摘要：立體車庫作為一種有效解決停車位緊張問題的方法，其主要用于智能、安全、高效的存取車輛。本文主要介紹了臺達PLC在立體車庫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并詳細(xì)闡述了整個立體車庫控制系統(tǒng)的架構(gòu)，著重介紹了升降橫移式立體車庫的工作原理、軟硬件組成。此外，對立體車庫的安全性設(shè)計也進行了相應(yīng)的描述。

關(guān)鍵詞：智能化立體車庫臺達PLCDVP-MC

1引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，國民生活條件的提高以及車輛的普及，越來越多的家庭擁有了屬于自己的汽車，然而我國城市用地日益緊張，車輛停放問題日益顯現(xiàn)，尤其是在城市商業(yè)中心的位置，傳統(tǒng)的停車場占地面積大，不易于管理，停車問題的解決迫在眉睫。立體車庫作為一種新的停車管理方式，由于其占地面積小，省時省力，又能保障車輛安全的優(yōu)勢，能夠有效的解決城市用地緊張問題，已經(jīng)在越來越多的城市使用。但我國立體車庫的發(fā)展和日本、德國等國家相比，還有很大的差距。首先，敘述立體車庫的種類。

立體車庫按照工作原理的不同，可以分為下面九中類型：升降橫移類、巷道堆垛類、垂直循環(huán)類、垂直升降類、水平循環(huán)類、多層循環(huán)類、簡易升降類、平面移動類和汽車升降機類[1]。其中，升降橫移類立體車庫結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，存取車輛快捷的優(yōu)點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。本文也以升降橫移類立體車庫來說明立體車庫控制系統(tǒng)的組成。

2升降橫移類立體車庫工作原理

為了簡便起見，這里以三層7車位為例說明升降橫移類立體車庫存取車輛的工作原理。見圖1升降橫移類立體車庫工作原理圖[1]。

圖1升降橫移類立體車庫工作原理圖

升降橫移類立體車庫車輛存放采用二維存放形式，最上層最多可放三輛車，下面兩層分別最多可放兩輛車。如圖1所示，最上層車輛只能進行垂直升降，中間一層可以采用水平和垂直移動，而第一層只能采用水平移動。當(dāng)有新進來的待存放的車輛時，其首先進入第一層的空閑存車位，而后依靠載車板將待存取車輛進行適當(dāng)?shù)钠揭坪痛怪币苿樱浦聊繕?biāo)車位。由上面的三層升降橫移類立體車庫可推知，由于每一層的可移動方向的限制，當(dāng)車欲存放至第一層時，可以直接進行存放，當(dāng)車欲存放至中間層或者頂層時，則車首先進入第一層的載車板，然后判斷此位上層是否為空，為空則上移至目標(biāo)層然后在進行層內(nèi)平移；如果上層不是空位，則首先將上層平移出空位，而后再上移待存放車至目標(biāo)層，最后在目標(biāo)層內(nèi)進行平移，最終到達目標(biāo)存車位。取車過程類似。

以上所敘述的僅僅是升降橫移類立體車庫電控系統(tǒng)的工作原理，下面敘述一下整個立體車庫控制系統(tǒng)的組成。

3立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1立體車庫設(shè)計目標(biāo)

立體車庫要求能夠合理的利用現(xiàn)有的車位，有條不紊的對現(xiàn)有車輛進行存取，并且立體車庫的運行可以受到人為的控制。同時，立體車庫要符合安全可靠、高效便捷和自動化程序高的特點[2]。

總結(jié)起來，本立體車庫設(shè)計的目標(biāo)如下：

(1)自動運行：當(dāng)立體車庫正常運行時，能夠?qū)囕v進行自動的存取，此過程不需要人為的干預(yù)。這就需要建立實時數(shù)據(jù)庫時刻對車庫當(dāng)前的存車情況進行更新。當(dāng)需要存車時，根據(jù)數(shù)據(jù)庫得出空閑車位，并進行存車。當(dāng)取車時，掃描數(shù)據(jù)庫中已存車的車位，進行取車；

(2)安全可靠：立體車庫對安全性能要求很高，要求載車板上需要接有防墜掛鉤，并在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b限位開關(guān)。同時，為了防止意外情況，必須設(shè)置緊急停車、安全互鎖、用戶可手動操作的功能；

(3)高效：立體車庫代表了節(jié)省、高效的存取車方式，存取車過程需在保證安全的前提下，快速的進行存取車操作，節(jié)省時間。這要求在存取車過程，電機能夠控制載車板進行平穩(wěn)的加減速過程。

3.2立體車庫控制系統(tǒng)組成

立體車庫作為一個系統(tǒng)，是在其控制系統(tǒng)的作用下有條不紊的運行的。其整套系統(tǒng)的組成如圖2所示，可以分為三層，即實時監(jiān)控層、機電控制層以及檢測-執(zhí)行機構(gòu)。下面對立體車庫以上各層次進行相應(yīng)的說明。

實時監(jiān)控層：上位機具有很強的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、多媒體技術(shù)。我們知道，實時車庫的有效運行依賴于對整個車庫使用情況的掌握，因此，工控機上運行有一個車庫使用情況的實時數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫用于記錄目前空閑的車位以及被使用的車位。比如說，當(dāng)用戶需要存車時，工控機根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫得出目前空閑的車位，然后發(fā)命令到機電控制層將車運至目標(biāo)車位；當(dāng)用戶需要取車時，在工控機輸入取車車號，然后工控機根據(jù)該車的位置對機電層PLC下達取車指令，取出車輛。當(dāng)車庫存車滿時，該層需要給出相應(yīng)指示信息，此時禁止存車。當(dāng)車庫系統(tǒng)發(fā)生故障時，也需要工控機及時給出報警信號。工控機數(shù)據(jù)處理功能強大，可以在存車、取車過程中配合有相應(yīng)的動畫在屏幕上進行顯示，此外，工控機還可以連接一臺打印機，用于打印車輛存放車位、存放時間等信息。此層選擇工控機，保證了上層實時監(jiān)控層能夠可靠、安全、穩(wěn)定的運行。

圖2立體車庫控制系統(tǒng)組成

中間層：中間層是整個立體車庫控制系統(tǒng)的核心。該層起到承接上下層的作用。一是上傳存取車信息到工控機，以便工控機時刻監(jiān)控立體車庫運行情況，此外，中間機電控制層還要接受頂層工控機的存、取車指令。二是讀取低層的傳感器信號，通過變頻器對電機進行驅(qū)動，以便適當(dāng)移動載車板到合適位置。該機電控制層的核心是PLC。由于該層是立體車庫控制系統(tǒng)的核心，因此該層需要十分穩(wěn)定的運行，而PLC正是通用的控制裝置，并且結(jié)合了自動化技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)，具有高可靠性、操作簡便、性價比高的優(yōu)點。PLC由于硬件和軟件上的獨特設(shè)計，具有很強的穩(wěn)定性，可以應(yīng)用與復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。

我們知道，為了使立體車庫能更高效的運行，我們需要在載車板移動時，控制電機進行適當(dāng)?shù)募訙p速的調(diào)速過程，這也就對PLC的發(fā)脈沖能力提出了一定的要求。

低層：檢測-執(zhí)行機構(gòu)，此部分主要有傳感器、變頻器以及電動機組成。傳感器主要是限位開關(guān)、光電編碼器等，用來確定載車板移動的位置。變頻器則用來接收PLC發(fā)出的脈沖來控制電機的運轉(zhuǎn)，以便順利將車輛運送至相應(yīng)的位置。

3.3立體車庫控制系統(tǒng)內(nèi)部通信

由圖2我們可以知道，在實際的立體車庫控制系統(tǒng)中，每一層之間需要進行信息的交互。比如說，位于頂層的工控機需要對中間層PLC下達存取車輛的指令，而中間層PLC也需要將實時信息傳送到上位機，以便用于對立體車庫運行狀態(tài)的監(jiān)控。同時，對于中間層的機電控制層內(nèi)部，每臺PLC也同樣需要進行通訊，用來協(xié)同控制載車板的位移。在這里，工控機與PLC以及PLC與PLC之間的通訊采用CAN總線的方式實現(xiàn)。

現(xiàn)場總線技術(shù)以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠、經(jīng)濟實用的優(yōu)點，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。而CAN總線現(xiàn)場總線技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛的一種總線技術(shù)，其由德國BOSCH推出，最早應(yīng)用于汽車內(nèi)部內(nèi)部器件之間的通信，現(xiàn)在CAN已經(jīng)在控制領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。在我們的立體車庫控制系統(tǒng)中，利用支持CAN總線協(xié)議的PLC組建控制系統(tǒng)，進行工控機與PLC以及PLC與PLC之間的信息交流。

3.4立體車庫的安全性考慮

安全可靠性是一切控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。立體車庫和一般建筑物不同，其承受的震動沖擊比較大，需要保證系統(tǒng)的安全[3]。本系統(tǒng)關(guān)系到人員、車輛的安全，因此必須設(shè)計出安全性能好、可靠性高的系統(tǒng)。本車庫需要設(shè)計全自動和手動控制運行兩種功能。前者是系統(tǒng)正常運行時的狀態(tài)；手動控制則用于緊急停車、車庫故障、車庫檢修等情況下，且手動控制優(yōu)先級大于自動控制。對于自動運行狀態(tài)下，必須確定系統(tǒng)能夠有條不紊的運行：PLC讀取傳感器的狀態(tài)確定載車板當(dāng)前位置，然后PLC根據(jù)當(dāng)前位置信息驅(qū)動電機來控制載車板移動到適當(dāng)?shù)奈恢?。PLC對于車位的控制應(yīng)該是互鎖狀態(tài)，即當(dāng)某載車板進行上下移位時，其余載車板不得進行左右移位?？偨Y(jié)起來，立體車庫的安全性設(shè)計有以下幾點需要注意：

(1)互鎖：車位在一個時刻只有一個方向運動；

(2)防停電裝置：當(dāng)車庫停電時，機械裝置可以自動鎖定，防止發(fā)生墜落[3]；

(3)運行受阻報警：當(dāng)載車板運行受到阻礙時，立即停車并報警；

(4)冗余措施：對關(guān)系到車庫正常運轉(zhuǎn)的部件進行冗余設(shè)置，比如說系統(tǒng)供電電源等等[3]。

4系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

4.1系統(tǒng)硬件選擇

中間層-機電控制層是該立體車庫系統(tǒng)的核心，而PLC又是該層次的核心[4]。這里我們選擇臺達DVP-MC系列總線型運動控制器。該類型的PLC能夠進行快速精準(zhǔn)的運動控制，而且支持CAN總線，可以進行PLC間以及PLC與上位機的通訊。

關(guān)于電機的需求：按照圖1我們假設(shè)的情況，第一層兩個位置只做水平移動，故需2臺電機；第二層兩臺電機可做上下和水平移動，故需要4臺電機；對于第三層，只需上下移動，故需3臺電機[5]。

關(guān)于傳感器的需求：首先，我們需要光電編碼器來記錄電機運行的相關(guān)信息。其次，我們需要若干限位開關(guān)來判斷和輔助控制車位位置。光電編碼器輸出和限位開關(guān)輸出均接入PLC相應(yīng)輸入端子即可。

4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)開始運行時，首先進行初始化，然后進行有無空位掃描，如有空位，則由用戶按下存車指令，如無空位，提示車庫已滿[5]。

如果有空位，則系統(tǒng)從第一層依次掃描空位位置，如果第一層有空位，則可以直接存車；如果第一層沒有空位，那么在掃描第二層，如果第二層存在空位，則第一層根據(jù)第二層空位位置作出移動，待第二層下方空位移出后，第二層載車板下移到第一層存車，而后復(fù)位的第二層原位置。如果第二層無空位，那么繼續(xù)掃描第三層，如果第三層有空位，那么第一層和第二層做相應(yīng)的移動，空出第三層空位下方位置，供其載車板下到第一層存車，而后回到原位置[5]。取車過程類似，這里便不再描述。存車具體流程可見圖3立體車庫存車流程設(shè)計。

圖3立體車庫存車流程設(shè)計

在系統(tǒng)運行過程中，同樣需要運行一套安全監(jiān)控軟件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生錯誤時，需要緊急停車并警告。這里便需要軟件的多重保護，以便確保車庫控制系統(tǒng)采取的每一步自動操作都是正確的，同樣也可以防止人為的操作錯誤[6]。

5結(jié)束語

在本立體車庫中，運用了PLC與上位機相結(jié)合的技術(shù)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢來組成一個功能完善，穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。本升降橫移式立體車庫系統(tǒng)自動化程度較高，在正常運行階段，可以自動搜尋空閑車位，完成存車操作；對于取車也是自動完成，并且在適當(dāng)情況下，允許工作人員進行手動控制。升降橫移式自動車庫采用上層工控機和PLC作為控制系統(tǒng)的主要部件，具有操作簡單、安全性高、功能強，更主要的是節(jié)省了大量的空間，因此，立體車庫的應(yīng)用會越來越廣泛。