一种立体停车场智能控制系统设计

张 甜 钟旭东

（赣州金环磁选设备有限公司，江西 赣州341000）

0 引言

世界各大中城市汽车的拥有量急剧增加，使城市出现了严重的停车难题。作为解决城市静态交通的有效措施--向空间、向高层发展的自动化立体停车设备，以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点，越来越受到人们的青睐。本文设计了一种升降横移式智能立体停车库，具有结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点。

1 升降横移式立体车库机械结构

升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。升降横移类机械停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆。其车位结构为2维矩阵形式，可设计为多层和多列。现以典型的地上3×3升降横移式为例，说明停车库的运行原理。车库车位示意图如图1所示。它的结构特点是:一层只能平移,二层即可平移又能升降,三层只能升降,一层二层各有一个空位。当一层车位进出车时,不需移动其他托盘就可直接进行进出车处理。当二、三层车位进出车时,首先要判断其对应的下方位置是否为空,不为空时要进行相应的平移处理,至到下方为空才可进行下降动作到达一层,进行进出车处理,进出车毕后再上升回到原位置。它运动的总原则是:升降复位,平移不复位。

2 控制系统硬件设计

图1 立体停车库车位示意图

系统的硬件组成如图2所示。

PLC采用了以计算机为核心的通用自动控制装置，集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体，可靠性强、性价比高、设计紧凑、扩展性好、操作方便，适用于频繁启动和恶劣的环境，因此在立体停车库控制系统中通常采用PLC作为电控系统的核心，该控制系统选择西门子S7-300作为主控单元。控制系统信号以开关量输入输出为主，电路简单，对环境要求不高，凭PLC本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，因此可不必再另外增加其他抗干扰措施。PLC是车库控制系统的核心，其操作大致分为3类：以故障诊断和处理为主的操作、联系现场状况的数据I/O操作、执行用户程序和服务与外部设备的命令操作。

图2 控制系统硬件总体框图

2.1 控制系统输入分析

（1）传感器。包括光电传感器、行程开关、限位开关等。

（2）触摸屏。触摸屏是控制系统的操作界面，应该设有车位选择、启动/停止、急停、复位、自动/点动切换等控制按钮。

2.2 控制系统输出分析

（1）左右横移电机。载车板的左右平移由电机的正反转控制。

（2）垂直提升电机。载车板和各库位均装有链辊，由链辊电机正反转实现小车的入库和出库。

（3）防坠装置。当中间层或顶层载车板停放完毕后，为防止载车板坠落，在相应的位置装有防坠装置，由电磁铁驱动打开和关闭。

（4）车库的指示设备。运行灯、报警灯和警铃。车库中有车位动作时，运行灯亮，提醒人员注意；当出现紧急状态时，报警灯闪烁，同时警铃响起。

2.3 安全检测系统

（1）延时保护：当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作，处于保护状态。

（2）紧急停止装置：设置紧急制动开关，当出现异常情况时，能使停车设备立即停止运转。

（3）车辆有无检测。为了判断载车板上是否存有车辆，每个载车板上应安装检测车辆有无的传感器。

（4）准确定位检测。为了保证载车板是否运动到指定位置，应在相应的车位上安装检测载车板是否升降或横移到位的检测装置。

3 控制系统的软件设计

控制系统软件设计主要是完成自动存、取车操作和运行中故障处理操作，是由主程序、自动功能子程序、手动功能子程（序组成。其中手动功能子程序是在系统检修维护或急停后应用，选择上、下、左、右按钮使车位移动到指定位置。

3.1 软件设计中几个关键问题的处理

掉电保护。所使用的状态元件、定时器、数据存储器均采用电池后备的元件。当掉电时保存现场信息,待上电后继续完成被中断的动作。

故障处理。当隅到电气或机械故障时,软件按超时方式进行判断并启动声光报警,转入半自动方式即可进行故障处理。

急停处理。当发生意外情况时,可按下急停按钮,终止正在进行的动作。PC对急停也按掉电处理,并保护现场断点信息。

3.2 车辆调度系统

控制系统的核心是存取车控制，存取车控制算法的优劣直接影响存取车的可靠性和效率。根据立体车库的使用要求，存车操作分为自动存车和叫位存车2种方式，而取车操作只有叫位取车方式。自动存车控制由控制系统根据存车路线最优原则自动确定存车的车位号，叫位存车和叫位取车控制均为对指定的车位进行存取车操作，其关键是根据车位移动的最优路径，建立下行通道，确保高效存取车辆。车库层数用i（1≤i≤n）表示，列数用j（1≤j≤m）表示，车位号用aij表示，其中包括空位。

对于某空车位进行存取车操作时，须对其以下各层车位进行相应的横移操作，使该车位所在列的以下各层车位均为空位，建立该车位的下行通道，进行存取车操作。采用路径最优原则，即建立下行通道的时间最短，或者建立下行通道时横移的车位数最少，则选择的空车位aij应满足

其中，kh为第h行空位所在的列数。选择的空车位所在的层数i、列数j需同时满足公式(1)、(2)2个条件,自动选择车位时，应先选择低层的车位存车。

［1］廖常初.S7-300 PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2007.

［2］陈瑞阳.工业自动化技术[M].北京:机械工业出版社,2011.

［3］闰宏伟,潘宏侠.立体停车库在中国的发展前景[J].建筑机械化,2004:49-51.