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基于西門子PLC的立體車庫智能控制系統設計

2020年01月20日 11:34:07 中國傳動網

摘要:立體車庫智能控制系統是立體車庫控制的核心,由西門子1200 PLC控制。包括卡號識別與載重箱移動兩個過程。在車庫入口(也是出口)處設一個非接觸式讀卡器,用戶進入車庫時,在門口刷卡進入,讀卡機自動把數據傳送到PLC,PLC系統自動判斷該卡是否有效,若有效,則庫門打開,系統把載重箱移到人車交接位置,來以縮短存取車時間。

關鍵詞 :立體車庫;自動化;PLC

前言

城市中,交通擁擠已經成為各地政府關心的社會問題。城區內交通及車輛的停放管理越來越難,特別是在城區的高級酒店、賓館、大型百貨商場那些車輛密集區,受到原有占地面積影響而不能增加停車位,停放困難以及交通阻塞已成為一大難題。據統計:在北京,每天都有50多萬輛汽車停在馬路的兩邊;而在上海,每天也有80萬多輛汽車無處停放,這些問題都將會阻礙汽車工業的迅速發展。

以前的那些地下車庫,需要留出充足的行車通道,每輛車大概要占據40平方米左右的面積,如果采用雙層立體車庫,可使地面的使用率提高將近90%。如采用地上多層立體車庫的話,50平方米的土地面積上便可以存放至少40輛車。這樣可節省我們有限的土地資源,并且節省了土建開發的成本。其次,立體車庫與地下車庫相比較而言更加有效地保證人身和車輛的安全。人在車庫中或者車不能停放的位置,用電子控制的整個設備便不會運行。立體停車設備可用很小的面積停放較多數量的車,免去了坡道式停車庫的坡道設計等問題。將停車庫設計中的建筑空間類問題轉換為機械方式的研究,并且采用新技術解決停車問題。采用計算機控制,車庫區無人進入,將有效地防止盜竊和損壞。只是因為機械式停車設備的占地節省,停車靈活,既可以大面積的使用,也能見小面積的設置,還能跟地面停車場,地下停車庫組合實施的優點,已經成為解決城市停車難最有效的手段之一,是停車產業發展的必經之路。而從某種意義上來說,立體停車庫在管理上已經徹底做到了人車分流。?

隨著經濟的發展和人民生活水平逐漸的提高,小轎車數量增長迅猛,人們對車庫的需求也越來越高。由于絕大部分的轎車集中在大、中城市,城市轎車數量的大幅度增加必然引起對停車位需求的增加,預計在今后5年內我國城市至少要有約250萬個停車庫才能滿足需求。車庫門的年需求量高達300萬套,而實際產量為150萬套。自動門、工業門的需求量為460萬平方米,其中自動門的需求量為250萬平方米。

機械式立體停車庫的類型很多,根據原理與結構的不同可分為升降橫移式、垂直循環式、垂直升降式、平面移動式、巷道堆垛式、水平循環式等多種類型。其中,升降橫移式立體停車庫占地面積小,規模可以根據場地和需求靈活改變。本文以3 層10 車位升降橫移式立體停車庫為研究對象,設計了基于PLC 的控制系統,并在S7-1200 上得到了實現。作為電氣工程的技術人員應努力把當今高新技術成果引入其設計自動車庫門中,設計一套低成本、高效率、高可靠性、人性化的自動車庫門,才能在市場競爭中處于有利地位。自動車庫應用范圍廣泛,既可用于商業性車庫,又可用于住房配套用車庫,其推廣應用社會經濟效益十分顯著,對改善城市面貌有重大意義。

1立體停車庫的結構與工作原理

立體車庫控制系統包括車輛存取車系統、車輛管理系統(車輛身份認證、停車收費等)以及監控保安系統等。自動存取車系統是立體車庫控制的核心,由PLC控制。包括卡號識別與載重箱移動兩個過程。在車庫入口(也是出口)處設一個非接觸式讀卡器,用戶進入車庫時,在門口刷卡進入,讀卡機自動把數據傳送到PLC,PLC系統自動判斷該卡是否有效,若有效,則庫門打開,系統把載重箱移到人車交接位置,來以縮短存取車時間。

升降橫移式立體停車庫通過升降或橫移載車板存取車輛。主要由主框架、載車板、傳動系統、控制系統、安全防護措施六大部分組成。主框架是立體車庫的支撐結構,通常采用鋼結構。載車板用來承載庫存車輛,載車板上有橫移電機,帶動載車板整體做橫移運動。載車板上的搬運器由四根鋼絲繩與框架連接,可以升降。升降橫移式立體停車庫的傳動系統分為升降傳動系統和橫移傳動系統,是整個車庫系統的核心部分。升降橫移式立體停車庫的控制系統可以采用單片機、可編程控制器(PLC)等硬件控制繼電器、接觸器的狀態,完成升降、橫移的動作。安全防護措施是立體車庫的安全保障,一般有緊急停止開關、超限裝置、車長檢測、阻車裝置、防墜裝置、警示裝置等。

2 立體車庫智能控制系統設計

本設計基于西門子 PLC,由 PLC對數據進行運算處理,然后控制現場設備的運行來完成城市排水泵站監控控制系統的自動化高效運作、準確的操作。

本設計的控制系統是全自動控制的,當啟動仿真軟件WINCC運行后,只需按啟動開始,PLC將通過博圖軟件所編寫的相應程序對立體車庫進行控制。

升降橫移式立體停車庫的控制系統中,大量存在的是電機的啟停信號和傳感器的檢測信號等開關量信號,控制模式為邏輯控制和順序控制,故選擇PLC 作為主控單元進行控制系統設計,該控制系統選擇西門子S7-200 的PLC 作為主控單元。升降橫移式立體停車庫的各種傳感器檢測信號通過數字輸入通道輸入到PLC 控制器,PLC 經過運算,通過輸出通道將輸出信號下傳給立體停車庫,完成對升降電機、橫移電機等執行元件的控制動作,立體車庫控制系統流程如圖1 所示。

 西門子PLC.jpg

圖 1 立體車庫控制系統流程圖

3 控制系統硬件配置

3.1 主電路設計

主拖動電動機采用一臺22KW的交流雙速電動機,KM1接上升接觸器,KM2接下降接觸器,KM3接通低速繞組,KM4接通高速繞組,KM4短路切除高短路切除高速起動電抗,KM31短接切除低速電抗。L為限制電流的平波電抗器。起動(制動)時為了限制起動(制動)電流、減少電網電壓沖擊和起動(制動)時的加速度,采用定子繞組串聯一級電抗形式,逐級降壓起動(制動)。

庫層感應電路。庫層感應由每層4角中主平層行程開關的通/斷來實現,感應出庫層信號,用于指層、選向、選層、門廳呼叫的消號等。要求感應信號是連續的,該信號只有在載重箱移動至上層或下層時才消失。

②轎內或門廳呼叫電路。該電路與電梯控制不同,在立體車庫轎內和門廳呼叫電路中,轎內呼叫按鈕置于載重箱內操作箱上,平時不使用,只有在維修或者管理員需要進入指定庫區位時才使用,方便操作。

③橫向移動電路。橫向移動電路是指當載重箱移到指定層并平層后,將車推入(或拉出)左右庫位的控制電路,該動作是由平層后(電磁閥開鎖)信號發布,終止于電磁閥鎖扣(載重箱上限位開關)動作。

④載重箱起動換速、平層電路。交流雙速電動機有兩套繞組:高速繞組和低速繞組,高速繞組為4極,低速繞組為16極,速比為4:1。

3.2 PLC選型

本系統需要74個數字量輸入以及36個數字量輸出,在配置時需要一定的余量的。基本單元不能滿足輸入輸出的要求,需要增加擴展模塊,綜合各個方面的因素。本設計采用了西門子 s7-1200 PLC,CPU 1214C,5個數字輸入模塊,2個數字輸出模塊,可滿足立體車庫控制系統設計的需求。

3.3 控制系統IO點分析

(1)控制箱。控制箱是控制系統的操作界面,應該設有車位選擇、啟動/停止、急停、復位、自動/點動切換等控制按鈕。

(2)車輛有無檢測。為了判斷載車板上是否存有車輛,每個載車板上應安裝檢測車輛有無的傳感器。

(3)準確定位檢測。為了保證載車板是否運動到指定位置,應在相應的車位上安裝檢測載車板是否升降或橫移到位的檢測裝置。

(4)車輛超長檢測。為了防止超長車輛進入停車位,在車庫的入口處安裝檢測車輛是否超長的檢測裝置。

(5)升降電機。由于載車板升降所需功率較大,故選用交流電機。搬運器的升降由電機的正反轉控制。

(6)橫移電機。使用小型交流電機,通過橫移電機的正反轉控制載車板的橫移運動。

(7)防墜裝置。當中間層或頂層載車板停放完畢后,為防止搬運器墜落,在相應的車位上裝有防墜裝置,其采用掛鉤形式,由電磁鐵驅動打開和關閉。

(8)車庫的指示設備。運行燈,報警燈和警鈴。車庫中有車位動作時,運行燈亮,提醒人員注意;當出現緊急狀態時,報警燈閃爍,同時警鈴響起。

4 軟件設計

升降橫移式立體停車庫PLC 控制系統的主要功能是存取車功能,其控制方式有點動和自動兩種。點動控制方式是通過“上”、“下”、“左”、“右”鍵,把載車板調整到預定的位置,主要用于調試維修或應急處理;自動控制方式是立體停車庫的正常工作方式,當選擇某車位進行存取車時,系統自動確定車位移動方案并調用相應的車位移動程序,自動完成存取車操作。

存取車控制的主要問題是解決車位移動問題,當選擇某車位進行存取車操作時,需要移開它下面的所有車位,建立下行通道。建立下行通道須遵循高效原則,包括兩個方面:建立下行通道的時間最少,即車位移動的距離最短;建立下行通道所需移動的車位數最少。

當選擇地面層車位存取車時,由于地面層車位車輛可以直接出入,因此不用考慮空位的位置,可以直接進行存取車操作。當選擇存取車位為中間層或頂層車位時,根據高效原則,比較所選車位與其下面各層的空位進行位置比較。若某層空位在該車位左側,則將該層的相關車位左移,若某層空位在該車位右側,則將該層的相應車位右移,最終使所選車位的下面形成通道,便于該車位升降,完成存取車操作。

為了保證存取車控制可靠和高效,建立了存取車復位規則.車位橫移復位規則:橫移車位不進行行列復位。在下行通道的建立過程中,頂層以下各層車位需要橫移操作,為了保證存取車的效率,規定存取車完畢,橫移車位不需要復位,直接參與下次下行通道的建立過程。當系統強行復位操作時,各車位恢復到初始位置。車位升降復位規則:升降車位進行層復位。為了保證存取車控制的可靠性,規定存取車完畢后,在系統沒有強行停止的情況下,下降車位完成存取車操作后及時上升,恢復到該車位所在的層位。

根據上述存取車復位規則,存、取車操作的車位升降動作達成了一致,即無論存車還是取車操作,車位都是先從所在層下降到地面層,等存取車動作完成后,及時上升恢復到原來的層位。因此,可以用相同的控制程序實現同一車位的存取車控制,提高了控制程序的執行效率,節省了存儲空間。

5 總結

本文主要設計了基于西門子1200 PLC的立體車庫智能控制系統設計。因為采用軟接線的PLC程序控制,系統的可靠性大大提高。基于PLC的立體車庫自動控制系統,使操作過程簡單、運行可靠、減少維護費用,實現了控制過程的智能化。本系統在存取車流程上盡量使一些動作同時運行,如載重箱升、降和前、后移動等,大大節省存取車時間。另外,本系統還可以向高層、多庫位方向擴展,適合汽車密集社區或停車場。

供稿:蔡大偉 青島信森機電技術有限公司

本文鏈接:http://www.ltgxs.com.cn/tech/detail.aspx?id=38430

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