基于PLC的智能立体车库自动控制系统的设计

基于PLC的智能立体车库自动控制系统的设计

张博文

青岛茂源停车设备制造有限公司   山东 青岛   266000

摘要：随着科学技术的发展，我国的PLC技术有了很大进展，并在智能立体车库中得到了广泛的应用。为解决车辆停车难问题，采用PLC控制技术，建立新型垂直升降式立体车库，设计出高性能电气控制系统，结合车库机械结构设计方案，分析车库具体功能，确定控制系统结构，设计车库硬件和控制系统软件，充分发挥立体车库控制系统作用，从而有效推动机械电气控制装置向智能化方向发展。

关键词：PLC，智能立体车库，自动控制系统，系统设计

引言

随着经济的发展和人们生活水平的提高，国内私家车的拥有量呈快速上升趋势，车辆猛增和与之配套停车设施滞后的矛盾日益严重，城市泊车压力越来越大。开发一种既能合理利用城市空间又能有效缓解城市停车难的智能立体车库的重要性越发明显。根据工作结构及形式，智能立体车库主要分为循环式立体车库、升降横移式立体车库、巷道堆垛式立体车库等。

1立体车库自动控制系统运行原理

立体车库升降装置、横向移动装置以及旋转圆盘装置等控制执行设备的具体移动路径均已固定，设计中通过PLC控制设备实现相关控制执行设备的自动化控制。其中，升降装置主要由搬运起重机和钢丝绳提升机共同组成，当用户有停车需求时，需提前预约停车位，系统会自动判断闲置车位位置，并确定是否需要启动控制执行设备。闲置车位在系统控制下通过升降装置抵达地面后，用户操控汽车停入车位，此时系统会自动检测驶入车辆的停靠安全性，确认无误后启动阻车装置，操作控制执行设备，将车辆停靠至指定楼层和制定位置的闲置车位。当用户有取车需求时，可通过人机交互界面选取取车车位，系统自动操控控制执行设备，将对应车位的车辆运抵地面。此过程中，系统会自动判断对应车位是否需要执行横移、旋转、升降等操作。车辆抵达地面，用户将车辆开走后，系统控制车位恢复初始状态，以待下次存取车操作。

2基于PLC的智能立体车库自动控制系统的设计

2.1控制系统整体结构设计

智能立体车库控制系统整体结构由上位工控机、PLC控制单元、车辆轴距检测装置、汽车刷卡模块、视觉检测模块、声光输出模块、各种传感检测装置及驱动和执行电机组成。车辆轴距检测装置主要用来识别车型并匹配合适车位，它包括四个称重平台，设置在全自动立体车库的载车平台上，每个称重平台的上表面与载车平台的上表面平齐。四个称重平台分别对应于待存取车辆的车轮位置，并用于支撑待存取车辆的车轮。称重平台的矩形平板的底面四角对称设置4个称重传感器，用于采集待存取车辆的重量信息。上位机利用转矩平衡原理可计算出每个车轮着力中心点的位置，并根据车轮着力中心点位置计算出待存取车辆的轴距。汽车刷卡模块、视觉检测模块、声光输出模块和ＰＬＣ控制单元通过ＲＳ485号线与工控机交换信息。支架夹紧装置用来固定车架，防止晃动，其定位由伺服驱动系统实现，转盘定位需要精准抓取车的位置和泊车位相匹配，才能精准自动泊车和取车，因此转盘定位由步进驱动系统实现。车架导轨上安装非接触式霍尔传感器，保证电机驱动的载车架伸缩准确定位。

2.2电机协同控制结构

同时控制多个电机时，其内在逻辑具有两种路径，其一是电机之间形成耦合关系，相互关联和制约；其二是电机之间解耦，各自并行控制，相互之间影响程度较低，甚至不影响。电机解耦控制对协同控制的精度可产生较大的影响，因为解耦之后电机间缺乏信息联通，一旦出现误差，难以实现调节，因而不适用车辆搬运机器人。在耦合控制中，目前形成了多种技术路径，包括偏差耦合、交叉耦合，其差异为适用电机的数量，前者可同时控制多台电机，后者大多用于控制两台电机。从性能看，交叉耦合的稳定性更强，偏差耦合模式更为复杂，因而稳定性较差。

2.3下位机系统软件

（1）下位机程序结构设计。在设计下位机程序结构时，要注重提升车库运行效率和安全性。目前，下位机系统主要包括横移平台、搬运车平台、升降平台、出入口旋转平台等执行机构，其中每个机构中有无数人执行机构，共同实现特定系统功能。因此，要解决各种不同机构之间的逻辑关系，应采用面向电机对象的编制方式，设置相应的FB函数块，将电机动作程序用块编程方法封装起来，在块内变成利用局部变量，通过使用外部输入信号触发并返回输出信号，这种编程方式与高级编程语言的面向对象特征基本相同。目前各执行马达有自动模式及手动模式，输入不同变量值到讯号参数，可自动执行对应模式，并以FC功能封装讯号处理储存、故障警示提示、上位机资料交互等程式，最后应用于OB1组织区块。但值得注意的是，在主PLC中手动和自动运行FC函数线圈信号为输入信号，通过上述信号触发FB区块内部封装的程序，工作人员应将具有写入PLC数据和读取PLC数据功能的DB数据块赋予上位机和下位机数据编辑以建立DB数据块。而主、从PLC主要目的是减少搬运车和横移电控箱电缆线，虽然也是使用工业以太网进行日常通信，但要将无线网桥代替网线，才能保证通信能通畅性。但因为搬运车要经过旋转平台上，必须使用高扭力电缆，工作人员要持续对其进行供电，所以要利用无线网桥，建立两台PLC的局域专网通信。（2）HMI人机界面设计。在调试设备阶段，要利用遥控按钮盒控制执行电机正反转，但由于按钮盒点位有限，不能将所有电机动作集中在相同归按钮盒中进行点动操作，且按钮盒不能实现其他高级功能，如坐标查询和写入，不能控制执行机构进行半自动测试。同时，设备在交付后出现的故障问题也要利用HMI进行操作，所以要开发电机动作的下位机人机界面。博途软件实现西门子软件画面制作，其工具箱中的软件能实现自动化设备界面控制，将控件移动最初界面，再设置控件属性。将工具箱中控件移动到画面框中，再点击控件属性，设置控件功能，将功能和信号点连接。目前，下位机系统开发出多样化人机交互界面，如转盘自动、出入口手动、登录页面、轿厢手动、全自动测试等，在上述人机交互截面中，支持系统中所有电机手动正反转控制和组合机构，如搬运车半自动控制，且实现下位机全自动测试。

2.4系统硬件设计

硬件设备选型包括PLC选型、传感检测元件选型以及变频器和旋转编码器选型。（1）PLC选型。PLC选用西门子公司生产的S7-300型PLC，并将I/O混合模块和CPU分别确定为EM223模块和226CPU。具体设计中，PLC需要根据检测元件、变频器等设备的数据输入、输出等需求合理实施端口地址分配，以保障设计后的系统功能达到效果。（2）传感检测元件选型。根据系统数据需求，确认传感器采集数据主要包括车辆停泊标准数据、楼层停靠标准数据、旋转圆盘标准数据、开关限位器运行数据等。相关传感器主要选用ITR-9606红外线光电开关和LXW5-11G3/FL行程开关。（3）变频器和旋转编码器选型。为实现控制适配，变频器同样选用西门子公司生产的SINAMICSG120型变频器，旋转编码器则选用360P/R增量型旋转编码器。

结语

车辆搬运机器人是智能立体车库的重要组成部分，是实现车辆智慧存取的关键，其核心功能包括车辆举升、全向行走等。此类机器人由三相异步电机提供动力，在行走控制和举升控制中需建立精确的数学模型，为后续的程序编码创造条件。为了实现自动运行，可引入PLC控制器，借助程序算法调节电机功率，改变机器人的运动状态。

参考文献

［1］丁述勇，张征，丁文洁，等.多巷道式立体车库优化设计与车辆存取策略研究［J］.工程设计学报，2021，28（4）：443-449.

［2］李鹏程，闫宏伟，王璐，等.可充电混合立体公交车库结构设计及控制系统［J］.科学技术与工程，2021，21（29）：12751-12757.

［3］龙凯.基于PLC的智能立体车库控制系统软件设计及存取车优化设计［J］.数码设计（上），2021（5）：362-363.