老旧小区基于PLC的垂直循环式立体车库控制系统的设计

姚静　巩建辉　任健

摘 要：垂直循环式智能立体车库有着空间利用率相对较高、安全快捷等优势，通常被普遍应用到一些停车较为困难的老旧住宅小区、家属院、事业单位和商务酒店等地。立体车库的自动控制系统在提高停车装置的安全性、实用度以及设备的智能化方面发挥了举足轻重的作用，本文将从18个车位的垂直循环式立体车库入手，并通过PLC编程软件进行合理的编写，从而以此为依据计算出车型和编程控制的设计，实现预期的效果。

关键词：老旧小区 PLC设计 垂直循环 立体车库 控制系统

Design of PLC-based Vertical Circulation Stereo Garage Control System in Old Residential District

Yao Jing，Gong Jianhui，Ren Jian

Abstract：The vertical circulation type intelligent three-dimensional garage has the advantages of relatively high space utilization， safety and speed， etc. It is usually widely used in some old residential districts， family homes， institutions， and business hotels where parking is difficult. The automatic control system of the stereo garage has played a pivotal role in improving the safety， practicability of the parking device and the intelligence of the equipment. This article will start with the vertical circulation stereo garage with 18 parking spaces， and carry out reasonable planning through PLC programming software， so as to calculate the design of the vehicle model and programming control based on this， and achieve the desired effect.

Key words：old residential area， PLC design， vertical circulation， stereo garage， control system

在我国社会经济和市场经济发展迅速和健康发展的当下，汽车在我国已经普及，但与之配套的停车位却严重不足，因此城市中停车困难的问题也日益突出。针对这一个问题，停车库设计也更加的人性化，主要推进方向是自动化和全机械化。运用PLC系统控制垂直循环式的立体车库，不仅提高了空间利用率、方便灵活，而且在电磁抗干扰能力方面也具有很强的优势，而被行业和社会所广泛采用。本文研究的是18个车位的垂直循环式立体车库，主要从设备工作原理、主要硬件组成、控制参数选择、PLC程序设计和系统安全保护措施等五个方面进行分析，最终目标是实现以PLC对循环式立体车库的控制。

1 设备工作原理

垂直循环式立体车库的自动化车位控制系统是通过垂直循环运动的，它的操作流程是进行存取储藏和汽车 ，它的运行操作流程有两个：其内部旋转电机通过减速器来带动传动机构，每间隔一定距离则将一个载车板安装在牵引构件的链条上，待启动电机进行时，链条将带动载车板进行循环的运动，进而实现便捷存取车。立体停车设备是由一个大型电机驱动来实现的，运转一次就能快速的完成存车和取车，不仅控制起来简便而且节约了土地资源，提高了空间利用率[1]。此车库为双面对开的结构，分为平行的两排，车库中间是公共通道。通道两面分两个区，1个停车区为1排，两区总共设置了18个车位。

2 主要系统硬件组成

控制系统运用PLC，不仅占地空间小、编程灵活，而且在抗干扰能力方面也具有很大的优势。系统采用了SIEMENS S7-300系列的核心控制器，具体如图1所示，其主要的系统硬件主要包括PLC、人机界面HMI、传感器、变频器、减速电机、和触摸屏等，本系统选择西门子MP270B触摸屏和WinCC flexible2008人机交互界面HMI，并通过RS485和SIEMENS S7-300相互进行通信，采用按键、遥控以及刷卡的方式把停车位编号传输给PLC，随后根据传输信号数字实现对垂直循环式停车装置的控制。同时，由HMI将PLC内部的信息进行读取，并以此为依据进行判断和分析，之后以文字图形或者的声音方式显示车辆信息，车辆存入到相对应的车位号上会有指示信号发出，取出车辆时也会有腾空车位显示。为了方便管理人员的调试和维修，停车设备会在HMI上安装急停开关。最后由PLC驱动设备变频器控制减速电机，链条带动电机的旋转使得载车板进行循环运动，实现智能化自动停车取车。

此车库的PLC控制系统的功能包括：（1）分别在停车设备后方设置一个原点位置传感器和两个其他位置传感器，分析工作状态的变化情况以及和算法程序，可以得出车辆的车位号和其具体位置，以最快的速度和精确性来判定出车辆的具体位置号。（2）旋转电机在变频器的控制功能下进行旋转以及快、慢速度的运动。（3）在旋转编码器的作用下，可以准确地判断载车板的特定位置，并能够实现载车板减速和停止上的平稳性。

3 控制參数选择

3.1 选择输入控制参数

在车库后侧的固定式支架上安装设备位置感应传感器，主要是用来检测车库里停车位载车板上固定的三角板的，车库为周期性运行，三角板间隙最大距离应为25mm，因此要选用感应距离大的开关来感应设备位置[2]。考虑到有些车库在室外，光电传感器极易被影响，引发错误动作，再加上接触式开关时间久了容易出现损坏，因此在选择设备位置感应器时，需选择位置感应距离大小约为30mm的接近开关E2EM-X30MX1，并且对选用感应器的输入信号数据做除抖处理，目的是增强传输信号的可靠度。

3.2 选择输出控制参数

旋转式电机是控制系统中最为重要的控制对象，此车库须采用重型负载，在选用逆时器时功率参考设备电机的启动功率，应比电机启动功率大一个等级以上克服电机的启动转矩。与其他重载负荷设备控制电流模块对比，此设备的控制模块必须有150%过载 60s或160%过载10s的能力。正因为如此，设备的旋转电机驱动力才能克服驱动轮两侧的重量差值，再对设备满载和空载运行的数据进行分析和计算，工程师结合此设备结构特点和技术参数要求，算出车库主驱动电机的规格是9.2kW/20A，电动机减速比是150/1，最终根据电动机功率选择的变频器规格应为18.5kW/37A[3]。因此，为了对电机速度位置进行有效的改善，就需要在变频器中增加一个PG来构成闭环控制系统。

4 PLC程序设计

传感器数据信号和HMI主要是通过输入接口将信号输出到PLC内部，并通过一个输出接口发送指令和数据信号，整个工作流程的总体结构是由模块化、手动操作、自动化操作和连锁保护等几个部分构成。自动化存储读取辆车信息的程序编写工作是整个工作过程的重中之重，它不仅便捷智能，而且较好的发挥出立体车库的主体性功能。

在完成整个操作过程中，对车辆车位号的正确识别是非常关键的，因此，在程序原始设置时，应针对汽车的车位号提供相应寄存器地址，分别将1～18车位号设置为D1～D18，其中D0表示车位号，1号的载车板上面需要安装一个金属片用来检测原点位置，每次1号载车板处于停车库下面时，停车设备就会在原点位置上，D0=1。设备的运动为顺时针时，每经过一个载车板位置感应器检测到一个开关量信号，车位号在原来基础上加1（D0=D0+1），当车位号D0=0时，把1赋予D0。而当运动过程为逆时针时，感应器每检测到一个信号，车位号会减1（即D0=D0-1），当车位号D0=0时，则把18赋予D0。车位号是按照连续顺序排列的，所以了解了车位号也就等于掌握了车辆的具体停放位置，再通过程序对所需的车位号和当前的车位号进行比较，并做出准确的判断，从而达到快速存取车位号的目的。

5 系统安全防护措施

5.1 基本安全防护措施

此立体车库是一种自动化机械设备，如果操作使用不当，机械就会对我们的安全造成很大的威胁，所以做好充分的防护措施显得极其重要，它不仅能保障整个运行安全，还能保障人身安全。具体内容从以下几个方面入手：第一，将一对光电开关安装在载车板最底层的各个方向，用红外设备检测数据判断车辆“超长”、“超宽”等具体信息，整个程序的操作和各个硬件的功能互相牵制，在以语音播报和LED显示屏等方式做以提示[4]。第二，当人员或车辆在进出车库时，设备不能动作。第三，当系统有异常情况发生时，设备需及时停止工作和预警。最后，有必要在进出口处等较为醒目的位置张贴上存车和取车的注意事项以及主要规则。

5.2 车库有无人判别

为了增加设备的安全系数，系统加入了无人自动判别功能，具体内容为：首先，在车库进出口处装上相对应的光电感应器，在人员或车辆离开车库时，传输感应器能提前接收到外侧的传输信号和数据，内侧的感应器也会接收到对应的数据和信号[5]。其次，当人员和汽车出库时，内侧的传感器首先会接受到传输的数据和信号，而外侧的传感器则后会接受到传输的数据和信号。最后，在设计车库时，规定只允许一个驾驶员独自进入车库，在这种原理基础上，可直接对来往的车辆和人员是否离开作出正确的判断。

6 结语

在立体车库的控制系统中运用PLC，不仅占地空间小、可靠性高，而且在抗干扰能力方面也具有很大的优势。本文在立体车库的控制系统中运用PLC程序，很好的实现了对18个车位的有效控制，依据整个设备的控制流程和要求，将以此为依据合理的编写PLC的程序设计，通过现实中的实际运用可知，在立体车库的控制系统中运用PLC，不但能很好的保障设备的运行安全，而且占地空间较小、建设成本也低，有效地解决了老旧住宅小区、事业单位以及商业酒店停车困难的问题。

基金项目 ：商洛职业技术学院2019年度院级重大课题《基于商洛狭小区域停车空间改造设计研究》（编号：JXKT2019003）。

参考文献：

[1]陈冬.智能垂直循环立体车库PLC控制系统的研究[J].化工管理，2020（35）：101-102.

[2]陶磊，武建涛，王力，黄崇高，仵海蒙.垂直循环式立体车库控制系统的设计[J].起重运输机械，2020（17）：55-58.

[3]郭俊鸽.智能垂直循环立体车库PLC控制系统的研究[J].起重运输机械，2020（09）：74-76.

[4]周欣.垂直循环式立体停车设施控制系统的设计与实现[J].电子制作，2019（19）：76-77+79.

[5]郑建全.基于PLC的垂直循环式立体车库控制系统设计[J].機电信息，2019（21）：128-129+131.