劉永

摘要：由于傳統(tǒng)的立體停車庫控制系統(tǒng)穩(wěn)定性較差且準確程度較低，文章設(shè)計了機電一體化的立體停車庫PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上以升降橫移式多層立體結(jié)構(gòu)為主，采用單模塊與多模塊結(jié)合的方式，通過控制載車臺完成存、取車及升降系統(tǒng)的設(shè)計。在系統(tǒng)軟件上，基于PLC系統(tǒng)增加智能PID算法，減少振蕩與控制不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生；利用A/D相互轉(zhuǎn)換與傳感信息采集，完成控制輸出指令模塊的增加，使載車裝置自動準確到達對應(yīng)泊位。測試結(jié)果表明：立體停車庫系統(tǒng)優(yōu)化后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，停車入位的平均準確率可以達到98.8%。通過測試可以看出，文章設(shè)計滿足了對立體停車庫PLC智能控制的需求。

關(guān)鍵詞：機電一體化；立體停車庫；PLC；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：A

0 引言

隨著城市國民經(jīng)濟的增長和社會物質(zhì)文化多樣化，讓汽車適應(yīng)城市經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，立體停車庫是當今汽車PLC管理系統(tǒng)的組成部分。新型PLC技術(shù)可以自動監(jiān)控和管理存放多層汽車。由于車輛保有量快速增加，“停車困難”已成為影響當今城市交通規(guī)劃較重要的問題，因此需要發(fā)展庫存容量大占地面積小的立體停車庫，以有效解決“停車困難”的問題。然而，當前我國的絕大多數(shù)立體停車庫并沒有跟互聯(lián)網(wǎng)進行有效連接，這就導(dǎo)致無法對車位實現(xiàn)遠程的預(yù)約與管理，智能化的水平會相對較低，甚至部分車庫因自身存取策略，導(dǎo)致存取車輛效率較低的情況發(fā)生^［1］。面對這種的狀況，就必須使用可以多層停車的立體停車庫來克服“停車困難”的問題。立體停車庫的種類相對較多，不同類型的停車庫，控制的方法也不同。本次研究的系統(tǒng)，以升降橫移式的立體停車庫為主要控制對象，研究一種通用的多層立體停車庫控制系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)是以機電一體化下的PLC控制為基礎(chǔ)完成實時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

停車庫采用升降橫移式多層立體構(gòu)件結(jié)構(gòu)方式，其標準型式下斷面為工字形狀的長條鋼材、上斷面為凹槽狀的長條鋼材以及二端互相垂直呈角狀的長條鋼材等由型材所構(gòu)成的基本零結(jié)構(gòu)，而在連接的時候，主要通過螺栓連接來完成，也有局部采用焊接。為有效減重，停車位底板使用質(zhì)地較輕、強度較高的復(fù)合型板材制成，且停車庫外部使用相對美觀的彩鋼來裝飾。立體停車庫通常由一個模塊（可設(shè)計為8層，每層停10輛車，大約由80個車位）組合而成，如家屬居住的地方可將一個模塊設(shè)計在90°轉(zhuǎn)彎的位置上。如停車場設(shè)在商業(yè)街甚至是醫(yī)院的旁邊，則需要按照不同的需求而將它設(shè)計成單、雙層模塊結(jié)合的形式。值得注意的是，由于模塊組合數(shù)量增加，停車庫容量將以倍數(shù)增長的方式增大^［2］。

若汽車已進入停車庫中的道路上，此時光電傳感器開關(guān)的控制門就會自行打開，只需將汽車停到旋轉(zhuǎn)臺上即可。司機可沿人行通道直接從車房出來，在進行刷卡并記錄好個人信息以后，就能夠直接從服務(wù)臺領(lǐng)取到停車卡。完成后出入庫的大門將封閉，而系統(tǒng)也將控制并轉(zhuǎn)動臺車，使之轉(zhuǎn)動至180°并把車輛情況進行手動調(diào)節(jié)，而停車庫載車臺則在系統(tǒng)的操控下，將運行至旋轉(zhuǎn)臺的最高位置^［3］。停車庫載車臺結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示。

載車臺上方的托板驅(qū)動機構(gòu)可將托板從載車臺上內(nèi)滑出，并一直延伸到汽車的下方，將汽車靜止后，托板隨同汽車一起返回到載車臺上后方，并隨著在載車臺上的運動使汽車翻轉(zhuǎn)以進行停放。托板上的驅(qū)動器會引導(dǎo)托板移動到停車位上，而此時將托板退回后載車臺的工作也開始進行。當取回車的時候，用戶只需在服務(wù)臺處進行插卡或輸入密鑰后，系統(tǒng)就會根據(jù)存取車時的信息，把車輛從車位上取出并送回取車處^［4］。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 增加智能PID算法

控制系統(tǒng)在運行過程中，會持續(xù)出現(xiàn)振蕩與控制不穩(wěn)的現(xiàn)象，這是由于控制過程中誤差超過設(shè)定范圍造成的。為了讓其在設(shè)定的范圍內(nèi)運行得更加平穩(wěn)，需要對控制系統(tǒng)增加比例調(diào)節(jié)的功能。PLC（即可編程邏輯控制器）系統(tǒng)是由PID控制器及被控制的對象組成。假設(shè)，e（r）為給定的數(shù)值，t（r）為通過系統(tǒng)實際輸出的數(shù)值，那么給定的數(shù)值與實際輸出數(shù)值所構(gòu)成的控制偏差數(shù)值w（r）就如式（1）所示。

w（r）=e（r）-t（r）（1）

w（r）作為PLC控制系統(tǒng)中由PID來進行控制的輸入量，也就是將得到的w（r）準確量，進行模糊量化的處理過程，并最終形成模糊語言的一種表達形式，通過多次的數(shù)據(jù)對比就可以得到一個關(guān)于模糊語言的子集合^［5］。y（r）作為由PID控制的輸出量和被控制對象的輸入量，因此，智能PID控制的規(guī)律就如式（2）所示。

其中：Jq代表著PLC系統(tǒng)中，PID的比例系數(shù)；R_u代表著PLC系統(tǒng)中，PID的積分系數(shù)；Rs代表著PLC系統(tǒng)中，PID的微分系數(shù)。進行智能PID控制過程中，為了可以得到更加精準的控制，就需要將y（r）進行非模擬化處理，并進行精準量化的過程，得到的精準數(shù)據(jù)量再進行后續(xù)的處理。

2.2 增加控制輸出指令模塊

立體車庫系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是讓汽車快速精確地對號進位。要讓載車系統(tǒng)自動安全地抵達對應(yīng)泊位，可通過步進電機推動載車系統(tǒng)，使載車臺旋轉(zhuǎn)；也可通過異步電機推動機械裝置，使載車臺移動。為提高存取效能和載車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電動機采用了變頻器調(diào)速。在各個層次包括近行程開關(guān)和接近控制器，當升降機構(gòu)接觸靠近控制器后，電機也進行了下降；當觸及近行程繼電器時，電動機終止了工作。當小車進入泊位時，將安裝在承載小車上的步進電機通過驅(qū)動托板平移。電動機正轉(zhuǎn)，將平動操作臺向前平移，送小車入號；反之，送車系統(tǒng)出號。當一個存取任務(wù)完成后，升降載車系統(tǒng)等待下一次存取命令。在這個過程中，就需要利用A/D進行相互的轉(zhuǎn)換，并且將與停車庫PLC控制相關(guān)的傳感信息采集，作為其穩(wěn)定運行的測試因子。其表達可如式（3）所示。

然后，與其電路相關(guān)的各項檢測監(jiān)控的信息，主要是需要傳感器來進行輸出，并傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中的信息單元進行處理。而其與檢修相關(guān)的負載功率可以表現(xiàn)為公式（4）和公式（5）。

最后，可以得到其控制輸出指令如公式（6）所示。

其中：β=4π×10^-7H/m，e，c，d分別代表著為停車庫PLC控制信息采集所需要統(tǒng)計的特征量；U代表著停車庫在進行自動檢測的時候，其內(nèi)部產(chǎn)生的主要輸出值^［6］。而經(jīng)過以上調(diào)整，可實現(xiàn)PLC控制器的設(shè)置，至此關(guān)于機電一體化的立體停車庫PLC控制器全部設(shè)置完畢。

3 應(yīng)用測試與分析

把此次設(shè)計的立體停車庫PLC控制系統(tǒng)作為檢查目標，查找系統(tǒng)在設(shè)計時，出現(xiàn)問題沖突的地方，再根據(jù)這些情況做出后續(xù)調(diào)整，保證系統(tǒng)在設(shè)計工作中的正確運行。因此需要對PLC控制系統(tǒng)內(nèi)部的性能進行測試，最后通過將該系統(tǒng)環(huán)境運用在現(xiàn)實運行場景中，找到此次應(yīng)用的系統(tǒng)環(huán)境與現(xiàn)實系統(tǒng)之間存在的差異。具體測試環(huán)境如表1所示。

為了測試此次設(shè)計的PLC控制系統(tǒng)的工作性能，將此次設(shè)計的控制系統(tǒng)作為實驗組，將基于DCS的控制系統(tǒng)與基于FluidSIM的控制系統(tǒng)分別作為對照組1和對照組2，從而分析3種方法在相對穩(wěn)定的前提下，哪種方法可以更加有效地對立體停車庫進行智能控制。此次測試在相同環(huán)境下進行，具體測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出：基于FluidSIM的控制系統(tǒng)運行后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，車輛停止后進入車位的準確率從100%降到60%左右；而使用此系統(tǒng)后，停車入位的平均準確率為79.2%。基于DCS的控制系統(tǒng)運行后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，車輛停止后進入車位的準確率從100%降到72%左右；而使用此系統(tǒng)后，停車入位的平均準確率為87.2%。而機電一體化的PLC控制系統(tǒng)運行后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，車輛停止后進入車位的準確率從100%只降到97%左右；那么使用此系統(tǒng)后，停車入位的平均準確率可以達到98.8%。由此可見，系統(tǒng)在智能控制的前提下，通過對內(nèi)部設(shè)施的不斷改善，則可以通過機電一體化技術(shù)下的PLC來實現(xiàn)智能控制的效果，并且比兩種傳統(tǒng)方法控制的效果都要好。

4 結(jié)語

把可編程控制器作為升降橫移的立體停車庫中，控制系統(tǒng)的最基礎(chǔ)部分，是根據(jù)對各種客觀條件加以綜合性分析后所得出的結(jié)論。由于可編程控制器從某種意義上，有著優(yōu)秀的控制特性、尺寸比較小、性能也較為強大，以及抗干擾的效果比較好，所以上述特性也使它被廣泛應(yīng)用于停車庫的控制器中。立體停車庫在當今的發(fā)展趨勢下，一個新型的行業(yè)也正蓬勃發(fā)展的成長中。本文所研究機電一體化的立體停車庫PLC控制系統(tǒng)，通過其整體的設(shè)計與控制程序的設(shè)計，以提升立體停車庫自動化與智能化的水平，來建造出更加智能的立體停車庫控制系統(tǒng)，滿足當今時代的發(fā)展趨勢。

參考文獻

［1］梁天碩，魏立明.基于PLC住宅小區(qū)停車場模擬控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.北方建筑，2020（4）：29-31.

［2］劉翼輝，閆娟，劉宇偉，等.基于PLC的停車庫智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2020（17）：66-67.

［3］姚靜，鞏建輝，任健.老舊小區(qū)基于PLC的垂直循環(huán)式立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.時代汽車，2021（13）：15-16.

［4］陳冬.智能垂直循環(huán)立體車庫PLC控制系統(tǒng)的研究［J］.化工管理，2020（35）：101-102.

［5］夏春龍.機電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計探究［J］.科技視界，2022（22）：63-65.

［6］宋甜.機電控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)與一體化設(shè)計［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2021（6）：194-195.

（編輯 姚 鑫）

Design of PLC control system for mechatronics stereoscopic parking garage

Liu Yong

（Shandong Demeng Inspection and Testing Co.， Ltd.， Dezhou 253000， China）

Abstract： Due to the poor stability and low accuracy of the traditional three-dimensional parking garage control system， the article designs an electromechanical integrated PLC control system for the three-dimensional parking garage. The system mainly adopts a multi-layer three-dimensional structure with lifting and horizontal movement， and adopts a combination of single module and multiple modules to complete the design of storage， pick-up， and lifting systems by controlling the vehicle loading platform. In terms of system software， an intelligent PID algorithm is added based on the PLC system to reduce oscillation and control instability; By utilizing A/D mutual conversion and sensing information collection， the addition of control output command modules is completed， enabling the vehicle carrying device to automatically and accurately reach the corresponding parking space. The test results show that after the optimization of the three-dimensional parking garage system， the average accuracy of parking placement can reach 98.8% when the number of stored vehicles increases from 100 to 500. Through testing， it can be seen that the article design meets the demand for PLC intelligent control of three-dimensional parking garages.

Key words： mechatronics; three-dimensional parking garage; PLC; control system