关于多层立体车库控制系统的设计

宋建涛 魏大慧 王大中 崔浩然 伍绍杰

摘要：本次以升降横移式的多层立体停车场为研究对象，研究其主体结构以及被控对象的功能需求，通过对PLC系统控制的软件与硬件方面的分析，了解多层立体停车库的存取车原理，从而设计适宜方案，利用组态王软件监控仿真存取车辆的过程，直观展现其操作流程。

关键词：升降横移式;PLC系统控制

1 多层立体停车库控制系统的总体设计

1.1 多层立体停车库的方案分析

升降横移式的多层立体停车库是以X x Y的矩阵为建立基础，根据这个特点，在设计时将包含多个列和多个层，Y代表列数，X则表示停车库的层数，P代表车辆数。所以通过这个规则我们就可以得到多层立体停车库所能容纳的车辆总数为：P=X×Y-（X-1）

1.2 多层立体停车库的设计流程

（1）研究多层立体停车库的种类，明确多层立体停车库的工作流程，确定其控制需求以及相关控制的方式，最后得出多层立体停车库电气控制系统的计划。

（2）确认了其控制系统设计的大致方向后，将从硬件软件两个方面进行深入的研究工作。

硬件方面：当明确了相关控制器的型号之后，开始进行PLC的I/O地址分配，以及设计外部连接线路图。还应该设计自动报警电路、手动、自动控制电路与主电路等相关适配功能电路。

软件方面：采用模块化的开发方式，要求所设计程序可供后期调试，其内容含有初始化模块，相关主模块，传送板的复位以及车辆的自动存取功能模块，运行显示可视化模块。

1.3 多层立体停车库的总体设计

为了弥补PLC在处理大型数据以及文字处理方面的缺陷，以及为了更好的的管理与维护控制系统，同时为了实现网络化的管理以及通信，系统采用上位机与下位机组合的形式，上位机包括MCGS工控软件、管理软件以及PC显示端，包括调度传送板的动作的控制算法，下位机则以PLC负责现场前端控制，每个传送板上还安有独立控制器，负责将信号反馈给控制端并及时执行控制端的指令。两者的通信通过串行通信进行实现。

升降横移式多层立体停车库可以分成多个子系统，包括管理系统、控制执行系统、监测系统、上位机操作管理系统、显示仪器、PLC控制系统等。如图1-1。

1.4 多层立体停车库电气控制的设计

在本论文的研究过程中，依据多层立体停车库的结构特性，系统的便利性、可靠系数以及安全系数都需要放在设计的首位，如果仅从运算的速度以及精度来考虑，单片机已经可以达到基本要求，不过因为该系统涉及大量外部电路，会引入部分干扰因子可能会令系统运行出现错误，所以可编程控制器PLC在这一点上优于单片机，从现场应用方面来说，PLC集合了PC、自动化以及数据通信等多方面的技术，稳定系数较高，在工业控制中拥有很大的优势并且在现场控制中发挥重要作用，适合在一些对安全性要求较高的控制系统中进行使用。

2 多层立体停车库控制系统的硬件设计

2.1 多层立体停车库中PLC的工作过程

PLC的工作方式是周期循环式，当一个周期运行结束后就马上进入下一个周期，任何一个周期都必须含有采样输入，程序执行以及输出刷新三个部分，其特点是可靠系数高、抗干扰能力好、但反映速度较慢。

（1）采样输入

此阶段PLC将按照预先顺序从信号输入点读取所有信息并且存储在相应的区域内，当全部信息采取完毕后，则开始进行下一阶段，并且存储下来的输入信号将不会改变，运算结果将被存储在新的空间当中，这样增加控制系统的稳定性。

（2）程序执行

此阶段PLC通過获取用户的程序结构扫描其中的每一条控制线路，再根据运算逻辑判断系统内部储存区域的状态，进行计算，判断是否有特殊功能指令，然后按照逻辑顺序运行，最后进行锁定。

（3）输出刷新

此阶段PLC将根据控制系统所存储的数据来刷新输出电路，以进行对外输出。

以本论文研究对象为例，本系统的I/O信息点的数量类型已经由可编程控制器与计算机操作端共同决定，系统拥有24个输入点以及16个输出点共计40个输入输出信息点。

本系统中PLC主要用于管理车位上在传送板的位置，监测运作情况，存车取车等。系统设计的核心在于对输出点的分配，当车辆进出时，控制界面可以实时显示信号输出，其中最主要的是车辆的移动路径以及拖勾的负重程度，当拖勾的正常使用时负重显示为零，当负重加大时说明可能出现故障，应及时关闭系统并且报修，其他的输入输出端口地址分配是复位开关、紧急按钮的设置、车位指示灯的控制。

2.2 升降横移装置的运行方式

整个多层立体停车库依靠传动装置来移动车辆，其中包括横纵两个方向，通过此传送组合可以将车辆传送至任意指定位置，以本系统为例，当用户将车辆开进最下一层时，此时车辆停放在任意位置，当系统收到复位指令时，横向传送装置将开始运转，将车辆上方的第二层传送板移开，车辆在通过纵向装置移动至第二层，若第三层还有空位，则可根据后续指令继续移动，需要注意的是，此系统中的第二三层必须留有一个空余车位用作中转作用。

2.3 位置监测系统和控制系统原理

当系统检测到入库车辆已正确停放时，才能够进行横向纵向的传送，为了实现这一目的，要使用相应的位置检测装置，通常使用限位开关，安装在停车位的地板上，当车辆第一次触碰时限位开关进行闭合然后松开，当车辆第二次触碰时再一次松开闭合，同时车辆前部会触碰车位安装的另一组限位开关，发出相应的信号，当控制系统收到规定次数信号之后才认为车辆已停放完毕，允许进行后续操作，当车辆离开停车库时则操作相反，利用这一检测装置，系统能够有效避免错误的启动操作。

电动机的正反转切换是该系统电机操作的重点，目标是使传送车辆可以及时减速停放在指定位置，并且为了使传送板能够匀速平稳的运行。以本系统为例，需要在第一层中安装两个横向传送电动机，二层每一个传送板下安装两个电动机分别负责横向以及纵向传送，三层则需要在每一个传送板下安装一个纵向传送电动机，并且每一个电动机需要配置一个变频器作为控制装置。水平控制电机如图1-2所示。

（作者单位：吉林建筑大学）