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基于 P L C的立体车库自动控制系统的设计 刘伟张廷林董小伟李雪珞来阿娟 长安大学工程机械学院 西安7 1 0 0 6 4 摘要以3层 l 3 车位立体车库为例，介绍了升降横移式立体车库的主体结构与工作过程，重点阐述了控 制系统的组成 、分析与设计。选用西门子 s 7 2 0 0系列 P L C，将就近停车与最优路径原则相结合设计 1 套控制程 序 ，其在整体控制系统的自动化 、为顾客节省存取车时间等方面效果良好。 关键词 立体车库；控制系统；P L C ；最优路径 中图分类号 T U 2 4 8 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 3 1 2 0 0 2 0 0 3 Ab s t r a c t W i t h t h e 3 - s t o r e y 1 3 一 c a r p o r t s t e r e o g a r a g e a s a n e x a mp l e ，t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e ma i n s t r u c t u r e an d wo r k i n g p r o c e s s o f l i f t s l i d i n g s t e r e o g a r a g e ，wi t h e mp h a s i s o n c o mp o s i t i o n，a n aly s i s ，a n d d e s i g n o f t h e c o n t r o l s y s t e m．T h e S i e me n s 7 - 2 0 0 s e r i e s P L C i s u s e d t o d e s i g n a c o n t r o l p r o g r a m c o mb i n i n g t h e n e a r b y p a r k i n g wi t h o p t i mu m r o u t e p r i n c i p l e ， wh i c h s h o w s g r e a t e ff e c t i n a u t o ma t i o n o f wh o l e ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m an d s a v i n g s t o r a g e r e t r i e v a l t i me f o r c u s t o me r s ， e t c ． Ke ywo r dss t e r e o g a r a g e；c o nt r o l s y s t e m ；PLC；o p t i mu m r o ut e O 引言 随着我国经济发展速度 的加快和城市现代 化 水平的提高，家庭轿车购买 能力 不断增强 ，汽车 产量迅猛增 长。根据 中国汽车工业协会发 布的最 新统 计数 据 ，2 0 1 1年 ，我 国汽 车产 销量 分 别 为 1 8 4 1 ． 8 9 万辆 和 1 8 5 0 ． 5 1万辆 ，同比增长 0 ． 8 4 ％ 和 2 ． 4 5 ％。汽车大批量进人家庭 ，并且 绝大部分 轿车集中在大 、中城市 ，使 停车难 、行路难成 为 困扰城市交通的难题。由于机动车 9 0 ％以上的时 间处于停泊状态 ，所 以解决停车难 的问题 比解 决 行车难的问题更重要。在一些 小区、街道 的路边 到处是停放 的汽车，这样不仅 占有较多 的土地面 积而且容纳车辆也有限 ，很难 满足停车需求 。为 了解决这个 问题 ，机械式立体车库越来越受 到世 界各 国的关 注。本文根据我 国的发展现状 与机械 式立体车库 的特点 ，以升降横移式立体 车库为例 进行分析。 1 升降横移式立体车库的主体结构与工作 过程 升降横移式立体车库是集机械、电子、信息 技术于一体的 自动化车库，主要 由主结构框架、 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 2 0 5 0 2 9 一 2 0 一 载车板系统、传动系统、控制系统、安全防护系 统 5部分组成。立体车库整体结构如图 1所示。 童罩重鏖 l 重蓝上l 篷髓 I 图 1 立体车库整体结构 升降横移式立体车库车位结构为二维矩阵形 式 ， 可设计为多层 、多列 ， 车库提供 的总车位容量 ZXY一 X一1 1 式中 为二维矩 阵的行 ，即车库 的层数 ；Y 为二维矩阵的列 ，即车库的列数。 升降横移式立体车 库运行 的特点 最底 层只 做横移运动 ，顶层 只做升 降运动 ，中间层既做升 降也做横移运动，除了顶层，其他每一层皆需留 出一个空位用于横移运动。 图 1为3 层 5 列 1 3车位的立体车库。若底层 车位停车，车主可以直接将车开到停车位进行停 车 。若上层停 车位停 车，则要判 断下层 车位是否 为空位，如果是空位，则直接做升降运动进行停 起重运输机械 2 0 1 3 1 2 车 ；如果 不是空位 ，则先 使停车位下 面 的车位 进 行横移运动 ，再 做升降运 动进行停 车。升 降运 动 要进行复位 ，横移运动不需要 复位。上 载车板及 其升降系统配有一套独立的电动机与链传动组合 系统 。下载 车板及 横移系统不 需要悬挂链 条 ，在 下载车板底 部装 有 4个 导轮 ，可在 导 轨上行 走 ， 其中2 个为主动轮，装在长传动轴的两端，另外 2 个为独立 安装的从动轮。电动机驱动长传 动轴运 转，长传动轴上的主动导轮在导轨上行走驱使下 载车板做横 向平 移运动。上 载车板 的安全装 置为 上下行程极 限开关 和防坠落装置 ，下载 车板 的安 全装置为行程极 限开关和防碰撞版。 2 升降横移式立体车库控制系统的设计 2 ． 1 P LC控制系统的分析 升降横移式立体车库控 制系统 主要有 2种 工 作方式 手 动工作和 自动工作 。采用按钮 开关来 转换立体车库 的工作方式 。手动方式主要用 于处 理紧急停 车与检测维修 等；自动工作方式 主要 由 P L C接发指令对立体车库存取车操作进行 自动控 制。升降横移式立体车库控制系统的主要控制对 象是横移小电机和升降大电机，使电动机根据存 取 车的要求 ，利用按钮操 作 ，实现通 过改变 电动 机 电源相序实现载车板的左右或上下移动。通过控 制变频器 ， 选择合理的频率来改变电动机的转速。 控制系统 中的输入 主要为各种检测传 感器 的 信号 ，输出主要为升降、横移电机以及指示装置 ， 采用西 门子 S 7 2 0 0系列 P L C作为控制核心 ，根 据分析确定控制 系统的输入 输 出设备 ，输 入输 出 地址分配表如表 1 、表 2所示。11 3号车位如 图 1所示 ，从左到右底层为 1 4号车位 ，中间层为 5 8号车位 ，顶层为 9～1 3号车位 。 表 1 输入地址 分配表 序号 地址符号 功能 序号 地址符号 功能 1 1 0 ． 0 启动按钮 8 I 4 ． 7 温度检测传感器 2 1 0 ． 1 停止按钮 9 I 5 ． 0～ I 6 ． 4 1～1 3号有无车板检测 3 1 0 ． 2 急停按钮 1 0 I 6 ． 5～ I 8 ． 1 1 1 3号车位挂钩安全检测 4 1 0 ． 3 复位按钮 1 1 I 8 ． 2～ I 9 ． 1 1 8 号车板左限位 5 1 0 ． 4一 I 3 ． 0 1 ～1 3号车位选择 1 2 I 9 ． 2～I 1 仅1 1 ～8 号车板右限位 6 I 3 ． 1 车辆超长检查 1 3 I l O ． 2一 I 1 1 ． 2 5～1 3号车板上限位 7 I 3 ． 2～I 4 ． 6 1～1 3号车位有无车检测 1 4 I l 1 ． 3～I 1 2 ． 3 51 3号车板下限位 表 2输出地址分配表 序号 地址符号 功能 序号 地址符号 功能 1 Q o ． 0 运行提示灯 5 Q 2 ． 4～Q 3 ． 4 5～ 1 3号升降电动机反转 2 Q o ． 1 报警警报器 6 Q 3 ． 5～Q 4 ． 3 1 8号横移电动机正转 3 Q o ． 2 报警警报灯 7 Q 4 ． 4～Q 5 ． 3 1 8号横移电动机反转 4 Q o ． 3～Q 2 ． 3 5～1 3号升降电动机正转 8 Q 5 ． 4一Q 6 ． 4 5～1 3号车位防坠开关 2 ． 2 P L C 控制系统程序设计 P L C控制 系统 的程 序设 计要 从 顾客 的角度 ， 充分考虑如何减少存取车时间、提高立体车库的 效率 。本文采用顾 客就近停车与最优路 径停车相 结合的方式存车。根据升降横移式立体车库的特 点，当第 1 层车库有空位时，通过上位机显示空 车位号，由顾客选取最近车位把车直接停进车位。 当顾客要取车时，确认安全后直接从底层车位取 出车辆 ，不需要电动机的升降与横移运动，节省 起重运输机械 2 0 1 3 1 2 了大量存 取车时间。当第 1层 车位 已经存满 ，若 此时一层有取车命令等待，可先让一层顾客取车 再将车存进 一层 车位 ；若 第 1层 没有 取 车命 令 ， 则选取第 2 、第 3层的最优路径存车。首先对所有 空车位下方车位进行判断，如果某一车位下方没 有托盘，优先选取这个车位，通过大电动机进行 升降来存车。如果空车位下方都有托盘，则选取 横移步数最少的车位进行停车。停车时先通过小 电动机进行横移运动再通过大 电动机进行升降运 一 21 动。根据对控制 系统电动机 的分 析，采取通过 变 频器控制为 电动机空载与满载提供 2种速度 ，以 提高电动机 的运行 效率 ，节省运行 时间。控制 系 统存车流程如图 2所示 。 显示车位已满 N 按键存车 是否有空位 显示车位号 巫 t N 3 层车位 H选择2 、 3 层最优车位 2 层车位 车位升降复位 图2 立体车库控制系统存车流程 P L C控制系统的程序存取模式是设计的主要 部分。好的程序存取模式可节省整体存取车的时 间。立体车库运行 常见 的存 取车策略 存车优先 模式 、取车优 先模式 、停车与取 车组合模 式 、原 地待命模式等。该系统采用 以停 车与取车组合模 式为主体 的控制模式 ，在特殊 时间段转换为存 车 优先模式或者取车优先模式来存取 车辆 ，如在早 上上班高峰期 ，居 民区立体 车库采 取取车优先模 式、办公楼下的立体车库采取存车优先模式；在 晚上下班高峰期 ， 居 民区立体车库采用存车优先模 式、办公楼下的立体车库采用取车优先模式。这 种新 型存取车模式作 为不 同环境下 的立体车库 的 存取车模式，可节约车库整体存车时间，提高车 库运行效率。 3 结束语 立体车库控制系统的设计是立体车库的核心 。 本文采用西 门子公 司的 S 72 0 0 P L C与上位 工控 机为主体 的控制系统 ，不仅提高了立体车库 的整 体稳定性 、可靠性 、安全性 与 自动 化程度 ，而且 减少了操作人员 的工 作量 ，且学 习简单。特别是 采用就近原则与最优路径相结 合方式 ，并 采用新 型停车与取 车组合模 式 ，减少 了存 取车 时间，提 高了立体车库的工作效率，为立体车库的推广应 用打下坚实的基础。 参考文献 [ 1 ]马红麟．基于 P L C控制的升降横移式立体车库的研究 与设计[ J ] ． 智能建筑与城市信息 ， 2 0 0 7 1 3 0 8 5 8 9 ． [ 2 ]钟晓强．多层升降横移式立体车库控制系统的研究与 设计[ J ] ．自动化应用，2 0 1 1 1 3 3 3 5 ． [ 3 ]刘屹巍．基于 P L C的立体车库控制系统设计[ J ] ．科 学技术与工程，2 0 1 1 9 ． [ 4 ]J B 8 9 l 一1 9 9 9 升降横移类机械式停车设备[ s ] ． [ 5 ]刘美莲，腾旭辉．升降横移式立体停车库的 P L C控制 [ J ] ．起重运输机械，2 0 0 9 6 1 6 ，1 7 ． [ 6 ]程怀舟．基于 P L C的多层升降横移立体停车库控制系 统设计[ J ] ．电子设计应用 ，2 0 0 5 4 ． 作 者刘伟 地 址 陕西省西安市长安大学本部 邮 编 7 1 0 0 6 4 收稿 日期 2 0 1 30 6 2 7 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●0● ● ● ● ● ● 单光子量子存储器在中国诞生 中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室在高维量子信息存储方面取得重要进展，可以存储单光子形状 的量子存储器在中国诞生。该研究实现了携带轨道角动量、具有空间结构的单光子脉冲在冷原子系统中的存储， 迈出了基于高维量子中继器实现远距离大信息量量子信息传输的关键一步。 该成果为快速发展的量子存储研究制定了一个非常高的标准，代表了量子技术发展中一个令人激动的分水岭， 将在量子信息和量子原子光学领域产生重大影响。该项研究成果证 明了高维量子态存储的完全可行，在不久的将 来，更加方便、快捷、安全的量子通讯也许将会极大程度地服务于人类社会。 ．．c ． ． ．． 。． ．． ． ．。 ．◇．◇． ． ． 。 ．． ．． ．。．． ． 。．。． 。．。． 。． ． 。．o． o．。． ．。． ． ． ．。． o-．． ． 。．。． ．。． 。．◇． ◇． ． ．。． 。． ． ．。． ◇．。 一 2 2 一 起重运输机械 2 0 1 3 1 2 一
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