王虎軍　馬殷元

(蘭州交通大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究所， 蘭州 730070)

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基于PLC的垂直升降式立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王虎軍馬殷元

(蘭州交通大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究所， 蘭州 730070)

摘要：垂直升降式立體車庫是解決城市中心停車難的有效方案。設(shè)計(jì)了以西門子300系列PLC為主控制器的垂直升降式立體車庫控制系統(tǒng)。闡述了該控制系統(tǒng)的硬件組成及輸入輸出口分配方案，編寫了主程序和自動(dòng)控制子程序，提出了提高車庫控制系統(tǒng)安全與可靠性的相關(guān)設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)能滿足立體車庫的功能需求并具有較高的可靠性。

關(guān)鍵詞：立體車庫； 垂直升降式； PLC； 控制系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國民生活水平的提高，小轎車數(shù)量急劇增加，“停車難”問題日益凸顯[1]。在大城市中，尤其是在商圈附近，停車位供不應(yīng)求問題更加明顯。

在各式各樣的立體車庫中，垂直升降式立體車庫憑借占地面積小、空間利用率高、投資低、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)[2]，在城市的繁華地段或者車輛集中停放點(diǎn)優(yōu)勢凸顯，是未來城市停車設(shè)備的發(fā)展趨勢。

1垂直升降式立體車庫結(jié)構(gòu)及工作原理

以一個(gè)4層8車位的垂直升降式立體車庫為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其兩側(cè)為停車位，每個(gè)停車位都放有一個(gè)載車板。中間的巷道為升降臺(tái)上升下降的通道。該車庫可以縱向或橫向拓展。

圖1　立體車庫示意圖

該立體車庫主要包括機(jī)械傳動(dòng)部分、控制部分、檢測部分。其中：機(jī)械傳動(dòng)部分主要有升降臺(tái)、載車板、車位架、升降電機(jī)、鋼絲繩、橫移電機(jī)、滑輪等；控制部分主要有上位機(jī)、PLC控制器、變頻器等。檢測部分主要有行程開關(guān)傳感器、光電開關(guān)傳感器、接近開關(guān)、編碼器等。

當(dāng)用戶存車時(shí)，系統(tǒng)首先判斷升降臺(tái)上是否有載車板，如果有則直接下降到最底層，如果沒有則取出一個(gè)空閑載車板到最底層。當(dāng)升降臺(tái)和載車板下降到位后，司機(jī)將轎車停放到載車板上。在傳感器檢測到轎車已停放到位后，請(qǐng)司機(jī)離開轎車并按下“車輛已停好”的確認(rèn)按鈕，然后升降臺(tái)和載車板連同轎車一起提升，并通過行程開關(guān)判斷是否到達(dá)目標(biāo)層并停止提升，最后利用橫移電機(jī)將載車板和轎車一同放入目標(biāo)車位架上。經(jīng)傳感器確認(rèn)存放到位后，存車結(jié)束。取車過程與存車過程類似。

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC是一種專業(yè)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是工業(yè)領(lǐng)域常用的控制器，具有編程簡便、整體體積小、可靠性與性價(jià)比較高、拓展性能良好等優(yōu)點(diǎn)[3]，可用于惡劣的工業(yè)環(huán)境以及頻繁啟動(dòng)操作。因此立體車庫控制系統(tǒng)常采用PLC做為控制系統(tǒng)的控制器。整個(gè)控制系統(tǒng)如圖2所示。

西門子300系列的PLC具有模塊化結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)分布式配置，具有良好的電磁兼容性和抗震動(dòng)沖擊性能，屬于西門子PLC系列中的中型設(shè)備。本設(shè)計(jì)選用西門子300系列的315-2DP做為核心控制器，選擇的輸入模塊型號(hào)為DI32xDC24V，輸出模塊型號(hào)為DO32xDC24V0.5A，可滿足控制系統(tǒng)的需求。在具體操作中，利用MPI總線實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)的通信[4]。PLC收到來自上位機(jī)的操作指令后，經(jīng)過程序判斷、運(yùn)算，檢測傳感器的信號(hào)，然后輸出相應(yīng)的信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終通過操作載車板來實(shí)現(xiàn)車輛的存取。

圖2　控制系統(tǒng)組成

該立體車庫的控制系統(tǒng)只有數(shù)字量的輸入輸出，沒有模擬量輸入，在拓展時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行點(diǎn)數(shù)的拓展。具體的輸入輸出口地址分配如表1、表2所示。

表1　輸入口分配

表2　輸出口分配

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

利用STEP-7軟件編寫控制系統(tǒng)程序，主要包括主程序、自動(dòng)操作子程序、手動(dòng)操作子程序3部分。主程序主要實(shí)現(xiàn)故障檢測和操作模式選擇功能[5]。程序流程圖如圖3所示。

圖3　控制系統(tǒng)主程序流程圖

自動(dòng)存取程序是整個(gè)程序的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了立體車庫的主體功能，其工作流程如圖4所示。在程序編寫中，可通過開關(guān)型輸入量去抖動(dòng)、指令冗余、在程序中設(shè)置互鎖功能等，來提高控制系統(tǒng)的可靠性。

4控制系統(tǒng)安全與可靠性設(shè)計(jì)

由于立體車庫在操作過程中涉及到車輛安全和人身安全，且垂直升降式立體車庫結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如果沒有完善的閉鎖系統(tǒng)，則故障率較高[6]。因此必須采取一定的保護(hù)措施，使整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠。主要應(yīng)從2個(gè)方面著手。

(1)硬件設(shè)計(jì)。在最底層安裝光電傳感器來檢測車輛是否超寬、超高、超長，從而確保車輛是否能夠停放或者是否停放到位；通過光電傳感器與旋轉(zhuǎn)編碼器兩者的冗余信號(hào)確保升降臺(tái)到目標(biāo)層后停止運(yùn)動(dòng)。

(2)軟件設(shè)計(jì)。對(duì)傳感器進(jìn)行故障自診斷，確保傳感器故障時(shí)可以及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并避免控制系統(tǒng)誤動(dòng)作；利用設(shè)定完成一項(xiàng)任務(wù)的最長時(shí)間來檢測是否發(fā)生故障；利用設(shè)定升降允許的最大距離來防止過沖；為確保叉架在升降過程中處于安全范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)橫移電機(jī)位置自校正程序；由于控制系統(tǒng)的輸入輸出存在一定的邏輯關(guān)系，通過編寫常見的邏輯關(guān)系并檢測是否發(fā)生邏輯異常來判斷是否發(fā)生故障[7]。

圖4　自動(dòng)操作子程序流程圖

5結(jié)語

以西門子300系列PLC做為控制器進(jìn)行垂直升降式立體車庫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行了安全可靠性設(shè)計(jì)，使整個(gè)車庫系統(tǒng)具有較高的可靠性和運(yùn)行效率。該設(shè)計(jì)過程可做為立體車庫設(shè)計(jì)的參考，為城市“停車難”問題提供解決思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 付翠玉,關(guān)景泰.立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2005(9):156-157.

[2] 劉曉娟,潘宏俠.垂直升降式立體車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(5):48-50.

[3] 胡濤,蘇建良,石劍鋒.PLC技術(shù)與應(yīng)用及其發(fā)展分析[J].機(jī)床與液壓,2005(12):135-137.

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[5] 郭建江,于有生.PLC在塔式立體車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2003,32(5):71-72.

[6] 張強(qiáng).自動(dòng)化立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].成都：電子科技大學(xué),2009：10-12.

[7] 張亮.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的軟件設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化,2006(6):39-42.

Design of Control System for Vertical Garage of Lifting Type Based on PLC

WANGHujunMAYinyuan

(Institute of Mechatronic Technology, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

Abstract:The vertical garage of lifting type is effective programs to solve the problem of hard parking in the center of a city. This paper designed a control system of the vertical garage of lifting type and made the Siemens 300 series PLC as controller to describe the hardware components of the control system and the input and output port assignments, analyze how to program the main program and automatic control subroutine, and propose hardware and software methods to improve the safety and reliability of garage control system. The control system meets the functional requirements of the parking garage with high reliability.

Key words:vertical lift type; three-dimensional garage; PLC; control system

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1980(2016)01-0082-03

中圖分類號(hào)：TH21; TP271

作者簡介：王虎軍(1990 — )，男，內(nèi)蒙古包頭人，蘭州交通大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

基金項(xiàng)目：甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“大型物流配送中心揀貨作業(yè)優(yōu)化方法研究”(1310RJZA056)

收稿日期：2015-06-08