基于PLC的垂直升降式立体车库设计

2021-07-28李宁，陈瑞

机械管理开发 2021年6期

李宁，陈瑞

（喀什大学物理与电气工程学院，新疆喀什 844000）

引言

2020年，我国私人轿车保有量较2019年增加973万辆，增长了7.1%，而2019年较2018年增加了1 112万辆，增长了8.83%[1]。这就要求小区和一些公共区域要有更多的停车位。相比较传统的地下或地上停车场，立体车库对土地的利用率要高很多。

在国家质检总局颁布的《特种设备目录》中，将立体车库分为九大类，包括水平循环式（PSX）、垂直升降式（PCS）、升降横移式（PSH）、简易升降式（PJS）、平面移动式（PPY）、巷道堆垛式（PXD）、垂直循环式（PCX）、多层循环式（PDX）以及汽车专用升降机（PQS）[2]。

垂直升降式立体停车库利用升降机构和横移机构来实现车位的存（取）车，具有占地面积小、结构简单、对地面要求低、建设成本低，以及可根据需要增加列来增加车位等优势，因此，适用于城市中停车位紧张的城中村、老旧小区或者城市中心的商超附近，适用面较广。

本文设计了一个八层八车位的垂直升降式立体停车库，采用基于PLC的控制系统实现对停车库的自动控制。

1 立体车库的结构及运行过程

1.1 系统结构

本文设计的立体车库共有八个车位，八层单列。其结构包括控制升降系统、提升系统、载车板、横移系统和结构框架。控制升降系统用来实现单个载车板移动，在八层停车库中实现存（取）车；提升系统用来实现载车板的上升与下降；载车板用来承载车辆；横移系统主要用于控制载车板的左右平移；结构框架对所有钢架、设备以及载车板、汽车起到支撑作用。

1.2 停车位移动过程

如图1所示，共有八个车位，八层单列。由每个载车板单独升降移动，到用户选取的停车位后载车板左移将轿车送入对应停车位，实现八层八车位的立体停车模式。

图1 车位移动示意图

八个车位移动方案相似，举例说明八号车位存车与取车方案。

八号车位存车时，八号载车板右移一个车位，接着下降一个车位，一段时间后，车辆驶入八号载车板，等待一段时间后，八号载车板上移一个车位，接着右移一个车位，进入八号车位后，八号车位存车结束。如图2所示，仿真模拟八号车位存车程序。

图2 八号位存车简述图

八号车位取车时，八号载车板右移一个车位，一段时间后，八号载车板下移一个车位，待车辆驶出八号载车板后，八号载车板上升并右移至八号车位，至此，八号车位取车结束。

2 控制系统的设计

2.1 系统硬件的设计

硬件整体主要包括PLC硬件、电机、中间继电器、指示灯和计算机等。

PLC主要用来控制电机的正反转以实现载车板的移动，还有防坠挂钩的动作以及启动开关、急停开关、复位开关等。

其中主要硬件的型号选择如表1所示。

表1 各类硬件选型

硬件部分各类元件的功能说明如表2所示。SB1、SB2、SB3分别作为系统的启动、复位和急停开关，L1~L8分别作为八个车位的存取车指示灯（有车显示红色，无车显示绿色）。M1~M4四个电机作为升降横移载车板使用，其中M1~M2作为升降电机使用，M3~M4作为横移电机使用。KA1~KA8分别是一车位~八车位的光电感应器。

表2 各类硬件电气符号及功能说明表

2.2 系统主电路的设计

系统主电路的设计主要是对电机的正反转控制和防坠挂钩吸合释放的设计，系统主电路作用于整个车库中。电磁铁的得电和失电控制安全防坠挂钩的弹出和收回。

2.3 PLC I/O口地址分配

CPU224XP自身包含一定数量的本机I/O（输入口/输出口），可以用扩展I/O模块来增加I/O点数。整个PLC控制系统I/O地址分配如表3所示。

近年来，我国公路桥梁施工技术发展迅速，如在高等级公路建设中，在线型设计布局方面的要求也在逐年提升，特别是对高墩桥梁建设中的加固技术更有了新的要求标准，在一定程度上增加了施工难度。我国高速公路桥梁的基本特点包括：（1）跨度大，对承载力要求高。公路桥梁工程是跨越水域、山谷等地势的构造物，因此，其跨度通常较大，相应地对其结构的承载力要求也高。（2）耐久性强。桥梁工程的设计年限一般为100～120年，并且在运营过程中，会受到环境、有害化学物质的侵蚀以及车辆荷载、风荷载、超载及人为等因素的影响，因此，为了保证桥梁的正常通行，要求桥梁工程的耐久性较强。

表3 PLCI/O口地址分配示意图

整体PLC硬件接线电路如图3所示，PLC外围三相异步电动机等部分的供电电源均为交流220 V，接地端直接接地。所有开关和电路指示灯如电源灯等部分供电电源都为+24 V，且共用COM口。

图3 PLC外部硬件接线电路图

3 系统软件的设计

3.1 系统流程

存（取）车流程如图4所示，当客户选择好车位并按下存（取）车按钮时，其他车位按钮锁定禁止动作，被呼叫载车板准备移动同时继电器得电，被呼叫载车板右移下降等待车辆进（出）结束，后载车板上升左移继电器失电。存（取）车结束，自动复位，等待下次操作。

图4 立体停车库系统运转流程图

3.2 PLC程序的设计

PLC依据系统程序和用户程序实现各种处理和控制。本设计采用梯形图编程。

以八号载车板移动为例，示例程序运行。

网络1如图5所示，车位的存（取）开关具有自锁功能，按下存（取）车按钮，八号车位时间的计时器开始计时，时间设定总长为40 s。

图5 网络1

网络2如图6所示，在0~2 s（20×100 ms=2 s）这个时间内，八号载车板右移一个车位。

图6 网络2

图7 网络3

网络4如图8所示，等待4 s，等待车辆进入载车板。

图8 网络4

网络5如图9所示，八号载车板存车结束，开始上移，上升时间14 s。

图9 网络5

网络6如图10所示，八号载车板左移一个车位，进入八号车位。

图10 网络6

网络7如图11所示，八号车位停有车辆，显示此处有车。

图11 网络7

网络8如图12所示，八号车位存（取）车复位，等待下次车位存（取）车。

图12 网络8

二号停车位程序控制则由时间继电器T38控制二号载车板移动，当按下二号车存（取）车按钮时，二号载车板右移一个车位，时间2 s，下移一个车位，时间2 s，等待4 s等待车辆进入二号载车板。待车辆进入二号载车板后，二号载车板上移一个车位，时间2 s，再左移一个车位，时间2 s，进入二号停车位，继电器失电，光电感应器显示此处有车。

其他车位存（取）车与八号、二号车位存（取）方式基本一致。

3.3 仿真模拟及结果

立体车库的仿真是通过将PLC与仿真软件s7-200 simulator v5.0进行程序模拟运行，S7-200仿真软件模拟出随机八个位置的存（取）车并发出指令，程序可以运行，并完成存取车操作过程，系统程序的运行状态显示在s7-200 simulator v5.0模拟软件界面，最终可以实现八个车位的存取车操作。