基于 PLC的升降橫移式立體車庫監控系統設計

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展而帶來的停車難的問題，現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構簡單、占地少、造價低、運行費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車位車庫的監控系統進行了設計，并使用組態王軟件實現了車庫的動畫監控。實踐證明，該系統滿足了立體車庫的控制要求，而且具有操作簡便、

可視性好、可維護性強等特點。關鍵詞：PLC；立體車庫；升降橫移式；監控系統；組態王

1 引言

隨著國民經濟的高速發展以及我國城市現代化水平的提高，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、經濟性好等優點得到了應用。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，通過控制系統控制車位空間位置的變動，使車位能夠實現平面到空間的轉化，實現多重單層平面停車的功能。立體車庫主要有升降橫移式、垂直循環式、巷道堆垛式、垂直提升式、圓型水平循環式等幾種類型。其中，升降橫移式具有結構簡單、操作方便、安全可靠、造價低廉，在國內立體車庫市場占有絕對優勢。

PLC即可編程控制器，它以微處理器為核心，有機的將微型計算機技術，自動化技術，及通信技術融一體。與以往的繼電器控制系統相比，PLC具有性能好，環境適應強，性能可靠，運行時間長，速度快，可直接運用于工業環境，具有很強的抗干擾能力，廣泛的應用能力及適用范圍等優勢。所以大多數中型企業都是用 PLC。這也是本文選用 PLC為控制系統的重要理由。另外本文還選用組態王軟件來實現人機交互，和 PLC進行數據交換，使操作更簡單直觀，使實時操作監控情況更清晰明了。

本文以升降橫移式立體車庫為被控對象，利用 PLC來實現其監控，用組態王軟件作為上位機，該監控系統可以實現車輛的自動存取和現場情況的監視。

2 升降橫移式立體車庫的機械結構和工作原理

2.1 升降橫移式立體車庫的機械結構

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、控制系統、安全防護裝置等部分組成。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，在電機的驅動下鏈條帶動載車板作升降橫移運動，從而實現車輛的存取。車庫的主體框架支撐著動力電機、傳動系統以及車輛負載。框架主要為鋼結構框架，必須具有足夠的強度，能夠保護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指定的位置還需要采用行程開關。另外車庫還需裝有紅外感應裝置，當車庫在運作時，一旦檢測到有人或其它物體進入到車庫，系統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驅動鏈條帶動載車板做升降橫移運動，通過電機的正反轉可以實現載車板的升降或橫移運動，以實現車輛的存取。其中每個車位均有相對應的載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運動到達地面層，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備的出入口在第一層，除頂層外每層均設有一空車位，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，當其降至地面時，車輛便可開進或開出。

3 立體車庫監控系統設計

3.1 監控系統結構

本次立體車庫監控系統采用組態王軟件來完成，在數據采集的基礎上，以友好的人機交互，和可編程控制器 PLC進行通信，最終完成對車庫運行操作的自動控制。在“自動”控制方式下，所有的存取車操作均在計算機上完成。

整個監控系統采用“上位機 +PLC+就地操作元件（電動機、傳感器、行程開關、接觸器等）”的典型結構，由 PLC采集就地傳感器、行程開關等信號，利用組態王軟件來和它進行數據交互，以提供給操作人員，方便監控和管理。該立體車庫監控系統的結構框圖如圖 2所示。

3.2 監控系統設計

組態王開發監控系統軟件是新型的工業自動控制系統正以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統，有控制層、監控層、管理層三個層次結構，通過對監控系統要求及實現功能的分析，有監控層對下連接控制層，對上連接管理層，且在自動控制系統中完成上傳下達的目的。

3.2.1 實時數據庫的創建

監控層作為組態王的核心層，對下連接控制層，對上連接管理層，由監控層傳來的實時存取車的狀況傳給管理層，然后由管理層達到數據建立，就是創建一個具體的數據庫，并用此數據庫中的變量描述工控對象的各種屬性。

用戶在組態環境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態工作；運行環境是用戶應用系統的運行環境，在運行環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，構成監控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態，達到實時監控的效果。在監控層，采用紅燈與綠燈來表示車庫車輛有無信息，并設計車庫總車位情況。

3.2.2 系統畫面設計與動畫連接

為了更好的呈現和設計立體車庫，我們對其進行了 3D建模。通過 3D動畫顯示來進行設計。依照實物模型來進行設計，我們將車庫設計為 3*4的結構，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等組成我們的立體車庫硬件設計部分。

3.2.3 運行策略設計

在組態王中，運行策略用來完成對系統運行流程的自由控制，通過數據庫的實時數據狀鋼筋框架況信息，給出控制信號，使系統按照設定的順序和條件操作實時數據庫，控制用戶窗口的打開、關閉以及控制設備構件的工作狀態等，從而實現對系統工作過程的精確控制及有序的調度管理。運行策略組態通過編寫相應腳本程序來實現。

立體車庫監控系統在執行過程中的流程如圖 5所示。

系統啟動時，需要使所有的載車板回到自己固定的位置，所以需設置啟動策略。其他的系統運行策略則在循環策略中實現。在腳本程序的編寫中，利用 PCI_1756采集到的位移數據來對托盤和相應的車輛進行操作。

3.2.4 設備窗口組態

人機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：操作簡捷易上手，降低用戶學習成本；顯示直觀，讓系統界面清晰的顯示出車庫的使用狀況和運行情況，包括緊急停止按鈕。如圖 6所示。

4 控制調試

完成以上步驟后，整個立體車庫監控系統就全部完成，可以通過可編程控制器對程序進行控制操作。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（ PLC）設計，實現了對立體車 利用上位機的數據通信手段、數據處理能力和圖形顯示、多媒體技術。通過現場總線，實時接收和處理下位機 PLC從現場采集的各種信號，并利用這些信號驅動 PC控制界面中的各種圖形。實時顯示現場的運行狀況和車輛存取統計數據。以便更直觀的掌握和控制系統。但在本次設計中，由于時間、條件和經驗所限，設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有空車位情況聯網發布（即加入物聯網理念），以方便民眾停車，使之更符合實際立體車庫控制系統。

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