基于 PLC的升降横移式立体车库监控系统设计

姚梦阳 王天良 陈苏江 马义可 贾壮壮

摘 要：为缓解由于城市的快速发展而带来的停车难的问题，现代化的立体车库被提出并推广。其中升降横移式立体停车库以其结构简单、占地少、造价低、运行费用小而得到广泛推广。本文针对 3层升降横移式立体车库的自动化存取控制需求，利用可编程控制器（PLC）软件对 3层 10车位车库的监控系统进行了设计，并使用组态王软件实现了车库的动画监控。实践证明，该系统满足了立体车库的控制要求，而且具有操作简便、

可视性好、可维护性强等特点。关键词：PLC；立体车库；升降横移式；监控系统；组态王

1 引言

随着国民经济的高速发展以及我国城市现代化水平的提高，汽车保有量在不断增加，并且绝大部分汽车集中在大、中城市，使得城市停车难的问题日益突出。立体停车库由于具有占地面积小，空间利用率高、自动化操纵，使用方便、效率高、经济性好等优点得到了应用。立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库，通过控制系统控制车位空间位置的变动，使车位能够实现平面到空间的转化，实现多重单层平面停车的功能。立体车库主要有升降横移式、垂直循环式、巷道堆垛式、垂直提升式、圆型水平循环式等几种类型。其中，升降横移式具有结构简单、操作方便、安全可靠、造价低廉，在国内立体车库市场占有绝对优势。

PLC即可编程控制器，它以微处理器为核心，有机的将微型计算机技术，自动化技术，及通信技术融一体。与以往的继电器控制系统相比，PLC具有性能好，环境适应强，性能可靠，运行时间长，速度快，可直接运用于工业环境，具有很强的抗干扰能力，广泛的应用能力及适用范围等优势。所以大多数中型企业都是用 PLC。这也是本文选用 PLC为控制系统的重要理由。另外本文还选用组态王软件来实现人机交互，和 PLC进行数据交换，使操作更简单直观，使实时操作监控情况更清晰明了。

本文以升降横移式立体车库为被控对象，利用 PLC来实现其监控，用组态王软件作为上位机，该监控系统可以实现车辆的自动存取和现场情况的监视。

2 升降横移式立体车库的机械结构和工作原理

2.1 升降横移式立体车库的机械结构

升降横移式立体车库主要由：主体框架、载车板装置、传动系统、控制系统、安全防护装置等部分组成。其中车库的主体框架由横梁，纵梁及立柱等部分组成。传动系统安装在主体框架的横梁与立柱上，传动链条与载车板相连，在电机的驱动下链条带动载车板作升降横移运动，从而实现车辆的存取。车库的主体框架支撑着动力电机、传动系统以及车辆负载。框架主要为钢结构框架，必须具有足够的强度，能够保护车库安全可靠的工作，为了保证载车板在升降或是横移过程中能够到达指定的位置还需要采用行程开关。另外车库还需装有红外感应装置，当车库在运作时，一旦检测到有人或其它物体进入到车库，系统就会使这个车库停止工作以确保安全。

2.2 升降横移式立体车库的工作原理

升降横移式立体车库是采用电机驱动链条带动载车板做升降横移运动，通过电机的正反转可以实现载车板的升降或横移运动，以实现车辆的存取。其中每个车位均有相对应的载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移运动到达地面层，完成存取过程。而停泊在车库地面层的车辆：只作横移，不必升降；而停泊在顶层的车辆只作升降，不作横移；中间层则通过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆。三层十位升降横移式立体车库停车设备的出入口在第一层，除顶层外每层均设有一空车位，作为交换车位。除底层以外的所有车位均能自行升降，除顶层以外的所有车位均能自行横移。当某一车位需存取车辆时，该车位下方到空位之间的所有车位向空车位方向横移一个车位的距离，在该车位下方形成一个升降通道，此时，该车位便可自由升降，当其降至地面时，车辆便可开进或开出。

3 立体车库监控系统设计

3.1 监控系统结构

本次立体车库监控系统采用组态王软件来完成，在数据采集的基础上，以友好的人机交互，和可编程控制器 PLC进行通信，最终完成对车库运行操作的自动控制。在“自动”控制方式下，所有的存取车操作均在计算机上完成。

整个监控系统采用“上位机 +PLC+就地操作元件（电动机、传感器、行程开关、接触器等）”的典型结构，由 PLC采集就地传感器、行程开关等信号，利用组态王软件来和它进行数据交互，以提供给操作人员，方便监控和管理。该立体车库监控系统的结构框图如图 2所示。

3.2 监控系统设计

组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，有控制层、监控层、管理层三个层次结构，通过对监控系统要求及实现功能的分析，有监控层对下连接控制层，对上连接管理层，且在自动控制系统中完成上传下达的目的。

3.2.1 实时数据库的创建

监控层作为组态王的核心层，对下连接控制层，对上连接管理层，由监控层传来的实时存取车的状况传给管理层，然后由管理层达到数据建立，就是创建一个具体的数据库，并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性。

用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作；运行环境是用户应用系统的运行环境，在运行环境中完成对控制层的控制工作。充分利用 Windows的图形编辑功能，构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，达到实时监控的效果。在监控层，采用红灯与绿灯来表示车库车辆有无信息，并设计车库总车位情况。

3.2.2 系统画面设计与动画连接

为了更好的呈现和设计立体车库，我们对其进行了 3D建模。通过 3D动画显示来进行设计。依照实物模型来进行设计，我们将车库设计为 3*4的结构，高为三层， 1、2层可停放 3辆车，上层 4辆车，共有十个车位。加上钢筋框架、轨道、载车板以及模拟电机等组成我们的立体车库硬件设计部分。

3.2.3 运行策略设计

在组态王中，运行策略用来完成对系统运行流程的自由控制，通过数据库的实时数据状钢筋框架况信息，给出控制信号，使系统按照设定的顺序和条件操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭以及控制设备构件的工作状态等，从而实现对系统工作过程的精确控制及有序的调度管理。运行策略组态通过编写相应脚本程序来实现。

立体车库监控系统在执行过程中的流程如图 5所示。

系统启动时，需要使所有的载车板回到自己固定的位置，所以需设置启动策略。其他的系统运行策略则在循环策略中实现。在脚本程序的编写中，利用 PCI_1756采集到的位移数据来对托盘和相应的车辆进行操作。

3.2.4 设备窗口组态

人机交互界面是立体车库在使用过程中的一个重要部分，直接面向用户，所以需要具备以下特点：操作简捷易上手，降低用户学习成本；显示直观，让系统界面清晰的显示出车库的使用状况和运行情况，包括紧急停止按钮。如图 6所示。

4 控制调试

完成以上步骤后，整个立体车库监控系统就全部完成，可以通过可编程控制器对程序进行控制操作。比如目前车库停了 7辆车，如图 7其下方有车辆及载车板，现在要将第二层的车和底层的载车板左移，为顶层的车辆让出空位，在该车位下方形成一个升降通道，此时，该车位便可自由升降，如图 7所示。然后顶层的车就可以降至地面，车辆便可取车。其过程如图 8所示。

5 结束语 库工作情况的实时智能控制管理，可以保证系

编程控制系统（ PLC）设计，实现了对立体车 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。以便更直观的掌握和控制系统。但在本次设计中，由于时间、条件和经验所限，设计中尚有许多不足之处。在今后的研究中，可以考虑加入车辆信息的采集和将现有空车位情况联网发布（即加入物联网理念），以方便民众停车，使之更符合实际立体车库控制系统。

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