PLC技术在智能立体车库设计中的应用

党梦宇 张群

（陕北矿业张家峁矿业公司 陕西省神木县 719300）

1 引言

随着我国经济的发展，私人交通工具的形态也在发生着巨大的变化。据不完全统计，中国的汽车销量在半年中就同比增长12.7%。随着未来的发展，人们对私家车的需求不断增加，中国的私家车数量将继续增加[1]。然而，越来越多的私家车不仅给我们带来了方便，也给我们带来了很多负面影响。其中停车位的数量远远不能满足汽车存储的需要就是一个难以解决的矛盾[2]。在这种情况下，立体车库逐渐在各大停车场初见雏形，慢慢走进人们的视野。和平面停车库相比较，立体车库的自动化程度更高，停车位更多，并且占地面积更小，能快速解决停车难的问题[3]。提出一套将PLC技术应用于车库控制系统的方案，研究车库访问策略，最可行的车库进入实时监控和数据收集，目的是改善整个车库的自动化控制效率，减少车辆访问时间，提升顾客的舒适度。

2 基于PLC技术设计智能立体车库

2.1 任务分析与PLC接口分配

车库控制系统的目的是保证车库变速杆的开合、地面感应开关、装载板的升降、电子换向机构、指示灯、从而有效的控制整个立体车库的操作过程，完成车库进出车的要求，如表1 所示。

结合设计的车库运营和场地使用要求，本文采用了更适合自动控制的控制技术来设计一个立体车库控制系统。人机交互系统是信息技术发展的产物，用来实现人与设备之间的对话功能。现场控制系统系统框图如图1 所示。

图1：PLC 现场控制框图

由于立体车库中有大量的中继器、接触感应器、指示灯等输出点，以及光电位置传输感应器、操控按键、限位开关、触碰地面感应线圈等输入点，且到车架的距离较远，接线十分不便。采用分布式模块将输入、输出与机架远距离连接。在车库运行过程中，串口模块控制刷卡、语音和电子倒车机构。串口模块选择串口扩展模块。车库外，有少量的输入输出，与扩展模块相连并放在机架上。为了实现对设备的有效控制，现场采用总线路网的网络控制系统设计，为现场工作的科学性开展和便捷性操作提供便利。现场总站的主站设计为主控设备西门子控制器，系统的从站设计西门子触摸屏、变频器和分布式模块。现场的网络设计是一个主设备，一个触摸屏设备，两个分布式站点、四个变频器站点，每个站点都设置网站地址，主站点和次站点在整个总线设计上都有且只有唯一一个站址作为识别标志，可以有效区分不同功能的模块。

表1：PLC 硬件设置

2.2 车位定位功能PLC设计

通过PLC、西门子MM440矢量控制、绝对编码器构成闭环系统，以实现电机运行的精确定位[4]。首先介绍车库充装的设计，楼层的初始状态是列出三个荷载板都在地面以上，并且在每次进出车移动后，楼层的荷载控制系统都要复位到初始状态，第一层的地板负载由于其平行于地面，所以汽车不需要访问车库控制系统，第二和第三层地面上方悬挂在初始位置，所以需要控制控制系统进行相应的操作。进一步，车板运动包括四种情况：第一寻址访问，第二回初始位置（重置），第三层运动（访问），第三层回到初始位置（重置）。每一层的访问和重置部分是相同的，只是方向不同，但在相应的速度在本质上是相同的，所以只有两种速度曲线模型。根据选择的移动距离和合适的速度，以时间为横坐标，设置相应的速度曲线，然后在变频器中设置相应的曲线相关数据。研究中最常见的研究速度的曲线模型有三种，分别是抛物线型、梯形、和抛物线直线型，对比这三类模型，梯形模型是运算最简易的，但其影响比其他两个大；抛物线模型具有机械结构简单和最低的机械影响，效率比梯形模型更好，但电机在整个运动时间恒定加速度减速，运行缺乏稳定性；抛物线-直线模型不仅可以减少对机械的冲击力，还具有较高的系统运行效率，但存在加速度变化不稳定的弊端，系统实现较为复杂。结合前面三类速度曲线的特点，融合编码器和精准定位操作系统以及变频器控制，在保证一定操作效率和易于实现的前提下，适当提高了机器的抗冲击力，满足了控制结构。

所选的速度模型除了在几个变速点处的电弧缓冲外，其他特性都是对称的。缓冲弧在上坡速度为0.5s，下坡速度为0.3s。曲线设计有3 个这样的转速变化点，所以缓冲圆弧的时间为2.4s，转速变化点通过编码器反馈到PLC 电机的具体固定位置作为触发信息。上文的数据计算结果是载车板上下滑动的技术值。在实际编程时，需要根据具体的电机选型和传动特性，将相应的技术值转换为电机运动的数值。

2.3 车位升降功能PLC设计

在实现进出车和车库重新定位的过程中，需要涉及到车厢板在牵引传动系统的作用下上升或下降的运动。如何使托盘准确稳定地停留在控制系统要求的位置，是托盘运动中必须解决的问题。考虑到车板的停放位置是否准确，仍然对用户存放/检索车辆的便捷性有很大的影响。如果车厢板的停放位置不再与地面水平平面，就会给车主的车的存放或取回造成很大的麻烦和困难，甚至存在一定的安全风险。车厢板的安全、稳定、准确停车对控制系统提出了更高的要求。

立体车库控制系统来控制合理的负载板运动从两个方面，一个是相应的接近开关探测到顶板运动到相应的位置，然后将信息PLC，PLC 为相应的中继功率控制，并控制接触器控制电机功率，从而切断控制负载板运动的电机电源；二是从动力源角度考虑牵引电机的运动动力和效率，本文用来作为闭环系统来控制电机的运行速度和车辆的定位的设备是PLC、西门子MM440 变频器以及编码器在控制系统的传感器和旋转编码器。用于第二，和光电开关传感器系统辅助设备，只有在前者到后者的失败，同时顶部和底部框架极限开关配有较强的检测能力，防止载体板移动“顶”或“底”。这样，车库的控制系统就配置了三段保险措施，保证设备和车辆不会发生碰撞或掉落等破坏性的事件，更大力度保障了车库在运行过程中的安全。

2.4 车辆查找定位功能PLC设计

传送感应器的自我诊断是根据查询车辆车库中的硬件系统中的各个转送感应器是否正在工作，检测发出信号是否符合逻辑并进行留存，给其他的运行程序提供判断的依据和保障，是系统运行的后方保障。图2 为传感器故障控制流程图。

图2：传感器故障控制流程图

控制系统可以通过查询传导感应器的信号，快速调出每个停车位的信息，是否有汽车承载板，承载板上的停放的车辆是否停在正确和安全，以及安全钩是否和保险杆的承载板正确等。在复位操作之前，可以用它来确定车库的状态；在泊车位的进出操作中，可以用来判断所要执行的动作是否安全可行。如果检测到的状态与系统认为的不一致，甚至是错误的操作，系统将取消要执行的动作指令，并发出警告。

2.5 客户身份识别功能PLC设计

车主身份的验证方法有很多，车主可以用账户登录的方式，输入正确的密码即可，或是进行刷卡验证。对于固定用户，车主可以在管理室向管理员申请新卡时进行用户注册，设置用户名、密码、车辆信息、有效期等。固定卡车车主可以选择账户名登录或者刷卡两种方式，检验有效期是否到期。车主进入汽车后，只需要在车库入口的读卡器上刷卡以验证身份[5]。常驻车主在申请领卡和延期的时候缴纳了相关时长的费用，之后的每次操作验证身份即可无需再进行缴费操作，进一步节省了停车时间。如果是短时间停车，顾客需要按下车库门口的按钮，人机交互系统即可开始运行，在收到外来用户的申请之后，后台会检测车库内剩余车位并判断是否提取临时停车卡。如果停车位剩余足够，后台会控制取卡机出卡，卡片被取出开始计时。取车时，读卡器刷卡付款后即可从仓库卸下。访问车辆的过程因车主身份验证方式的不同而不同。

3 结束语

PLC 是一个较为复杂的自动化控制系统。虽然融入PLC 技术设计的立体车库控制系统达到了预期的效果，系统界面操作流畅，可以更好的实现立体车库的稳定运行。然而，由于缺乏设计经验，所设计的控制系统仍需进一步的改进和完善。当今世界信息技术高速发展，智能硬件和软件操作系统的发展日趋完善，以及对海外各类先进技术的积极学习引进，立体车库的实际操作将越来越多样化。