基于PLC的立体车库控制系统研究

李 斌 杜可可 李 鑫

（河南工程学院 机械工程学院，郑州 451191）

基于PLC的立体车库控制系统研究

李 斌 杜可可 李 鑫

（河南工程学院 机械工程学院，郑州 451191）

提出了一种新型立体车库控制系统的总体方案。其中，上位机设计了友好的人机交互界面，简化了操作；完善了数据库，加强了功能；制订了一个简单而有效的信息协议，实现了上位机与下位机的数据通讯；下位机以三菱FX2N-64MR-001型PLC为平台，设计了各种存取车动作的驱动程序和主程序，满足了立体车库的控制要求。

PLC FX2N-64MR-001 立体车库

立体车库是解决城市“停车难”最有效的手段之一。实现高效、稳定、可靠的自动化立体车库存取车，一直是立体车库控制系统设计时的主要目标，也是立体车库市场化推广中急待解决的问题。在自动化控制的各个领域，PLC以其控制功能强、可靠性高、配置灵活、体积小、重量轻以及使用方便等优点，得到了广泛应用[1]。本文以FX2N-64MR-001型PLC为平台，针对2排×7列×5层堆垛式立体车库[2]，开发其控制系统，满足了其控制要求。

立体车库控制系统由两大部分组成：PC机上位机系统和PLC下位机系统。PC机上位机负责数据信息管理、存取车指令的生成和发送等工作。PLC下位机则主要负责驱动机械装置进行具体的操作动作。

1 PC机上位机系统设计

1.1 界面设计

PC机上位机系统既要满足立体车库的功能要求，又必须具备良好的与用户交互的功能[3]。因此，在上位机系统设计时，首先要解决的是用户界面的友好性。

本系统的用户界面窗体组成结构，如图1所示。登录窗体是为了保证管理系统的安全性。车库管理员有不同级别的管理权限，每个操作员设置不同的密码。普通管理员可以进行存、取车，报修等操作；主管级员工则可进行本系统的所有功能操作。

图1 用户界面组成

管理窗体是本系统的主界面，如图2所示。其他窗体限于篇幅，在这里不再一一叙述。

1.2 Access数据库的设计

本设计采用Access数据库存贮数据，根据上位机系统的使用要求，共用到了3个数据库，建立了4张表。

图2 车库控制主界面

第一，userpassword数据库。内含一张userpassword表，用于记录和存放管理人员信息，包括用户名和密码两部分。其中，用户名用的是明码存放，密码部分则通过控制系统经过加密处理后存放其中。

第二，车库信息数据库，内含车位信息表和存车历史记录表。车位信息表的主要功能是记录车库中每一个车位当前的状态和其中车辆的基本信息。存车历史记录表用于记录历史存车信息，供必要时进行查询。

第三，指令顺序数据库。内含一张指令顺序表，存取控制中心对存取车顺序的调整和向PLC下发的操作指令都是通过这张表完成。

1.3 存/取控制中心程序设计

存取控制中心定时器是存取控制中心程序的一个重要组成部分，其主要作用是发送存取指令和处理存取记录信息。当存取控制中心有控制指令生成时，定时器开始工作。定时器先读取下位机的工作情况，若下位机是空闲状态，定时器则开始发送操作指令；指令发出后，定时器就会一直监视下位机的工作情况；当下位机再次处于空闲状态时，说明下位机已经按指令操作完成；此时，定时器就会处理要记录的信息；信息处理完成后，开始进行下一轮操作。直到所有指令都发送完成，定时器自动关闭，完成其工作的全部过程。

1.4 PLC通讯接口设计

要实现上位机系统与下位机系统的数据通信，就要建立一定的握手协议[4]。本系统制订了一个简单而有效的信息协议，将PLC下位机数据寄存器D1、D2和D3作为通信的信息交换区。其中，D1是车位信息交换区；D2是存取命令信息交换区；D3是PLC状态信息交换区。上位机系统向下位机系统发送的指令都暂存在D1和D2中，以供下位机读取；而下位机向上位机时时反馈的信息都暂存在D3中，以供上位机读取。

车位信息主要是层数、列数和排数，本车库的规模为2排×7列×5层。PLC的数据寄存器有16位，因此在D1中取第7列一个数据位标记排数；第4、5、6列三个数据位标记列数；第1、2、3列三个数据位标记层数。D2中的存取命令主要是存车命令、取车命令和复位命令。D3中的PLC状态信息主要表达4个状态：空闲、存车中、取车中、故障。

2 立体车库下位机系统的设计

2.1 系统I/O点的分配

本系统采用的PLC为FX2N-64MR-001型，输入点共32点，包括：载车平台上下移动到某一层时的层限位开关（6点）；手动操作/自动操作切换开关（1点）；平台转动时的限位开关（2点）；平台左右移动时的列限位开关（7点）；手动操作时安全栏杆启/闭开关（1点）；平台进出车位限位开关（2点）；平台抬起放下车辆的起降限位开关（2点）；手动存/取车/回初始位置开关（3点）；存车时，放置车辆完成开关（1点，按钮开关）；手动操作时，参数输入开关（7点）；取车时，车辆离开车库完成开关（1点，按钮开关）。

输出点共15点，包括：平台的左右移动电机（2点）；平台的上下移动电机（2点）；平台的正反转动电机（2点）；平台进出车位电机（2点）；平台抬起放下车辆电机（2点）；安全栏杆（1点）；信号灯（4点）。

2.2 主程序设计

主程序负责与上位机系统的通信和存取车动作的调度。主程序从寄存器D1和D2中读取上位机系统下发的指令，然后按照指令调取相应的程序，操作车库系统机构完成存取车动作。

程序开始先判断手动操作开关是否打开，若打开，则程序执行手动操作程序；如果没有打开，则程序判断上位机系统有没有下发操作指令。如果没有指令的时间间隔大于30s，则调用复位程序，平台回到车库的出入口；如果有操作指令，则再判断是存车还是取车指令。如果是存车指令，调用存程序；如果是取车指令，调用取车程序。

2.3 存车程序设计和取车程序设计

存车程序控制立体车库搬运平台将汽车从出入口位置搬运到指定车位。取车程序则是控制立体车库搬运平台把车辆从指定的车位取出，并送到车库出入口。因为存车或取车操作的动作大致相同，因而针对存取车操作的分解动作：平台转向、平台位置、车辆抬起及落下、平台出入停车位，采用步进梯形图进行编写。其中，平台位置控制程序应包括指令提取、平台位置读入、数据编码及数据比较输出四个模块。

3 结论

本设计建立了立体车库上位机控制系统和下位机控制系统。操作人员通过上位机程序界面与系统进行交互，通过上位机控制系统程序进行数据的实时处理，并向下位机发送相应的控制指令。下位机系统将接收到的控制指令进行处理，再配合自身的梯形图程序和底层机械装置的反馈信号，最后将相应的动作控制信号发送给底层机械装置，完成相应操作。上位机系统在工作过程中，实时将车库的工作状态及车库中每一个车位的状态清晰地展示给用户，同时处理车库中的操作信息，将系统处理后的信息及时通过数据库接口贮存在Access数据库中。本系统同时还具有信息查询、用户管理、车位报修等功能，较好地满足了堆垛式立体车库的自动控制要求。

[1]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]李斌，张政.新型巷道堆剁式立体车库的虚拟设计[J].河南工程学院学报，2012，（12）：54-56.

[3]华文瀚.立体车库中存取车机械装置及其控制系统的研究开发[D].成都：西南交通大学，2010：55-56.

[4]蒋华.三菱FX-PLC通讯动态链接库（DLL）使用说明[Z].上海：上海理工大学信息与控制工程研究所，2003.

Study on the Control System for Stereo Garage based on PLC

LI Bin, DU Keke,LI Xin
(Department of Mechanical Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191)

Put forward a overall scheme of the control system for new type of three-dimensional garage,Designed friendly manmachine interface, simplifies the operation. Improved the database to strengthen the function of the system. Developed a simple and effective information protocol, Realized communication between the PC and PLC.Based on FX2N-64MR-001 PLC, Designd the main program and the driver program, Met the control requirements of stereo garage

PLC, FX2N-64MR-001, stereo garage