智能垂直循环立体车库PLC控制系统的研究

陈冬(河北化工医药职业技术学院机电工程系，河北 石家庄 050026)

0 引言

中国大多数城市停车场往往是大型的公共停车场，使用的空间很大，需要更多的资金来建造。迄今为止，智能垂直循环立体车库仍然不能解决城市私人停车场的问题。为了解决此问题，可以区域中建立立体车库，这节省了大量空间，并减少了占地面积和资金。

1 项目研究的意义

1.1 空间的节省

垂直立体车库所需的空间是普通停车位的40%，利用率比大型停车位高70%。它主要用于大型购物中心，学校和其他人流量大的区域，起了非常重要的作用。

1.2 存取车方便快捷

车主不需要进入车库，自动停车或自动取车。驾驶员可以通过刷卡或 在门口付款然后存车或领取车，非常简单。减少了时间的浪费和残留的气体排放，更加安全环保。

1.3 成本投资

施工主要与空间的大小以及硬件和软件的使用有关。垂直立体车库占用空间小，因此不用占用更多空间，有效降低了投资成本，可以减少能源消耗，降低劳力成本并节省金钱。根据数据，与一个标准车库(10万元或更多)相比，单个车库需要3万至5万元人民币，这表明它可以降低使用成本。

1.4 灵活的设计

立体车库单独设计，可以根据位置设计在不同的位置，具有多种类型和极大的灵活性。

1.5 改善地区环境

立体车库不仅可以有效地节省停车面积，而且可以减少排放，噪音，行车道，增加交通流量，改善人类居住环境，停车场在不占用土地的情况下增加了绿色空间。

2 智能垂直循环立体车库的工作原理

智能垂直循环立体车库是一个可以垂直旋转的停车系统。它由钢架(包括搬运器)，变速箱，电气控制系统，驱动器和防盗警报系统组成。车库一共有12辆小型汽车搬运器，可容纳12辆汽车。在正常情况下，搬运器会安装在车库的顶部以及底部位置，其余10个搬运器在车库的两侧均匀分布。图1显示了PC智能12D垂直循环立体车库的一般结构。 智能垂直循环立体车库通过驱动变速箱，并在牵引链上一定距离安装搬运器，驱动器开始启动时，司机可以通过刷卡进入所需的车位，进行汽车存放和领取。该设备通过PLC控制系统自动终止对车辆的存取。

图1 PC智能12D垂直循环立体车库总体结构

3 智能垂直循环立体车库控制系统流程

电气控制系统由电气控制柜和HMI(数字按键/刷卡式人机界面)组成。电源控制柜包含开关，继电器，三位按钮和旋钮，指示器和接线盒，控制器等组成。智能垂直循环立体车库的工作模式分为自动，手动和配置模式，可以通过HMI的3位开关杆进行切换。自动模式用于保持车库正常工作，发生硬件需要维修和故障排除时使用手动模式，使用配置模式清除母卡和子卡的数据。自动模式和手动模式由PLC程序控制器控制。PLC是现场操作和控制的重要组成部分，选择Siemens200CN，它的主要功能是汽车检查，停车使用信息提取，准确定位搬运器与HMI通讯等。智能垂直循环立体车库控制系统 的操作步骤是：如果管理员进入停车场，在HMI卡键入车位信息，将已收到提供的数据和进行分析和识别。判断检测元件状态，并检查电动机的的旋转方向和车位数量，并将每个停车位旋转到最低的停车位置。车库中最低的停车场有2个开关。当车位转到位发动机停止，车主可以进入和驶出车辆。

4 系统硬件组成

OMRONCP1系列PLC程序灵活，具有很多优点，它已它广泛用于工业自动化中，选择OMRONCP1E-E40SDR作为主控制器，系统硬件如图2所示。它由PLC软件控制器组成，HMI系统用户界面，传感器，变频器。选择北京工博瑞斯AB-C停车场作为HMI，通过RS485与OmronPLC-CP1E通信。 PLC直接根据数据控制旋转设备，并将汽车存取在该停车场的车位号，完成车辆的存取功能。 HMI还具有选择开关，紧急停止开关和其他适用于设备维护和故障排除的按钮。PLC通过以低速驱动电动机来控制变频器，以使其在旋转的电动机回路中进行循环运行并达到存取车辆的目标。

图2 控制系统图

智能垂直车库立体声PLC控制系统的主要组件的功能如下：(1)在设备后面安装2个位置传感器和1个原点传感器。更改位置传感器的程序和算法，可以估算出当前停车场其他停车位的位置，从而可以快速确定每个停车位，还提供最短进入停车位的通道。(2)检查变频器的正反转，旋转电机的高低速。(3)使用旋转编码器估算出正确的地图位置，然后减速并平稳停止。

5 控制参数选择

5.1 输入参数选择

设备位置传感器位于固定的支架上，安装在支架上的每个停车位都在三角板上，三角板的最大弯曲距离约为25mm，设备位置传感器有必要选择较长距离的开关传感器。由于立体车库位于室外环境，因此，光电传感器会影响光线照明，导致其故障，诸如电灯开关之类的断路并损坏设备。因此，控制系统选择欧姆龙感应距离为30m的E2EM-智能垂直循环立体车库30智能垂直循环立体车库智能垂直循环立体车库1作为感应器。在位置传感器中，通过使用传感器输入信号可以提高传感器输入的可靠性。

5.2 输出参数选择

控制系统控制的主要对象是旋转发动机。对于停车场的垂直循环，变频器的功率至少应为电机功率的两倍。对于高充电电流，控制模块要求在60s内具有150%过载或在10s具有160%过载。旋转电动机的驱动力主要用于克服驱动轮两侧的负载差异。如果一侧已满而另一侧是空的，则会影响计算结果准确性。根据设计特征和设计参数(速度等)，工程师发现设备的主要发动机规格为9.2kW/20A，电机减速比为150/1，发动机功率和变频器规格为18.5kW/37A。为更好地控制电动机速度和位置，创建了一个闭环控制，在该闭环控制中，将PG卡添加到了变频器中。

6 程序设计

HMI和外部传感器的信号通过输入接口发送到PLC进行逻辑处理，而输出接口则发送控制命令，该程序旨在启动手动控制，自动控制和联锁保护。自动车辆存取程序是执行基本立体车库操作程序的核心。

为了正确存取车辆，必须正确识别当前的停车位。首先是优化程序。每个停车编号对应于寄存器中的D1-D12，D0用于记录下边车位号。金属板安装在一号载车板上，如果1号载车在下边时，则设备处于初始位置(D0=1)。当传感器检测到信号时将设备向顺时针移动，下边车位的数量就会增加1(D0=D0+1)。逆时针运动后，每当位置传感器检测到信号时，都会从下车位中减去1(D0=D0-1)。如果小停车位D0为0，则将12赋予D0。由于停车位的顺序排列是连续的，因此，如果知道下面的停车位，那么其他停车位也就都知道了。将所需的停车位与下面的实际停车位进行比较，然后向左或向右旋转设备，就可以准确，快速地存取需要的停车位。

7 安全防护

7.1 基本防护

智能循环立体声系统是一种自动设备，操作不当会损害汽车的安全性。因此，需要安装安全锁以确保所有设备都是安全的。将一对光电开关安装在载车板的前，后，左侧和右侧。红外探测器确定汽车是“超长”还是“超宽”，它与软件和硬件互锁，与LED显示屏集成在一起。当汽车和人进入车库时，该设备可能无法工作，设备会立即停止工作，并在发生这种情况报警，可以在任何地方都看见车辆存取的注意事项。

7.2 库内无人判别

为了提高设备的安全性，在车库中添加无人识别控制系统。搬运包括：在车库入口安装2个光电传感器。当汽车和人进入车库时，外侧感应器首先会接收信号，然后内部的传感器接收信号。当汽车和人离开时，内部传感器首先接收信号，然后外部传感器接收信号。因为由于只有一名驾驶员可以进入车库，因此该原理可用于确定进入车库的汽车和人员是否离开了车库。

8 结语

智能垂直循环立体车库是一种小型机械立体车库，具有结构简单，配置灵活，操作方便，体积小，智能经济安全性和可靠性，适用于小型城市社区，以及大型购物中心的配置。 智能垂直循环立体车库中引入新概念和新技术解决城市停车问题，改善城市环境，加快智慧城市建设，积极推动智慧城市发展。

展望未来，新型电动汽车是政府提倡的无排放环保汽车。但是，由于电池技术和电池寿命的限制，电动汽车必须配备足够的充电桩。因此，立体车库安装充电桩，不仅解决了停车问题，而且减少了车辆的排放，节约了能源并保护了环境。因此，充电桩和立体车库的结合是未来发展的新趋势。