基于S7-200的五車位升降橫移立體車庫設計

東南大學成賢學院電子工程系　陳慧琴　陳玉林

?

基于S7-200的五車位升降橫移立體車庫設計

東南大學成賢學院電子工程系陳慧琴陳玉林

立體車庫已經成為解決城市停車難問題的重要手段和和發展趨勢。本文以二層五位的升降橫移式立體車庫為例，介紹了車庫系統結構、工作過程，重點闡述了基于S7-200為核心的控制系統的組成部分和軟硬件設計，實現了立體車庫的自動存取車、運行監控和故障報警等功能。

升降橫移立體停車庫；控制系統；S7-200；設計

1　引言

隨著經濟的發展和生活水平的提高，汽車走入了大多數家庭，成為了大多數人的代步工具，但城市化進程加快，城市土地資源越來越緊缺，大部分城市的空地日趨減少，停車困難已成為制約城市良性發展難題之一，傳統的平面式停車已經走入死胡同，向空中要車位，實行立體停車是大城市解快停車問題的必由之路。國內外立體式車庫經過多年發展，技術逐步成熟，主要有垂直循環式、水平循環式、升降橫移式、多層循環式等為代表的立體車庫，其中升降橫移式立體車庫具有構造簡單、操作便捷、穩定可靠、成本低廉等特點，市場前景廣闊。

本研究為兩層5車位升降橫移式車庫。一層只能平移車板，二層只能升降車板。升降橫移式立體車庫系統中總共有6個車位，其中一個是空位，提供車板的升降通道，其他5個車位擁有車板可用于存放車輛。一層車位有存車或者取車的信號時，不需要移動其他5個車板就可直接進行存車和取車處理。二層車位存車或者取車時，先要判斷其對應的一層位置是否為空，如果不為空，則要先對一層進行平移騰空處理，再進行下降處理到達下層，然后進行存取車，存取車完畢后上升復位。系統結構如圖1所示。

圖1　系統結構圖

2　立體車庫的組成

2.1控制部分

控制系統是存取車的控制中樞，是車庫自動化和智能化的核心。由控制單元和安全單元組成。控制單元負責控制車板的垂直升降和水平位移，分別使用升降電機和橫移電機。升降電機使用帶剎車的減速機，采用交流變頻調速；橫移電機采用減速機，確保系統運行穩定、定位精準，安全性高。安全單元是確保人員和車輛安全的輔助裝置。

控制系統由硬件模塊和軟件程序組成。控制系統工作方式設置為兩種：自動方式、手動方式。自動方式工作過程是，接收操作人員終端輸入的出入車庫密碼和車位號碼，系統根據設定的邏輯進行控制和操作，自動完成車板托盤的橫移和升降行動，當選取的車位到達一層車位時，客戶將車停到車板上，或從車板上取車，正常情況下使用自動方式。手動方式工作過程是，指操作人員通過終端單獨控制某一個運行動作，如某車位的升降動作或橫移動作等，主要在管理維護時運用。

2.2機械傳動單元

垂直升降傳動是車庫機械傳動單元的重要組成模塊，其功能是負責托盤及車輛的垂直位移。工作過程是在控制系統的控制下，通過升降電動機正反轉帶動齒輪、鏈條等裝置控制車板在一層車位和二層車位之間垂直上下移動。垂直升降傳動模塊主要由升降電動機、變頻器、齒輪和鏈條等部件組成。

水平橫移傳動的功能是負責車板的水平橫移。水平橫移傳動模塊主要由橫移電動機、變頻器、導軌、驅動輪和動輪等部件組成，主要負責水平橫移一層車板，為二層車板下降提供車位。如果要擴展為多層升降橫移式車庫，則除了頂層車板不需要橫移傳動外，其它各層車板均需要橫移傳動，為其上層的車板垂直位移提供位置。

2.3車庫鋼結構

立體車庫鋼結構框架是車庫的力量支撐部分，由承重鋼梁、軌道、車架、托盤等幾部分構成。主要功能是承載車重、設置車位和安裝機械傳動、電氣控制等單元及其它輔助設施設備。

3　控制單元模塊設計

3.1設備選型

控制系統是立體車庫的核心部件和設備，決定了車庫的工作效能高低、安全可靠程度。該系統必須具備科學合理、性能穩定、便于操作，自動化程度高等特點。控制系統主要由主機、接觸器、斷路器、限位開關、行程開關和光電開關等組成。本設計使用S7-200 CPU226 型 PLC 作為立體車庫控制系統的主控模塊，負責對立體車庫的自動化集中管控。

3.2功能組成

車庫控制系統由硬件模塊和軟件程序兩部分組成，系統整體架構如圖 2 所示。

圖2　系統整體架構圖

控制系統的控制單元的控制對象是橫移電機和升降電機，其工作過程是接收終端輸入的存取車的信息，在給定的控制邏輯下，通過改變電動機電源相序實現車板的垂直移動或水平移動。另外，控制系統安全單元模塊主要負責狀態自動檢測和安全設施控制。

車庫機械傳動過程特別是垂直傳動過程是比較容易出現問題的環節。在設計中，采用變頻器負責升降電機及減速裝置的調速控制，采用行程開關負責車板垂直和水平位移的位置定位，采用光電開關檢測車板空閑狀態。為了防止車位跌落，在二層車位上設置有防止車輛跌落系統，主要由電磁鐵和安全安全掛鉤兩個部分組成。安全掛鉤系統的工作邏輯為得電打開，掉電閉鎖，確保了在停電狀態下車位也不會因承力索斷裂而墜落。狀態檢測裝置功能是通過檢測信號實現車垂直、水平位移的精確定位和安全保障。

3.3PLC控制程序設計

控制模塊軟件程序的功能是負責車庫自動存取車的邏輯控制。軟件采用模塊化設計，主要分為初始化程序、控制主程序、安全輔助程序和故障報警程序等幾個部分。初始化程序主要是對硬件端口和狀態進行檢測，根據相應的結果轉到給定的程序。進出車輛時，如選取的一層車位，無需車板移動，司機可直接將車輛開進或開出車板，達到存取車輛的目的；如選取的二層車位，PLC 控制程序能根據所選取的二層的車位來判斷正下方一層車位是否空閑，如果空閑則控制傳遞機構使車板下降，如果不空閑，則控制一層車板移動，騰空正下方一層車位，然后控制相應傳動機構使車板下降，達到存取車輛的目的。一次存車或取車過程完畢后按下確認按鈕，系

統自動復位，等待下一次操作指令。

圖3　控制系統軟件程序流程圖

如車輛尺寸超過車板長度、重量超過車板承重，或存在其它的安全隱患時，系統會自動報警，并停止運轉，自動提醒排除故障。控制系統軟件程序流程圖如圖3所示。

4　結論與展望

本文采用西門子S7-200PLC作為控制核心，綜合運用了機械設計、機械傳動、自動檢測控制等多種技術，設計了雙層5車位升降橫移式車庫。該車庫科技含量高，操作簡單，性價比高，穩定性好，擴展性強，可滿足不同空間大小立體車庫設計需要，在我國立體車庫的應用和發展方面具有廣闊的市場前景和較好的經濟效益。

［1］美蓮，滕旭輝，熊光潔等.基于PLC的立體車庫控制系統設計［J］.微計算機信息，2009（25）:42-44.

［2］賀擁軍，楊承超，周緒紅等.立體車庫的結構形式及應用與發展［J］.建筑科學與工程學報，2009:31-34.

［3］馬紅麟.基于PLC控制的升降橫移式立體車庫的研究與設計［M］.智能建筑與城市信息，2007:85-89.

［4］劉屹巍.基于PLC的立體車庫控制系統設［J］.科學技術與工程，2011（9）.