機電一體化的立體停車庫PLC控制系統設計

劉永

摘要：由于傳統的立體停車庫控制系統穩定性較差且準確程度較低，文章設計了機電一體化的立體停車庫PLC控制系統。該系統在結構上以升降橫移式多層立體結構為主，采用單模塊與多模塊結合的方式，通過控制載車臺完成存、取車及升降系統的設計。在系統軟件上，基于PLC系統增加智能PID算法，減少振蕩與控制不穩定現象發生；利用A/D相互轉換與傳感信息采集，完成控制輸出指令模塊的增加，使載車裝置自動準確到達對應泊位。測試結果表明：立體停車庫系統優化后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，停車入位的平均準確率可以達到98.8%。通過測試可以看出，文章設計滿足了對立體停車庫PLC智能控制的需求。

關鍵詞：機電一體化；立體停車庫；PLC；控制系統

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：A

0 引言

隨著城市國民經濟的增長和社會物質文化多樣化，讓汽車適應城市經濟社會發展的需要，立體停車庫是當今汽車PLC管理系統的組成部分。新型PLC技術可以自動監控和管理存放多層汽車。由于車輛保有量快速增加，“停車困難”已成為影響當今城市交通規劃較重要的問題，因此需要發展庫存容量大占地面積小的立體停車庫，以有效解決“停車困難”的問題。然而，當前我國的絕大多數立體停車庫并沒有跟互聯網進行有效連接，這就導致無法對車位實現遠程的預約與管理，智能化的水平會相對較低，甚至部分車庫因自身存取策略，導致存取車輛效率較低的情況發生^［1］。面對這種的狀況，就必須使用可以多層停車的立體停車庫來克服“停車困難”的問題。立體停車庫的種類相對較多，不同類型的停車庫，控制的方法也不同。本次研究的系統，以升降橫移式的立體停車庫為主要控制對象，研究一種通用的多層立體停車庫控制系統設計，該系統是以機電一體化下的PLC控制為基礎完成實時監控。

1 系統結構設計

停車庫采用升降橫移式多層立體構件結構方式，其標準型式下斷面為工字形狀的長條鋼材、上斷面為凹槽狀的長條鋼材以及二端互相垂直呈角狀的長條鋼材等由型材所構成的基本零結構，而在連接的時候，主要通過螺栓連接來完成，也有局部采用焊接。為有效減重，停車位底板使用質地較輕、強度較高的復合型板材制成，且停車庫外部使用相對美觀的彩鋼來裝飾。立體停車庫通常由一個模塊（可設計為8層，每層停10輛車，大約由80個車位）組合而成，如家屬居住的地方可將一個模塊設計在90°轉彎的位置上。如停車場設在商業街甚至是醫院的旁邊，則需要按照不同的需求而將它設計成單、雙層模塊結合的形式。值得注意的是，由于模塊組合數量增加，停車庫容量將以倍數增長的方式增大^［2］。

若汽車已進入停車庫中的道路上，此時光電傳感器開關的控制門就會自行打開，只需將汽車停到旋轉臺上即可。司機可沿人行通道直接從車房出來，在進行刷卡并記錄好個人信息以后，就能夠直接從服務臺領取到停車卡。完成后出入庫的大門將封閉，而系統也將控制并轉動臺車，使之轉動至180°并把車輛情況進行手動調節，而停車庫載車臺則在系統的操控下，將運行至旋轉臺的最高位置^［3］。停車庫載車臺結構示意，如圖1所示。

載車臺上方的托板驅動機構可將托板從載車臺上內滑出，并一直延伸到汽車的下方，將汽車靜止后，托板隨同汽車一起返回到載車臺上后方，并隨著在載車臺上的運動使汽車翻轉以進行停放。托板上的驅動器會引導托板移動到停車位上，而此時將托板退回后載車臺的工作也開始進行。當取回車的時候，用戶只需在服務臺處進行插卡或輸入密鑰后，系統就會根據存取車時的信息，把車輛從車位上取出并送回取車處^［4］。

2 系統軟件設計

2.1 增加智能PID算法

控制系統在運行過程中，會持續出現振蕩與控制不穩的現象，這是由于控制過程中誤差超過設定范圍造成的。為了讓其在設定的范圍內運行得更加平穩，需要對控制系統增加比例調節的功能。PLC（即可編程邏輯控制器）系統是由PID控制器及被控制的對象組成。假設，e（r）為給定的數值，t（r）為通過系統實際輸出的數值，那么給定的數值與實際輸出數值所構成的控制偏差數值w（r）就如式（1）所示。

w（r）=e（r）-t（r）（1）

w（r）作為PLC控制系統中由PID來進行控制的輸入量，也就是將得到的w（r）準確量，進行模糊量化的處理過程，并最終形成模糊語言的一種表達形式，通過多次的數據對比就可以得到一個關于模糊語言的子集合^［5］。y（r）作為由PID控制的輸出量和被控制對象的輸入量，因此，智能PID控制的規律就如式（2）所示。

其中：Jq代表著PLC系統中，PID的比例系數；R_u代表著PLC系統中，PID的積分系數；Rs代表著PLC系統中，PID的微分系數。進行智能PID控制過程中，為了可以得到更加精準的控制，就需要將y（r）進行非模擬化處理，并進行精準量化的過程，得到的精準數據量再進行后續的處理。

2.2 增加控制輸出指令模塊

立體車庫系統的關鍵技術，是讓汽車快速精確地對號進位。要讓載車系統自動安全地抵達對應泊位，可通過步進電機推動載車系統，使載車臺旋轉；也可通過異步電機推動機械裝置，使載車臺移動。為提高存取效能和載車控制系統的穩定性，電動機采用了變頻器調速。在各個層次包括近行程開關和接近控制器，當升降機構接觸靠近控制器后，電機也進行了下降；當觸及近行程繼電器時，電動機終止了工作。當小車進入泊位時，將安裝在承載小車上的步進電機通過驅動托板平移。電動機正轉，將平動操作臺向前平移，送小車入號；反之，送車系統出號。當一個存取任務完成后，升降載車系統等待下一次存取命令。在這個過程中，就需要利用A/D進行相互的轉換，并且將與停車庫PLC控制相關的傳感信息采集，作為其穩定運行的測試因子。其表達可如式（3）所示。

然后，與其電路相關的各項檢測監控的信息，主要是需要傳感器來進行輸出，并傳輸到控制系統中的信息單元進行處理。而其與檢修相關的負載功率可以表現為公式（4）和公式（5）。

最后，可以得到其控制輸出指令如公式（6）所示。

其中：β=4π×10^-7H/m，e，c，d分別代表著為停車庫PLC控制信息采集所需要統計的特征量；U代表著停車庫在進行自動檢測的時候，其內部產生的主要輸出值^［6］。而經過以上調整，可實現PLC控制器的設置，至此關于機電一體化的立體停車庫PLC控制器全部設置完畢。

3 應用測試與分析

把此次設計的立體停車庫PLC控制系統作為檢查目標，查找系統在設計時，出現問題沖突的地方，再根據這些情況做出后續調整，保證系統在設計工作中的正確運行。因此需要對PLC控制系統內部的性能進行測試，最后通過將該系統環境運用在現實運行場景中，找到此次應用的系統環境與現實系統之間存在的差異。具體測試環境如表1所示。

為了測試此次設計的PLC控制系統的工作性能，將此次設計的控制系統作為實驗組，將基于DCS的控制系統與基于FluidSIM的控制系統分別作為對照組1和對照組2，從而分析3種方法在相對穩定的前提下，哪種方法可以更加有效地對立體停車庫進行智能控制。此次測試在相同環境下進行，具體測試結果如圖2所示。

由圖2可以看出：基于FluidSIM的控制系統運行后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，車輛停止后進入車位的準確率從100%降到60%左右；而使用此系統后，停車入位的平均準確率為79.2%。基于DCS的控制系統運行后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，車輛停止后進入車位的準確率從100%降到72%左右；而使用此系統后，停車入位的平均準確率為87.2%。而機電一體化的PLC控制系統運行后，當存入車輛從100輛增加到500輛時，車輛停止后進入車位的準確率從100%只降到97%左右；那么使用此系統后，停車入位的平均準確率可以達到98.8%。由此可見，系統在智能控制的前提下，通過對內部設施的不斷改善，則可以通過機電一體化技術下的PLC來實現智能控制的效果，并且比兩種傳統方法控制的效果都要好。

4 結語

把可編程控制器作為升降橫移的立體停車庫中，控制系統的最基礎部分，是根據對各種客觀條件加以綜合性分析后所得出的結論。由于可編程控制器從某種意義上，有著優秀的控制特性、尺寸比較小、性能也較為強大，以及抗干擾的效果比較好，所以上述特性也使它被廣泛應用于停車庫的控制器中。立體停車庫在當今的發展趨勢下，一個新型的行業也正蓬勃發展的成長中。本文所研究機電一體化的立體停車庫PLC控制系統，通過其整體的設計與控制程序的設計，以提升立體停車庫自動化與智能化的水平，來建造出更加智能的立體停車庫控制系統，滿足當今時代的發展趨勢。

參考文獻

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［2］劉翼輝，閆娟，劉宇偉，等.基于PLC的停車庫智能門禁系統的設計［J］.產業與科技論壇，2020（17）：66-67.

［3］姚靜，鞏建輝，任健.老舊小區基于PLC的垂直循環式立體車庫控制系統的設計［J］.時代汽車，2021（13）：15-16.

［4］陳冬.智能垂直循環立體車庫PLC控制系統的研究［J］.化工管理，2020（35）：101-102.

［5］夏春龍.機電控制系統自動控制技術與一體化設計探究［J］.科技視界，2022（22）：63-65.

［6］宋甜.機電控制系統自動控制技術與一體化設計［J］.現代制造技術與裝備，2021（6）：194-195.

（編輯 姚 鑫）

Design of PLC control system for mechatronics stereoscopic parking garage

Liu Yong

（Shandong Demeng Inspection and Testing Co.， Ltd.， Dezhou 253000， China）

Abstract： Due to the poor stability and low accuracy of the traditional three-dimensional parking garage control system， the article designs an electromechanical integrated PLC control system for the three-dimensional parking garage. The system mainly adopts a multi-layer three-dimensional structure with lifting and horizontal movement， and adopts a combination of single module and multiple modules to complete the design of storage， pick-up， and lifting systems by controlling the vehicle loading platform. In terms of system software， an intelligent PID algorithm is added based on the PLC system to reduce oscillation and control instability; By utilizing A/D mutual conversion and sensing information collection， the addition of control output command modules is completed， enabling the vehicle carrying device to automatically and accurately reach the corresponding parking space. The test results show that after the optimization of the three-dimensional parking garage system， the average accuracy of parking placement can reach 98.8% when the number of stored vehicles increases from 100 to 500. Through testing， it can be seen that the article design meets the demand for PLC intelligent control of three-dimensional parking garages.

Key words： mechatronics; three-dimensional parking garage; PLC; control system