摘要：立體車庫作為一種有效解決停車位緊張問題的方法，其主要用于智能、安全、高效的存取車輛。本文主要介紹了臺達PLC在立體車庫控制系統中的應用，并詳細闡述了整個立體車庫控制系統的架構，著重介紹了升降橫移式立體車庫的工作原理、軟硬件組成。此外，對立體車庫的安全性設計也進行了相應的描述。

關鍵詞：智能化立體車庫臺達PLCDVP-MC

1引言

隨著我國經濟的發展，國民生活條件的提高以及車輛的普及，越來越多的家庭擁有了屬于自己的汽車，然而我國城市用地日益緊張，車輛停放問題日益顯現，尤其是在城市商業中心的位置，傳統的停車場占地面積大，不易于管理，停車問題的解決迫在眉睫。立體車庫作為一種新的停車管理方式，由于其占地面積小，省時省力，又能保障車輛安全的優勢，能夠有效的解決城市用地緊張問題，已經在越來越多的城市使用。但我國立體車庫的發展和日本、德國等國家相比，還有很大的差距。首先，敘述立體車庫的種類。

立體車庫按照工作原理的不同，可以分為下面九中類型：升降橫移類、巷道堆垛類、垂直循環類、垂直升降類、水平循環類、多層循環類、簡易升降類、平面移動類和汽車升降機類[1]。其中，升降橫移類立體車庫結構簡單，操作簡便，存取車輛快捷的優點，因而得到了廣泛的應用。本文也以升降橫移類立體車庫來說明立體車庫控制系統的組成。

2升降橫移類立體車庫工作原理

為了簡便起見，這里以三層7車位為例說明升降橫移類立體車庫存取車輛的工作原理。見圖1升降橫移類立體車庫工作原理圖[1]。

圖1升降橫移類立體車庫工作原理圖

升降橫移類立體車庫車輛存放采用二維存放形式，最上層最多可放三輛車，下面兩層分別最多可放兩輛車。如圖1所示，最上層車輛只能進行垂直升降，中間一層可以采用水平和垂直移動，而第一層只能采用水平移動。當有新進來的待存放的車輛時，其首先進入第一層的空閑存車位，而后依靠載車板將待存取車輛進行適當的平移和垂直移動，移至目標車位。由上面的三層升降橫移類立體車庫可推知，由于每一層的可移動方向的限制，當車欲存放至第一層時，可以直接進行存放，當車欲存放至中間層或者頂層時，則車首先進入第一層的載車板，然后判斷此位上層是否為空，為空則上移至目標層然后在進行層內平移；如果上層不是空位，則首先將上層平移出空位，而后再上移待存放車至目標層，最后在目標層內進行平移，最終到達目標存車位。取車過程類似。

以上所敘述的僅僅是升降橫移類立體車庫電控系統的工作原理，下面敘述一下整個立體車庫控制系統的組成。

3立體車庫控制系統設計

3.1立體車庫設計目標

立體車庫要求能夠合理的利用現有的車位，有條不紊的對現有車輛進行存取，并且立體車庫的運行可以受到人為的控制。同時，立體車庫要符合安全可靠、高效便捷和自動化程序高的特點[2]。

總結起來，本立體車庫設計的目標如下：

(1)自動運行：當立體車庫正常運行時，能夠對車輛進行自動的存取，此過程不需要人為的干預。這就需要建立實時數據庫時刻對車庫當前的存車情況進行更新。當需要存車時，根據數據庫得出空閑車位，并進行存車。當取車時，掃描數據庫中已存車的車位，進行取車；

(2)安全可靠：立體車庫對安全性能要求很高，要求載車板上需要接有防墜掛鉤，并在適當的位置安裝限位開關。同時，為了防止意外情況，必須設置緊急停車、安全互鎖、用戶可手動操作的功能；

(3)高效：立體車庫代表了節省、高效的存取車方式，存取車過程需在保證安全的前提下，快速的進行存取車操作，節省時間。這要求在存取車過程，電機能夠控制載車板進行平穩的加減速過程。

3.2立體車庫控制系統組成

立體車庫作為一個系統，是在其控制系統的作用下有條不紊的運行的。其整套系統的組成如圖2所示，可以分為三層，即實時監控層、機電控制層以及檢測-執行機構。下面對立體車庫以上各層次進行相應的說明。

實時監控層：上位機具有很強的數據處理、圖形顯示、多媒體技術。我們知道，實時車庫的有效運行依賴于對整個車庫使用情況的掌握，因此，工控機上運行有一個車庫使用情況的實時數據庫，該數據庫用于記錄目前空閑的車位以及被使用的車位。比如說，當用戶需要存車時，工控機根據實時數據庫得出目前空閑的車位，然后發命令到機電控制層將車運至目標車位；當用戶需要取車時，在工控機輸入取車車號，然后工控機根據該車的位置對機電層PLC下達取車指令，取出車輛。當車庫存車滿時，該層需要給出相應指示信息，此時禁止存車。當車庫系統發生故障時，也需要工控機及時給出報警信號。工控機數據處理功能強大，可以在存車、取車過程中配合有相應的動畫在屏幕上進行顯示，此外，工控機還可以連接一臺打印機，用于打印車輛存放車位、存放時間等信息。此層選擇工控機，保證了上層實時監控層能夠可靠、安全、穩定的運行。

圖2立體車庫控制系統組成

中間層：中間層是整個立體車庫控制系統的核心。該層起到承接上下層的作用。一是上傳存取車信息到工控機，以便工控機時刻監控立體車庫運行情況，此外，中間機電控制層還要接受頂層工控機的存、取車指令。二是讀取低層的傳感器信號，通過變頻器對電機進行驅動，以便適當移動載車板到合適位置。該機電控制層的核心是PLC。由于該層是立體車庫控制系統的核心，因此該層需要十分穩定的運行，而PLC正是通用的控制裝置，并且結合了自動化技術、通訊技術、計算機技術，具有高可靠性、操作簡便、性價比高的優點。PLC由于硬件和軟件上的獨特設計，具有很強的穩定性，可以應用與復雜的工業環境。

我們知道，為了使立體車庫能更高效的運行，我們需要在載車板移動時，控制電機進行適當的加減速的調速過程，這也就對PLC的發脈沖能力提出了一定的要求。

低層：檢測-執行機構，此部分主要有傳感器、變頻器以及電動機組成。傳感器主要是限位開關、光電編碼器等，用來確定載車板移動的位置。變頻器則用來接收PLC發出的脈沖來控制電機的運轉，以便順利將車輛運送至相應的位置。

3.3立體車庫控制系統內部通信

由圖2我們可以知道，在實際的立體車庫控制系統中，每一層之間需要進行信息的交互。比如說，位于頂層的工控機需要對中間層PLC下達存取車輛的指令，而中間層PLC也需要將實時信息傳送到上位機，以便用于對立體車庫運行狀態的監控。同時，對于中間層的機電控制層內部，每臺PLC也同樣需要進行通訊，用來協同控制載車板的位移。在這里，工控機與PLC以及PLC與PLC之間的通訊采用CAN總線的方式實現。

現場總線技術以其結構簡單、可靠、經濟實用的優點，已經得到了廣泛的應用。它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。而CAN總線現場總線技術中應用十分廣泛的一種總線技術，其由德國BOSCH推出，最早應用于汽車內部內部器件之間的通信，現在CAN已經在控制領域有了廣泛的應用。在我們的立體車庫控制系統中，利用支持CAN總線協議的PLC組建控制系統，進行工控機與PLC以及PLC與PLC之間的信息交流。

3.4立體車庫的安全性考慮

安全可靠性是一切控制系統的關鍵。立體車庫和一般建筑物不同，其承受的震動沖擊比較大，需要保證系統的安全[3]。本系統關系到人員、車輛的安全，因此必須設計出安全性能好、可靠性高的系統。本車庫需要設計全自動和手動控制運行兩種功能。前者是系統正常運行時的狀態；手動控制則用于緊急停車、車庫故障、車庫檢修等情況下，且手動控制優先級大于自動控制。對于自動運行狀態下，必須確定系統能夠有條不紊的運行：PLC讀取傳感器的狀態確定載車板當前位置，然后PLC根據當前位置信息驅動電機來控制載車板移動到適當的位置。PLC對于車位的控制應該是互鎖狀態，即當某載車板進行上下移位時，其余載車板不得進行左右移位。總結起來，立體車庫的安全性設計有以下幾點需要注意：

(1)互鎖：車位在一個時刻只有一個方向運動；

(2)防停電裝置：當車庫停電時，機械裝置可以自動鎖定，防止發生墜落[3]；

(3)運行受阻報警：當載車板運行受到阻礙時，立即停車并報警；

(4)冗余措施：對關系到車庫正常運轉的部件進行冗余設置，比如說系統供電電源等等[3]。

4系統軟硬件設計

4.1系統硬件選擇

中間層-機電控制層是該立體車庫系統的核心，而PLC又是該層次的核心[4]。這里我們選擇臺達DVP-MC系列總線型運動控制器。該類型的PLC能夠進行快速精準的運動控制，而且支持CAN總線，可以進行PLC間以及PLC與上位機的通訊。

關于電機的需求：按照圖1我們假設的情況，第一層兩個位置只做水平移動，故需2臺電機；第二層兩臺電機可做上下和水平移動，故需要4臺電機；對于第三層，只需上下移動，故需3臺電機[5]。

關于傳感器的需求：首先，我們需要光電編碼器來記錄電機運行的相關信息。其次，我們需要若干限位開關來判斷和輔助控制車位位置。光電編碼器輸出和限位開關輸出均接入PLC相應輸入端子即可。

4.2系統軟件設計

系統開始運行時，首先進行初始化，然后進行有無空位掃描，如有空位，則由用戶按下存車指令，如無空位，提示車庫已滿[5]。

如果有空位，則系統從第一層依次掃描空位位置，如果第一層有空位，則可以直接存車；如果第一層沒有空位，那么在掃描第二層，如果第二層存在空位，則第一層根據第二層空位位置作出移動，待第二層下方空位移出后，第二層載車板下移到第一層存車，而后復位的第二層原位置。如果第二層無空位，那么繼續掃描第三層，如果第三層有空位，那么第一層和第二層做相應的移動，空出第三層空位下方位置，供其載車板下到第一層存車，而后回到原位置[5]。取車過程類似，這里便不再描述。存車具體流程可見圖3立體車庫存車流程設計。

圖3立體車庫存車流程設計

在系統運行過程中，同樣需要運行一套安全監控軟件，當系統發生錯誤時，需要緊急停車并警告。這里便需要軟件的多重保護，以便確保車庫控制系統采取的每一步自動操作都是正確的，同樣也可以防止人為的操作錯誤[6]。

5結束語

在本立體車庫中，運用了PLC與上位機相結合的技術，充分發揮各自的優勢來組成一個功能完善，穩定可靠的系統。本升降橫移式立體車庫系統自動化程度較高，在正常運行階段，可以自動搜尋空閑車位，完成存車操作；對于取車也是自動完成，并且在適當情況下，允許工作人員進行手動控制。升降橫移式自動車庫采用上層工控機和PLC作為控制系統的主要部件，具有操作簡單、安全性高、功能強，更主要的是節省了大量的空間，因此，立體車庫的應用會越來越廣泛。