東南大學(xué)成賢學(xué)院電子工程系　陳慧琴　陳玉林

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基于S7-200的五車位升降橫移立體車庫設(shè)計

東南大學(xué)成賢學(xué)院電子工程系陳慧琴陳玉林

立體車庫已經(jīng)成為解決城市停車難問題的重要手段和和發(fā)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(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作過程，重點闡述了基于S7-200為核心的控制系統(tǒng)的組成部分和軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)了立體車庫的自動存取車、運行監(jiān)控和故障報警等功能。

升降橫移立體停車庫；控制系統(tǒng)；S7-200；設(shè)計

1　引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，汽車走入了大多數(shù)家庭，成為了大多數(shù)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(fā)展難題之一，傳統(tǒng)的平面式停車已經(jīng)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(nèi)外立體式車庫經(jīng)過多年發(fā)展，技術(shù)逐步成熟，主要有垂直循環(huán)式、水平循環(huán)式、升降橫移式、多層循環(huán)式等為代表的立體車庫，其中升降橫移式立體車庫具有構(gòu)造簡單、操作便捷、穩(wěn)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(tǒng)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(yīng)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(fù)位。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　立體車庫的組成

2.1控制部分

控制系統(tǒng)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?？刂茊卧撠?zé)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(diào)速；橫移電機采用減速機，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)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(tǒng)由硬件模塊和軟件程序組成。控制系統(tǒng)工作方式設(shè)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(tǒng)根據(jù)設(shè)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(zé)托盤及車輛的垂直位移。工作過程是在控制系統(tǒng)的控制下，通過升降電動機正反轉(zhuǎn)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(zé)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(dǎo)軌、驅(qū)動輪和動輪等部件組成，主要負責(zé)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(jié)構(gòu)

立體車庫鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)成。主要功能是承載車重、設(shè)置車位和安裝機械傳動、電氣控制等單元及其它輔助設(shè)施設(shè)備。

3　控制單元模塊設(shè)計

3.1設(shè)備選型

控制系統(tǒng)是立體車庫的核心部件和設(shè)備，決定了車庫的工作效能高低、安全可靠程度。該系統(tǒng)必須具備科學(xué)合理、性能穩(wěn)定、便于操作，自動化程度高等特點?？刂葡到y(tǒng)主要由主機、接觸器、斷路器、限位開關(guān)、行程開關(guān)和光電開關(guān)等組成。本設(shè)計使用S7-200 CPU226 型 PLC 作為立體車庫控制系統(tǒng)的主控模塊，負責(zé)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(tǒng)由硬件模塊和軟件程序兩部分組成，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖 2 所示。

圖2　系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

控制系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)車板的垂直移動或水平移動。另外，控制系統(tǒng)安全單元模塊主要負責(zé)狀態(tài)自動檢測和安全設(shè)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(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。在設(shè)計中，采用變頻器負責(zé)升降電機及減速裝置的調(diào)速控制，采用行程開關(guān)負責(zé)車板垂直和水平位移的位置定位，采用光電開關(guān)檢測車板空閑狀態(tài)。為了防止車位跌落，在二層車位上設(shè)置有防止車輛跌落系統(tǒng)，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(tǒng)的工作邏輯為得電打開，掉電閉鎖，確保了在停電狀態(tài)下車位也不會因承力索斷裂而墜落。狀態(tài)檢測裝置功能是通過檢測信號實現(xiàn)車垂直、水平位移的精確定位和安全保障。

3.3PLC控制程序設(shè)計

控制模塊軟件程序的功能是負責(zé)車庫自動存取車的邏輯控制。軟件采用模塊化設(shè)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(tài)進行檢測，根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果轉(zhuǎn)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(jù)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(gòu)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(yīng)傳動機構(gòu)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(tǒng)自動復(fù)位，等待下一次操作指令。

圖3　控制系統(tǒng)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(tǒng)會自動報警，并停止運轉(zhuǎn)，自動提醒排除故障?？刂葡到y(tǒng)軟件程序流程圖如圖3所示。

4　結(jié)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(shè)計、機械傳動、自動檢測控制等多種技術(shù)，設(shè)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(wěn)定性好，擴展性強，可滿足不同空間大小立體車庫設(shè)計需要，在我國立體車庫的應(yīng)用和發(fā)展方面具有廣闊的市場前景和較好的經(jīng)濟效益。

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