姚夢陽 王天良 陳蘇江 馬義可 賈壯壯

摘 要：為緩解由于城市的快速發(fā)展而帶來的停車難的問題，現(xiàn)代化的立體車庫被提出并推廣。其中升降橫移式立體停車庫以其結(jié)構(gòu)簡單、占地少、造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用小而得到廣泛推廣。本文針對(duì) 3層升降橫移式立體車庫的自動(dòng)化存取控制需求，利用可編程控制器（PLC）軟件對(duì) 3層 10車位車庫的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并使用組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)了車庫的動(dòng)畫監(jiān)控。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)滿足了立體車庫的控制要求，而且具有操作簡便、

可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PLC；立體車庫；升降橫移式；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)王

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及我國城市現(xiàn)代化水平的提高，汽車保有量在不斷增加，并且絕大部分汽車集中在大、中城市，使得城市停車難的問題日益突出。立體停車庫由于具有占地面積小，空間利用率高、自動(dòng)化操縱，使用方便、效率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)得到了應(yīng)用。立體車庫是一種以單層平面停車場為核心、多平面的空間停車車庫，通過控制系統(tǒng)控制車位空間位置的變動(dòng)，使車位能夠?qū)崿F(xiàn)平面到空間的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)多重單層平面停車的功能。立體車庫主要有升降橫移式、垂直循環(huán)式、巷道堆垛式、垂直提升式、圓型水平循環(huán)式等幾種類型。其中，升降橫移式具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低廉，在國內(nèi)立體車庫市場占有絕對(duì)優(yōu)勢。

PLC即可編程控制器，它以微處理器為核心，有機(jī)的將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，及通信技術(shù)融一體。與以往的繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC具有性能好，環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)，性能可靠，運(yùn)行時(shí)間長，速度快，可直接運(yùn)用于工業(yè)環(huán)境，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的應(yīng)用能力及適用范圍等優(yōu)勢。所以大多數(shù)中型企業(yè)都是用 PLC。這也是本文選用 PLC為控制系統(tǒng)的重要理由。另外本文還選用組態(tài)王軟件來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，和 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使操作更簡單直觀，使實(shí)時(shí)操作監(jiān)控情況更清晰明了。

本文以升降橫移式立體車庫為被控對(duì)象，利用 PLC來實(shí)現(xiàn)其監(jiān)控，用組態(tài)王軟件作為上位機(jī)，該監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存取和現(xiàn)場情況的監(jiān)視。

2 升降橫移式立體車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 升降橫移式立體車庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)

升降橫移式立體車庫主要由：主體框架、載車板裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置等部分組成。其中車庫的主體框架由橫梁，縱梁及立柱等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在主體框架的橫梁與立柱上，傳動(dòng)鏈條與載車板相連，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下鏈條帶動(dòng)載車板作升降橫移運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車輛的存取。車庫的主體框架支撐著動(dòng)力電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及車輛負(fù)載?？蚣苤饕獮殇摻Y(jié)構(gòu)框架，必須具有足夠的強(qiáng)度，能夠保護(hù)車庫安全可靠的工作，為了保證載車板在升降或是橫移過程中能夠到達(dá)指定的位置還需要采用行程開關(guān)。另外車庫還需裝有紅外感應(yīng)裝置，當(dāng)車庫在運(yùn)作時(shí)，一旦檢測到有人或其它物體進(jìn)入到車庫，系統(tǒng)就會(huì)使這個(gè)車庫停止工作以確保安全。

2.2 升降橫移式立體車庫的工作原理

升降橫移式立體車庫是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條帶動(dòng)載車板做升降橫移運(yùn)動(dòng)，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)載車板的升降或橫移運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)車輛的存取。其中每個(gè)車位均有相對(duì)應(yīng)的載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面層，完成存取過程。而停泊在車庫地面層的車輛：只作橫移，不必升降；而停泊在頂層的車輛只作升降，不作橫移；中間層則通過升降橫移運(yùn)動(dòng)為頂層車輛讓出空位，或存取車輛。三層十位升降橫移式立體車庫停車設(shè)備的出入口在第一層，除頂層外每層均設(shè)有一空車位，作為交換車位。除底層以外的所有車位均能自行升降，除頂層以外的所有車位均能自行橫移。當(dāng)某一車位需存取車輛時(shí)，該車位下方到空位之間的所有車位向空車位方向橫移一個(gè)車位的距離，在該車位下方形成一個(gè)升降通道，此時(shí)，該車位便可自由升降，當(dāng)其降至地面時(shí)，車輛便可開進(jìn)或開出。

3 立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本次立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王軟件來完成，在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，以友好的人機(jī)交互，和可編程控制器 PLC進(jìn)行通信，最終完成對(duì)車庫運(yùn)行操作的自動(dòng)控制。在“自動(dòng)”控制方式下，所有的存取車操作均在計(jì)算機(jī)上完成。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用“上位機(jī) +PLC+就地操作元件（電動(dòng)機(jī)、傳感器、行程開關(guān)、接觸器等）”的典型結(jié)構(gòu)，由 PLC采集就地傳感器、行程開關(guān)等信號(hào)，利用組態(tài)王軟件來和它進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以提供給操作人員，方便監(jiān)控和管理。該立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，有控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，有監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)的目的。

3.2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

監(jiān)控層作為組態(tài)王的核心層，對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，由監(jiān)控層傳來的實(shí)時(shí)存取車的狀況傳給管理層，然后由管理層達(dá)到數(shù)據(jù)建立，就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫，并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性。

用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作；運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)控制層的控制工作。充分利用 Windows的圖形編輯功能，構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。在監(jiān)控層，采用紅燈與綠燈來表示車庫車輛有無信息，并設(shè)計(jì)車庫總車位情況。

3.2.2 系統(tǒng)畫面設(shè)計(jì)與動(dòng)畫連接

為了更好的呈現(xiàn)和設(shè)計(jì)立體車庫，我們對(duì)其進(jìn)行了 3D建模。通過 3D動(dòng)畫顯示來進(jìn)行設(shè)計(jì)。依照實(shí)物模型來進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們將車庫設(shè)計(jì)為 3*4的結(jié)構(gòu)，高為三層， 1、2層可停放 3輛車，上層 4輛車，共有十個(gè)車位。加上鋼筋框架、軌道、載車板以及模擬電機(jī)等組成我們的立體車庫硬件設(shè)計(jì)部分。

3.2.3 運(yùn)行策略設(shè)計(jì)

在組態(tài)王中，運(yùn)行策略用來完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，通過數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)狀鋼筋框架況信息，給出控制信號(hào)，使系統(tǒng)按照設(shè)定的順序和條件操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，控制用戶窗口的打開、關(guān)閉以及控制設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作過程的精確控制及有序的調(diào)度管理。運(yùn)行策略組態(tài)通過編寫相應(yīng)腳本程序來實(shí)現(xiàn)。

立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)在執(zhí)行過程中的流程如圖 5所示。

系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要使所有的載車板回到自己固定的位置，所以需設(shè)置啟動(dòng)策略。其他的系統(tǒng)運(yùn)行策略則在循環(huán)策略中實(shí)現(xiàn)。在腳本程序的編寫中，利用 PCI_1756采集到的位移數(shù)據(jù)來對(duì)托盤和相應(yīng)的車輛進(jìn)行操作。

3.2.4 設(shè)備窗口組態(tài)

人機(jī)交互界面是立體車庫在使用過程中的一個(gè)重要部分，直接面向用戶，所以需要具備以下特點(diǎn)：操作簡捷易上手，降低用戶學(xué)習(xí)成本；顯示直觀，讓系統(tǒng)界面清晰的顯示出車庫的使用狀況和運(yùn)行情況，包括緊急停止按鈕。如圖 6所示。

4 控制調(diào)試

完成以上步驟后，整個(gè)立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)就全部完成，可以通過可編程控制器對(duì)程序進(jìn)行控制操作。比如目前車庫停了 7輛車，如圖 7其下方有車輛及載車板，現(xiàn)在要將第二層的車和底層的載車板左移，為頂層的車輛讓出空位，在該車位下方形成一個(gè)升降通道，此時(shí)，該車位便可自由升降，如圖 7所示。然后頂層的車就可以降至地面，車輛便可取車。其過程如圖 8所示。

5 結(jié)束語 庫工作情況的實(shí)時(shí)智能控制管理，可以保證系

編程控制系統(tǒng)（ PLC）設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)立體車 利用上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信手段、數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示、多媒體技術(shù)。通過現(xiàn)場總線，實(shí)時(shí)接收和處理下位機(jī) PLC從現(xiàn)場采集的各種信號(hào)，并利用這些信號(hào)驅(qū)動(dòng) PC控制界面中的各種圖形。實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場的運(yùn)行狀況和車輛存取統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。以便更直觀的掌握和控制系統(tǒng)。但在本次設(shè)計(jì)中，由于時(shí)間、條件和經(jīng)驗(yàn)所限，設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處。在今后的研究中，可以考慮加入車輛信息的采集和將現(xiàn)有空車位情況聯(lián)網(wǎng)發(fā)布（即加入物聯(lián)網(wǎng)理念），以方便民眾停車，使之更符合實(shí)際立體車庫控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑞剛等 .立體停車場的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].交通與運(yùn)輸， 2002， 2 （1）： 20-21

[2]張桂香，耿長清 .基于 PLC的升降橫移式立體車庫自動(dòng)控制 [J].自動(dòng)化儀表，2013， 34 （7）： 35-37

[3]汪曉光 . 應(yīng)用國產(chǎn)組態(tài)軟件包—組態(tài)王開發(fā)立體倉庫仿真系統(tǒng) [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，1995， 5（3）： 16-18

[4] 歐姆龍公司 . 歐姆龍 CPM2A CPM2AH系列 PLC操作手冊(cè)[M]. 歐姆龍公司， 2000

[5]曹輝，馬棟萍，王暄，耿瑞芳 . 組態(tài)軟件技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2011

[6]劉偉，張廷林，董小偉，李雪瑢，來阿娟 .基于 PLC的立體車庫自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械， 2013（12）： 20-22

[7]張?jiān)粕瑒?，張壽明，祝曉紅 . 多層升降平移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 電氣傳動(dòng)， 2000， 30 （5）： 22-24