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、造價低、運(yùn)行費(fèi)用小而得到廣泛推廣。本文針對 3層升降橫移式立體車庫的自動化存取控制需求，利用可編程控制器（PLC）軟件對 3層 10車位車庫的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，并使用組態(tài)王軟件實現(xiàn)了車庫的動畫監(jiān)控。實踐證明，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，使車位能夠?qū)崿F(xiàn)平面到空間的轉(zhuǎn)化，實現(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、造價低廉，在國內(nèi)立體車庫市場占有絕對優(yōu)勢。

PLC即可編程控制器，它以微處理器為核心，有機(jī)的將微型計算機(jī)技術(shù)，自動化技術(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，使實時操作監(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象，利用 PLC來實現(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)可以實現(xiàn)車輛的自動存取和現(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。傳動系統(tǒng)安裝在主體框架的橫梁與立柱上，傳動鏈條與載車板相連，在電機(jī)的驅(qū)動下鏈條帶動載車板作升降橫移運(yùn)動，從而實現(xiàn)車輛的存取。車庫的主體框架支撐著動力電機(jī)、傳動系統(tǒng)以及車輛負(fù)載。框架主要為鋼結(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，一旦檢測到有人或其它物體進(jìn)入到車庫，系統(tǒng)就會使這個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)動鏈條帶動載車板做升降橫移運(yùn)動，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)載車板的升降或橫移運(yùn)動，以實現(xiàn)車輛的存取。其中每個車位均有相對應(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，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車位的距離，在該車位下方形成一個升降通道，此時，該車位便可自由升降，當(dāng)其降至地面時，車輛便可開進(jìn)或開出。

3 立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

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，最終完成對車庫運(yùn)行操作的自動控制。在“自動”控制方式下，所有的存取車操作均在計算機(jī)上完成。

整個監(jiān)控系統(tǒng)采用“上位機(jī) +PLC+就地操作元件（電動機(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，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

組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(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、管理層三個層次結(jié)構(gòu)，通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，有監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)的目的。

3.2.1 實時數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建

監(jiān)控層作為組態(tài)王的核心層，對下連接控制層，對上連接管理層，由監(jiān)控層傳來的實時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象的各種屬性。

用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(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，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，達(dá)到實時監(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)計車庫總車位情況。

3.2.2 系統(tǒng)畫面設(shè)計與動畫連接

為了更好的呈現(xiàn)和設(shè)計立體車庫，我們對其進(jìn)行了 3D建模。通過 3D動畫顯示來進(jìn)行設(shè)計。依照實物模型來進(jìn)行設(shè)計，我們將車庫設(shè)計為 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)計部分。

3.2.3 運(yùn)行策略設(shè)計

在組態(tài)王中，運(yùn)行策略用來完成對系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，通過數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)狀鋼筋框架況信息，給出控制信號，使系統(tǒng)按照設(shè)定的順序和條件操作實時數(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，從而實現(xiàn)對系統(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)啟動時，需要使所有的載車板回到自己固定的位置，所以需設(shè)置啟動策略。其他的系統(tǒng)運(yùn)行策略則在循環(huán)策略中實現(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升降通道，此時，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 庫工作情況的實時智能控制管理，可以保證系

編程控制系統(tǒng)（ PLC）設(shè)計，實現(xiàn)了對立體車 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，實時接收和處理下位機(jī) PLC從現(xiàn)場采集的各種信號，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)場的運(yùn)行狀況和車輛存取統(tǒng)計數(shù)據(jù)。以便更直觀的掌握和控制系統(tǒng)。但在本次設(shè)計中，由于時間、條件和經(jīng)驗所限，設(shè)計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，使之更符合實際立體車庫控制系統(tǒng)。

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