基于PLC技術的智能停車庫控制系統設計

鄺愛華 陳 卓

（鄭州市電子信息工程學校，鄭州 450007）

隨著城市車輛不斷增多，現階段出現了車輛停車困難、隨意停放等問題，造成了交通堵塞。為有效解決車輛停車困難的問題，借鑒立體停車庫結構靈活、占地面積小等優點，基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術開發設計了一套智能停車庫控制系統。該系統在應用過程中既可以極大提高停車庫的空間利用效率，又能保障智能停車庫的安全性[1]。所以，采用智能停車庫控制系統是未來緩解停車困難的一種新思路。

1 智能停車庫控制系統總體設計方案

在設計智能停車庫控制系統時，需要明確停車庫的控制器是利用升降橫向移動的傳動裝置，以實現將車輛在載車板精準移動到對應的目標車位。因此，針對智能停車庫控制系統可以將其劃分成上位機（PC）監控模塊、PLC（下位機）控制模塊、信號輸入模塊和信號輸出模塊4部分。其中，PC和PLC需要借助通信協議才能夠實現數據傳輸、傳遞。下位機利用PLC技術，實現對整個智能停車庫的控制。上位機部分實現了對PLC控制系統下發車輛存取的指令，同時實現實時監控智能停車庫運行狀況和數據存儲等。PLC控制系統連接整個停車庫的控制裝置、傳動裝置、傳感器以及聲光報警裝置等設備，保證了停車庫的安全。當控制系統接收到上位機給出的對應指令后，檢測光電開關、限位開關等傳感器信號后，判斷載車板目標位置，然后系統控制電機、升降機實現車輛的存取操作[2]。

2 基于PLC技術的智能停車庫控制系統設計及其實現

2.1 系統總體結構框架設計

設計的智能停車庫控制系統主要集合了橫向移動裝置、升降裝置和旋轉圓盤裝置，結合整體的支撐框架與載車板、PLC主控制系統（下位機）、PC、人機操作界面（上位機）以及安全保護措施等多個方面，如圖1所示。

圖1 智能停車庫控制系統整體框架示意圖

從圖1可以發現，通過PLC控制核心，可在PC和人機界面輸出相應的信息，也可以與變頻器實現雙向通信。變頻器借助電機實現裝置的移動變化。在實際工作過程中，不同類型的執行機構能夠簡化相關操作。此外，該控制系統還具備互鎖功能[3]。

2.2 智能停車庫硬件系統設計

2.2.1 PLC類型選擇及傳感檢測元件選取

首先，根據PLC控制系統的設計需求，需實現停車庫停車裝置的自動化，并保證其安全性和可靠性。本文選擇利用西門子旗下的S7-1500系列的PLC作為智能停車庫控制系統的核心。在輸入/輸出（Input/Output，I/O）混合模塊方面選擇EM233，通過檢測元件、變頻器，可以實現對PLC輸入端口或輸出端口的地址進行分配。其次，從對傳感器的選擇方面來看，需要滿足對車輛是否符合車位標準數據、載車板樓層停靠準確性、旋轉圓盤是否到位以及開關狀態等方面的采集。因此，此停車裝置選擇利用ITR-9606型號的光電開關和LXW5-11G3/FL的行程開關。最后，通過頻頻器和旋轉編碼器的選擇，利用編程端口和人機界面等實現了雙方通信，并進一步確保了數據采集和監控功能的有效性[4]。

2.2.2 PLC的控制原理

基于PLC技術設計智能停車庫控制系統，通過升降電機和橫向移動電機實現控制車位板。想要實現自動停車泊位分配功能，控制系統需要借助無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術實現，也可以利用垂直升降機、搬運機以及驅動設備3部分的協調合作實現車輛的自動存取功能。由PLC發出相關指令，在控制接觸器的通斷下觸發運動部件的運行或停止。這時只需要借助極限開關和光電開關既可以有效控制車輛位置。在智能停車庫控制系統設計過程中，I/O設計為全部開關量，使得PLC控制系統具有一定的抗干擾能力。因此，在系統應用過程中并不需要增添相應的抗干擾措施。

2.2.3 人機界面HMI設計

該硬件的設計在用戶的車輛駛入停車前，控制系統會自動將空閑車位調整到最底層，因此用戶無須進行人機接口（Human Machine Interface，HMI）操作。取出車輛時，則需要用戶在對應的HMI中將自己車輛對應的車牌號輸入搜索框，然后經過車牌識別系統檢測后向PLC驅動電機發出取車指令，以取出對應的車輛。需要注意，停車庫的車輛載板在運作過程中界面上會顯示“工作中”狀態，這時無法對界面進行相關操作。用戶可以通過HMI界面實時觀察車輛位置信息，從而更加直觀地了解停車庫的運行狀況[5]。

2.3 智能停車庫軟件設計

2.3.1 停車庫自動控制流程

軟件方面的設計能夠實現停車庫中的車位板自動移動到指定位置。一般面對該情況需要通過不同的條件實現車庫的自動控制功能，如圖2所示。

圖2 智能停車庫控制系統工作流程

用戶在觸摸屏上輸入對應的取車密碼，才能夠實現車位板的自動運動，從而完成對車輛的存取。借助按鈕操作選項，可完成一個完整的車位板移動。當在車輛存取過程中發生故障時，可以通過手動方式使車位板移動到對應的位置。如果車位板未移動到對應的位置，會直接導致系統停止運行。因此，面對該問題應當積極采取措施，并分析系統顯示的故障代碼，解決停車庫系統故障問題。

2.3.2 車輛存取控制系統設計

根據PLC技術進行控制系統設計時，為進一步確保PLC和人機界面的正常通信，應當加強對PLC控制系統參數的配置。智能停車庫控制系統的設計結合了PLC技術，因此可以通過不同的行程開關和光電開關實現對車位板等對應設備運行狀態的檢測，并利用接觸器等設備控制驅動電機的啟動和停止。在進行智能停車庫控制系統設計時，還需要加強對人員和車輛等方面的安全考慮。例如，在車庫中設置相應的急停開關，以便在車輛存取過程中出現故障時人員可通過急停開關及時控制車位板，使其停止工作，從而保障人員和車輛安全，為維護工作提供便利[6]。

2.3.3 自動診斷功能

為保障智能停車庫的安全性和可靠性，在進行控制系統設計過程中，PLC控制模塊中融入了多個傳感器設備，使其能夠自動檢測停車庫的硬件狀態，并將檢測結果傳輸到對應的控制器中。PLC自動診斷功能設計流程，如圖3所示。

圖3 自動診斷功能設計示意圖

2.3.4 短信預約及智能刷卡系統設計

短信預習系統的設計為不同用戶提供了便利服務，使得用戶通過短信方式就能夠提前預約停車庫的停車位。停車庫控制系統的上位機響應后，會向用戶手機發送一條預約成功的短信，反之則會提示用戶車位已滿。在智能停車庫控制系統中，智能刷卡系統的設計主要起到了智能收費和門禁的作用。用戶需要存車時，只需要接觸集成電路（Integrated Circuit，IC）卡即可在停車庫的入口讀卡機感應區刷卡，并完成車輛入庫時間登記，同時車庫外的柵欄會自動升起，用戶將車輛駛入車庫即可。取車時，同樣利用IC卡，在停車庫入口完成系統對卡號的識別，然后系統會自動進行停留時間、繳納金額等方面的計算，完成車輛取出。可見，該系統的設計使得停車庫的管理工作變得更加智能與方便。

2.3.5 自動報警系統設計

自動報警系統在智能停車庫中至關重要。當用戶車輛存取操作出現故障時，通過對應的報警按鈕，點亮故障指示燈，可及時提醒工作人員分析和處理故障。當車庫管理工作人員接收到對應的故障提示后，可以通過關閉按鈕關閉報警器。故障問題得到解決后，報警燈會自動熄滅。

2.3.6 斷電保護系統設計

斷電保護系統的設計主要是由于智能停車庫控制系統在設計過程中擁有的設備共同組成了一個有機整體，導致不同系統之間出現了連續性的工作循環。當車庫出現掉電情況時，想要再次啟動，需要將所有正在運行狀態的系統全部恢復到掉電之前的狀態，并在完成整個車輛存取過程后重新回到原來的位置。因此，在智能停車庫控制系統的主控制系統程序的設計過程中，可以設計斷電保護系統，將對應PLC系統數據寄存到系統內部的寄存器設備中。等到車庫恢復正常供電后，系統會提示并詢問管理員是否進行掉電后恢復處理工作，從而為車庫運行提供安全保障。

2.4 上位機監控系統設計

結合智能停車庫控制系統的控制要求，該車庫需要通過上位機實時監控停車庫的內部情況。選擇監視與控制通用系統（Monitor and Control Generated System，MCGS）觸摸屏上位機，不僅操作簡便，還具備完善的功能，可以實現和工業設備的雙向通信。在以太網和下位機的作用下，兩者之間的數據同步，完成車輛的存取指令傳遞和動畫顯示功能，實現對智能停車庫實際運行情況的實時控制、管理以及監控[7]。

2.5 系統仿真分析

為測試基于PLC技術設計開發的智能停車庫控制系統的可行性和穩定性，在實現該控制系統軟件和硬件方面的設計后，對該停車庫控制系統的設備進行調試，借助仿真模擬軟件實現了對該智能停車庫控制系統的仿真模擬、調試以及PLC控制程序的編譯。從上位機編譯的結果來看，它并不存在錯誤和警告顯示，驗證了PLC控制上位機設置和軟件編寫的正確性。通過仿真軟件對系統進行測試，在測試過程中利用輸入變量隨機改變試驗。結果發現，停車庫中存在的非空閑車位的占用狀態得到了準確顯示，而空閑車位在顯示器中顯示出初始閑置狀態，說明智能停車庫控制系統能夠有效、穩定地實現對停車場車庫中車位的正確選擇和車輛存取等方面的操作控制[8]。

基于PLC技術設計的智能停車庫控制系統，不僅有效解決了操作方面的延時問題，還優化了車輛存取的智能控制過程，一定程度上緩解了停車難問題。

3 結語

針對當前城市停車困難的問題，基于PLC技術開發設計了一套智能停車庫控制系統。該系統基于西門子S7-1500 PLC等硬件，不僅簡化了車輛存取流程，還進一步提高了停車庫控制系統的智能化和自動化水平。利用HMI技術使得用戶操作和管理人員對停車庫的維護變得更加直觀、便捷，有效緩解了停車困難問題，實現了智能化泊車。此外，系統在設計過程中設計了自動與手動兩種控制模式，在軟件和硬件的作用下，提高了系統的安全性。仿真試驗證明，該智能停車庫控制系統的設計不僅實現了車輛存取和車位的有效管理，還在一定程度上改善了停車困難現象。