基于PLC的多層升降橫移立體停車庫控制設計

　　隨著汽車的急增致使城市停車難問題不斷惡化,而作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施――向空間、向高層發(fā)展的自動化立體停車設備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價比高、安全可靠等優(yōu)點,越來越受到人們的青睞。目前市面上常見的機械式立體停車庫有：升降橫移類、垂直循環(huán)類、多層循環(huán)類、水平循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類和簡易升降類等8種,其中升降橫移類以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價低等優(yōu)點,在國內(nèi)車庫市場占有絕對優(yōu)勢的市場份額。

　　升降橫移立體車庫運行原理

　　升降橫移類機械停車庫利用托盤移位產(chǎn)生垂直通道,實現(xiàn)高層車位升降存取車輛。其車位結(jié)構(gòu)為2維矩陣形式,可設計為多層和多列。由于受收鏈裝置及進出車時間的限制,一般為2~4層(國家規(guī)定最高為4層),2層、3層者居多,現(xiàn)以典型的地上3×3升降橫移式為例,說明停車庫的運行原理。

　　立體車庫結(jié)構(gòu)特點是：底層只能平移,頂層只能升降,中間層既可平移又可升降。除頂層外,中間層和底層都必須預留一個空車位,供進出車升降之用。當?shù)讓榆囄贿M出車時,無需移動其他托盤就可直接進出車;中間層、頂層進出車時,先要判斷其對應的下方位置是否為空,不為空時要進行相應的平移處理,直到下方為空才可進行下降動作,進出車完成后再上升回到原位置。其運動的總原則是：升降復位,平移不復位。

　　控制系統(tǒng)方案的確定

　　升降橫移立體停車庫以停放轎車為主,其代價較昂貴,而且立體停車庫使用時涉及到人身和車輛的安全,所以對設備的安全性和可靠性要求非常高。PLC采用了以計算機為核心的通用自動控制裝置,集微機技術(shù)、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)為一體,可靠性強、性價比高、設計緊湊、擴展性好、操作方便,適用于頻繁啟動和惡劣的環(huán)境,因此在立體停車庫控制系統(tǒng)中通常采用PLC作為電控系統(tǒng)的核心。

　　作為網(wǎng)絡底層的現(xiàn)場總線技術(shù)以其簡單的結(jié)構(gòu),在控制系統(tǒng)的設計、安裝、運行、維護上體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性,因此本文采用Profibus-FMS和Profibus-DP構(gòu)成兩層控制網(wǎng)絡。Profibus-FMS主要完成中等傳輸速度的循環(huán)和非循環(huán)通信任務,通常用于PLC與PC、PLC與PLC之間的互相通信。而底層網(wǎng)絡則選擇了Profibus-DP,這主要因為Profibus-DP是經(jīng)過優(yōu)化的高速通信聯(lián)接,用于設備級分散I/O之間的通信,構(gòu)成獲得最短總體循環(huán)時間的單主站系統(tǒng)。本系統(tǒng)運用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)場智能設備和自動化控制設備之間的開放式、數(shù)字化、多節(jié)點通信,并提高了系統(tǒng)工作的可靠性和靈活性。

　　同時,本系統(tǒng)以上位機作為監(jiān)控機,利用上位機的數(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,實時接收和處理下位機PLC從現(xiàn)場采集的各種狀態(tài)、控制、報警信號,并利用這些信號驅(qū)動PC控制界面中的各種圖形,實時顯示現(xiàn)場的各種狀況,在操作員和停車庫之間構(gòu)造出形象、直觀的界面,對操作運行和故障給出提示、報警等。

　　立體車庫控制系統(tǒng)設計

　　控制系統(tǒng)的組成

　　立體車庫控制系統(tǒng)由上位機監(jiān)控系統(tǒng)和下位機PLC控制系統(tǒng)組成,圖1為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中,監(jiān)控系統(tǒng)由“上位機+Profibus現(xiàn)場總線+PLC+現(xiàn)場操作機構(gòu)”構(gòu)成,以PC機為核心,配備有打印機、音效設備、收款機、顯示器等。如果車庫是由多個3×3單元的組合,可以用一個PLC控制一個車庫單元,多個PLC共同構(gòu)成多點結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)。如果車庫的規(guī)模足夠大,還可以考慮配備操作器、觸摸屏和IC卡磁卡機等來實現(xiàn)智能化自動控制。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　車庫控制方式分為3級――手動、半自動和全自動。手動是在現(xiàn)場用手操作器對每個托板進行點動控制,應用于車庫檢修、突然停電、緊急停機和車庫故障4種情況;半自動為操作PLC控制面板上的按鈕由PLC實現(xiàn)自動邏輯控制;全自動是由計算機給出存取命令由PLC來執(zhí)行任務(要求配備“操作器”)。其中,手動方式為最高優(yōu)先級,而半自動或全自動方式用于正常進出車處理,其中半自動方式優(yōu)先級高于全自動。在計算機脫機情況下,PLC控制面板可以完成所有存取車操作,而且本設計要求手動、半自動、全自動之間必須能夠互鎖。

　　PLC控制系統(tǒng)設計

　　PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心,其操作大致分為三類：以故障診斷和處理為主的操作;聯(lián)系現(xiàn)場狀況的數(shù)據(jù)I/O操作;執(zhí)行用戶程序以及響應與PLC相連的外部設備的命令操作。當有存取操作時,PLC會接收和分析操作人員在控制面板按鈕或上位機輸入的指令,做出合理的工控安排：判斷檢測元件的狀態(tài),讀取車庫機械驅(qū)動部分的信息;然后,將信息反饋到執(zhí)行元件,拖動車位板,實現(xiàn)其位置移動,完成車輛的存取操作和信號的顯示(指示燈)。整個動作區(qū)域配有光電檢測及多重安全系統(tǒng),以防異常情況發(fā)生。

　　該系統(tǒng)中PLC主要完成對托盤、托板位置及運行狀態(tài)的檢測和存取車的操作。用各種光電開關(guān)、行程開關(guān)檢測位置狀態(tài),用接觸器、繼電器執(zhí)行對拖動電機的起?？刂啤?

　　對車位的操作就是控制橫移小電機和升降大電機,使它們在不同時間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。而且上層升降動作和以下各層的橫移動作必須是互鎖的,即當上層泊位在升降時,下面各層泊位不能移動,反之亦然。并且上層泊位每次只能有一個泊位進行上下升降運動。

為了保證存取車可靠安全,系統(tǒng)要精確定位。行程開關(guān)的設置保證了托板能平移到預定位置以及托盤能上升或下降到準確位置,但同時,行程開關(guān)邏輯要嚴格互鎖。例如1、2水平限位開關(guān)在靜態(tài)情況下只能有一個是斷開的,如果2個以上開關(guān)閉合即表示托板不到位。在車庫靜止時, 2、3層所有掛鉤信號均應斷開(負邏輯),2層上限位開關(guān)斷開,3層上限位開關(guān)閉合。

　　此外,為了保證載車板運行過程的安全性,必須采取傳動系統(tǒng)自鎖保險設計和安全掛鉤保險設計：如鏈傳動采用制動電機,無論發(fā)生什么情況,都處于自我保護狀態(tài);控制安全掛鉤運動的電磁鐵上必須有一反饋信號,以指示掛鉤是否已把托盤掛好等。