基于PLC技术的智能停车库控制系统设计

邝爱华 陈 卓

（郑州市电子信息工程学校，郑州 450007）

随着城市车辆不断增多，现阶段出现了车辆停车困难、随意停放等问题，造成了交通堵塞。为有效解决车辆停车困难的问题，借鉴立体停车库结构灵活、占地面积小等优点，基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术开发设计了一套智能停车库控制系统。该系统在应用过程中既可以极大提高停车库的空间利用效率，又能保障智能停车库的安全性[1]。所以，采用智能停车库控制系统是未来缓解停车困难的一种新思路。

1 智能停车库控制系统总体设计方案

在设计智能停车库控制系统时，需要明确停车库的控制器是利用升降横向移动的传动装置，以实现将车辆在载车板精准移动到对应的目标车位。因此，针对智能停车库控制系统可以将其划分成上位机（PC）监控模块、PLC（下位机）控制模块、信号输入模块和信号输出模块4部分。其中，PC和PLC需要借助通信协议才能够实现数据传输、传递。下位机利用PLC技术，实现对整个智能停车库的控制。上位机部分实现了对PLC控制系统下发车辆存取的指令，同时实现实时监控智能停车库运行状况和数据存储等。PLC控制系统连接整个停车库的控制装置、传动装置、传感器以及声光报警装置等设备，保证了停车库的安全。当控制系统接收到上位机给出的对应指令后，检测光电开关、限位开关等传感器信号后，判断载车板目标位置，然后系统控制电机、升降机实现车辆的存取操作[2]。

2 基于PLC技术的智能停车库控制系统设计及其实现

2.1 系统总体结构框架设计

设计的智能停车库控制系统主要集合了横向移动装置、升降装置和旋转圆盘装置，结合整体的支撑框架与载车板、PLC主控制系统（下位机）、PC、人机操作界面（上位机）以及安全保护措施等多个方面，如图1所示。

图1 智能停车库控制系统整体框架示意图

从图1可以发现，通过PLC控制核心，可在PC和人机界面输出相应的信息，也可以与变频器实现双向通信。变频器借助电机实现装置的移动变化。在实际工作过程中，不同类型的执行机构能够简化相关操作。此外，该控制系统还具备互锁功能[3]。

2.2 智能停车库硬件系统设计

2.2.1 PLC类型选择及传感检测元件选取

首先，根据PLC控制系统的设计需求，需实现停车库停车装置的自动化，并保证其安全性和可靠性。本文选择利用西门子旗下的S7-1500系列的PLC作为智能停车库控制系统的核心。在输入/输出（Input/Output，I/O）混合模块方面选择EM233，通过检测元件、变频器，可以实现对PLC输入端口或输出端口的地址进行分配。其次，从对传感器的选择方面来看，需要满足对车辆是否符合车位标准数据、载车板楼层停靠准确性、旋转圆盘是否到位以及开关状态等方面的采集。因此，此停车装置选择利用ITR-9606型号的光电开关和LXW5-11G3/FL的行程开关。最后，通过频频器和旋转编码器的选择，利用编程端口和人机界面等实现了双方通信，并进一步确保了数据采集和监控功能的有效性[4]。

2.2.2 PLC的控制原理

基于PLC技术设计智能停车库控制系统，通过升降电机和横向移动电机实现控制车位板。想要实现自动停车泊位分配功能，控制系统需要借助无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术实现，也可以利用垂直升降机、搬运机以及驱动设备3部分的协调合作实现车辆的自动存取功能。由PLC发出相关指令，在控制接触器的通断下触发运动部件的运行或停止。这时只需要借助极限开关和光电开关既可以有效控制车辆位置。在智能停车库控制系统设计过程中，I/O设计为全部开关量，使得PLC控制系统具有一定的抗干扰能力。因此，在系统应用过程中并不需要增添相应的抗干扰措施。

2.2.3 人机界面HMI设计

该硬件的设计在用户的车辆驶入停车前，控制系统会自动将空闲车位调整到最底层，因此用户无须进行人机接口（Human Machine Interface，HMI）操作。取出车辆时，则需要用户在对应的HMI中将自己车辆对应的车牌号输入搜索框，然后经过车牌识别系统检测后向PLC驱动电机发出取车指令，以取出对应的车辆。需要注意，停车库的车辆载板在运作过程中界面上会显示“工作中”状态，这时无法对界面进行相关操作。用户可以通过HMI界面实时观察车辆位置信息，从而更加直观地了解停车库的运行状况[5]。

2.3 智能停车库软件设计

2.3.1 停车库自动控制流程

软件方面的设计能够实现停车库中的车位板自动移动到指定位置。一般面对该情况需要通过不同的条件实现车库的自动控制功能，如图2所示。

图2 智能停车库控制系统工作流程

用户在触摸屏上输入对应的取车密码，才能够实现车位板的自动运动，从而完成对车辆的存取。借助按钮操作选项，可完成一个完整的车位板移动。当在车辆存取过程中发生故障时，可以通过手动方式使车位板移动到对应的位置。如果车位板未移动到对应的位置，会直接导致系统停止运行。因此，面对该问题应当积极采取措施，并分析系统显示的故障代码，解决停车库系统故障问题。

2.3.2 车辆存取控制系统设计

根据PLC技术进行控制系统设计时，为进一步确保PLC和人机界面的正常通信，应当加强对PLC控制系统参数的配置。智能停车库控制系统的设计结合了PLC技术，因此可以通过不同的行程开关和光电开关实现对车位板等对应设备运行状态的检测，并利用接触器等设备控制驱动电机的启动和停止。在进行智能停车库控制系统设计时，还需要加强对人员和车辆等方面的安全考虑。例如，在车库中设置相应的急停开关，以便在车辆存取过程中出现故障时人员可通过急停开关及时控制车位板，使其停止工作，从而保障人员和车辆安全，为维护工作提供便利[6]。

2.3.3 自动诊断功能

为保障智能停车库的安全性和可靠性，在进行控制系统设计过程中，PLC控制模块中融入了多个传感器设备，使其能够自动检测停车库的硬件状态，并将检测结果传输到对应的控制器中。PLC自动诊断功能设计流程，如图3所示。

图3 自动诊断功能设计示意图

2.3.4 短信预约及智能刷卡系统设计

短信预习系统的设计为不同用户提供了便利服务，使得用户通过短信方式就能够提前预约停车库的停车位。停车库控制系统的上位机响应后，会向用户手机发送一条预约成功的短信，反之则会提示用户车位已满。在智能停车库控制系统中，智能刷卡系统的设计主要起到了智能收费和门禁的作用。用户需要存车时，只需要接触集成电路（Integrated Circuit，IC）卡即可在停车库的入口读卡机感应区刷卡，并完成车辆入库时间登记，同时车库外的栅栏会自动升起，用户将车辆驶入车库即可。取车时，同样利用IC卡，在停车库入口完成系统对卡号的识别，然后系统会自动进行停留时间、缴纳金额等方面的计算，完成车辆取出。可见，该系统的设计使得停车库的管理工作变得更加智能与方便。

2.3.5 自动报警系统设计

自动报警系统在智能停车库中至关重要。当用户车辆存取操作出现故障时，通过对应的报警按钮，点亮故障指示灯，可及时提醒工作人员分析和处理故障。当车库管理工作人员接收到对应的故障提示后，可以通过关闭按钮关闭报警器。故障问题得到解决后，报警灯会自动熄灭。

2.3.6 断电保护系统设计

断电保护系统的设计主要是由于智能停车库控制系统在设计过程中拥有的设备共同组成了一个有机整体，导致不同系统之间出现了连续性的工作循环。当车库出现掉电情况时，想要再次启动，需要将所有正在运行状态的系统全部恢复到掉电之前的状态，并在完成整个车辆存取过程后重新回到原来的位置。因此，在智能停车库控制系统的主控制系统程序的设计过程中，可以设计断电保护系统，将对应PLC系统数据寄存到系统内部的寄存器设备中。等到车库恢复正常供电后，系统会提示并询问管理员是否进行掉电后恢复处理工作，从而为车库运行提供安全保障。

2.4 上位机监控系统设计

结合智能停车库控制系统的控制要求，该车库需要通过上位机实时监控停车库的内部情况。选择监视与控制通用系统（Monitor and Control Generated System，MCGS）触摸屏上位机，不仅操作简便，还具备完善的功能，可以实现和工业设备的双向通信。在以太网和下位机的作用下，两者之间的数据同步，完成车辆的存取指令传递和动画显示功能，实现对智能停车库实际运行情况的实时控制、管理以及监控[7]。

2.5 系统仿真分析

为测试基于PLC技术设计开发的智能停车库控制系统的可行性和稳定性，在实现该控制系统软件和硬件方面的设计后，对该停车库控制系统的设备进行调试，借助仿真模拟软件实现了对该智能停车库控制系统的仿真模拟、调试以及PLC控制程序的编译。从上位机编译的结果来看，它并不存在错误和警告显示，验证了PLC控制上位机设置和软件编写的正确性。通过仿真软件对系统进行测试，在测试过程中利用输入变量随机改变试验。结果发现，停车库中存在的非空闲车位的占用状态得到了准确显示，而空闲车位在显示器中显示出初始闲置状态，说明智能停车库控制系统能够有效、稳定地实现对停车场车库中车位的正确选择和车辆存取等方面的操作控制[8]。

基于PLC技术设计的智能停车库控制系统，不仅有效解决了操作方面的延时问题，还优化了车辆存取的智能控制过程，一定程度上缓解了停车难问题。

3 结语

针对当前城市停车困难的问题，基于PLC技术开发设计了一套智能停车库控制系统。该系统基于西门子S7-1500 PLC等硬件，不仅简化了车辆存取流程，还进一步提高了停车库控制系统的智能化和自动化水平。利用HMI技术使得用户操作和管理人员对停车库的维护变得更加直观、便捷，有效缓解了停车困难问题，实现了智能化泊车。此外，系统在设计过程中设计了自动与手动两种控制模式，在软件和硬件的作用下，提高了系统的安全性。仿真试验证明，该智能停车库控制系统的设计不仅实现了车辆存取和车位的有效管理，还在一定程度上改善了停车困难现象。