基于PLC的立体车库控制系统稳定性研究

基于PLC的立体车库控制系统稳定性研究

李建国1 孙海江2 倪红宾3

杭州诺力智能机器有限公司 浙江省杭州市311199

杭州西子智能停车股份有限公司 浙江省 杭州市3116002

田中电子（杭州）有限公司 浙江省杭州市 3100183

摘要：随着科技的发展和人民生活水平的提高，各种交通工具正在不断更新升级，满足人民的需要。作为出行的主要工具之一，汽车的发展和应用一直备受人们瞩目。随着生活中汽车数量的不断增多，停车难的问题也日益凸显。如何科学合理地设计停车场地，提高车库容量，不但能方便快捷地服务于车主，还能提高土地的使用率和配套资源的利用率，进一步节约社会资源和经济成本。基于 PLC 控制设备，介绍智能立体车库自动控制系统设计方案，此系统可基本满足智能立体车库自动控制需求，在增强智能立体车库使用效果的同时，也符合目前城市静态交通系统的发展趋势。

关键词：立体车库；控制系统；PLC  

随着我国城市化进程与汽车工业的蓬勃发展，人们对生活质量的要求不断提高，汽车成为人们日常出行的主要交通工具，这也使得我国汽车保有量不断创出新高。与此同时，城市中的停车位数量与汽车保有量相比存在很大缺口，交通阻塞、停车一位难求问题十分严峻，现有的立体车库存在自动化程度低、排队时间长、管理维修困难、对地形限制要求高等缺点，能源消耗低、适应性强、空间利用率高、自动化水平高的车库是未来车库发展的方向。随着科技的进步，自动控制技术、计算机技术等众多高新技术的不断研发和完善，使得立体车库还有拥有巨大的发展空间。针对现有立体车库存在的缺陷，进行改进和完善，设计了基于PLC 的智能立体车库控制系统，以提高立体车库的智能控制水平。
一、立体车库定义及分类

立体车库也叫做机械式立体停车设备、机械式立体车库，是用来大量存放汽车的机械或机械设备系统，是一种应用机械、电子等众多技术的机械设备[1]。机械式立体车库存在多种结构形式，根据国家标准 GB/T 26559按照工作原理的不同将机械式立体车库分为八大类，分别是升降横移式、垂直循环式、多层循环式、水平循环式、平面移动式、垂直升降式、简易升降式、巷道堆垛式立体车库。

二、立体车库控制系统构成

为了适应形状大小各不相同的汽车停放,同时便于后期调整立体车库的停车规模,此次选用升降横移式立体车库,即通过载车板将车辆升降移动进入停车通道,本文设计的升降横移式立体车库为3层4列停车位,全部使用地上建造,以便适用更多类型的车。考虑到大型的轿车长为5500mm,宽为1800mm,高为1500mm,同时载车板需要装升降、横移机、皮带、锁紧卡扣,以及预留车主上下车时的空余位置,因此设计的车位长5600m,宽2500mm,高2000mm。升降横移式立体车库主要由机械本体、检测系统、控制系统组成。其中,机械本体部分包含由框架结构、升降机构、横移机构及防坠落安全装置组成。检测及控制系统包含车牌视觉识别模块,控制载车板运动的驱动电机、变频器及制动抱闸装置,用于车位检测的光电传感器、压力传感器及限位开关,供车主选择停车选择、车位状态监测的人机交互界面(HMI)及信号指示灯等。控制部分采用可编程控制器(PLC)作为主控制器,用于采集、分析、处理各种传感器信号及触摸屏上的用户存取车命令。根据各部件的功能及控制流程,将各个部件之间用对应的数据传输协议进行通信。立体车库升降装置、横向移动装置以及旋转圆盘装置等控制执行设备的具体移动路径均已固定，设计中通过PLC 控制设备实现相关控制执行设备的自动化控制。

三、PLC智能立体车库自动控制系统

1、系统硬件设计。硬件设备选型包括 PLC 选型、 传感检测元件选型以及变频器和旋转编码器选型。

（1）PLC 选型。PLC 选用西门子公司生产的 S7-300 型PLC， 并将 I/O 混合模块和 CPU 分别确定为 EM223 模块和 226CPU。具体设计中，PLC 需要根据检测元件、变频器等设备的数据输入、 输出等需求合理实施端口地址分配，以保障设计后的系统功能达到效果。

（2）传感检测元件选型。根据系统数据需求，确认传感器采集数据主要包括车辆停泊标准数据、楼层停靠标准数据、旋转圆盘标准数据、开关限位器运行数据等。相关传感器主要选用 ITR-9606 红外线光电开关和 LXW5-11G3/FL行程开关。

（3）变频器和旋转编码器选型。为实现控制适配，变频器同样选用西门子公司生产的 SINAMICS G120 型变频器，旋转编码器则选用 360P/R 增量型旋转编码器。

2、系统软件设计

（1）软件设计方案。基于 PLC 的智能立体车库自动控制系统涉及的软件程序主要包括主程序、中断程序以及子程序。其中，主程序主要负责系统功能初始化、系统数据信息扫描以及系统过程任务自动存取等诸多功能任务。中断程序主要负责实现安全保护、系统急停、手动故障检修、监控报警等多种安全性功能。子程序主要用于实现车位计数、满位信息以及旋转归位等功能。根据系统控制功能要求，具体设计中将系统分为自动控制软件、手动控制软件以及监控报警系统 部分。

（2）自动控制软件设计

系统自动控制软件主要用于自动存取车功能，软件执行过程中根据功能具体操作，可分为车位选择、自动存车/取车以及停车装置自动控制等。

车位选择。系统初始化后，用户可通过人机交互界面选择需要执行的系统功能，包括存车、取车 2 种功能，用户选择功能后，系统自动执行存车或取车操作。在此过程中，系统会自动检验各停车位是否有汽车停靠，停车位运转时所需要执行的横移、升降、选择等操作，涉及的数据包括停车位编码、停车板运行位置、停车板状态、车位横向坐标、车位纵向坐标等，相关数据均会存储至系统储存器，操作人员可通过历史数据分析和查看数据。

自动存车/取车。在存车过程中，用户需要连续执行两次人机交互界面触摸操作。第一次操作为用户在人机交互界面中选择存车功能后，系统自动控制停车装置下降至地面，此时用户可驾驶车辆至车位，确认汽车停至预定位置后，用户再次触摸人机交互界面的“确认存车”功能，系统自动启动阻车模块，控制车位执行升降、横移、旋转等一系列存车操作，并将存车数据保存至储存器 ，用于取车时数据对比分析。取车过程中，操作过程与存车过程的实际操作指令基本相反，PLC 可在用户选择需取出车辆后，自动执行取车控制操作。

（3）手动控制软件设计。系统手动控制软件主要用于系统首次运行时的手动功能调试以及系统故障时的手动检修使用。具体系统手动控制功能包括车位横移、车位升降以及车位旋转控制等。具体软件执行过程中，操作人员需要手动初始化处理系统功能，然后根据车位要求，确认是否需要实施车位横移、车位升降以及车位旋转操作，相关操作可依次实施，也可以相互独立实施。若在功能实施过程中出现功能执行不正常情况，则系统自动触发报警程序，通知操作人员系统存在故障问题，并在人机交互界面反馈故障信息，以便于实现系统故障问题的快速检修。

（4）监控报警系统设计。系统设计中监控报警子系统极为重要，其设计成效直接决定停车装置在自动控制模式和手动控制模式下的运行稳定性及安全性。在具体运行中，红外传感器会实时采集测量停车尺寸标准、各元件运行数据，相关数据会传输至PLC，由 PLC 实现采集数据与预设数据的匹配对比。若发现数据超出限值情况，则系统自动发出报警信号，紧急制动停止电机运行，并在人机交互界面显示故障情况。具体应用中，根据控制模式的差异，监控报警系统也分为手动控制模式和自动控制模式两种情况。当监控报警模式运行时，系统会自动检测当前控制模式。

基于 PLC 的智能立体车库自动控制系统设计方案，该设计主要包括硬件系统和软件系统两部分，为方便操作，设计中还引入组态王软件实施人机交互界面组态设计。经应用测试后，确认可基本满足立体车库自动控制功能要求，可在后续智能立体车库自动控制系统应用。

参考文献：

［1］景思伟,陈梦婵.基于 PLC 的智能立体车库控制系统软件设计及存取 车优化设计［J］.数码设计（上），2021（5）：33.