李 宁，靳 娜

(江苏联合职业技术学院盐城生物工程分院，江苏 盐城 224000)

0 引言

我国人口众多，汽车保有量日益增加，而停车场数量过少，难以有效满足人们的停车需求[1-2]。当前我国大部分为地面停车位，但地面停车位人均资源占用量过低，尚未达到世界平均水平[3]。因此，如何在有限的城市空间内为广大市民提供更多的停车位是我国当前城市生活亟待解决的重要问题。本文构建的智能立体停车库系统可有效缓解当前我国城市普遍存在的停车难现象，具有重要的现实意义，可为相关领域研究提供了参考。

1 相关概述

1.1 智能立体停车库概述

智能立体停车库是通过堆垛机的运行完成车辆存取操作，其适应能力强，可规划及布置于各种不同的环境[4]。堆垛机运行于巷道之中，载车板在水平与垂直两个方向同时移动。巷道堆垛类立体停车库在实际应用中表现出较强的安全性，只在系统封闭状态下运行，能更加充分地利用空间，与其他立体停车库相比明显占据优势，以便于用户存取车辆，智能化水平较高。在实践中，可结合场地情况规划立体停车库，其核心机构主要有搬运器、堆垛机等。车库结构如图1所示。

图1 立体车库空间模型

立体车库具有三维化的特征，以三维运动存取车辆，巷道内存取车的行为可细分为3个方向上的运动，一是水平运动X，其主要功能是选取合适的巷道；二是垂直运动Z，其主要功能是选定停车层数；三是横向运动Y，其主要功能是确定择车位列数。为进一步阐明运行机制，本设计采用双栋三层五列结构，总共包含30个停车位置，两行之间的中间位置增设一个轨道，支持机械载体框架通行。把升降台安设于入口处，把平移轨道运用于每个层次之中，对机械载体在整个框架内的通行提供有利条件。在设计车库与选择搬运器时，均运用机械式梳状装置，负责在车位与搬运器之间运输车辆。所有车位都配备了接近开关，自动检测当前有无存储车位。立体停车库的机械部分主要包括车库钢框架结构、搬运器等部件。本文设计的立体车库结构如图2所示。

图2 堆垛式立体停车库结构

1.2 PLC的概念和应用

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是整个系统的控制核心，能够保证系统各项功能的实现，高效、准确地处理系统的各类信息，并将按照控制要求发送到各个模块，使各个模块有机地结合到一起，保障系统的正常运行。PLC的输入、输出接口具有多种可扩展模块，使PLC具有强大的控制功能以及良好的与外围设备的通信功能。

PLC作为常用的以电气与计算机控制技术为基础的专用型工业控制器，经过不断的发展，已经被广泛地应用于工业生产的各个领域。PLC作为控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、硬件类型多样、使用简单、可以满足多种的控制要求、适应性极好、编程简单、容易掌握、安装简单、维修工作量小、维护方便、体积小、能耗低等优点。

2 智能立体停车库车辆存取控制设计

立体车库系统控制算法的设计目的是提高停车库的智能服务水平，便于用户快速安全地存取车。在此设计中，堆垛机的存取车流程及系统存取车控制尤为重要。

2.1 存取车控制流程

用户存取车时，升降机会做出上升和下降两个动作，此类动作的完成高度依赖于搬运器等装置的协同配合，搬运器运行动作也包括两个，一是搬出，这一动作在发生时会遇到满载、空载两种情况；二是搬回，也要面临满载、空载两种情况。水平行走机在运行中需要完成移出与移回两种动作。搬运器升降机在运行过程中主要保持上升、下降两种模式。梳齿装置在运行中保持伸展、收缩两种模式。在触摸屏上，用户点击存车并领取相应的条形码。系统自动监测车位，若未在第一层，那么升降机运行，上升至指定层数，搬运器提起之后把存车架移动到指定车位。处于下降运行状态的搬运器，梳齿处于收缩状态之中，能在安全有保证的前提下快速把车辆存储于车库。当搬运器移回存车架之后，要对车位进行检测，判断其是否处于第一层，如果未处于第一层，则启动升降机并降至第一层。水平行走机移至出口处，条码能自动打印，用户取走条码。堆垛机存车流程如图3所示。

图3 存车流程

用户把条码对准条码器，系统扫码后启动水平行走机，使之移至目标车位，对车辆位置做出判断，如果未处于第一层，需要启动升降机将其提升至目标层数，再用搬运器将车辆运出，此时梳齿处于伸展状态，提起搬运器并把车辆运送至搬运器，在满载状态之下，搬运器可移回存车架，再次对车位是否处于第一层做出判断，若未在此层，启动升降机并将其降至第一层，水平行走机移至出入口处，自动打印条码，用户将车开走。堆垛机取车流程如图4所示。

图4 取车流程

2.2 系统存取车控制流程

系统存车流程：启动系统之后，需要对是否有车位进行检查，如果没有车位，入口门关闭，车位满指示灯亮；如果有空车位，入口门敞开，车辆进入存车架，用户在触摸屏中进行操作可存车，系统对车辆存放位置进行检测，对车辆存储是否安全进行检测，如果出现系统故障，工作人员快速排除故障，存车工作结束后打印条码并提供给用户，完成存车动作之后，空车位数量减1。整个存车流程如图5所示。

系统取车流程：启动系统之后，车主取车时需要点击触摸屏，需要把条码对准读码器，系统自动扫码并进行扫描，系统会转换到取车流程，识别取车任务是否完成，一旦系统发生故障，要联系工作人员及时检查，车主取车之后，空车位数量减1。整个取车流程如图6所示。

图6 系统取车流程

3 智能立体停车库系统设计

3.1 智能立体停车库系统整体架构

智能立体停车库系统整体架构如图7所示，主要由操作单元、工作单元等构成。

图7 停车库系统整体架构

本设计采用西门子可编程控制器S7-1215C。将SM1221DI16x3，SM1222DQ16x1作为本控制器的扩展单元。S7-1215C的通信接口与读码器等多类外部设备相连接。本设计方案通过Profinet I/O通信接口进行Profinet通信，此通信方式的优势主要表现为硬件设施投入少、不需要采用其他通信模块、调试便捷、性能稳定等。

3.2 停车库系统电机控制

本文控制电机由变频器进行控制，以实现电机启停、正反转及速度的调节。以轨道平移行走机的电机为例，其控制原理如图8所示，交流接触器KM2实现平移行走机的电机运行。本文的智能立体停车库控制系统分别由5个三相交流电机同步协调运行，图8中交流接触器KM2能控制平移行走机电机，分别由交流接触器KM4，KM6，KM8和KM10对升降机、搬运器平移、升降、梳齿伸缩进行控制，由此实现对相应电机控制，其控制原理与图8类似。

图8 电机控制原理

3.3 触摸屏界面设计

为了方便车主直观地存取车，立体停车库控制系统采用触摸屏进行操作。如图9所示，其主界面能够清晰显示空位数量，该界面也会显示其他信息，类似于取车、存车信息等。通过车位信息界面，人们能够快速准确地了解车位停车现状。通过点位监控界面可以实时了解I/O口状态，需要注意一点，本界面为管理员界面，一旦机器运行出现了故障、异常等，管理员登录系统之后能实时了解I/O点的运行情况，而且可以通过状态监控界面了解车辆状态、变频器运行等情况。管理员能够通过通信和传感器界面及时发现通信故障，有助于快速有效地处理问题。

图9 监控系统界面

4 结语

智能立体停车库可以节约停车时间，优化停车空间，有效解决了城市中停车难问题，因此建立智能立体停车库管理控制系统已成必然趋势。本文根据智能立体停车库控制系统的应用要求，提出了基于PLC的设计方案。不同于传统立体停车库系统，本系统信息存储能力强、管理功能丰富，能高效处理数据，用户访问时间得到了有效缩短。