基于PLC的立體車庫自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：本文在研究立體車庫的發(fā)展技術(shù)與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)升降橫移式立體車庫進(jìn)行了研究，完成了升降橫移立體車庫的電氣設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了車輛的準(zhǔn)確存取功能。并能夠檢測車位信息，對(duì)車庫的存取狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，完成自動(dòng)收費(fèi)，在突發(fā)情況下可以打到手動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)存取車過程安全、迅速，車庫的建立減緩了車輛的增多給停車空間的需求帶來的壓力。

關(guān)鍵詞：PLC設(shè)計(jì) 立體車庫 自動(dòng)收費(fèi)

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）0003-02

1 立體車庫硬件設(shè)計(jì)

1.1 升降橫移立體車庫簡介

升降橫移立體停車庫車位結(jié)構(gòu)為2維矩陣形式，可設(shè)計(jì)為多層、多列。由于受收鏈裝置及進(jìn)出車時(shí)間的限制，一般為2～4層（國家規(guī)定最高為4層），以2、3層者居多，可根據(jù)泊車的多少?zèng)Q定停車庫的規(guī)模。車庫可設(shè)在地上，也可設(shè)在地下，或一半設(shè)在地下一半設(shè)在地上。其鋼結(jié)構(gòu)框架按一定規(guī)格的分格單元進(jìn)行組合，可縱向延伸、分段集中控制，也可橫向并列，分排單獨(dú)控制。車庫組合布置的不同形式可適應(yīng)不同場地條件的需要，配置非常靈活。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層都必須預(yù)留一個(gè)空車位，供進(jìn)出車升降之用。當(dāng)?shù)讓榆囄贿M(jìn)出車時(shí)，無需移動(dòng)其他托盤就可直接進(jìn)出車；中間層、頂層進(jìn)出車時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車動(dòng)作，進(jìn)出車后再上升回到原位置。

升降橫移停車庫利用載車板移位產(chǎn)生垂直通道，實(shí)現(xiàn)高層車位升降存取車輛，全部邏輯過程均由PLC進(jìn)行控制。地面以上布置的升降橫移立體車庫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。除頂層外，中間層和底層必須預(yù)留一個(gè)空車位，供進(jìn)出車升降之用。當(dāng)?shù)讓榆囄贿M(jìn)出車時(shí)，無需移動(dòng)其他托盤就可直接進(jìn)出車；中間層、頂層進(jìn)出車時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車動(dòng)作，進(jìn)出車后再上升回到原位置。其運(yùn)動(dòng)總原則是：升降復(fù)位，平移不復(fù)位。

1.2 車庫外觀圖設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙層8車位升降橫移式立體車庫，根據(jù)車庫的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)車庫的車位如表1所示。

其中0號(hào)車位僅做一層車位橫移用，不用來存放車輛。車庫運(yùn)行規(guī)則：1～4號(hào)車位只能左右移動(dòng)，不能上下移動(dòng)；5～8號(hào)車位只能上下移動(dòng)，不能左右移動(dòng)。下排車位上的汽車可以直接開出；上排車位的汽車需要先降到下排車位才能開出，若下排車位有車，需要先讓出車位給上排車位。

1.3 PLC原理圖設(shè)計(jì)

PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其輸入大致有：電源按鈕、傳感器、行程開關(guān)、光電開關(guān)、操作面板按鈕；輸出大致有：指示燈、數(shù)碼管、閘門、升降電機(jī)、橫移電機(jī)。根據(jù)輸入、輸出要求，PLC的控制原理圖如圖1，2所示。

該系統(tǒng)中PLC主要完成對(duì)載車板、車輛位置及運(yùn)行狀態(tài)的檢測和存取車的操作。用各種光電開關(guān)、行程開關(guān)檢測位置狀態(tài)，用接觸器、繼電器控制拖動(dòng)電機(jī)的起停。

對(duì)車位的操作即控制橫移小電機(jī)和升降大電機(jī)，使它們?cè)诓煌瑫r(shí)間實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。而且上層升降動(dòng)作和以下各層的橫移動(dòng)作必須是互鎖的，即當(dāng)上層泊位在升降時(shí)，下面各層泊位不能移動(dòng)，反之亦然。并且上層泊位每次只能有一個(gè)泊位進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)。

為了保證存取車可靠安全，系統(tǒng)要精確定位。行程開關(guān)的設(shè)置保證了載車板能平移到預(yù)定位置以及載車板能上升或下降到準(zhǔn)確位置，但行程開關(guān)邏輯要嚴(yán)格互鎖。例如1、2號(hào)車位水平限位開關(guān)在靜態(tài)情況下只能有一個(gè)是斷開的，如果2個(gè)以上開關(guān)閉合即表示載車板不到位。

安裝在進(jìn)口處的光電開關(guān)可以檢測車輛的到來，如果車位已滿，閘門將拒絕打開；安裝在出口的光電開關(guān)可以檢測車輛的到來，并自動(dòng)打開閘門，讓車輛出去。安裝在各個(gè)車位的光電開關(guān)，可以檢測車位上車輛的有無。

1.4 控制面板設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)控制面板的設(shè)計(jì)如圖2所示。

控制面板上的數(shù)碼管，可以準(zhǔn)確顯示車庫車輛的存放情況，顯示出車輛將要存放的車位號(hào)，若車庫已經(jīng)存滿車輛，數(shù)碼管將不顯示任何數(shù)字。紅、綠、黃、粉四個(gè)指示等能顯示出車庫的運(yùn)行情況：紅燈閃爍代表進(jìn)車模式，綠燈閃爍代表取車模式，黃燈代表手動(dòng)控制模式，粉紅色燈閃爍代表系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài)，紅色燈在系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài)時(shí)能代表車位已經(jīng)滿，綠色燈則代表車位還有剩余。手/自動(dòng)切換開關(guān)可以切換車庫的運(yùn)行狀態(tài)。

2 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 PLC型號(hào)的選擇

I/O點(diǎn)數(shù)的確定：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，其輸入大致有：傳感器、行程開關(guān)、光電開關(guān)、操作面板按鈕；輸出有：指示燈、數(shù)碼管、閘門、升降電機(jī)、橫移電機(jī)。經(jīng)過計(jì)算，輸入點(diǎn)大致需要30個(gè)左右，輸出點(diǎn)需要30個(gè)左右。選定PLC根據(jù)控制系統(tǒng)的需求，選定PLC型號(hào)為FP1—C72。控制系統(tǒng)I/O地址分配根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求及選定的PLC型號(hào)，確定系統(tǒng)的輸入輸出I/O地址分配。

2.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

2.2.1 控制程序流程圖

該系統(tǒng)存取車控制只針對(duì)上層（2層）車位，而對(duì)于下層車位，存取車直接開進(jìn)開出即可。控制軟件采用梯形圖語言編寫。程序流程見下圖（圖2）。

在設(shè)計(jì)不同層進(jìn)出車程序時(shí)運(yùn)用了“并行分支與匯合”的技巧，所謂并行分支指的是各分支流程可同時(shí)執(zhí)行，待各流程動(dòng)作全部結(jié)束后，根據(jù)相應(yīng)執(zhí)行條件，匯合狀態(tài)動(dòng)作。即選擇第2層進(jìn)出車，可以使一層同時(shí)平移（左移或右移），這樣，控制系統(tǒng)能自動(dòng)處理設(shè)備動(dòng)作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出，而且控制系統(tǒng)的試運(yùn)行及故障檢查非常方便，可節(jié)約大量時(shí)間，提高工作效率（如圖3）。

2.2.2 各子程序設(shè)計(jì)

閘門控制程序設(shè)計(jì)要求：當(dāng)汽車到達(dá)閘門前時(shí)，若車庫內(nèi)有空車位，系統(tǒng)自動(dòng)打開閘門讓車輛進(jìn)入動(dòng)作平臺(tái)；如果停車位已滿，系統(tǒng)將拒絕打開停車場閘門。在車庫進(jìn)出口處各裝有一個(gè)傳感器X20、X21。當(dāng)有車進(jìn)入車庫時(shí)，X20檢測到實(shí)現(xiàn)加1運(yùn)算；當(dāng)有車出去時(shí)，X21檢測到實(shí)現(xiàn)減1運(yùn)算。這樣，當(dāng)車庫內(nèi)車輛未達(dá)到8輛時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在檢測到車輛時(shí)自動(dòng)打開進(jìn)口閘門；當(dāng)車庫內(nèi)車輛達(dá)到8輛時(shí)，系統(tǒng)將拒絕打開進(jìn)口閘門。

指示燈控制程序設(shè)計(jì)要求：紅色燈在系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時(shí)能代表車位已經(jīng)滿，綠色燈則代表車位還有剩余。利用閘門控制程序檢測到的車位情況即可實(shí)現(xiàn)該顯示。停車場的指示燈能夠自動(dòng)分辨系統(tǒng)當(dāng)前處于的控制狀態(tài)（紅燈閃爍代表進(jìn)車模式，綠燈閃爍代表取車模式，黃燈代表手動(dòng)控制模式，粉紅色燈閃爍代表系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài)）。

數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)要求：停車場的七段數(shù)碼管，能準(zhǔn)確顯示閘門前的車輛將要被停放到的空位的號(hào)碼。若車位已滿，七段數(shù)碼管將不再顯示數(shù)字。利用進(jìn)出口閘門處檢測的車位情況，即可很輕松地實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 存取車程序

因?yàn)?層存取車時(shí)可以直接開進(jìn)、開出，所以存取車程序的設(shè)計(jì)只針對(duì)2層車位。存取2層車位車時(shí)，需要保證其正下方車位無車，如果正下方車位有車，需要首先將該車位的車移開，然后才能完成存取車。取7號(hào)車位車的動(dòng)作為：3號(hào)車位車左移，7號(hào)車位車下降，開出7號(hào)車位的車，3號(hào)車位車復(fù)位。

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車數(shù)量迅速增長，停放車位緊張的問題也越來越突出，對(duì)立體車庫的需要越來越迫切。如何設(shè)計(jì)建造占地面積少、停放車輛多而且存取速度快的立體車庫已是現(xiàn)在許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)追求的目標(biāo)。因此，立體車庫的研究與設(shè)計(jì)是十分必要的。

隨著社會(huì)需求的提高，立體車庫的建立將會(huì)不斷的完善。可在本設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上添加煙霧傳感器、光柵模塊，實(shí)現(xiàn)車庫的防火防盜功能，未來車庫的研究設(shè)計(jì)會(huì)更加人性化。

參考文獻(xiàn)

[1]張強(qiáng)，劉懷興，陳嬋娟.數(shù)字量I/O卡在快速成型機(jī)多軸控制中的應(yīng)用[J].控制與檢測，2008，4（64）：64-70.