升降横移立体车库控制系统的设计
2016-02-05肖青
肖 青
(长江工程职业技术学院，武汉 430212)
升降横移立体车库控制系统的设计
肖 青
(长江工程职业技术学院，武汉 430212)
立体车库的出现可缓解停车压力，基于升降横移式立体车库的工作原理，选择以单排3层7车位升降横移立体车库为研究对象，确定以PLC为主控单元的控制方案，并对存取车过程中的下行通道建立问题进行探讨，为后续深入细致研究存取车算法打下基础。
升降横移立体车库；控制系统；存取车；下行通道
随着经济的增长，人们的购买力不断提高。为方便出行，汽车的购买量持续增加，但随之相伴的问题是停车难，而立体车库可缓解停车压力。立体车库的分类较多,根据车库的规模大小可以分为:小型车库、中型车库和大型车库,就其结构性能上大体分：机械式、自走式及半机械式3种；根据运行原理的不同,大致可分:升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等。本设计的研究对象是一座小型、机械式、升降横移式立体停车库。
1 升降横移式立体车库的工作原理
升降横移式立体车库系统中在每辆车的下方都配备载车板,目标车辆经过升降和移位动作,抵达地面,然后驾驶员进入车库,完成对车辆的存取。车辆的存取是通过升降传动系统和平移传动系统驱动载车板来实现的。其中最底层载车板只可以平移，中间层的载车板既可平移又可升降，顶层载车板只可以升降。在最下层和中间层上各自需要设置1个空位，以满足存取车辆时相关载车板的升降平移运动畅通。最底层车位的上的存取车辆时，载车板无需移动，直接将车辆驶入或开出对应车位即可，而在中间层或顶层存取放车辆之前需要确认目标车位的下层是否为空车位，如果不是空车位则需要左右横移载车板，确保目标车辆的升降运动正常进行。待车辆驶入或开出后，有升降动作的载车板需要回到之前的位置。对有平移动作的载车板不作要求。
以单排3层7车位为例来说明存取车的过程。
图1 立体车库平面图
图1中,第1层和第2层的车位分布结构一样,都是1个空车位和2个停车位,第3层的车位分布结构是3个停车位。在车库已经停满车辆的情况下,取32号车位车辆的流程为：首先需要先将第1层的12号车位停放的车辆以及第2层的22号车位停放的车辆进行向右移动操作,移至空车位，从而为32号车位的车辆的下降空出通道,32号车位车辆从通道到达第1层后驾驶员方可取车。存车流程与取车流程类似。
2 控制系统的设计方案
立体车库的底层和中间层中每个车位均配有1台横移控制电机，底层车位的横移电机安装在移动车板的下面，中间层横移电机安装在需要左右控制的托架上。除底层外，其他层的车位还需配有1台升降运动控制的电机。对于单排3层7车位立体车库来讲，1层2个载车板要完成左右横移控制，需要2台异步电动机；2层2个载车板要完成升降和横移控制，需要4台异步电动机；3层载车板仅完成升降运动控制，需要2台异步电动机。故共需9台异步电机。其中用于升降的异步电机正转时载车板下降,反转时上升；用于横移的电机正转时载车板左移,反转时右移。
此外，立体车库系统还需要检测汽车是否停放到位、载车板的横移升降是否到位等，本系统采用传感器和限位开关来检测此类信号。整个立体车库车辆的存取控制系统则由PLC完成，传感器和限位开关作为开关输入量传送给PLC，PLC经过程序运算，通过输出通道控制异步电机的横移和升降，从而实现对整个立体停车库的控制。其控制信息流程如图2所示。
图2 控制系统设计方案
3 控制系统中主要元件的选型
PLC的选型。西门子S7-1200 PLC将电源、微处理器、输入电路和输出电路组合在一起，具有设计紧凑、组态灵活、强大的功能指令等特点，用户可在程序中实现布尔逻辑、复杂数学运算等，并且提供PROFINET端口支持PROFINET网络通信，还可利用通信模块支持RS485或RS232网络通信。
电机的选型。载车板升降横移系统的正常运行直接关系到立体车库可靠性与安全性，而载车板的升降和横移由相应的电机驱动，可见电机的选择比较重要。车库的实际应用中一般要求车辆提升时间不小于26s，横移时间约为16s，升降载车板与横移载车板之间的净空垂直距离不低于1.8m，横移的距离为2.4m，载车板与车辆的总重量约为2t。根据距离与速度关系及功率表达式可计算出升降电机需要选用1.5kW，而横移电机需要选用0.2kW。
4 控制系统的软件设计
4.1 设计总体思路
多层升降横移立体车库控制系统存取车辆需解决两个问题：(1)建立下行通道；(2)载车板复位。载车板的升降和平移是利用升降电机和平移电机实现的。最底层在存取车过程中载车板无需移动，直接存取车辆即可。对于单层三排七车位的立体车库而言，第1层和第2层的车位存取车辆之前需要先通过平移电机为目标位置开辟升降通道。当第2层或第3层的载车板降落到底层，完成车辆的存取动作后，载车板需要提升复位到原来的车位层，而有平移动作的载车板无需复位。
升降横移式立体车库控制系统的总体思路如图3所示，首先程序初始化，将各车位复位到最开始的状态。存取车命令可通过上位机获得，且上位机与S7-1200PLC之间保持通信。收到命令后S7-1200PLC将目标车位建立下行通道，然后将目标车位下至第1层等待存取。存取结束后，目标载车板都回复到原来的位置。
图3 立体车库控制总体思路
4.2 下行通道的建立
建立下行通道必须遵循的原则：(1)车位移动的距离最短；(2)车位移动的数量最少。根据广度优先算法可实现上述两条原则：①当空车位在目标车位的左边，则目标车左移；②当空车位在目标车位的右边，则目标车右移；③当空车位在目标车位的下边，则目标车直接下移。
在一个n层m列立体车库中，层数用i表示，列数用j表示，其中1≤i≤n,1≤j≤m。下行通道建立的流程图如图4所示，在单排3层7车位的立体车库中，n=3,m=3。立体车库的所有车位(包括空车位)用aij表示。设定第K层的空车位所在的列为bk,其中(1≤k 图4 立体车库控制建立下行通道 下行通道建立的相关算法是升降横移立体车库存取车控制的关键。本文以单排3层7车位升降横移立体车库为研究对象，确定以西门子S7-1200 PLC为主控单元的控制方案，并对存取车过程中的下行通道建立的问题进行探讨，为后续深入细致研究存取车算法打下基础。 [1] 刘美炼，腾旭辉.升降横移式立体停车库的PLC控制[J].起重运输机械，2009(6)：16-17. [2] 刘 伟.基于PLC控制的升降横移式立体车库的研制与实现[D].长安大学，2014. [3] 刘 鹏，朱龙彪，朱志慧.基于组态软件的升降横移式立体车库远程监控系统设计[J].自动化与仪表，2015(10)：57-59. [4] 汤长运.升降横移式智能化立体车库控制系统[D].安徽理工大学，2015. [5] 田 炳，张乃禄.基 于 GSM 技术的立体车库远程管理系统[J].微型机与应用，2014，33(4)：45-46，49. [6] 张芳芳, 梁 飞, 朱敏哲.基于排队论的升降横移式立体车库控制策略研究[J].计算机仿真, 2013, 30(1): 208-211. [7] 郭林伟，张 翔.巷道堆垛式立体车库髙效停取车方案的研讨[J].机电技术,2013(8):123-125. [8] 李玉林.自动化立体车库控制系统关键技术研究与设计[D].兰州交通大学,2014. [9] 顾建凯.基于 PLC 的低成本机械式立体停车库控制系统研究[D].兰州交通大学, 2013. [10]张桂香，耿长清.基于PLC的升降横移式立体车库自动控制[J].自动化仪表,2013,34(7): 35-37. Control System Design for Lift-sliding Stereo Garage XIAO Qing (Changjiang Institute of Technology, Wuhan 430212, China) The emergence of stereo garage can alleviate the parking pressure.Based the working principles of lift-sliding stereo garage, a one-row and three-layer garage with seven parking spaces are selected as the research object to determine the control scheme of using PLC as the main control unit.And the establishment of a downlink access during vehicle pick-up is discussed to lay the foundation for a further study of the vehicle accessing algorithm. lift-sliding stereo garage; vehicle accessing; downlink access; control system 2016-08-23 长江工程职业技术学院院级项目研究成果之一(JKY2015-12)。 肖 青(1984-)，女，湖北随州人，讲师，硕士，主要研究方向：电气自动化技术。 TP271+.5 A 1673-0496(2016)04-0007-03 10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.04.003
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