基于PLC的升降横移式立体车库自动控制

张桂香 耿长清

(郑州铁路职业技术学院电气工程系，河南 郑州 450052)

0 引言

随着汽车和各类建筑物数量的不断增加，传统的单层平面停车场已不能满足停车的需求，“停车难”成了社会问题。因此，建立新型的、占地少的立体停车库，已成为当今社会的迫切需求。立体车库主要有升降横移式、垂直循环式、水平循环式、垂直升降式等几种类型，国内立体停车设备是以升降横移类为主，这类车库约占总量的80%以上[1]。

升降横移式停车设备各层车架之间的高度仅按车体的安全高度设计，单车存放的平均占地面积和占有空间达到最小，且无需修建坡道和匝道，车体存取由载车板的移动完成。该设备结构简单、占地少、投资少、布局灵活、组合方便、存取容易、操作简便。根据该设备设计的PLC控制系统提供多种保护，运行平稳、安全可靠[2]，设备的使用非常普遍。

1 工作原理及控制要求

1.1 工作原理

升降横移式停车设备主要由组合式钢结构框架、用来承载存取车辆的载车板、升降和横移传动系统、控制系统以及安全防护装置等五部分组成。

升降横移式停车库的工作原理是利用载车板移位产生垂直通道，实现高层或地下车位升降存取车辆。每个车位都有载车板，所需存取的车辆通过载车板升降和横移运行到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆。停在地面的车辆只作横移运行，不需升降，上层车位或下层车位要通过中间层横移空出车位，只有将载车板上升或下降到地面层，驾驶员才能进入车库把汽车开进或开出车库。这是一种多平面的空间立体车库，它以单层平面停车库为核心，通过上位机对车库进行统一的管理、监控[3]。通过PLC控制来进行车位的空间位置变动，使车位实现由空间到平面的转化，从而实现多层平面停车的功能。

对于N×M立体车库，上下共有N层，每层有M个停车位，则第一层至第(N－1)层，每层有(M－1)个停车位，即每层各有一个空位，而第N层有M个停车位。车库车位示意图如图1所示。第一层只能平移，第二层至第(N－1)层既可平移又能升降，第N层只能升降。当第一层车位进出车辆时，不需移动其他载车板就可直接进行车辆进出;当其他层车位进出车时，首先要判断其对应的下方是否有空余位置，若没有空余位置时，则要进行相应的平移处理，直至下方有空位时才可进行下降动作到达一层，进行车辆进出。第一层也可位于地下，该层就有M个停车位，可平移也可升降;而第二层就变为地面一层，只能平移。以下设计均以第N层全部位于地面为前提。

图1 车库车位示意图Fig.1 The schematic diagram of the parking spaces in garage

1.2 控制要求

立体停车库对控制系统中载车板的移位和报警控制均由可编程控制器(programmable logic controller，PLC)完成，具体控制要求如下。

①自动操作：存取车时，只要按动车位选择按钮，控制系统根据当前车库存车状况，自动选择调度方案，以最短的时间完成车辆的出入库。

②手动操作：在进行程序调试时或车库出现故障时，可以对车库进行此项操作，即对操作面板进行上升、下降、左移、右移等操作。

③安全互锁控制：立体车库不允许因错误动作造成车辆损坏，所以必须有光电检测等安全防护设施，用于及时检测车库信息，避免事故发生。

④高速、平稳：为了缩短存取时间，要求传动装置高速运行，同时，要求传动装置具有自动加、减速功能，以保证安全、平稳地启动和制动。

系统的存取控制由PLC控制实现。对于车位较多的大中型立体车库，系统扩展一台PC机作为上位监控站。对于本系统来说，该PC机主要用来实时显示车位空、满状态，以及故障报警等信息。系统另设操作站，除正常的存取及车位选择外，还可选择手动调试升降横移动作[4]。

在安全控制方面，在每车位的上、下、左、右动作均采用机械式限位开关定位，并且上端设置防冲顶限位;另设防止人员误入、限高检测、停车到位等光电检测信号;采用电磁驱动实现防坠落保护;减速电机直接启动，加入过载保护、缺相保护、短路保护等安全保证措施;除操作站上设置急停信号外，在入口立柱上也安装急停开关。

2 硬件设计

2.1 PLC输入输出设计

升降横移类立体车库的工作原理是利用载车板的移位来产生垂直通道，通过高层车位升降来实现车位的存取，载车板的移位由PLC来进行控制。控制系统中，主控单元的控制对象首先是车库内的横移小电机和升降大电机，控制系统用于控制它们在不同时间实现正反转;其次是车库内的辅助装置，如声光警示等。为了保证载车板能横移、升降到预定位置，采用行程开关进行位置检测;采用光电开关检测载车板上有无车辆、车辆到位与否、有无外界干扰等。

PLC 输入输出信号如图2 所示[5－7]。

图2 PLC输入输出示意图Fig.2 The input/output of PLC

2.2 安全防护装置

升降横移类机械停车系统具有以下安全防护装置。

①急停开关：当发生异常情况时，急停开关能使停车控制系统立即停止运行，紧急停止开关一般设置在操作装置上，按钮为红色。

②防止超限运行装置：停车设备在升降过程中，当极限限位开关出现故障时，上方或下方的超限位开关能使设备停止运转，起超限保护作用。

③车辆超长检测装置：一般采用光电开关，当超过车辆预定长度时，使设备不能运转或报警。

④阻车装置：沿车辆进入的方向，在载车板适当位置上装设高度大于25 mm的阻车装置或其他类似装置。

⑤人车误入检出装置：在停车设备运行时，能防止人、车误入的装置，一般采用光电开关或栅栏。

⑥防止载车板坠落装置：为保证车库安全、稳定运行，升降电机要求在断电瞬间抱闸制动，避免突然断电时载车板滑落。防坠落装置一般采用挂钩形式，驱动方式有电磁铁驱动和机械驱动两种。

⑦警示装置：停车设备运行时，用声、光警示装置提醒周围人员注意安全。

3 软件设计

3.1 存取车控制流程

整个存取过程自动完成，控制流程图如图3所示。

图3 存取车控制流程图Fig.3 The flowchart of vehicle access control

在操作面板上选择手动模式，载车板的上升、下降、左移、右移的控制全部由人工进行操控。

3.2 组态设计

在立体车库PLC控制系统中，增加上位机监控系统。利用上位机的数据通信手段、数据处理能力和图形显示、多媒体技术，通过现场总线，实时接收和处理下位机PLC从现场采集的各种信号，并利用这些信号驱动PC控制界面中的各种图形，实时显示现场的运行状况和车辆存取统计数据。在操作员和停车库之间构造界面。该界面能对操作运行和故障给出提示、报警等，从而实现安全、智能、方便的停车和管理[8－10]。

4 结束语

为满足车辆存取控制的需求，提出了一种立体车库存取控制方法。综合国内外市场的需求，升降横移类立体车库以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低、运行费用小等优点，占据了市场的主要地位。采用机电一体化技术的立体停车库具有广阔的市场前景，它必将成为解决城市交通困难的有效手段。

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