基于PLC的地下智能立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...基于PLC的地下智能立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：針對傳統(tǒng)車庫車位少、費(fèi)用高、空間利用率低等弊端，提出了基于PLC為控制核心并結(jié)合RFID射頻識別技術(shù)的地下智能立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以PLC〔可編程控制器〕作為控制核心接收地面發(fā)出的存、取車輛指令，通過傳感器、微動(dòng)開關(guān)和RFID射頻閱讀器來采集系統(tǒng)的狀態(tài)和車輛信息，并驅(qū)動(dòng)垂直升降機(jī)和平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存取。關(guān)鍵詞：PLC；立體車庫；智能；RFID；人類在不斷完善社會(huì)功能的過程中，科技給予其無限的力量同時(shí)科技也在挑戰(zhàn)著人類的思維模式，城市開展所帶來的困惑越來越突出。隨著經(jīng)濟(jì)的開展和人民群眾生活水平的不斷提高，私家車數(shù)量日趨增長。機(jī)動(dòng)車保有量的增長與泊車位的緊缺帶來的“停車難，停車貴〞已經(jīng)深深的困擾著有車一族，甚至造成有車不敢開、不能開的為難局面。如何利用有限的空間改善人類的生存環(huán)境和生活質(zhì)量是如此迫切的需要答復(fù)。針對傳統(tǒng)車庫車位少、費(fèi)用高、空間利用率低等弊端，地下智能立體車庫系統(tǒng)提出了基于PLC為控制核心并結(jié)合RFID射頻識別技術(shù)的控制設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)地下車庫比較地下智能立體車庫主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：①提高地下空間利用率：傳統(tǒng)地下車庫僅利用了地下一層進(jìn)展停放車輛，而地下智能立體車庫能在保證建筑安全性的前提下，利用地下三層的密閉空間大大的提高了地下空間的利用率；②智能化系統(tǒng)提高安全性：傳統(tǒng)地下車庫是敞開式管理，駕駛員需要將車駛?cè)胲噹觳ふ臆囄?，在泊車、取車過程中在安全上存在諸多隱患，如車輛喪失隱患、車輛刮擦隱患、泊車駕駛員人身安全隱患等，而智能立體車庫那么能完全排除上述隱患，智能立體車庫利用的是地下密閉空間，采用先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)，車主從泊車到取車全部過程都是由智能系統(tǒng)自動(dòng)完成，車主無需以身犯險(xiǎn)深入車庫存取車輛；③高效性：系統(tǒng)響應(yīng)速度快，存車和取車過程相互獨(dú)立可同時(shí)進(jìn)展，平均操作時(shí)間都可控制在70s到120s內(nèi)；利用RFID射頻系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離感應(yīng)功能，當(dāng)指定位置的RFID閱讀器感應(yīng)到走向取車亭駕駛員身上的射頻信號，就可以提前開場執(zhí)行取車操作，從而大大縮短駕駛員的取車等待時(shí)間，如果車輛泊位靠上的話可以甚至可以是“車等人〞；所以地下智能立體停車場必然是城市停車場未來開展的趨勢。1、地下智能立體車庫硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)地下智能立體車庫系統(tǒng)的控制核心是PLC，目前市場上PLC品牌眾多如美國AB，比利時(shí)ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷，創(chuàng)研等。各種品牌都有自身的優(yōu)勢和缺乏，在選型上應(yīng)根據(jù)工程具體選擇適宜的PLC品牌。從I/O分配、機(jī)型容量、性價(jià)比等方面考慮并結(jié)合地下智能立體車庫的工程實(shí)際最終選定三菱FX系列中最先進(jìn)的[1]為控制核心。系統(tǒng)還結(jié)合RFID[2]無線射頻識別技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)待停車輛泊位的自動(dòng)分配，同時(shí)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)閘門的自動(dòng)升降和垂直升降機(jī)、平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存取。地下智能立體車庫的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由地上存車亭、地上取車亭、地下三層車庫主體和其他相關(guān)附件組成。地上存車、取車亭系統(tǒng)是智能立體車庫設(shè)在地面的兩個(gè)重要設(shè)施，是地下車庫與地面的連接樞紐。如圖3、圖4所示，存、取車亭都是由設(shè)立在預(yù)定位置的兩個(gè)RFID射頻卡閱讀器、自動(dòng)道閘、兩個(gè)車亭進(jìn)、出自動(dòng)門和一部連接地上地下的車庫垂直升降機(jī)組成；其中兩圖中的二、三號自動(dòng)門為駕駛員進(jìn)出通道，一、四號自動(dòng)門為車輛進(jìn)出通道；2號自動(dòng)道閘為存車隔離道閘，是存車亭與侯存區(qū)分界限，當(dāng)存車亭處于存車進(jìn)程時(shí)該閘關(guān)閉，該閘可防止侯存車輛在存車亭處于存車期間誤入存車亭而發(fā)生掉落不安全；地下三層車庫系統(tǒng)是立體車庫的主體，承當(dāng)著車輛準(zhǔn)確入庫、平穩(wěn)停放和安全出庫等重要任務(wù)。因此不僅要求做到車位充足還要做到設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。地下三層立體車庫由上往下分別為A、B、C三層，每層設(shè)12個(gè)泊位扣除垂直升降機(jī)的占用位置分左右分別為8個(gè)和6個(gè)共計(jì)42個(gè)泊位，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)那么每個(gè)泊位都有一個(gè)特定的編號如A-02，B-12，C-13等。每層有一個(gè)獨(dú)立的平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)，可在本層中每個(gè)泊位間自由往復(fù)運(yùn)動(dòng)且兩層間平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)互不干擾可同時(shí)運(yùn)動(dòng)。有1、2號兩臺(tái)垂直升降機(jī)分別與地上的存、取車亭聯(lián)通，無存取指令時(shí)，1號存車升降機(jī)處于升降機(jī)最高位置即上升至存車亭地面等高的位置處于待命狀態(tài)，2號取車升降機(jī)處于升降機(jī)底層位置即處于地下車庫C層位置處于待命狀態(tài)。圖1、圖2分別為地下智能立體車庫的側(cè)視圖和俯視圖。2立體車庫的PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)既定的方案，系統(tǒng)PLC控制程序采用步進(jìn)方式進(jìn)展編程，系統(tǒng)整體框圖如圖5所示。采用步進(jìn)方式進(jìn)展編程，不需對時(shí)刻變化的工序步進(jìn)動(dòng)作進(jìn)展設(shè)計(jì)，工序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出的處理SFC均能自動(dòng)進(jìn)展，只要對存車、取車的各個(gè)工序進(jìn)展簡單的順序設(shè)計(jì)就能保證閘門、自動(dòng)門、升降機(jī)以及平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)的正確動(dòng)作；且使用步進(jìn)編程在程序調(diào)試以及故障檢查非常方便。圖6是立體車庫的動(dòng)作流程圖，局部I/O分配詳見表1。智能立體車庫在編程中采用并行性流程控制，使存車與取車過程相互獨(dú)立同時(shí)進(jìn)展大大加快了智能立體車庫的車輛存取速度，從而提高了車庫的運(yùn)行效率。圖7為車庫并行性流程控制[3]示意圖。表1局部I/O分配表輸入輸出元件名稱作用輸入點(diǎn)元件名稱作用輸出點(diǎn)存車取卡按鈕分配車輛泊位X0車輛泊位空閑指示指示車庫泊位Y0一號自動(dòng)門檢測傳感器檢測存車亭是否有待存車輛X11號自動(dòng)道閘抬起輸出驅(qū)動(dòng)1號道閘抬起Y1一號自動(dòng)門開門到位微動(dòng)開關(guān)檢測自動(dòng)門是否完全翻開X22號自動(dòng)道閘抬起輸出驅(qū)動(dòng)2號道閘抬起Y21號升降機(jī)壓力感應(yīng)開關(guān)檢測車輛是否駛上升降機(jī)X3一號自動(dòng)門翻開輸出驅(qū)動(dòng)一號自動(dòng)門翻開Y3ABH-50L紅外對射檢測傳感器檢測汽車是否完全駛?cè)肷禉C(jī)X4一號自動(dòng)門關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)一號自動(dòng)門關(guān)閉Y41號升降機(jī)A層標(biāo)志檢測1號升降機(jī)是否在A層X5一號升降機(jī)下降輸出驅(qū)動(dòng)一號升降機(jī)下降Y51號升降機(jī)B層標(biāo)志檢測1號升降機(jī)是否在A層X6一號升降機(jī)上升輸出驅(qū)動(dòng)一號升降機(jī)上升Y61號升降機(jī)C層標(biāo)志檢測1號升降機(jī)是否在A層X7A層平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)前行驅(qū)動(dòng)A層平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)前行Y7基于PLC控制的智能立體車庫難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存與自動(dòng)取，下面就這兩個(gè)難點(diǎn)進(jìn)展分析設(shè)計(jì)。在自動(dòng)存車過程中泊位的分配采用變址[3]的方式進(jìn)展處理，具體如圖8所示。當(dāng)?shù)谝淮伟聪麓孳嚢粹o時(shí)，在X0的上升沿，程序?qū)?傳送至MZ0此時(shí)Z0=0即M0被置1，松開X0時(shí)在X0的下降沿將Z0自加1即Z0=1；在第二次按下存車按鈕時(shí)，在X0的上升沿將1傳送至MZ0此時(shí)Z0=1即M1被置1，松開X0時(shí)在X0的下降沿Z0再次自加1即Z0=1+1=2，以此類推實(shí)現(xiàn)變址。利用變址程序?qū)?huì)得到依次被置1的M1，M2，M3，…,M42，利用這些中間繼電器的信號可以實(shí)現(xiàn)01號泊位到42號泊位的準(zhǔn)確定位。以A層的01到14號泊位為例01號泊位對應(yīng)M1、X12，02號泊位對應(yīng)M2、X13，以此類推14號泊位對應(yīng)M14、X27，步進(jìn)編程程序如圖9所示。第175行對應(yīng)Y7得電即驅(qū)動(dòng)平面往復(fù)搬運(yùn)機(jī)前行動(dòng)作，第173行為車輛泊位定位程序，例如此時(shí)車輛分配存儲(chǔ)到第7個(gè)泊位，此時(shí)被置1的是M7，當(dāng)搬運(yùn)機(jī)碰到微動(dòng)開關(guān)X12由于M1未被置1所以程序?qū)⒉话l(fā)生跳轉(zhuǎn)即S23不能被置1，直至搬運(yùn)機(jī)運(yùn)動(dòng)到第7個(gè)泊位時(shí)，微動(dòng)開關(guān)X20被壓合時(shí)由于M7已被置1此時(shí)左右母線通過X20、M7再經(jīng)過[SETS23]接通，程序發(fā)生跳轉(zhuǎn)Y7失電即搬運(yùn)機(jī)停頓前行定位于7號泊位，緊接著進(jìn)展車輛入位操作。車輛存儲(chǔ)層次以A層為優(yōu)先，當(dāng)A層存滿時(shí)方才進(jìn)展B層的存儲(chǔ)。判斷標(biāo)準(zhǔn)是Z0的數(shù)值，當(dāng)Z0≦14，車輛存儲(chǔ)至A層同時(shí)將M201強(qiáng)行置1的指令寫并寫入射頻卡；當(dāng)14≦Z0<28時(shí)車輛存儲(chǔ)至B層同時(shí)將M202強(qiáng)行置1的指令寫入射頻卡；當(dāng)28≦Z0<42時(shí)車輛存儲(chǔ)至C層同時(shí)將M203強(qiáng)行置1的指令寫入射頻卡；同時(shí)寫入射頻卡的還有M204對應(yīng)A層01泊位，M205對應(yīng)A層02泊位，以此類推M217對應(yīng)A層14泊位；M218到M231分別對應(yīng)B層01泊位到B層14泊位；同理M232到M245也分別對應(yīng)C層01泊位到14泊位，當(dāng)相應(yīng)泊位被存放時(shí)對應(yīng)中間繼電器被強(qiáng)行置1的指令也寫入射頻卡。取車時(shí)當(dāng)3號射頻卡閱讀器檢測到駕駛員隨身攜帶的射頻卡信號時(shí)，依照設(shè)定PLC內(nèi)部相應(yīng)的代表層與泊位的繼電器將被置1。取車泊位定位程序如圖10所示。2號升降機(jī)默認(rèn)位置為C層，當(dāng)待取車輛位于A或B層時(shí)，升降機(jī)需上升即第244行中M201或M202將閉合上升繼電器Y15得電將驅(qū)動(dòng)升降機(jī)上升。以A-06泊位為例，當(dāng)3號閱讀器檢測到A-06時(shí)，PLC內(nèi)部M201、M209被置1。M201一旦閉合升降機(jī)將上升直至碰到A層標(biāo)志微動(dòng)開關(guān)X33，程序跳轉(zhuǎn)至第252行，此時(shí)A層平面搬運(yùn)機(jī)動(dòng)作前行，當(dāng)搬運(yùn)機(jī)壓合06泊位標(biāo)志微動(dòng)開關(guān)X17時(shí)程序發(fā)生跳轉(zhuǎn)，搬運(yùn)機(jī)停頓于06泊位前，緊接著進(jìn)展車輛出位操作完成取車操作。3小結(jié)地下智能立體車庫能有效的利用地下空間，解決了城市車輛無處停放的問題并且降低停車成本。同時(shí)地下智能立體車庫以PLC為控制核心，將取卡機(jī)、道閘、自動(dòng)門、電子顯示屏、信號燈等設(shè)備進(jìn)展有機(jī)整合，并參加非接觸式遠(yuǎn)距離控制的RFID射頻技術(shù)，引入先進(jìn)的應(yīng)急后備安全保障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存車、取車自動(dòng)化。在節(jié)省珍貴的時(shí)間同時(shí)，地下智能車庫的自動(dòng)化、精準(zhǔn)、穩(wěn)定、安全的控制系統(tǒng)可以防止常規(guī)車庫中由于治安或其他車主駕駛水平等原因所造成的車體內(nèi)外的損壞甚至車輛的喪失的問題。地下智能立體車庫研究設(shè)計(jì)到達(dá)了車輛自動(dòng)存、取的目的，真正實(shí)現(xiàn)了停車只需熄滅引擎，取車只需走向車庫的愿望，使車庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化、安全化、高效化、無人化管理。具有一定的創(chuàng)新性，是城市停車場未來開展的必然趨勢。參考文獻(xiàn)：[1]劉建華，