖7所示，主要由操作單元、工作單元等構(gòu)成。

圖7 停車庫系統(tǒng)整體架構(gòu)

本設(shè)計采用西門子可編程控制器S7-1215C。將SM1221DI16x3，SM1222DQ16x1作為本控制器的擴展單元。S7-1215C的通信接口與讀碼器等多類外部設(shè)備相連接。本設(shè)計方案通過Profinet I/O通信接口進行Profinet通信，此通信方式的優(yōu)勢主要表現(xiàn)為硬件設(shè)施投入少、不需要采用其他通信模塊、調(diào)試便捷、性能穩(wěn)定等。

3.2 停車庫系統(tǒng)電機控制

本文控制電機由變頻器進行控制，以實現(xiàn)電機啟停、正反轉(zhuǎn)及速度的調(diào)節(jié)。以軌道平移行走機的電機為例，其控制原理如圖8所示，交流接觸器KM2實現(xiàn)平移行走機的電機運行。本文的智能立體停車庫控制系統(tǒng)分別由5個三相交流電機同步協(xié)調(diào)運行，圖8中交流接觸器KM2能控制平移行走機電機，分別由交流接觸器KM4，KM6，KM8和KM10對升降機、搬運器平移、升降、梳齒伸縮進行控制，由此實現(xiàn)對相應(yīng)電機控制，其控制原理與圖8類似。

圖8 電機控制原理

3.3 觸摸屏界面設(shè)計

為了方便車主直觀地存取車，立體停車庫控制系統(tǒng)采用觸摸屏進行操作。如圖9所示，其主界面能夠清晰顯示空位數(shù)量，該界面也會顯示其他信息，類似于取車、存車信息等。通過車位信息界面，人們能夠快速準(zhǔn)確地了解車位停車現(xiàn)狀。通過點位監(jiān)控界面可以實時了解I/O口狀態(tài)，需要注意一點，本界面為管理員界面，一旦機器運行出現(xiàn)了故障、異常等，管理員登錄系統(tǒng)之后能實時了解I/O點的運行情況，而且可以通過狀態(tài)監(jiān)控界面了解車輛狀態(tài)、變頻器運行等情況。管理員能夠通過通信和傳感器界面及時發(fā)現(xiàn)通信故障，有助于快速有效地處理問題。

圖9 監(jiān)控系統(tǒng)界面

4 結(jié)語

智能立體停車庫可以節(jié)約停車時間，優(yōu)化停車空間，有效解決了城市中停車難問題，因此建立智能立體停車庫管理控制系統(tǒng)已成必然趨勢。本文根據(jù)智能立體停車庫控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，提出了基于PLC的設(shè)計方案。不同于傳統(tǒng)立體停車庫系統(tǒng)，本系統(tǒng)信息存儲能力強、管理功能豐富，能高效處理數(shù)據(jù)，用戶訪問時間得到了有效縮短。