摘要：立體車庫(kù)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(tái)達(dá)PLC在立體車庫(kù)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并詳細(xì)闡述了整個(gè)立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，著重介紹了升降橫移式立體車庫(kù)的工作原理、軟硬件組成。此外，對(duì)立體車庫(kù)的安全性設(shè)計(jì)也進(jìn)行了相應(yīng)的描述。

關(guān)鍵詞：智能化立體車庫(kù)臺(tái)達(dá)PLCDVP-MC

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)民生活條件的提高以及車輛的普及，越來(lái)越多的家庭擁有了屬于自己的汽車，然而我國(guó)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(chǎng)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(kù)作為一種新的停車管理方式，由于其占地面積小，省時(shí)省力，又能保障車輛安全的優(yōu)勢(shì)，能夠有效的解決城市用地緊張問題，已經(jīng)在越來(lái)越多的城市使用。但我國(guó)立體車庫(kù)的發(fā)展和日本、德國(guó)等國(guó)家相比，還有很大的差距。首先，敘述立體車庫(kù)的種類。

立體車庫(kù)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(jiǎn)易升降類、平面移動(dòng)類和汽車升降機(jī)類[1]。其中，升降橫移類立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，存取車輛快捷的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。本文也以升降橫移類立體車庫(kù)來(lái)說(shuō)明立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的組成。

2升降橫移類立體車庫(kù)工作原理

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

圖1升降橫移類立體車庫(kù)工作原理圖

升降橫移類立體車庫(kù)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(jìn)行垂直升降，中間一層可以采用水平和垂直移動(dòng)，而第一層只能采用水平移動(dòng)。當(dāng)有新進(jìn)來(lái)的待存放的車輛時(shí)，其首先進(jìn)入第一層的空閑存車位，而后依靠載車板將待存取車輛進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠揭坪痛怪币苿?dòng)，移至目標(biāo)車位。由上面的三層升降橫移類立體車庫(kù)可推知，由于每一層的可移動(dòng)方向的限制，當(dāng)車欲存放至第一層時(shí)，可以直接進(jìn)行存放，當(dāng)車欲存放至中間層或者頂層時(shí)，則車首先進(jìn)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(jìn)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(jìn)行平移，最終到達(dá)目標(biāo)存車位。取車過(guò)程類似。

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

3立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1立體車庫(kù)設(shè)計(jì)目標(biāo)

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

總結(jié)起來(lái)，本立體車庫(kù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)如下：

(1)自動(dòng)運(yùn)行：當(dāng)立體車庫(kù)正常運(yùn)行時(shí)，能夠?qū)囕v進(jìn)行自動(dòng)的存取，此過(guò)程不需要人為的干預(yù)。這就需要建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)刻對(duì)車庫(kù)當(dāng)前的存車情況進(jìn)行更新。當(dāng)需要存車時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)得出空閑車位，并進(jìn)行存車。當(dāng)取車時(shí)，掃描數(shù)據(jù)庫(kù)中已存車的車位，進(jìn)行取車；

(2)安全可靠：立體車庫(kù)對(duì)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(shí)，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(dòng)操作的功能；

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

3.2立體車庫(kù)控制系統(tǒng)組成

立體車庫(kù)作為一個(gè)系統(tǒng)，是在其控制系統(tǒng)的作用下有條不紊的運(yùn)行的。其整套系統(tǒng)的組成如圖2所示，可以分為三層，即實(shí)時(shí)監(jiān)控層、機(jī)電控制層以及檢測(cè)-執(zhí)行機(jī)構(gòu)。下面對(duì)立體車庫(kù)以上各層次進(jìn)行相應(yīng)的說(shuō)明。

實(shí)時(shí)監(jiān)控層：上位機(jī)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、多媒體技術(shù)。我們知道，實(shí)時(shí)車庫(kù)的有效運(yùn)行依賴于對(duì)整個(gè)車庫(kù)使用情況的掌握，因此，工控機(jī)上運(yùn)行有一個(gè)車庫(kù)使用情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)用于記錄目前空閑的車位以及被使用的車位。比如說(shuō)，當(dāng)用戶需要存車時(shí)，工控機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)得出目前空閑的車位，然后發(fā)命令到機(jī)電控制層將車運(yùn)至目標(biāo)車位；當(dāng)用戶需要取車時(shí)，在工控機(jī)輸入取車車號(hào)，然后工控機(jī)根據(jù)該車的位置對(duì)機(jī)電層PLC下達(dá)取車指令，取出車輛。當(dāng)車庫(kù)存車滿時(shí)，該層需要給出相應(yīng)指示信息，此時(shí)禁止存車。當(dāng)車庫(kù)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也需要工控機(jī)及時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。工控機(jī)數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，可以在存車、取車過(guò)程中配合有相應(yīng)的動(dòng)畫在屏幕上進(jìn)行顯示，此外，工控機(jī)還可以連接一臺(tái)打印機(jī)，用于打印車輛存放車位、存放時(shí)間等信息。此層選擇工控機(jī)，保證了上層實(shí)時(shí)監(jiān)控層能夠可靠、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖2立體車庫(kù)控制系統(tǒng)組成

中間層：中間層是整個(gè)立體車庫(kù)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(jī)，以便工控機(jī)時(shí)刻監(jiān)控立體車庫(kù)運(yùn)行情況，此外，中間機(jī)電控制層還要接受頂層工控機(jī)的存、取車指令。二是讀取低層的傳感器信號(hào)，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以便適當(dāng)移動(dòng)載車板到合適位置。該機(jī)電控制層的核心是PLC。由于該層是立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的核心，因此該層需要十分穩(wěn)定的運(yùn)行，而PLC正是通用的控制裝置，并且結(jié)合了自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有高可靠性、操作簡(jiǎn)便、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。PLC由于硬件和軟件上的獨(dú)特設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)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(kù)能更高效的運(yùn)行，我們需要在載車板移動(dòng)時(shí)，控制電機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訙p速的調(diào)速過(guò)程，這也就對(duì)PLC的發(fā)脈沖能力提出了一定的要求。

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

3.3立體車庫(kù)控制系統(tǒng)內(nèi)部通信

由圖2我們可以知道，在實(shí)際的立體車庫(kù)控制系統(tǒng)中，每一層之間需要進(jìn)行信息的交互。比如說(shuō)，位于頂層的工控機(jī)需要對(duì)中間層PLC下達(dá)存取車輛的指令，而中間層PLC也需要將實(shí)時(shí)信息傳送到上位機(jī)，以便用于對(duì)立體車庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。同時(shí)，對(duì)于中間層的機(jī)電控制層內(nèi)部，每臺(tái)PLC也同樣需要進(jìn)行通訊，用來(lái)協(xié)同控制載車板的位移。在這里，工控機(jī)與PLC以及PLC與PLC之間的通訊采用CAN總線的方式實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。而CAN總線現(xiàn)場(chǎng)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(guó)BOSCH推出，最早應(yīng)用于汽車內(nèi)部?jī)?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(kù)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(jìn)行工控機(jī)與PLC以及PLC與PLC之間的信息交流。

3.4立體車庫(kù)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(kù)和一般建筑物不同，其承受的震動(dòng)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(jì)出安全性能好、可靠性高的系統(tǒng)。本車庫(kù)需要設(shè)計(jì)全自動(dòng)和手動(dòng)控制運(yùn)行兩種功能。前者是系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)；手動(dòng)控制則用于緊急停車、車庫(kù)故障、車庫(kù)檢修等情況下，且手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)大于自動(dòng)控制。對(duì)于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，必須確定系統(tǒng)能夠有條不紊的運(yùn)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(dòng)電機(jī)來(lái)控制載車板移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢?。PLC對(duì)于車位的控制應(yīng)該是互鎖狀態(tài)，即當(dāng)某載車板進(jìn)行上下移位時(shí)，其余載車板不得進(jìn)行左右移位?？偨Y(jié)起來(lái)，立體車庫(kù)的安全性設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)需要注意：

(1)互鎖：車位在一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；

(2)防停電裝置：當(dāng)車庫(kù)停電時(shí)，機(jī)械裝置可以自動(dòng)鎖定，防止發(fā)生墜落[3]；

(3)運(yùn)行受阻報(bào)警：當(dāng)載車板運(yùn)行受到阻礙時(shí)，立即停車并報(bào)警；

(4)冗余措施：對(duì)關(guān)系到車庫(kù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的部件進(jìn)行冗余設(shè)置，比如說(shuō)系統(tǒng)供電電源等等[3]。

4系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)硬件選擇

中間層-機(jī)電控制層是該立體車庫(kù)系統(tǒng)的核心，而PLC又是該層次的核心[4]。這里我們選擇臺(tái)達(dá)DVP-MC系列總線型運(yùn)動(dòng)控制器。該類型的PLC能夠進(jìn)行快速精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，而且支持CAN總線，可以進(jìn)行PLC間以及PLC與上位機(jī)的通訊。

關(guān)于電機(jī)的需求：按照?qǐng)D1我們假設(shè)的情況，第一層兩個(gè)位置只做水平移動(dòng)，故需2臺(tái)電機(jī)；第二層兩臺(tái)電機(jī)可做上下和水平移動(dòng)，故需要4臺(tái)電機(jī)；對(duì)于第三層，只需上下移動(dòng)，故需3臺(tái)電機(jī)[5]。

關(guān)于傳感器的需求：首先，我們需要光電編碼器來(lái)記錄電機(jī)運(yùn)行的相關(guān)信息。其次，我們需要若干限位開關(guān)來(lái)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(jì)

系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行有無(wú)空位掃描，如有空位，則由用戶按下存車指令，如無(wú)空位，提示車庫(kù)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(dòng)，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(wú)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(dòng)，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(guò)程類似，這里便不再描述。存車具體流程可見圖3立體車庫(kù)存車流程設(shè)計(jì)。

圖3立體車庫(kù)存車流程設(shè)計(jì)

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

5結(jié)束語(yǔ)

在本立體車庫(kù)中，運(yùn)用了PLC與上位機(jī)相結(jié)合的技術(shù)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)來(lái)組成一個(gè)功能完善，穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)。本升降橫移式立體車庫(kù)系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，在正常運(yùn)行階段，可以自動(dòng)搜尋空閑車位，完成存車操作；對(duì)于取車也是自動(dòng)完成，并且在適當(dāng)情況下，允許工作人員進(jìn)行手動(dòng)控制。升降橫移式自動(dòng)車庫(kù)采用上層工控機(jī)和PLC作為控制系統(tǒng)的主要部件，具有操作簡(jiǎn)單、安全性高、功能強(qiáng)，更主要的是節(jié)省了大量的空間，因此，立體車庫(kù)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。