基于PLC的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)自動(dòng)控制

張桂香 耿長(zhǎng)清

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，河南 鄭州 450052)

0 引言

隨著汽車(chē)和各類(lèi)建筑物數(shù)量的不斷增加，傳統(tǒng)的單層平面停車(chē)場(chǎng)已不能滿足停車(chē)的需求，“停車(chē)難”成了社會(huì)問(wèn)題。因此，建立新型的、占地少的立體停車(chē)庫(kù)，已成為當(dāng)今社會(huì)的迫切需求。立體車(chē)庫(kù)主要有升降橫移式、垂直循環(huán)式、水平循環(huán)式、垂直升降式等幾種類(lèi)型，國(guó)內(nèi)立體停車(chē)設(shè)備是以升降橫移類(lèi)為主，這類(lèi)車(chē)庫(kù)約占總量的80%以上[1]。

升降橫移式停車(chē)設(shè)備各層車(chē)架之間的高度僅按車(chē)體的安全高度設(shè)計(jì)，單車(chē)存放的平均占地面積和占有空間達(dá)到最小，且無(wú)需修建坡道和匝道，車(chē)體存取由載車(chē)板的移動(dòng)完成。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地少、投資少、布局靈活、組合方便、存取容易、操作簡(jiǎn)便。根據(jù)該設(shè)備設(shè)計(jì)的PLC控制系統(tǒng)提供多種保護(hù)，運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠[2]，設(shè)備的使用非常普遍。

1 工作原理及控制要求

1.1 工作原理

升降橫移式停車(chē)設(shè)備主要由組合式鋼結(jié)構(gòu)框架、用來(lái)承載存取車(chē)輛的載車(chē)板、升降和橫移傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及安全防護(hù)裝置等五部分組成。

升降橫移式停車(chē)庫(kù)的工作原理是利用載車(chē)板移位產(chǎn)生垂直通道，實(shí)現(xiàn)高層或地下車(chē)位升降存取車(chē)輛。每個(gè)車(chē)位都有載車(chē)板，所需存取的車(chē)輛通過(guò)載車(chē)板升降和橫移運(yùn)行到達(dá)地面層，駕駛員進(jìn)入車(chē)庫(kù)，存取車(chē)輛。停在地面的車(chē)輛只作橫移運(yùn)行，不需升降，上層車(chē)位或下層車(chē)位要通過(guò)中間層橫移空出車(chē)位，只有將載車(chē)板上升或下降到地面層，駕駛員才能進(jìn)入車(chē)庫(kù)把汽車(chē)開(kāi)進(jìn)或開(kāi)出車(chē)庫(kù)。這是一種多平面的空間立體車(chē)庫(kù)，它以單層平面停車(chē)庫(kù)為核心，通過(guò)上位機(jī)對(duì)車(chē)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理、監(jiān)控[3]。通過(guò)PLC控制來(lái)進(jìn)行車(chē)位的空間位置變動(dòng)，使車(chē)位實(shí)現(xiàn)由空間到平面的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)多層平面停車(chē)的功能。

對(duì)于N×M立體車(chē)庫(kù)，上下共有N層，每層有M個(gè)停車(chē)位，則第一層至第(N－1)層，每層有(M－1)個(gè)停車(chē)位，即每層各有一個(gè)空位，而第N層有M個(gè)停車(chē)位。車(chē)庫(kù)車(chē)位示意圖如圖1所示。第一層只能平移，第二層至第(N－1)層既可平移又能升降，第N層只能升降。當(dāng)?shù)谝粚榆?chē)位進(jìn)出車(chē)輛時(shí)，不需移動(dòng)其他載車(chē)板就可直接進(jìn)行車(chē)輛進(jìn)出;當(dāng)其他層車(chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，首先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方是否有空余位置，若沒(méi)有空余位置時(shí)，則要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直至下方有空位時(shí)才可進(jìn)行下降動(dòng)作到達(dá)一層，進(jìn)行車(chē)輛進(jìn)出。第一層也可位于地下，該層就有M個(gè)停車(chē)位，可平移也可升降;而第二層就變?yōu)榈孛嬉粚樱荒芷揭啤Ｒ韵略O(shè)計(jì)均以第N層全部位于地面為前提。

圖1 車(chē)庫(kù)車(chē)位示意圖Fig.1 The schematic diagram of the parking spaces in garage

1.2 控制要求

立體停車(chē)庫(kù)對(duì)控制系統(tǒng)中載車(chē)板的移位和報(bào)警控制均由可編程控制器(programmable logic controller，PLC)完成，具體控制要求如下。

①自動(dòng)操作：存取車(chē)時(shí)，只要按動(dòng)車(chē)位選擇按鈕，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前車(chē)庫(kù)存車(chē)狀況，自動(dòng)選擇調(diào)度方案，以最短的時(shí)間完成車(chē)輛的出入庫(kù)。

②手動(dòng)操作：在進(jìn)行程序調(diào)試時(shí)或車(chē)庫(kù)出現(xiàn)故障時(shí)，可以對(duì)車(chē)庫(kù)進(jìn)行此項(xiàng)操作，即對(duì)操作面板進(jìn)行上升、下降、左移、右移等操作。

③安全互鎖控制：立體車(chē)庫(kù)不允許因錯(cuò)誤動(dòng)作造成車(chē)輛損壞，所以必須有光電檢測(cè)等安全防護(hù)設(shè)施，用于及時(shí)檢測(cè)車(chē)庫(kù)信息，避免事故發(fā)生。

④高速、平穩(wěn)：為了縮短存取時(shí)間，要求傳動(dòng)裝置高速運(yùn)行，同時(shí)，要求傳動(dòng)裝置具有自動(dòng)加、減速功能，以保證安全、平穩(wěn)地啟動(dòng)和制動(dòng)。

系統(tǒng)的存取控制由PLC控制實(shí)現(xiàn)。對(duì)于車(chē)位較多的大中型立體車(chē)庫(kù)，系統(tǒng)擴(kuò)展一臺(tái)PC機(jī)作為上位監(jiān)控站。對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該P(yáng)C機(jī)主要用來(lái)實(shí)時(shí)顯示車(chē)位空、滿狀態(tài)，以及故障報(bào)警等信息。系統(tǒng)另設(shè)操作站，除正常的存取及車(chē)位選擇外，還可選擇手動(dòng)調(diào)試升降橫移動(dòng)作[4]。

在安全控制方面，在每車(chē)位的上、下、左、右動(dòng)作均采用機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)定位，并且上端設(shè)置防沖頂限位;另設(shè)防止人員誤入、限高檢測(cè)、停車(chē)到位等光電檢測(cè)信號(hào);采用電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)防墜落保護(hù);減速電機(jī)直接啟動(dòng)，加入過(guò)載保護(hù)、缺相保護(hù)、短路保護(hù)等安全保證措施;除操作站上設(shè)置急停信號(hào)外，在入口立柱上也安裝急停開(kāi)關(guān)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC輸入輸出設(shè)計(jì)

升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)的工作原理是利用載車(chē)板的移位來(lái)產(chǎn)生垂直通道，通過(guò)高層車(chē)位升降來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)位的存取，載車(chē)板的移位由PLC來(lái)進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)中，主控單元的控制對(duì)象首先是車(chē)庫(kù)內(nèi)的橫移小電機(jī)和升降大電機(jī)，控制系統(tǒng)用于控制它們?cè)诓煌瑫r(shí)間實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn);其次是車(chē)庫(kù)內(nèi)的輔助裝置，如聲光警示等。為了保證載車(chē)板能橫移、升降到預(yù)定位置，采用行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置檢測(cè);采用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)載車(chē)板上有無(wú)車(chē)輛、車(chē)輛到位與否、有無(wú)外界干擾等。

PLC 輸入輸出信號(hào)如圖2 所示[5－7]。

圖2 PLC輸入輸出示意圖Fig.2 The input/output of PLC

2.2 安全防護(hù)裝置

升降橫移類(lèi)機(jī)械停車(chē)系統(tǒng)具有以下安全防護(hù)裝置。

①急停開(kāi)關(guān)：當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，急停開(kāi)關(guān)能使停車(chē)控制系統(tǒng)立即停止運(yùn)行，緊急停止開(kāi)關(guān)一般設(shè)置在操作裝置上，按鈕為紅色。

②防止超限運(yùn)行裝置：停車(chē)設(shè)備在升降過(guò)程中，當(dāng)極限限位開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，上方或下方的超限位開(kāi)關(guān)能使設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，起超限保護(hù)作用。

③車(chē)輛超長(zhǎng)檢測(cè)裝置：一般采用光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)超過(guò)車(chē)輛預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，使設(shè)備不能運(yùn)轉(zhuǎn)或報(bào)警。

④阻車(chē)裝置：沿車(chē)輛進(jìn)入的方向，在載車(chē)板適當(dāng)位置上裝設(shè)高度大于25 mm的阻車(chē)裝置或其他類(lèi)似裝置。

⑤人車(chē)誤入檢出裝置：在停車(chē)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，能防止人、車(chē)誤入的裝置，一般采用光電開(kāi)關(guān)或柵欄。

⑥防止載車(chē)板墜落裝置：為保證車(chē)庫(kù)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，升降電機(jī)要求在斷電瞬間抱閘制動(dòng)，避免突然斷電時(shí)載車(chē)板滑落。防墜落裝置一般采用掛鉤形式，驅(qū)動(dòng)方式有電磁鐵驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)兩種。

⑦警示裝置：停車(chē)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用聲、光警示裝置提醒周?chē)藛T注意安全。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 存取車(chē)控制流程

整個(gè)存取過(guò)程自動(dòng)完成，控制流程圖如圖3所示。

圖3 存取車(chē)控制流程圖Fig.3 The flowchart of vehicle access control

在操作面板上選擇手動(dòng)模式，載車(chē)板的上升、下降、左移、右移的控制全部由人工進(jìn)行操控。

3.2 組態(tài)設(shè)計(jì)

在立體車(chē)庫(kù)PLC控制系統(tǒng)中，增加上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。利用上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信手段、數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示、多媒體技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)時(shí)接收和處理下位機(jī)PLC從現(xiàn)場(chǎng)采集的各種信號(hào)，并利用這些信號(hào)驅(qū)動(dòng)PC控制界面中的各種圖形，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況和車(chē)輛存取統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在操作員和停車(chē)庫(kù)之間構(gòu)造界面。該界面能對(duì)操作運(yùn)行和故障給出提示、報(bào)警等，從而實(shí)現(xiàn)安全、智能、方便的停車(chē)和管理[8－10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

為滿足車(chē)輛存取控制的需求，提出了一種立體車(chē)庫(kù)存取控制方法。綜合國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，升降橫移類(lèi)立體車(chē)庫(kù)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用小等優(yōu)點(diǎn)，占據(jù)了市場(chǎng)的主要地位。采用機(jī)電一體化技術(shù)的立體停車(chē)庫(kù)具有廣闊的市場(chǎng)前景，它必將成為解決城市交通困難的有效手段。

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