新型電動車智能車庫控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

李金佩，陳高麗，王 瑩，許洋洋

(鄭州工業(yè)應用技術學院，河南 新鄭 451100)

我國雖然在立體車庫設施中發(fā)展迅速，但還是以機動車停放的車庫為主，非機動車的車庫很少，停車矛盾日益增加。我們借鑒機動車立體車庫的經(jīng)驗，將它應用到電動車停車方面，解決了停車過程中電動車及車庫穩(wěn)定性、可靠性問題，使空間利用率得到了極大的提高[1]。

根據(jù)我國實際背景以及特定環(huán)境下的存取車，通過對PLC系統(tǒng)進行程序編寫，讓傳感器和升降橫移電機互相配合，設計一套電動車智能車庫，實現(xiàn)電動車的智能立體存放，充電以及管理的功能，最后利用組態(tài)軟件，進行模擬仿真，確?？梢哉＿\行。該設計可以更好的解決城市中電動車停車空間不足，亂停亂放的問題，還可以使電動車避免丟失或被盜。

1 智能車庫結(jié)構(gòu)及工作原理

該設計通過考慮實際情況，占地面積，技術難度等各個因素后，采用巷道堆垛類停車方式，車位框架為3*3結(jié)構(gòu)，搭建較為簡單，但是與之配套的升降橫移裝置功能較多，有些許復雜。車庫結(jié)構(gòu)主要由車庫框架，上下固定導軌，門架，水平傳送底座，升降存取臺，載車板，充電板，動力裝置等構(gòu)成[2]，如圖1所示。

車庫框架是通過鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，具有較好的抗壓抗震能力，用于電動車的存放與充電。傳送底座用于水平移動至相應位置。上下固定導軌的中間為門架，而升降存取臺固定在門架上，采用電機控制，用于車位上升與下降，對車輛進行存取操作。載車板是電動車的運輸載體，保證在運送過程中保持穩(wěn)定，不側(cè)翻，與車庫內(nèi)的充電裝置配合，完成電動車的充電。

車庫通電后，根據(jù)車位傳感器判斷所有車位的狀態(tài)，升降臺和傳送底座回歸初始狀態(tài)[3]。存取車流程如圖2所示：按下存車按鈕，選擇所需要停的車位，水平傳送底座和升降臺依次移動到位，伸縮桿伸出，電磁鐵通電動作，吸附載車板，縮回升降臺，移動至初始位，停車人員將電動車騎上載車板導向槽，并完成后輪鎖定，需要充電的話，便可將充電器和載車板插座連接好，撤離危險區(qū)域，按下繼續(xù)動作按鈕，載車板移動至原車位前方，伸縮桿伸出，將載車板歸位，電磁鐵不通電吸附，伸縮桿縮回，平臺回歸原位。在存取過程中，外圍警報燈會一直閃爍，提醒周圍人員進行避讓，不要靠近，以免發(fā)生意外。

智能車庫的存車過程如下：當人們需要存車時，按下存車按鈕，并選擇所需要停的空車位按鈕，通過裝置的水平和垂直移動，到達指定車位，伸縮桿伸出，電磁鐵動作，吸附載車板，將載車板移動到升降存取臺，返回初始位置，將電動車騎上載車板停好后，離開危險區(qū)域，按下繼續(xù)動作按鈕，再移動回指定車位，推入載車板，縮回伸縮桿，返回初始位置，完成存車流程；智能車庫的取車過程如下：當人們需要取車時，按下取車按鈕，并選擇所需要取車的車位按鈕，通過裝置的水平和垂直移動，到達指定車位，伸縮桿伸出，電磁鐵動作，吸附載車板，將載有電動車的載車板移動到升降存取臺，返回初始位置，將電動車駛離載車板，離開危險區(qū)域，按下繼續(xù)動作按鈕，再移動回指定車位，推入載車板，縮回伸縮桿，返回初始位置，完成取車流程。

2 智能車庫PLC控制系統(tǒng)設計

2.1 軟件設計的架構(gòu)

智能車庫軟件設計采用模塊化編程，程序由初始化模塊，存取互鎖模塊，存車模塊，取車模塊，跳轉(zhuǎn)等待模塊，警示模塊組成。PLC執(zhí)行程序時，總是順序的，由上而下的執(zhí)行，在需要存取車時，去調(diào)用存車模塊或者取車模塊的程序，并同時執(zhí)行著警示模塊。根據(jù)智能車庫的控制要求，實現(xiàn)車庫存取和可靠運行，合理的選擇控制和檢測方式，并對各個子模塊的程序進行詳細設計。

2.2 控制系統(tǒng)的程序設計

當按下復位按鈕或者設備斷電后初次來電，回歸平臺動作初始位置，完成存取車前的初始化操作。共有九個存車位，以1號車庫存車時為例，根據(jù)車庫內(nèi)的檢測光電判斷，當此車位有車時，中間繼電器M0.2動作，常閉觸點斷開，不能進行該車位存車；當此車位可以停放時，中間繼電器M0.2不動作，常閉觸點正常工作，然后跳轉(zhuǎn)到存車運動過程。為防止因誤操作同時按下兩個按鈕，在1號車庫按鈕后增加其他幾個按鈕的常閉觸點，形成一種保護。存取車部分程序如圖3所示。

取車時，以1號車庫取為例，根據(jù)車庫內(nèi)的檢測光電判斷，當此車位無車時，中間繼電器M0.2不動作，不能進行該車位取車；當此車位有車時，中間繼電器M0.2動作，常開觸點閉合，跳轉(zhuǎn)到取車動作過程。為防止因誤操作同時按下兩個按鈕，在1號車庫按鈕后增加其他幾個按鈕的常閉觸點，形成一種保護。

3 車庫監(jiān)控系統(tǒng)設計

3.1 組態(tài)與PLC的連接

組態(tài)軟件是種面向工業(yè)自動化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件，即SCADA軟件[4]。通過組態(tài)軟件，可以了解設備的運行狀況，增強生產(chǎn)控制能力，提高生產(chǎn)效率，減少成本的投入。企業(yè)還可以通過它對生產(chǎn)過程或狀態(tài)進行集中監(jiān)控，優(yōu)化管理環(huán)節(jié)。

首先，雙擊打開已經(jīng)安裝好的組態(tài)王6.55軟件，在上方菜單中選擇 “新建工程”，進入“新建工程向?qū)А?，點擊“下一步”，創(chuàng)建新的工程文件，然后點擊“瀏覽”，然后在我的電腦上選擇新建工程所在的地址目錄，再點擊“下一步”，根據(jù)工程需要，輸入相應的工程名稱和工程描述，點擊“完成”，完成創(chuàng)建，系統(tǒng)會彈出一個對話框，提醒用戶是否將新創(chuàng)建的工程文件設為當前工程來使用，點擊“是”，然后就可以在工程管理器界面看到我們所創(chuàng)建的工程文件“電動車智能車庫”，PLC型號選擇“S7-200系列”。根據(jù)窗口向?qū)瓿上嚓P配置設置并進行串口參數(shù)設置，雙擊“COM1”，在彈出對話框的“通訊參數(shù)”中，選擇相應的波特率，數(shù)據(jù)位等參數(shù)，“通信方式”為RS232，“通信超時”一般設為系統(tǒng)默認值[5]。

3.2 組態(tài)的界面設計與動畫連接

在工程瀏覽器界面，點擊“畫面”，然后左鍵雙擊旁邊的新建畫面，設置畫面名稱為“電動車”。通過工具欄的繪畫工具和圖庫，在“電動車”畫面上制作電動車智能車庫示意圖，如圖5所示。畫面左側(cè)為控制臺，由急停按鈕，復位按鈕，各車位存取按鈕與指示燈組成，右側(cè)為智能車庫的簡單示意結(jié)構(gòu)，由框架，電動車，載車板，門架和升降存取臺組成。

在組態(tài)王中，變量的集合形象的稱為“數(shù)據(jù)詞典”。數(shù)據(jù)詞典記錄了用戶設置的可以使用的變量的詳細信息。在數(shù)據(jù)庫中，單擊“數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)出現(xiàn)的變量中繼續(xù)向下添加新的變量，完成所有的變量添加。

動畫連接是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應關系，給圖形對象定義動畫，雙擊圖形即可彈出動畫連接對話框，進行一些命令設置。工程設置的圖形較多，但基本上都是水平垂直移動，按下時的命令語言設置，以“2車存”按鈕為例，在按下時添加一些命令語言，執(zhí)行“2車存”的功能指令以平臺為例，它主要是以水平運動，垂直運動為主，進行水平或垂直動畫連接設置。

3.3 系統(tǒng)仿真的調(diào)試與運行

在調(diào)試過程中，系統(tǒng)如果出現(xiàn)異常情況，例如按下時無反應，水平移動不到位，指示燈不能亮等，分析其造成錯誤的原因，一般是動畫連接中參數(shù)設置不當或編寫的命令語言有誤[6]。返回到開發(fā)系統(tǒng)，仔細檢查修改后再次運行。經(jīng)過多次仿真測試，左側(cè)控制臺存取車、急停與復位按鈕功能正常實現(xiàn)，指示燈顯示正常；右側(cè)水平垂直移動正常，距離合適。通過對各個存取車模塊，急停與復位模塊的測試，該電動車智能車庫可以正常運行，達到預期控制要求。

以存五號車庫為例，按下“5存”按鈕，便開始運動，平臺取下五號載車板，再回歸初始位置。將電動車騎上載車板，然后按下“繼續(xù)按鈕”，平臺將車存放到位，再次回歸原位，如圖4所示。

4 結(jié)語

文中分析了目前非機動車停放資源有限，結(jié)合機動車智能車庫研究現(xiàn)狀，提出了一種新型的電動車存取智能立體化車庫控制系統(tǒng)解決方案。采用西門子S7-200作為控制核心，連接電機與傳感器，并對I/O口進行分配，分析1～9車庫的存取步驟，描繪流程圖，繪制PLC的外部接線圖，設計人機交互界面，編寫運動機構(gòu)的 PLC控制程序，實現(xiàn)車庫的自動化操作，讓電動車的存取變的簡單靈活。使用組態(tài)軟件，創(chuàng)建工程文件，設計出智能車庫的監(jiān)控畫面，實現(xiàn)對運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，完成與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信要求。在實踐中可以考慮車庫存取流程的進一步優(yōu)化，根據(jù)使用人的使用習慣或者不同的時間節(jié)點，通過攝像頭或其他傳感器提前感知，提前進行移動，選擇車位，節(jié)省時間。