刘深宝
深圳市宝安人才安居有限公司 广东深圳 518105
摘要：随着人们生活所需进一步丰富，汽车数量不断增加，停车问题日益突出。怎样科学合理地设计停车位，把车库容库率提高，既能方便快捷地为车主服务，又能提高土地利用率和配套资源，可进一步节约社会资源和经济成本。智能自动立体停车库采用多种自动化设备实现智能停车，并可在车库内分层存放，不影响车主取车停车的便利性。本文从智能立体车库电气控制系统特征、功能、运行流程、总体设计几个方面展开论述，旨在推进相关工作的开展。
关键词：PLC;自动化立体车库;控制系统
自动立体停车库以其实用性、普及性和环保性成为停车设备研究和设计的热点。智能自动立体车库在传统立体车库的基础上增加了智能移动系统，采用PLC自动控制，车库里增加了自动升降车，提高了行车安全性。经过软件测试和简单的物理验证，智能控制系统能够控制系统的安全稳定运行。本文就其特点展开探讨。
一、立体车库简介及现状
（一）立体车库简介
在经济发展和人们对交通需求不断增加的形势下，城市车辆也在不断增加。停车占用大量土地资源，停车难问题日益突出。为了解决这个问题，立体车库应运而生。立体车库可以解决城市停车难的问题，并可以根据需要进行改进，满足不同层次用户的需求。设计一个硬件可靠、控制系统稳定、性能强大、操作方便的立体车库是十分必要的。
立体车库有很多种，按照不同的标准可以分为小、中、大型车库，机械式、自动式和半机械式车库，也可以进一步分为升降式和水平移动式、垂直循环式，飞机运动和其他类型的根据其工作原理。其中，升降式的主要特点是结构简单，控制操作方便，形式灵活，空间利用率高，无能耗。它的缺点是自动化程度低。有些操作需要手动完成。垂直电梯具有占地面积小、体积小、施工效率高、存储容量大、智能化程度高、对环境无明显影响、车辆通行等待时间短、造价高等特点。巷道堆垛式汽车库的特点是可设置在地面或地下，大大提高了空间利用效率，实现了多设备同时作业的目的。相应的车辆通行速度也能达到较高的水平，智能化程度较高，但车库造价较高，存在一定的应用局限性。
PLC的立体车库自动控制系统的主要优点是占地面积小，车辆多。而且，安装和设备都非常方便，可以设置在道路两侧、地铁站口和商业超市，相关条件限制较少。并选用自动智能控制方式，操作维护方便。相关统计结果显示，目前我国停车车辆数量是传统车库的5至8倍[1]。
（二）立体车库发展现状
目前，国内与立体车库相关的厂家约有200家。立体车库产品种类丰富，并制定了相关行业标准。我国立体车库的发展历史不长，但由于我国人口众多，车辆数量也在不断增加，因此有必要开发一种多功能立体车库。总体来看，我国立体车库行业一直处于快速发展状态。可以预见，随着未来家用车的增多，市场需求将得到进一步刺激，行业也将进一步发展。对产品需求和发展趋势的分析和预测表明，这方面存在一定的不确定性。目前，市场上对一些低性能的机械式停车设备需求很大。这些设备只能达到增加停车位的目的，而且产品价格低廉。统计结果显示，该部分市场占有率有望达到50%-70%；另一部分是技术和性能的极端。这部分用户对设备的性能有很高的要求，同时对接入速度也有很高的要求。与国外在这方面的经验相比，人们使用的是机械式停车设备。
二、车库的电气控制功能
研究设计的圆形立体停车库电气控制系统的总体要求是高效、准确、顺畅地实现立体停车库的存储、取车、旋转、加减速、停车、交互、检测等功能和动作。通过采用PLC作为控制核心，连接系统周围的各种传感器和元件具有良好的可靠性和可行性优势。由PLC和各种传感器、设备和元器件连接，能满足系统功能设计要求。通过使用多个光电开关，可以实现对车辆摆放和拆除的识别，检测车辆摆放的边缘是否超出安全范围，以及在操作过程中是否有人或物体在车库的旋转路径上；采用涡流接近开关，停车位减速过程中可识别多个位置，不受非金属物体的影响，实现平稳减速和准确停车; 通过使用射频读写器和放置在每个车位上的RFID标签，可以准确识别当前车库旋转车位的具体位置；通过使用编码器和变频器，并借助PLC的数据处理功能，完成控制系统的闭环调速。这种调速对于圆形立体车库来说非常重要，因为在车库的运行过程中，车库的负荷随着车库的旋转位置而变化，负载是不断变化的，特别是车库里车辆太多时，电机会处于发电状态。如果电机按额定转速运行，负载会拉回电机，导致电机转速超过额定转速；通过使用触摸屏实现存车和取车的操作，以及各种操作提示，设置管理模式。管理模式需要验证管理人员的身份，管理模式可以进行数据读取、信息识别、故障检测、故障复位等多项操作；通过使用急停开关，可以在失速情况下提供紧急制动保护功能，失控等事故。
通过对上述控制系统的功能分析，可以实现对车库的高效、可靠、稳定的控制和运行。对于车主和管理者来说，通过触摸屏设置了非常方便友好的界面。因此，车库具有良好的安全性、实用性和方便性。
三、PLC立体车库的运行流程
为了提高车库的自动化程度与其管理效率，从而更好地满足相应的工作要求，车库设计了在线和离线工作模式（第六节会提到）。工作模式可由监控计算机设定。在车库在线运行的情况下，管理员还可以控制和调整运行模式。系统可以注册一个新的卡/用户，取消原有的用户信息并更改信息。在管理过程中，管理员可以向现场控制器发送指令。现场管制员接到指令后，会在监控软件的刷新中支付一定的费用，并可以在后续的停车过程中直接扣除费用，可以有效节省停车时间[2]。
在车辆出入过程中，需要核实车主身份。不同的用户有不同的验证方法，相应的车辆接入流程也不同。固定卡用户取车流程如下。进入车辆前，车载模块停在坑底，车辆行驶至人机交互系统前，先将埋在地下的传感器线圈接通，然后车主刷卡验证身份。验证通过后，在触摸屏上选择空位，相应选择的车载板闪烁，相应的信号也发送到PLC控制系统，PLC控制系统将车载板运行到目标位置。车库打开后，当车辆通过护栏时，护栏正下方的接地感应线圈接通。车辆离开后，护栏将自动着陆。汽车进入车库后，同时相应的目标载车板运行到合理位置，换挡杆指示灯也开始闪烁，提醒车主停车位置。车主按规定停车后，按停止完成键，装载板的状态就会恢复，其他单位也会复位。提车时，车主选择刷卡提车。车辆通过操作后，装车板运行到目标位置，车库操纵杆打开，车辆即可开走。在整个操作过程中，所有的信息都由计算机软件存档，用户的信息也自动保存，这样在后续的操作过程中可以直接调用之前的信息，从而大大提高了取车处理的速度[3]。
四、PLC控制立体化车库特点
由于PLC具有通用性好、稳定性高、结构简单、使用寿命长、能在相对恶劣的环境中长时间工作等优点，采用PLC作为智能自动立体车库的主控设备是发展智能立体车库的最大契机。目前市场上的自动车库主要采用传统的电气控制或单片机控制。电气控制系统的使用很难实现全自动化，只能用于车库的升降，一旦增加了较为复杂的控制要求，电气控制的复杂程度会大大增加，成本也会增加，且使用寿命不长；而单片机控制系统不适合车库环境，在潮湿或高温的条件下可能影响单片机系统的稳定性。而且单片机控制的电机驱动不能直接输出控制，必须由转换电路控制和驱动，这样就失去了控制系统的实时性。随着我国社会经济的快速发展，人们的消费水平越来越高。人们对生活的追求也越来越丰富，而时间的成本已成为人们思考的诸多问题。人们也在追求开汽车的舒适性；而由于汽车数量的增加，一般的车库会接近饱和，车库里的车多了会增加司机的停车时间，而且车库里的车一般都是地下的，空气循环缓慢，汽车尾气不断排放，空气质量下降地下车库的光线不太好。因此，很多司机朋友想到地下停车就不想去了。大型地下车库和许多简单的立体车库在我国已经发展多年，但并不是很受车主欢迎。原因是时间成本高，经济效益达不到预期。上下车位停车困难或取车不方便。部分车库出入口坡度较陡，要求司机在停车或取车时熟练操作。否则，很容易向后滑，损坏汽车或造成交通事故。采用PLC智能自动车库将彻底解决上述问题。
五、立体车库PLC控制系统的总体设计
以PLC为主控制器，通过以太网PROFINET通信与触摸屏和上位机建立数据通信，构建智能立体车库控制系统。传感器检测车库的状态和运行状态，并通过输入模块传输给PLC。PLC根据触摸屏或上位机的输入命令对信号数据进行处理，并通过输出模块将执行命令发送给执行机构，控制车库的动作执行。智能立体车库控制系统由PLC控制系统、触摸屏触摸控制系统和上位机监控系统组成[4]。
（一）PLC控制系统
PLC控制系统以PLC为主控制器。传感器检测到的信号通过输入模块传输到CPU。CPU在程序执行过程中对信号进行处理，然后向输出模块发送控制命令。然后输出模块控制执行器以控制车库。
（二）触摸屏触控系统
触摸屏触摸控制系统是供用户控制立体车库的人机交互窗口。通过触摸控制系统的操作界面，用户可以自动进入车库；操作员可以通过验证账号手动控制立体车库。
（三）监控系统
上位机监控系统以PC机为核心，将PLC与以太网连接，通过PROFINET通讯访问和获取PLC中的数据，并在监控界面上显示。管理员验证账号后，可以在监控界面实时监控车库的状态和运行情况。
六、立体车库控制系统调试
设计完成后，为保证其相关性能满足要求，如安全性、稳定性和精度达到设计标准，有必要进行相应的调试。系统调试主要是根据相应的原理和方法对所设计系统的功能和性能进行验证，并给出一些测试结论。在系统调试过程中，需要不断的改进和完善，以提高系统的综合性能。更好的满足用户的需求。
（一）系统的在线离线模式
PLC系统主要设置在线和离线两种工作模式，系统调试主要从这两个方面进行。在在线控制模式下，上位机和操作员需要相互配合。并通过上位机控制PLC控制器和交互系统，保证其能够协同工作，从而满足车库的运行要求；而在离线模式下，上位机需要启动运行，主要是对相应的运行数据进行归档。车主可以通过这个系统访问汽车。
（二）系统模块化调试
系统调试应遵循一定的原则。在整体调试之前，首先要对模块进行调试。这种调试主要是对系统的各个功能模块进行调试。维护一定通信关系的模块首先确定相应的通信协议，并设置相应的软硬件接口。该模块利用相应的通信接口发送数据信息。该模块的实现和运行方式不会影响其他模块。主要通过接口实现模块通信，不同模块的相应功能和硬件设备是一致的，并根据相应的功能要求设计出符合要求的程序，然后在调试过程中使用模拟器进行调试，调试完成后，然后将程序下载到硬件设备上进行调试，对所有模块进行调试后，再调试相应程序的整体功能。通过对模拟器的调试，可以大大减少硬件调试过程中的连接数，避免频繁的下载和上传操作。启动和停止硬件设备的数量也大大减少，不会对设备造成很大损失，编程效率也大大提高。
七、PLC内部结构特点
PLC具有体积小、安装方便、功能强大等特点，可以满足小型立体车库的控制要求。在硬件方面，PLC与普通计算机的主要区别在于PLC的输入、输出口均经过专门设计，便于与工业控制系统的接口。
PLC的CPU如同计算机的CPU一样，也叫是中央处理器。它是系统的控制和命令中心，包括集成在一个芯片上的操作电路、控制电路和寄存器。CPU与所有其他硬件和软件有直接或间接的联系。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线将所有信号传输到存储器和I/O接口电路，完成信息的采集、处理和传输。
存储器的主要数据和程序，包括定时、计数、数据寄存器等部件控制所需的数据信号。程序包括用户程序和系统程序。系统程序是对整个PLC系统进行调度、管理、监控和服务，控制和完成PLC的各种功能的程序。这些程序由PLC制造商提供，并固定在ROM中。用户不能修改或删除它们。用户程序是用户根据实际控制要求设计开发的程序。它存储在RAM中，易于修改和更换。PLC通常使用内部电池作为备用电源，以防止断电后内部数据丢失。
通常来讲，PLC的电源使用电源电压为交流22V,50HZ电源经过内部稳压电源的作用后，转变成可供PLC的CPU与存储器等电路在工作中所需的直流电压，其内部直流电压不大于24V。为了保证PLC工作的可靠，PLC采用了向外输出24V直流电源的开关型稳压电源供输入、输出接口的使用。
八、结语
随着科技的不断进步与经济的高效发展，汽车已经“飞入寻常百姓家”了，成为了居家必备，随着而来的停车难、停车贵等问题也将应运而生，成为了当前亟需解决掉难题。而电气控制的智能化立体车库可以实现车库高效、可靠、平稳的控制和运行，同时节约了空间，大大的提升了车库的容库率，同时对于车主以及车库管理人员，控制系统通过触摸屏设置了十分便捷和友好的交互界面，具备安全实用性和便捷性的电气控制的智能化立体车也将盛行。
参考文献
[1]尉丽玲.高空间利用率重列组合式智能停车设备控制系统[[J].仪器仪表用户，2016(10):34-37.
[2]张志田，刘良斌.手机遥控智能立体车库的设计与研究[J].湖南工业职业技术学院学报，2016(01):14-16.
[3]吕洪柱，张凌宇，廉佐政.立体车库智能存取车控制算法设计[J].软件工程师2015(12):52-53.
[4]卓盛杰.西门子PLC通过Profinet接口模块与其他以太网设备通讯田.橡塑机械时代，2016(1):14-17.