新型电动车智能车库控制系统的设计与实现

李金佩，陈高丽，王 莹，许洋洋

(郑州工业应用技术学院，河南 新郑 451100)

我国虽然在立体车库设施中发展迅速，但还是以机动车停放的车库为主，非机动车的车库很少，停车矛盾日益增加。我们借鉴机动车立体车库的经验，将它应用到电动车停车方面，解决了停车过程中电动车及车库稳定性、可靠性问题，使空间利用率得到了极大的提高[1]。

根据我国实际背景以及特定环境下的存取车，通过对PLC系统进行程序编写，让传感器和升降横移电机互相配合，设计一套电动车智能车库，实现电动车的智能立体存放，充电以及管理的功能，最后利用组态软件，进行模拟仿真，确保可以正常运行。该设计可以更好的解决城市中电动车停车空间不足，乱停乱放的问题，还可以使电动车避免丢失或被盗。

1 智能车库结构及工作原理

该设计通过考虑实际情况，占地面积，技术难度等各个因素后，采用巷道堆垛类停车方式，车位框架为3*3结构，搭建较为简单，但是与之配套的升降横移装置功能较多，有些许复杂。车库结构主要由车库框架，上下固定导轨，门架，水平传送底座，升降存取台，载车板，充电板，动力装置等构成[2]，如图1所示。

车库框架是通过钢结构焊接而成，具有较好的抗压抗震能力，用于电动车的存放与充电。传送底座用于水平移动至相应位置。上下固定导轨的中间为门架，而升降存取台固定在门架上，采用电机控制，用于车位上升与下降，对车辆进行存取操作。载车板是电动车的运输载体，保证在运送过程中保持稳定，不侧翻，与车库内的充电装置配合，完成电动车的充电。

车库通电后，根据车位传感器判断所有车位的状态，升降台和传送底座回归初始状态[3]。存取车流程如图2所示：按下存车按钮，选择所需要停的车位，水平传送底座和升降台依次移动到位，伸缩杆伸出，电磁铁通电动作，吸附载车板，缩回升降台，移动至初始位，停车人员将电动车骑上载车板导向槽，并完成后轮锁定，需要充电的话，便可将充电器和载车板插座连接好，撤离危险区域，按下继续动作按钮，载车板移动至原车位前方，伸缩杆伸出，将载车板归位，电磁铁不通电吸附，伸缩杆缩回，平台回归原位。在存取过程中，外围警报灯会一直闪烁，提醒周围人员进行避让，不要靠近，以免发生意外。

智能车库的存车过程如下：当人们需要存车时，按下存车按钮，并选择所需要停的空车位按钮，通过装置的水平和垂直移动，到达指定车位，伸缩杆伸出，电磁铁动作，吸附载车板，将载车板移动到升降存取台，返回初始位置，将电动车骑上载车板停好后，离开危险区域，按下继续动作按钮，再移动回指定车位，推入载车板，缩回伸缩杆，返回初始位置，完成存车流程；智能车库的取车过程如下：当人们需要取车时，按下取车按钮，并选择所需要取车的车位按钮，通过装置的水平和垂直移动，到达指定车位，伸缩杆伸出，电磁铁动作，吸附载车板，将载有电动车的载车板移动到升降存取台，返回初始位置，将电动车驶离载车板，离开危险区域，按下继续动作按钮，再移动回指定车位，推入载车板，缩回伸缩杆，返回初始位置，完成取车流程。

2 智能车库PLC控制系统设计

2.1 软件设计的架构

智能车库软件设计采用模块化编程，程序由初始化模块，存取互锁模块，存车模块，取车模块，跳转等待模块，警示模块组成。PLC执行程序时，总是顺序的，由上而下的执行，在需要存取车时，去调用存车模块或者取车模块的程序，并同时执行着警示模块。根据智能车库的控制要求，实现车库存取和可靠运行，合理的选择控制和检测方式，并对各个子模块的程序进行详细设计。

2.2 控制系统的程序设计

当按下复位按钮或者设备断电后初次来电，回归平台动作初始位置，完成存取车前的初始化操作。共有九个存车位，以1号车库存车时为例，根据车库内的检测光电判断，当此车位有车时，中间继电器M0.2动作，常闭触点断开，不能进行该车位存车；当此车位可以停放时，中间继电器M0.2不动作，常闭触点正常工作，然后跳转到存车运动过程。为防止因误操作同时按下两个按钮，在1号车库按钮后增加其他几个按钮的常闭触点，形成一种保护。存取车部分程序如图3所示。

取车时，以1号车库取为例，根据车库内的检测光电判断，当此车位无车时，中间继电器M0.2不动作，不能进行该车位取车；当此车位有车时，中间继电器M0.2动作，常开触点闭合，跳转到取车动作过程。为防止因误操作同时按下两个按钮，在1号车库按钮后增加其他几个按钮的常闭触点，形成一种保护。

3 车库监控系统设计

3.1 组态与PLC的连接

组态软件是种面向工业自动化的通用数据采集和监控软件，即SCADA软件[4]。通过组态软件，可以了解设备的运行状况，增强生产控制能力，提高生产效率，减少成本的投入。企业还可以通过它对生产过程或状态进行集中监控，优化管理环节。

首先，双击打开已经安装好的组态王6.55软件，在上方菜单中选择 “新建工程”，进入“新建工程向导”，点击“下一步”，创建新的工程文件，然后点击“浏览”，然后在我的电脑上选择新建工程所在的地址目录，再点击“下一步”，根据工程需要，输入相应的工程名称和工程描述，点击“完成”，完成创建，系统会弹出一个对话框，提醒用户是否将新创建的工程文件设为当前工程来使用，点击“是”，然后就可以在工程管理器界面看到我们所创建的工程文件“电动车智能车库”，PLC型号选择“S7-200系列”。根据窗口向导完成相关配置设置并进行串口参数设置，双击“COM1”，在弹出对话框的“通讯参数”中，选择相应的波特率，数据位等参数，“通信方式”为RS232，“通信超时”一般设为系统默认值[5]。

3.2 组态的界面设计与动画连接

在工程浏览器界面，点击“画面”，然后左键双击旁边的新建画面，设置画面名称为“电动车”。通过工具栏的绘画工具和图库，在“电动车”画面上制作电动车智能车库示意图，如图5所示。画面左侧为控制台，由急停按钮，复位按钮，各车位存取按钮与指示灯组成，右侧为智能车库的简单示意结构，由框架，电动车，载车板，门架和升降存取台组成。

在组态王中，变量的集合形象的称为“数据词典”。数据词典记录了用户设置的可以使用的变量的详细信息。在数据库中，单击“数据词典”，在右侧出现的变量中继续向下添加新的变量，完成所有的变量添加。

动画连接是建立画面的图素与数据库变量的对应关系，给图形对象定义动画，双击图形即可弹出动画连接对话框，进行一些命令设置。工程设置的图形较多，但基本上都是水平垂直移动，按下时的命令语言设置，以“2车存”按钮为例，在按下时添加一些命令语言，执行“2车存”的功能指令以平台为例，它主要是以水平运动，垂直运动为主，进行水平或垂直动画连接设置。

3.3 系统仿真的调试与运行

在调试过程中，系统如果出现异常情况，例如按下时无反应，水平移动不到位，指示灯不能亮等，分析其造成错误的原因，一般是动画连接中参数设置不当或编写的命令语言有误[6]。返回到开发系统，仔细检查修改后再次运行。经过多次仿真测试，左侧控制台存取车、急停与复位按钮功能正常实现，指示灯显示正常；右侧水平垂直移动正常，距离合适。通过对各个存取车模块，急停与复位模块的测试，该电动车智能车库可以正常运行，达到预期控制要求。

以存五号车库为例，按下“5存”按钮，便开始运动，平台取下五号载车板，再回归初始位置。将电动车骑上载车板，然后按下“继续按钮”，平台将车存放到位，再次回归原位，如图4所示。

4 结语

文中分析了目前非机动车停放资源有限，结合机动车智能车库研究现状，提出了一种新型的电动车存取智能立体化车库控制系统解决方案。采用西门子S7-200作为控制核心，连接电机与传感器，并对I/O口进行分配，分析1～9车库的存取步骤，描绘流程图，绘制PLC的外部接线图，设计人机交互界面，编写运动机构的 PLC控制程序，实现车库的自动化操作，让电动车的存取变的简单灵活。使用组态软件，创建工程文件，设计出智能车库的监控画面，实现对运行状态的实时监控，完成与系统的数据通信要求。在实践中可以考虑车库存取流程的进一步优化，根据使用人的使用习惯或者不同的时间节点，通过摄像头或其他传感器提前感知，提前进行移动，选择车位，节省时间。