基于PLC的立体车库自动控制系统的设计

基于PLC的立体车库自动控制系统的设计

摘要：本文在研究立体车库的发展技术与现状的基础上，对升降横移式立体车库进行了研究，完成了升降横移立体车库的电气设计，实现了车辆的准确存取功能。并能够检测车位信息，对车库的存取状态实时显示，完成自动收费，在突发情况下可以打到手动控制系统。整个存取车过程安全、迅速，车库的建立减缓了车辆的增多给停车空间的需求带来的压力。

关键词：PLC设计立体车库自动收费

1 立体车库硬件设计

1.1升降横移立体车库简介

升降横移立体停车库车位结构为2维矩阵形式，可设计为多层、多列。由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2～4层(国家规定最高为4层)，以2、3层者居多，可根据泊车的多少决定停车库的规模。车库可设在地上，也可设在地下，或一半设在地下一半设在地上。其钢结构框架按一定规格的分格单元进行组合，可纵向延伸、分段集中控制，也可横向并列，分排单独控制。车库组合布置的不同形式可适应不同场地条件的需要，配置非常灵活[16]。

结构特点是：底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车

升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后再上升回到原位置。

升降横移停车库利用载车板移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆，全部逻辑过程均由PLC进行控制。地面以上布置的升降横移立体车库结构特点：底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位进出车时，无需移动其他托盘就可直接进出车；中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后再上升回到原位置。其运动总原则是：升降复位，平移不复位[17]。

1.2 车库外观图设计

本次设计要求设计一个双层8车位升降横移式立体车库，根据车库的特点，设计车库的车位如图1.1所示：

其中0号车位仅做一层车位横移用，不用来存放车辆。车库运行规则：1～4号车位只能左右移动，不能上下移动；5～8号车位只能上下移动，不能左右移动。下排车位上的汽车可以直接开出；上排车

位的汽车需要先降到下排车位才能开出，若下排车位有车，需要先让出车位给上排车位。

1.3 PLC原理图设计

PLC是车库控制系统的核心，根据设计要求，其输入大致有：电源按钮、传感器、行程开关、光电开关、操作面板按钮；输出大致有：指示灯、数码管、闸门、升降电机、横移电机。根据输入、输出要求，PLC的控制原理图如图1.2所示：

该系统中PLC主要完成对载车板、车辆位置及运行状态的检测和存取车的操作。用各种光电开关、行程开关检测位置状态，用接触器、继电器控制拖动电机的起停。

对车位的操作即控制横移小电机和升降大电机，使它们在不同时间实现正反转。而且上层升降动作和以下各层的横移动作必须是互锁的，即当上层泊位在升降时，下面各层泊位不能移动，反之亦然。并且上层泊位每次只能有一个泊位进行上下升降运动。

为了保证存取车可靠安全，系统要精确定位。行程开关的设置保证了载车板能平移到预定位置以及载车板能上升或下降到准确位置，但行程开关逻辑要严格互锁[19]。例如1、2号车位水平限位开关在静态情况下只能有一个是断开的，如果2个以上开关闭合即表示载车

板不到位。

安装在进口处的光电开关可以检测车辆的到来，如果车位已满，闸门将拒绝打开；安装在出口的光电开关可以检测车辆的到来，并自动打开闸门，让车辆出去。安装在各个车位的光电开关，可以检测车位上车辆的有无。

1.4 控制面板设计

根据设计要求，对控制面板的设计如图1.3所示：

控制面板上的数码管，可以准确显示车库车辆的存放情况，显示出车辆将要存放的车位号，若车库已经存满车辆，数码管将不显示任何数字[20]。红、绿、黄、粉四个指示等能显示出车库的运行情况：红灯闪烁代表进车模式，绿灯闪烁代表取车模式，黄灯代表手动控制模式，粉红色灯闪烁代表系统处于等待选择状态，红色灯在系统处于等待选择状态时能代表车位已经满，绿色灯则代表车位还有剩余。手/自动切换开关可以切换车库的运行状态。

2 PLC控制系统软件设计

2.1 PLC型号的选择

I/O点数的确定：根据设计要求，其输入大致有：传感器、行程开关、光电开关、操作面板按钮；输出有：指示灯、数码管、闸门、升降电机、横移电机。经过计算，输入点大致需要30个左右，输出点需要30个左右。选定PLC根据控制系统的需求，选定PLC型号为FP1—C72。控制系统I/O地址分配根据控制系统设计的要求及选定的PLC型号，确定系统的输入输出I/O地址分配。

2.2 PLC控制程序设计

2.2.1 控制程序流程图

该系统存取车控制只针对上层(2层)车位，而对于下层车位，存取车直接开进开出即可。控制软件采用梯形图语言编写。程序流程见下图。

在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧，所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行，待各流程动作全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动作[21]。即选择第2层进出车，可以使一层同时平移(左移或右移)，这样，控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出，而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间，提高工作效率。

2.2.2 各子程序设计

闸门控制程序设计要求：当汽车到达闸门前时，若车库内有空车

位，系统自动打开闸门让车辆进入动作平台；如果停车位已满，系统将拒绝打开停车场闸门。在车库进出口处各装有一个传感器X20、X21。当有车进入车库时，X20检测到实现加1运算；当有车出去时，X21检测到实现减1运算。这样，当车库内车辆未达到8辆时，系统会在检测到车辆时自动打开进口闸门；当车库内车辆达到8辆时，系统将拒绝打开进口闸门。

指示灯控制程序设计要求：红色灯在系统处于等待状态时能代表车位已经满，绿色灯则代表车位还有剩余。利用闸门控制程序检测到的车位情况即可实现该显示。停车场的指示灯能够自动分辨系统当前处于的控制状态（红灯闪烁代表进车模式，绿灯闪烁代表取车模式，黄灯代表手动控制模式，粉红色灯闪烁代表系统处于等待选择状态）。

数码管显示程序设计要求：停车场的七段数码管，能准确显示闸门前的车辆将要被停放到的空位的号码。若车位已满，七段数码管将不再显示数字。利用进出口闸门处检测的车位情况，即可很轻松地实现。

2.2.3 存取车程序

因为1层存取车时可以直接开进、开出，所以存取车程序的设计只针对2层车位。存取2层车位车时，需要保证其正下方车位无车，如果正下方车位有车，需要首先将该车位的车移开，然后才能完成存取车。取7号车位车的动作为：3号车位车左移，7号车位车下降，