基于PLC的立体车库控制

时间：2024-07-28

黄美莲李彬

（广东理工学院，肇庆 526100）

可编程逻辑控制器，简称PLC，因其具备操作简答、应用面广以及功能丰富等优点，被广泛用于各类自动化控制系统设计中，是当前工业自动化里最常见的电子系统[1]。如今，PLC的普及也开始走进了民用的行列，比如立体车库的出现。

立体车库拥有占地面积小，可以在密集的小区中放置大量的汽车，还能和地下车库停车场组合使用，大大的减轻停车难的问题。立体车库的空间利用率非常高，能在一个车位的空间上停放多辆车辆。高效的利用了土地资源和节约了土地的开发成本，并且装配自动检测系统，及各种各样安全防范设施保证正常的使用。还可以在各种地形选择合适种类的立体车库，又因立体车库的外观具有科技感，具有美化四周环境。

1 立体车库的基本结构

立体车库停放的车辆重量较大，因此车库的主体构架需要采用高强度的材料，本设计以钢材作为主要结构材料[2]。该车库的类型为升降横移式的立体车库，分上、中下三层停车层，上层和下层各设有2个载车盘作为停车位，中层只设置一个载车盘停车位，一共有5个停车位。立体车库立面图如图1所示。

图1 5位升降横移式立体车库立面图

根据图1可知中层车位位于过往车道两侧，汽车可直接进入停车位的存取，而汽车要想停在上层或下层的左边车位，就需要通过中层车位横向移动到右边车位，通过升降系统才可以升降至相应位置。同理，汽车要想停在上层或下层右边车位，就需要通过中层车位，横向移动到左边车位后，才可以升降至相应位置。

2 电机传动系统设计

在立体车库中，每块载车盘都配有一套独立的电机传动系统，由于各载车盘运行存在区别，因此，上下层停车层采用的是丝杠式传动，而中层采用的是齿轮啮合传动。

本设计上层和下层载车盘传动方式为丝杠传动，该传动方式传动效率高、准确度高，并且梯形丝杆自身具有自锁功能，可在突然断电的情况下防止载车盘堕落。在传动电机启动运行时，电动机传动丝杆开始转动，使载车盘在机体构架导轨上运动。电机顺时针启动运行时，载车盘上升，电机逆时针启动运行时，载车盘下降，具体结构如图2所示。

图2 上层或下层载车盘升降机构

而中层载车盘只需做水平横移运行，丝杠传动不合适水平长距离传动，且承载越重越容易产生自重形变，所以中层载车盘采用齿轮式传动，该方式传动精度高、承受荷载大。电机安装在载车盘底下，当电机顺时针转动时，通过带齿轮的啮合传动，载车盘右移，电机逆时针转动时，载车盘左移，具体结构如图3所示。

图3 中层载车盘

3 立体车库的PLC控制及设计

3.1 控制原理

立体车库PLC控制系统由强电系统与弱电系统组成。其中，弱电系统主要包括各种信号的采集，警报与输出控制。其中车库反馈信号采集是弱点系统工作的重要内容，PLC控制系统根据采集到的信号执行相关操作，例如控制载车盘电机运行方向、控制电机的运行时间等。强电系统部分主要包括载车盘电机正转或反转控制、载车盘电机运行控制和PLC输出信号的接通与关闭。本车库通过控制面板按钮来进行存取车操作，利用升降横移传动装置实现汽车运输。在控制面板上设有急停按钮，以备在意外发生的紧急情况下可以立即使车库停止运行，具体原理如下图4所示。

图4 立体车库的控制原理

3.2 控制系统I/O设计

根据控制要求，本文采用三菱FX2N系列的PLC控制系统做为立体车库控制器。PLC控制的I/O系统输入、输出情况,如表1、表2所示。

表1 输入分配

表2 输出分配

根据设置的I/O分配，设计的I/O接线情况如图5所示。

3.3 PLC控制流程

PLC系统主要根据立体车库上层和下层的停车逻辑进行工作，即上层和下层载车盘在PLC系统的控制下，按程序进行位置数据分析，实现存车或取车操作。但由于立体车库中层车位属于车道过桥车位，存车取车可以直接进行，因此要对控制流程进行改变，具体的存取车程序流程如下图6所示。

3.4 PLC控制说明

本设计采用FX2N-64MR编程进行编程工程，为梯形图语言，具体程序程序略，但有几点控制说明需要注意。

（1）在有用户需要存车或取车的时候，需根据各个位置传感器信号状态来执行程序，但存在空车位时，要通过PLC系统对载车盘进行升降横移操作，将汽车移至指定空车位。

图5 I/O接线图

（2）异常情况的报警信号和立即处理信号，载车盘上的前后超长开关信号，提醒司机要将车停靠在安全合理的位置。载车盘的运行过程中没有停止到位或运行越位时的信号反馈，及时停止车库的运行。还有车库入口处防止人员在载车盘运行过程中误入，发生意外故设有人员误入检测。

图6 立体车库存取车程序流程

（3）程序编写时，采用的状态元件要具有断电保持功能。防止出现立体车库出现断电意外，汽车无法及时开出或存入，同时复电后，元件还可以恢复断电前的状态。本设计采取的PLC控制系统包括自动控制方式和手动控制方式。自动运行的方式为车库正常运行时的工作方式，车位可以自动运行；手动方式可对单一载车盘进行升降或横移操作，以便在需要时，将载车盘运行至合理安全的位置。