關(guān)于多層立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

宋建濤 魏大慧 王大中 崔浩然 伍紹杰

摘要：本次以升降橫移式的多層立體停車場為研究對象，研究其主體結(jié)構(gòu)以及被控對象的功能需求，通過對PLC系統(tǒng)控制的軟件與硬件方面的分析，了解多層立體停車庫的存取車原理，從而設(shè)計(jì)適宜方案，利用組態(tài)王軟件監(jiān)控仿真存取車輛的過程，直觀展現(xiàn)其操作流程。

關(guān)鍵詞：升降橫移式;PLC系統(tǒng)控制

1 多層立體停車庫控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 多層立體停車庫的方案分析

升降橫移式的多層立體停車庫是以X x Y的矩陣為建立基礎(chǔ)，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)將包含多個(gè)列和多個(gè)層，Y代表列數(shù)，X則表示停車庫的層數(shù)，P代表車輛數(shù)。所以通過這個(gè)規(guī)則我們就可以得到多層立體停車庫所能容納的車輛總數(shù)為：P=X×Y-（X-1）

1.2 多層立體停車庫的設(shè)計(jì)流程

（1）研究多層立體停車庫的種類，明確多層立體停車庫的工作流程，確定其控制需求以及相關(guān)控制的方式，最后得出多層立體停車庫電氣控制系統(tǒng)的計(jì)劃。

（2）確認(rèn)了其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大致方向后，將從硬件軟件兩個(gè)方面進(jìn)行深入的研究工作。

硬件方面：當(dāng)明確了相關(guān)控制器的型號之后，開始進(jìn)行PLC的I/O地址分配，以及設(shè)計(jì)外部連接線路圖。還應(yīng)該設(shè)計(jì)自動(dòng)報(bào)警電路、手動(dòng)、自動(dòng)控制電路與主電路等相關(guān)適配功能電路。

軟件方面：采用模塊化的開發(fā)方式，要求所設(shè)計(jì)程序可供后期調(diào)試，其內(nèi)容含有初始化模塊，相關(guān)主模塊，傳送板的復(fù)位以及車輛的自動(dòng)存取功能模塊，運(yùn)行顯示可視化模塊。

1.3 多層立體停車庫的總體設(shè)計(jì)

為了彌補(bǔ)PLC在處理大型數(shù)據(jù)以及文字處理方面的缺陷，以及為了更好的的管理與維護(hù)控制系統(tǒng)，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的管理以及通信，系統(tǒng)采用上位機(jī)與下位機(jī)組合的形式，上位機(jī)包括MCGS工控軟件、管理軟件以及PC顯示端，包括調(diào)度傳送板的動(dòng)作的控制算法，下位機(jī)則以PLC負(fù)責(zé)現(xiàn)場前端控制，每個(gè)傳送板上還安有獨(dú)立控制器，負(fù)責(zé)將信號反饋給控制端并及時(shí)執(zhí)行控制端的指令。兩者的通信通過串行通信進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

升降橫移式多層立體停車庫可以分成多個(gè)子系統(tǒng)，包括管理系統(tǒng)、控制執(zhí)行系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、上位機(jī)操作管理系統(tǒng)、顯示儀器、PLC控制系統(tǒng)等。如圖1-1。

1.4 多層立體停車庫電氣控制的設(shè)計(jì)

在本論文的研究過程中，依據(jù)多層立體停車庫的結(jié)構(gòu)特性，系統(tǒng)的便利性、可靠系數(shù)以及安全系數(shù)都需要放在設(shè)計(jì)的首位，如果僅從運(yùn)算的速度以及精度來考慮，單片機(jī)已經(jīng)可以達(dá)到基本要求，不過因?yàn)樵撓到y(tǒng)涉及大量外部電路，會引入部分干擾因子可能會令系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以可編程控制器PLC在這一點(diǎn)上優(yōu)于單片機(jī)，從現(xiàn)場應(yīng)用方面來說，PLC集合了PC、自動(dòng)化以及數(shù)據(jù)通信等多方面的技術(shù)，穩(wěn)定系數(shù)較高，在工業(yè)控制中擁有很大的優(yōu)勢并且在現(xiàn)場控制中發(fā)揮重要作用，適合在一些對安全性要求較高的控制系統(tǒng)中進(jìn)行使用。

2 多層立體停車庫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 多層立體停車庫中PLC的工作過程

PLC的工作方式是周期循環(huán)式，當(dāng)一個(gè)周期運(yùn)行結(jié)束后就馬上進(jìn)入下一個(gè)周期，任何一個(gè)周期都必須含有采樣輸入，程序執(zhí)行以及輸出刷新三個(gè)部分，其特點(diǎn)是可靠系數(shù)高、抗干擾能力好、但反映速度較慢。

（1）采樣輸入

此階段PLC將按照預(yù)先順序從信號輸入點(diǎn)讀取所有信息并且存儲在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)全部信息采取完畢后，則開始進(jìn)行下一階段，并且存儲下來的輸入信號將不會改變，運(yùn)算結(jié)果將被存儲在新的空間當(dāng)中，這樣增加控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）程序執(zhí)行

此階段PLC通過獲取用戶的程序結(jié)構(gòu)掃描其中的每一條控制線路，再根據(jù)運(yùn)算邏輯判斷系統(tǒng)內(nèi)部儲存區(qū)域的狀態(tài)，進(jìn)行計(jì)算，判斷是否有特殊功能指令，然后按照邏輯順序運(yùn)行，最后進(jìn)行鎖定。

（3）輸出刷新

此階段PLC將根據(jù)控制系統(tǒng)所存儲的數(shù)據(jù)來刷新輸出電路，以進(jìn)行對外輸出。

以本論文研究對象為例，本系統(tǒng)的I/O信息點(diǎn)的數(shù)量類型已經(jīng)由可編程控制器與計(jì)算機(jī)操作端共同決定，系統(tǒng)擁有24個(gè)輸入點(diǎn)以及16個(gè)輸出點(diǎn)共計(jì)40個(gè)輸入輸出信息點(diǎn)。

本系統(tǒng)中PLC主要用于管理車位上在傳送板的位置，監(jiān)測運(yùn)作情況，存車取車等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心在于對輸出點(diǎn)的分配，當(dāng)車輛進(jìn)出時(shí)，控制界面可以實(shí)時(shí)顯示信號輸出，其中最主要的是車輛的移動(dòng)路徑以及拖勾的負(fù)重程度，當(dāng)拖勾的正常使用時(shí)負(fù)重顯示為零，當(dāng)負(fù)重加大時(shí)說明可能出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)并且報(bào)修，其他的輸入輸出端口地址分配是復(fù)位開關(guān)、緊急按鈕的設(shè)置、車位指示燈的控制。

2.2 升降橫移裝置的運(yùn)行方式

整個(gè)多層立體停車庫依靠傳動(dòng)裝置來移動(dòng)車輛，其中包括橫縱兩個(gè)方向，通過此傳送組合可以將車輛傳送至任意指定位置，以本系統(tǒng)為例，當(dāng)用戶將車輛開進(jìn)最下一層時(shí)，此時(shí)車輛停放在任意位置，當(dāng)系統(tǒng)收到復(fù)位指令時(shí)，橫向傳送裝置將開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將車輛上方的第二層傳送板移開，車輛在通過縱向裝置移動(dòng)至第二層，若第三層還有空位，則可根據(jù)后續(xù)指令繼續(xù)移動(dòng)，需要注意的是，此系統(tǒng)中的第二三層必須留有一個(gè)空余車位用作中轉(zhuǎn)作用。

2.3 位置監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)原理

當(dāng)系統(tǒng)檢測到入庫車輛已正確停放時(shí)，才能夠進(jìn)行橫向縱向的傳送，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，要使用相應(yīng)的位置檢測裝置，通常使用限位開關(guān)，安裝在停車位的地板上，當(dāng)車輛第一次觸碰時(shí)限位開關(guān)進(jìn)行閉合然后松開，當(dāng)車輛第二次觸碰時(shí)再一次松開閉合，同時(shí)車輛前部會觸碰車位安裝的另一組限位開關(guān)，發(fā)出相應(yīng)的信號，當(dāng)控制系統(tǒng)收到規(guī)定次數(shù)信號之后才認(rèn)為車輛已停放完畢，允許進(jìn)行后續(xù)操作，當(dāng)車輛離開停車庫時(shí)則操作相反，利用這一檢測裝置，系統(tǒng)能夠有效避免錯(cuò)誤的啟動(dòng)操作。

電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換是該系統(tǒng)電機(jī)操作的重點(diǎn)，目標(biāo)是使傳送車輛可以及時(shí)減速停放在指定位置，并且為了使傳送板能夠勻速平穩(wěn)的運(yùn)行。以本系統(tǒng)為例，需要在第一層中安裝兩個(gè)橫向傳送電動(dòng)機(jī)，二層每一個(gè)傳送板下安裝兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別負(fù)責(zé)橫向以及縱向傳送，三層則需要在每一個(gè)傳送板下安裝一個(gè)縱向傳送電動(dòng)機(jī)，并且每一個(gè)電動(dòng)機(jī)需要配置一個(gè)變頻器作為控制裝置。水平控制電機(jī)如圖1-2所示。

（作者單位：吉林建筑大學(xué)）