智能立体车库控制系统设计PLC控制电机部分

智能立体车库控制系统设计

1、绪论

随着城市经济发展水平的快速提升，汽车进入家庭的速度加快，停车难问题日益突出，成为全世界面临的难题。各级政府、城市规划部门采用各种行政、管理办法解决该问题。立体车库是近年来逐步投入应用的新型停车场方案，通常是建2~5层甚至更多层的立体车库，在占地面积不变的情况下，大幅提高车位数量，是解决停车难问题的一个有效技术措施。

2、智能立体车库整体设计

机械式车库种类较多，主要有以下形式：升降横移类、垂直循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降横移类等。通过对这些车库类型特点的比较与分析，我们以垂直升降横移类机械式车库结构为研究模型和设计内容。

垂直升降横移类机械式停车设备：垂直升降横移类汽车停车设备亦可称为塔式立体停车设备，通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。整个存车库可多达20～25层，即可停放40～50辆车，占地面积不到50m2 ，空间利用率最高。适宜建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的集聚点。本系统研究的是三层七车位的垂直升降横移类机械式立体车库。整个智能立体车库由PC管理中心、单片机控制器、PLC电机移动车辆，并记录车辆进出数据、将数据传送到PC机管理中心。管理中心采用MCGS组态软件进行动态模拟、数据存储、数据分析、故障报警等。控制器与管理中心采用RS485通信。

整体系统框图

3、升降横移式立体车库车库主要机械结构和工作原理

升降横移式立体车库机械结构主要由载车板，钢结构和电机组成，其系统

采用链条作为主要传动机构，电机采用带减速器的电机。其关键部分是载车板，它需要进行水平及垂直两个方向的移动。垂直移动用升降电机来驱动链条来完成，水平移动有横移电机驱动滚轮来完成。横移式立体车库上层为升降载车板，可上下升降，底层是横移载车板，当有指令时，各个载车板移动到指定位置。另外本系统研究的是三层七车位的升降横移立体车库。如下图所示，二三层的载车板既可升降，又能横移，一层的载车板只能横移。1、2号车位可以直接存放车辆；7号车位需下降后再存放车辆；3号车位则需先将1号和2号载车板右移，再将3号载车板下降；4号车位则需先将2号载车板右移，再将4号存车板下降；5号车位需要先将1、2、3、4号四个载车板右移，再将5号载车板下降；6号车位则需要先将2、4号载车板右移，再将6号载车板降下。

三层七车位升降横移式立体车库

4、车库PLC控制系统硬件设计

本横移式立体车库采用PLC控制器控制电机，由PLC来控制载车板升降横移传动装置，完成车辆的存取操作，各车位车辆的存取由PLC根据当前各车位的停放情况，按照相应的策略来调动载车板，以存取车辆。

立体车库的自动控制系统包括弱电和强电两套系统，弱电系统主要是各种信号的采集和控制输出，例如：通过PLC输出信号给接触器线圈，以此来控制接触器的通断，从而来控制强电系统。强电系统主要包括载车板电机控制线路，控制电机正反转的接触器等。车库采用面板按钮呼叫车位存取车，用升降横移装置将汽车输送到位。控制系统在面板上设有急停按钮，当发生意外时，按下急停按 钮将使车库立即停止运行

5、PLC的选型

目前市面上主要的PLC有西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等。其中西门子的功能强大，系统稳定，性能质量好，市场占有率最高。基于西门子结构化的编程方式，开放性好，支持多种通信协议。另外西门子适用多种人机界面和监控组态软件利于多厂家设备的通讯与集成，西门子做了很多功能块，减少了设计人员的负担。因此，本设计选用了西门子公司的PLC。西门子S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能价格比。S7-200有5种CPU模块，分别是CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP、CPU 226；其中CPU 226集成了24输入，16输出共40个数字量I∕O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I

∕O点或35路模拟量I∕O点。根据本设计车库的输入和输出，采用CPU226模块为PLC控制系统的核心控制器是最合适的。

6、PLC接线设计

在升降横移式立体停车库中，控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统就是使它们在不同的时间内实现正反转，其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯及其各种安全设施等，这些辅助装置帮助我们更好的控制立体车库。为了保证载车板能横移到预定位置以及载车板能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。同时在车库中还采用了一些传感器如烟温传感器以及安全预警装置。在此图中只是简单的画出了三层七位升降横移式立体车库的一些其简单的功能。根据这些功能我们可以很直观的观察出三层七位升降横移式立体车库的工作。接线图见下图。

电机控制及接线设计：在存取车时车位的升降不能同时进行，车位的升降和横移也不能同时进行，这两个动作必须是互锁的，即当上层车位在升降时，地面层车位不能移动，反之亦然，并且上层车位每次只能有一个车位进行上下升降运动。这些在程序中可采用联锁和互锁的方法来解决。如下图所示。

其他资源配置

①载车板上汽车停放到位否检测

采用光电开关在底层进行扫描检测。光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边，在载车板前后位置均进行检测，当有车辆停放不到位时，车就把光电关光源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。

②载车板上有无车检测在每个载车板上的一条对角线上安放一套光电开关， 用于检测载车板上有无车。

③载车板平移运动是否到位检测

只有下层载车板有平移运动， 在每个车位上分别安装一只限位开关，用于检测载车板平移运动是否到位。

④载车板升降是否到位检测

只有上层载车板有升降运动，在每个载车板垂直运动的轨道上，在低层和上层分别安装一只限位开关，用于检测载车板下降和上升是否到位。

⑤上层载车板吊钩是否挂好检测

控制吊钩动作的电磁铁上有一反馈信号，可用于指示吊钩是否已把载车板挂好。

7、电机的选择

Y系列的三相异步电机具有效率高，噪声低，振动小，且体积小重量轻，运行可靠安装维护方便，升温低等特点。所以选用Y801-4三相异步电机。额定功率：P=0.55KW；额定转矩：Y=2.2N.m；额定转速n=1390r/min；质量17Kg。

根据所设计车库容量选择五个升降电机，四个横移电机。且升降电机和横移电机都是通过接触器来控制三相电流的相序来改变其正反转，以实现电机的升降和横移，另外电路中还需要热继电器来保护电机，以防电机在长时间过负荷工作下而被坏。

PLC控制程序设计

本文所设计的PLC存取车控制系统只针对上2层和3层的车位，而对于1层车位，存取车直接开进开出即可。程序流程见下图。需要说明的是，载车板用链条依靠载车板上的吊点悬吊在托架上，在静止状态时，防坠（安全）挂钩挂住载车板。在设计不同层进出车程序时运用了“并行分支与汇合”的技巧，所谓并行分支指的是各分支流程可同时执行待各流程动作全部结束后，根据相应执行条件，汇合状态动作。即如果选择第3层载车板进出车，可以使一层二层同时平移左移或右移，这样，控制系统能自动处理设备动作顺序之间的联锁或双重输出，而且控制系统的试运行及故障检查非常方便，可节约大量时间，提高工作效率。

开始初始化系统安全检测故障处理Y发生故障否?N选取车位号下层车位有托N盘否？Y托盘左右移动N下降通道建立否?Y弹开防坠挂钩N挂钩移开否?Y托盘下降N托盘到底层否?Y上层立体车库存取车流程图发出存取车信号报警N存取车完毕否?Y托盘上升N托盘到达最高点?Y托盘复位N托盘复位?Y上层存取车完成结束

8、PLC控制系统工作原理

本系统中PLC主要检测各载车板位置及运行状态并控制电机的启动和停

止。利用光电开关，限位开关检测载车板位置状态；利用接触器，继电器来控制电机的启动和停止。当要对车辆进行存取操作时，PLC根据操作人员在控制面板上输入的指令，首先判断各检测元件的状态，然后读取车库机械部分的反馈信息到电机，然后由PLC控制变频器为电机提供低频电压，电动机启动并低速运行，电动机转子通过减速器带动载车板移动。为实现电动机调速，在一定的目标位置安装了换速开关，载车板移动触碰到换速开关时，换速开关向PLC发送加速信号，PLC控制变频器使之输出高频电压，电动机带动载车板以高速运行，车位接近终点时，载车板触碰另一换速开关，PLC收到减速信号，并向变频器发送减速指令，电动机再次低速运行，到达终点后，在载车板上装有一个限位开关，，限位开关给PLC发送信号，PLC收到信号后就会根据指示来控制电机停止。

9、PLC的I∕O资源配置

根据立体车库控制系统的要求功能与选定的PLC，对PLC进行I∕O分配，具体分配如下。

表3-1 I/O分配输入表

输入地址 功能 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 启动 3号载车板呼叫 4号载车板呼叫 5号载车板呼叫 6号载车板呼叫 7号载车板呼叫 3号载车板平层 4号载车板平层 5号载车板平层 6号载车板平层 7号载车板平层 车库平层减速 3号载车板光电开关 4号载车板光电开关 输入地址 功能 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 门前光电开关 1号载车板横移到位 2号载车板横移到位 3号载车板横移到位 4号载车板横移到位 手动/自动 上升按钮 下降按钮 左移按钮 右移按钮 1号载车板呼叫 2号载车板呼叫 载车板挂钩到位 3号车位载车板检测 I1.6 I1.7 I1.7 I2.0 I2.1 5号载车板光电开关 6号载车板光电开关 7号载车板光电开关 载车板横移限位开关 载车板升降限位开关 I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 4号车位载车板检测 5号车位载车板检测 6号车位载车板检测 7号车位载车板检测 表3-2 I/O分配输出表

输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 功能 3号载车板升降 4号载车板升降 5号载车板升降 6号载车板升降 7号载车板升降 1号载车板左移 1号载车板右移 2号载车板左移 2号载车板右移 3号载车板左移 3号载车板右移 4号载车板左移 4号载车板右移 报警灯 输出地址 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q3.1 功能 3号载车板防坠电磁铁 4号载车板防坠电磁铁 5号载车板防坠电磁铁 6号载车板防坠电磁铁 7号载车板防坠电磁铁 3号载车板有车 4号载车板有车 5号载车板有车 6号载车板有车 7号载车板有车 正转 反转

10、电气安全装置

在立体车库中安全是非常重要的，因此做好安全防护十分有必要。以下是电气安全中的的一些重要装置。

（1）设有断电、缺相、断相和相序保护：在主电源发生缺相，设备发生断相、反相时，保护器动作切断设备主电源。

（2）延时保护：当车停不进设备时，设备将自动停止任何操作。试进入（设定）三次自动停止，处于保护状态，停止任何操作。

（3）防人、异物误闯入红外线检测装置：设置自动锁闭系统，当设备运转时，如有人或异物进入设备中，设备将会自动急停。待人员或异物离开设备后，按动“复位”按钮，设备将恢复运行。保证设备安全运转，以防误伤人员。用光电开关检测。

（4）车辆定位：载车板的末端装有前、后、左、右限位装置。

（5）防止载车板坠落装置：设置防坠落装置，载载车板运行到停车位后，

为防止载车板因故突然落下，设防止坠落装置，保证入库车辆安全。

（6）汽车长度限制装置：设置超长光电检测装置。当进入设备的车辆超过适停车辆尺寸时，设备自动锁闭并报警提示。

（7）紧急停止装置：设置紧急制动开关，当出现异常情况时，能使停车设备立即停止运转。

（8）防止超限运行装置：设置限位开关，包括，上限位开关，下限位开关，左限位开关，右限位开关，极限开关等。当到位开关出现故障时，超限位开关能使设备停止工作。

（9）警示灯及警示蜂鸣器：设置设备运转信号显示。提示设备处于运转状态及对异常情况报警。

（10）电机自带刹车装置：防止载车板自动滑。

结论

随着中国经济的腾飞，城市化进程加快，汽车越来越快的走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺的情况下，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路。我国立体车库发展虽经历了十来年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。经过本次设计我们得出了以下结论：

（1）通过大量的调研工作，对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况，分析了智能立体车库广阔的市场前景和趋势。

（2）为提高车库生产的经济效益，对车库构架的钢结构进行了优化设计，节省了钢材，降低了建造成本。

（3）在分析目前立体车库常用的传动系统基础上，确定了本车库的机械系统传动方案。分析各种载车板的提升方案，最终确定了最稳定、可靠且经济的方案。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vec6.html