基于PLC的地下智能立体车库控制系统设计

基于PLC的地下智能立体车库控制系统设计

何宜显

何宜显

摘要：针对传统车库车位少、费用高、空间利用率低等弊端，提出了基于PLC为控制核心并结合RFID射频识别技术的地下智能立体车库控制系统设计。系统以PLC(可编程控制器)作为控制核心接收地面发出的存、取车辆指令，通过传感器、微动开关和RFID射频阅读器来采集系统的状态和车辆信息，并驱动垂直升降机和平面往复搬运机的运动实现车辆的自动存取。

关键词：PLC；立体车库；智能；RFID

人类在不断完善社会功能的过程中，科技给予其无限的力量同时科技也在挑战着人类的思维模式，城市发展所带来的困惑越来越突出。随着经济的发展和人民群众生活水平的不断提高，私家车数量日趋增长。机动车保有量的增长与泊车位的紧缺带来的“停车难，停车贵”已经深深的困扰着有车一族，甚至造成有车不敢开、不能开的尴尬局面。如何利用有限的空间改善人类的生存环境和生活质量是如此迫切的需要回答。针对传统车库车位少、费用高、空间利用率低等弊端，地下智能立体车库系统提出了基于PLC为控制核心并结合RFID射频识别技术的控制设计。与传统地下车库比较地下智能立体车库主要有以下几点优势：①提高地下空间利用率：传统地下车库仅利用了地下一层进行停放车辆，而地下智能立体车库能在保证建筑安全性的前提下，利用地下三层的密闭空间大大的提高了地下空间的利用率；②智能化系统提高安全性：传统地下车库是敞开式管理，驾驶员需要将车驶入车库并寻找车位，在泊车、取车过程中在安全上存在诸多隐患，如车辆丢失隐患、车辆刮擦隐患、泊车驾驶员人身安全隐患等，而智能立体车库则能完全排除上述隐患，智能立体车库利用的是地下密闭空间，采用先进的智能控制系统，车主从泊车到取车全部过程都是由智能系统自动完成，车主无需以身犯险深入车库存取车辆；③高效性：系统响应速度快，存车和取车过程相互独立可同时进行，平均操作时间都可控制在70s到120s内；利用RFID射频系统的远距离感应功能，当指定位置的RFID阅读器感应到走向取车亭驾驶员身上的射频信号，就可以提前开始执行取车操作，从而大大缩短驾驶员的取车等待时间，如果车辆泊位靠上的话可以甚至可以是“车等人”；所以地下智能立体停车场必然是城市停车场未来发展的趋势。

一、地下智能立体车库硬件系统设计

地下智能立体车库系统的控制核心是PLC，目前市场上PLC品牌众多如美国AB，比利时ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷，创研等。各种品牌都有自身的优势和不足，在选型上应根据工程具体选择合适的PLC品牌。从I/O分配、机型容量、性价比等方面考虑并结合地下智能立体车库的工程实际最终选定三菱FX系列中最先进的为控制核心。系统还结合RFID无线射频识别技术，来实现待停车辆泊位的自动分配，同时驱动相应闸门的自动升降和垂直升降机、平面往复搬运机的协调动作以实现车辆的自动存取。地下智能立体车库的执行机构主要由地上存车亭、地上取车亭、地下三层车库主体和其他相关附件组成。地上存车、取车亭系统是智能立体车库设在地面的两个重要设施，是地下车库与地面的连接枢纽。如图3、图4所示，存、取车亭都是由设立在预定位置的两个RFID射频卡阅读器、自动道闸、两个车亭进、出自动门和一部连接地上地下的车库垂直升降机组成；其中两图中的二、三号自动门为驾驶员进出通道，一、四号自动门为车辆进出通道；2号自动道闸为存车隔离道闸，是存车亭与侯存区分界线，当存车亭处于存车进程时该闸关闭，该闸可避免侯存车辆在存车亭处于存车期间误入存车亭而发生掉落危险；

地下三层车库系统是立体车库的主体，承当着车辆精确入库、平稳停放和安全出库等重要任务。因此不仅要求做到车位充足还要做到设计合理，运行稳定可靠。地下三层立体车库由上往下分别为A、B、C三层，每层设12个泊位扣除垂直升降机的占用位置分左右分别为8个和6个共计42个泊位，根据预设规则每个泊位都有一个特定的编号如A-02，B-12，C-13等。每层有一个独立的平面往复搬运机，可在本层中每个泊位间自由往复运动且两层间平面往复搬运机互不干扰可同时运动。有1、2号两台垂直升降机分别与地上的存、取车亭联通，无存取指令时，1号存车升降机处于升降机最高位置即上升至存车亭地面等高的位置处于待命状态，2号取车升降机处于升降机底层位置即处于地下车库C层位置处于待命状态。图1、图2分别为地下智能立体车库的侧视图和俯视图。

根据既定的方案，系统PLC控制程序采用步进方式进行编程，系统整体框图如图5所示。采用步进方式进行编程，不需对时刻变化的工序步进动作进行设计，工序之间的联锁或双重输出的处理SFC均能自动进行，只要对存车、取车的各个工序进行简单的顺序设计就能保证闸门、自动门、升降机以及平面往复搬运机的正确动作；且使用步进编程在程序调试以及故障检查非常方便。图6是立体车库的动作流程图，部分I/O分配详见表1。

智能立体车库在编程中采用并行性流程控制，使存车与取车过程相互独立同时进行大大加快了智能立体车库的车辆存取速度，从而提高了车库的运行效率。图7为车库并行性流程控制示意图。

基于PLC控制的智能立体车库难点在于实现车辆的自动存与自动取，下面就这两个难点进行分析设计。在自动存车过程中泊位的分配采用变址[3]的方式进行处理，具体如图8所示。

当第一次按下存车按钮时，在X0的上升沿，程序将1传送至MZ0此时Z0=0即M0被置1，松开X0时在X0的下降沿将Z0自加1即Z0=1；在第二次按下存车按钮时，在X0的上升沿将1传送至MZ0此时Z0=1即M1被置1，松开X0时在X0的下降沿Z0再次自加1即Z0=1+1=2，以此类推实现变址。利用变址程序将会得到依次被置1的M1，M2，M3，…,M42，利用这些中间继电器的信号可以实现01号泊位到42号泊位的准确定位。以A层的01到14号泊位为例01号泊位对应M1、X12，02号泊位对应M2、X13，以此类推14号泊位对应M14、X27，步进编程程序如图9所示。

第175行对应Y7得电即驱动平面往复搬运机前行动作，第173行为车辆泊位定位程序，例如此时车辆分配存储到第7个泊位，此时被置1的是M7，当搬运机碰到微动开关X12由于M1未被置1所以程序将不发生跳转即S23不能被置1，直至搬运机运动到第7个泊位时，微动开关X20被压合时由于M7已被置1此时左右母线通过X20、M7再经过[SETS23]接通，程序发生跳转Y7失电即搬运机停止前行定位于7号泊位，紧接着进行车辆入位操作。

车辆存储层次以A层为优先，当A层存满时方才进行B层的存储。判断标准是Z0的数值，当Z0≦14，车辆存储至A层同时将M201强行置1的指令写并写入射频卡；当14≦Z0<28时车辆存储至B层同时将M202强行置1的指令写入射频卡；当28≦Z0<42时车辆存储至C层同时将M203强行置1的指令写入射频卡；同时写入射频卡的还有M204对应A层01泊位，M205对应A层02泊位，以此类推M217对应A层14泊位；M218到M231分别对应B层01泊位到B层14泊位；同理M232到M245也分别对应C层01泊位到14泊位，当相应泊位被存放时对应中间继电器被强行置1的指令也写入射频卡。

取车时当3号射频卡阅读器检测到驾驶员随身携带的射频卡信号时，依照设定PLC内部相应的代表层与泊位的继电器将被置1。取车泊位定位程序如图10所示。2号升降机默认位置为C层，当待取车辆位于A或B层时，升降机需上升即第244行中M201或M202将闭合上升继电器Y15得电将驱动升降机上升。以A-06泊位为例，当3号阅读器检测到A-06时，PLC内部M201、M209被置1。M201一旦闭合升降机将上升直至碰到A层标志微动开关X33，程序跳转至第252行，此时A层平面搬运机动作前行，当搬运机压合06泊位标志微动开关X17时程序发生跳转，搬运机停止于06泊位前，紧接着进行车辆出位操作完成取车操作。

三、小结

地下智能立体车库能有效的利用地下空间，解决了城市车辆无处停放的问题并且降低停车成本。同时地下智能立体车库以PLC为控制核心，将取卡机、道闸、自动门、电子显示屏、信号灯等设备进行有机整合，并加入非接触式远距离控制的RFID射频技术，引入先进的应急后备安全保障系统，实现存车、取车自动化。在节省宝贵的时间同时，地下智能车库的自动化、精准、稳定、安全的控制系统可以避免常规车库中由于治安或其他车主驾驶水平等原因所造成的车体内外的损坏甚至车辆的丢失的问题。地下智能立体车库研究设计达到了车辆自动存、取的目的，真正实现了停车只需熄灭引擎，取车只需走向车库的愿望，使车库系统实现智能化、安全化、高效化、无人化管理。具有一定的创新性，是城市停车场未来发展的必然趋势。

(作者单位：广西崇左市扶绥县职业技术学校543200)