關于多層立體車庫控制系統的設計

宋建濤 魏大慧 王大中 崔浩然 伍紹杰

摘要：本次以升降橫移式的多層立體停車場為研究對象，研究其主體結構以及被控對象的功能需求，通過對PLC系統控制的軟件與硬件方面的分析，了解多層立體停車庫的存取車原理，從而設計適宜方案，利用組態王軟件監控仿真存取車輛的過程，直觀展現其操作流程。

關鍵詞：升降橫移式;PLC系統控制

1 多層立體停車庫控制系統的總體設計

1.1 多層立體停車庫的方案分析

升降橫移式的多層立體停車庫是以X x Y的矩陣為建立基礎，根據這個特點，在設計時將包含多個列和多個層，Y代表列數，X則表示停車庫的層數，P代表車輛數。所以通過這個規則我們就可以得到多層立體停車庫所能容納的車輛總數為：P=X×Y-（X-1）

1.2 多層立體停車庫的設計流程

（1）研究多層立體停車庫的種類，明確多層立體停車庫的工作流程，確定其控制需求以及相關控制的方式，最后得出多層立體停車庫電氣控制系統的計劃。

（2）確認了其控制系統設計的大致方向后，將從硬件軟件兩個方面進行深入的研究工作。

硬件方面：當明確了相關控制器的型號之后，開始進行PLC的I/O地址分配，以及設計外部連接線路圖。還應該設計自動報警電路、手動、自動控制電路與主電路等相關適配功能電路。

軟件方面：采用模塊化的開發方式，要求所設計程序可供后期調試，其內容含有初始化模塊，相關主模塊，傳送板的復位以及車輛的自動存取功能模塊，運行顯示可視化模塊。

1.3 多層立體停車庫的總體設計

為了彌補PLC在處理大型數據以及文字處理方面的缺陷，以及為了更好的的管理與維護控制系統，同時為了實現網絡化的管理以及通信，系統采用上位機與下位機組合的形式，上位機包括MCGS工控軟件、管理軟件以及PC顯示端，包括調度傳送板的動作的控制算法，下位機則以PLC負責現場前端控制，每個傳送板上還安有獨立控制器，負責將信號反饋給控制端并及時執行控制端的指令。兩者的通信通過串行通信進行實現。

升降橫移式多層立體停車庫可以分成多個子系統，包括管理系統、控制執行系統、監測系統、上位機操作管理系統、顯示儀器、PLC控制系統等。如圖1-1。

1.4 多層立體停車庫電氣控制的設計

在本論文的研究過程中，依據多層立體停車庫的結構特性，系統的便利性、可靠系數以及安全系數都需要放在設計的首位，如果僅從運算的速度以及精度來考慮，單片機已經可以達到基本要求，不過因為該系統涉及大量外部電路，會引入部分干擾因子可能會令系統運行出現錯誤，所以可編程控制器PLC在這一點上優于單片機，從現場應用方面來說，PLC集合了PC、自動化以及數據通信等多方面的技術，穩定系數較高，在工業控制中擁有很大的優勢并且在現場控制中發揮重要作用，適合在一些對安全性要求較高的控制系統中進行使用。

2 多層立體停車庫控制系統的硬件設計

2.1 多層立體停車庫中PLC的工作過程

PLC的工作方式是周期循環式，當一個周期運行結束后就馬上進入下一個周期，任何一個周期都必須含有采樣輸入，程序執行以及輸出刷新三個部分，其特點是可靠系數高、抗干擾能力好、但反映速度較慢。

（1）采樣輸入

此階段PLC將按照預先順序從信號輸入點讀取所有信息并且存儲在相應的區域內，當全部信息采取完畢后，則開始進行下一階段，并且存儲下來的輸入信號將不會改變，運算結果將被存儲在新的空間當中，這樣增加控制系統的穩定性。

（2）程序執行

此階段PLC通過獲取用戶的程序結構掃描其中的每一條控制線路，再根據運算邏輯判斷系統內部儲存區域的狀態，進行計算，判斷是否有特殊功能指令，然后按照邏輯順序運行，最后進行鎖定。

（3）輸出刷新

此階段PLC將根據控制系統所存儲的數據來刷新輸出電路，以進行對外輸出。

以本論文研究對象為例，本系統的I/O信息點的數量類型已經由可編程控制器與計算機操作端共同決定，系統擁有24個輸入點以及16個輸出點共計40個輸入輸出信息點。

本系統中PLC主要用于管理車位上在傳送板的位置，監測運作情況，存車取車等。系統設計的核心在于對輸出點的分配，當車輛進出時，控制界面可以實時顯示信號輸出，其中最主要的是車輛的移動路徑以及拖勾的負重程度，當拖勾的正常使用時負重顯示為零，當負重加大時說明可能出現故障，應及時關閉系統并且報修，其他的輸入輸出端口地址分配是復位開關、緊急按鈕的設置、車位指示燈的控制。

2.2 升降橫移裝置的運行方式

整個多層立體停車庫依靠傳動裝置來移動車輛，其中包括橫縱兩個方向，通過此傳送組合可以將車輛傳送至任意指定位置，以本系統為例，當用戶將車輛開進最下一層時，此時車輛停放在任意位置，當系統收到復位指令時，橫向傳送裝置將開始運轉，將車輛上方的第二層傳送板移開，車輛在通過縱向裝置移動至第二層，若第三層還有空位，則可根據后續指令繼續移動，需要注意的是，此系統中的第二三層必須留有一個空余車位用作中轉作用。

2.3 位置監測系統和控制系統原理

當系統檢測到入庫車輛已正確停放時，才能夠進行橫向縱向的傳送，為了實現這一目的，要使用相應的位置檢測裝置，通常使用限位開關，安裝在停車位的地板上，當車輛第一次觸碰時限位開關進行閉合然后松開，當車輛第二次觸碰時再一次松開閉合，同時車輛前部會觸碰車位安裝的另一組限位開關，發出相應的信號，當控制系統收到規定次數信號之后才認為車輛已停放完畢，允許進行后續操作，當車輛離開停車庫時則操作相反，利用這一檢測裝置，系統能夠有效避免錯誤的啟動操作。

電動機的正反轉切換是該系統電機操作的重點，目標是使傳送車輛可以及時減速停放在指定位置，并且為了使傳送板能夠勻速平穩的運行。以本系統為例，需要在第一層中安裝兩個橫向傳送電動機，二層每一個傳送板下安裝兩個電動機分別負責橫向以及縱向傳送，三層則需要在每一個傳送板下安裝一個縱向傳送電動機，并且每一個電動機需要配置一個變頻器作為控制裝置。水平控制電機如圖1-2所示。

（作者單位：吉林建筑大學）