水平循环式立体车库(一)
水平循环式立体停车库控制系统的研究
水平循环式立体停车库控制系统的研究
摘 要：本文介绍了一种由PLC作为主控制器，位于地下2层8车位的水平循环式立体停车库的控制系统，详细论述了其电控系统的软硬件结构，为立体停车库提供了一种新的存储方式。 关键词：PLC；立体停车库；升降机；载车板。
[中图分类号] TP273+.3 [文献标识码] B
The Research of control system for aclinic circulative stereo parking garage
Meng Ru1，Zhang Peiwu1，Zhang Weiqin2
(1. Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009,China;2. Tangshan city drainage of finity company, Tangshan 063000,China;)
Abstract:This paper posed a control system which adopted PLC as the prime processor to address its electronic structure of hardware and software in detail.The system is placed underground which contains tow layers and eight parking units totally. This system enables to provide a new storage method for stero car parking.
Keyword: programmable logic control(PLC), stereo parking garage,lifter,carry-board
前言
水平循环式立体停车库可根据地形及高度条件随意多层组合，可以建在广场上、楼房旁、立交桥下或地下室内，极适合于厂矿企业、机关内部和居民小区内停车。现以深圳港田花园住宅楼的水平循环式的立体停车库为例，介绍一下该水平循环式立体停车库的系统控制结构。
1 系统的构成
本例的立体停车库建在高层住宅楼的地下室，其车辆的出入口位于地面。整个车库主要由机械系统、电气系统二部分组成。机械系统由起升机构、交接机构、平移机构和车位载车板等组成。起升机构分为垂直升降机构和水平拖动机构，在电机的驱动下完成升降、平移等动作；车辆在库内停放于车辆载车板上；起升机构的平台上装有液压交接机构，可将车辆载车板的水平运动转换成垂直运动，或将垂直运动转换成水平运动。电气系统由出入口检测系统和搬运控制系统等组成，分别完成汽车在出入口处的停车位姿检测和载车板搬运工作。 1．1机械系统的功能描述
机械系统主要完成汽车的提升、运送、回转、交接等入库及出库动作。包括一套回转盘、两套升降设备、两套搬运器、一套快速门、8块载车板等。升降机额定荷载3吨，具有VVVF变频调速功能，最大提升速度可达28m/min带有与载荷相关的运行检测系统。快速门位于车库出入口处，用来隔离车库的内外空间，以保证操作人员和司机的人身安全。 1．2立体停车库电气系统
图1是本车库（2层8位地下立体停车库）的结构示意图，上层为U ，下层为D ，水平面为M ；N为机动位。水平面M为出入口，车辆从水平面出口处进出，上下层1～8号车位载车板，
通过上下移位进入水平面，完成车辆的存取。上下层车位载车板在机动位N处能够升降移动；上层停车位载车板U和下层停车位载车板D在电机的拖动下可以水平移动，从而使车辆在程序的控制下达到合理的存取动作。
车库的工作原理如下：为安全起见，升降机的初始状态在出入口平层位置，且上面有载车板；当有存车动作发生时，且有车辆经转盘交接到升降机上后，控制程序根据就近原则快速将车辆存入库内。当有取车动作发生时，升降机下降到U层或D层（根据取车要求）等待载车板的交接—车辆的取出。如图1所示：1～8号位置为载车板的停放位置，N为机动停车位。1号位载车板可以直接上升；8号位载车板可以上升或下降；2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、7＃位载车板横移，与1＃、8＃位的升降构成内部的循环过程。用户想要存1 # ～8 # 车辆并按下控制面板上相应的车位按钮时，车库内部的上层载车板按照逆时针方向在上层拖动电机的带动下向出口处移动，当载车板移动到1# 车位时，由相应的限位开关和光电开关检测，将要运送出车库的载车板是否为用户所要存储的车位。到达1# 车位的载车板是用户所要求的编号时，出口处的1号升降机将载车板提升到出口处，执行存车动作。若到达1# 车位的载车板不是用户所要求的编号时，出口处升降机将载车板降至底层机动位N，当载车板和下层平移履带结合完毕时，在下层拖动电机的带动下，按照逆时针方向将载车板送至下层存车位，此时8# 载车板到达内部升降机底部，当8# 载车板和内部升降机链条结合完毕时，内部升降机将8# 载车板提升至上层机动位N，同样载车板与履带结合完毕时，在上层拖动电机的带动下继续执行上层车位的平移工作，直到到达原1# 车位的载车板为用户要求的编号时为止，系统内部的循环过程告一段落。其中多个电磁阀处于上层、下层水平拖动履带和垂直升降轨道的接合处，用于车辆载车板的平移、升降过渡。升降电机A用于出口处的载车板升降控制，自动状态下可双向运行。升降电机B 用于车库内部的升降控制，自动状态下单向运行，手动控制下可双向运行。拖动电机A 用于车库内部的上层车辆水平移动控制，自动状态下单向运行，手动状态下可双向运行。拖动电机B 用于车库内部的下层车辆水平移动控制，自动状态下单向运行，手动状态下可双向运行。【水平循环式立体车库】【水平循环式立体车库】
图1 车库停车方位分布图
对于出入口检测系统，要求快速可靠完成车辆外形检测、车辆停放姿态检测以及快速门的开闭控制等任务。在汽车进入停车区域之后，系统将显示汽车的停车姿态，要对该车辆的车型、车姿（长、宽、高、左右歪斜）等状态进行检测，并通过显示屏或指示灯提示给司机，并自动提示给司机调整车位的信息。车库入口处的检测器件采用超声波和光电开关，其布置如图2所示。【水平循环式立体车库】
超高检测
后部超声波
前部超声波
图 2 车库出入口传感器布置示意图
2控制系统的软件设计
2.1 存取车控制系统流程图
车库系统的操作为存车和取车2种，由操作者在控制面板上选择，即存取车转换开关处于存车位置时，所发生的动作即为存车流程，取车依然。存车控制流程和取车控制流程如附图所示。 2.2 控制器PLC的I/O分配表
可编程序控制器采用LG公司的MASTER-K系列PLC，为节省资金采用4个小型的一体机做控制器，其I/O分配列表如下：
2．3程序说明
本例设计采用多PLC通信互连的方式共同控制系统的运行。其中主站PLC H1F为中央集控
单元，负责协调从站各PLC信息的采集与处理工作。下设4个从站分别为H00、H01、H02、H03。程序具体流程及实现的功能如下：
主站 PLC(H1F) 连接用户控制面板的存取车转换开关、手动控制开关和故障解除开关等操作按钮。用于车位编号识别的为一组限位开关（3个）。提示信号有系统运行、系统故障、车辆超标、用户误操作等。当系统处于存车状态时，控制面板的所有车位按钮有效，相应车位状态指示灯亮。当按下空车位对应的按钮后，系统开始运行，提示车辆可进入入口处，并对进入的车辆位置进行检测。待检测合格后开始调整车辆的停车姿态，以便于存入库内。调整完毕后主站PLC向从站发出指令，从站PLC控制其相应的平移、升降电机运行，将车辆存入库内；等车辆存入库内状态完毕后，控制面板上对应该车位的指示灯亮，表明此时该车位已经存有车辆。如果用户由于误操作，即在存车状态下按下了原来存有车辆车位的按钮，则面板指示灯提示用户重新选择车位。
取车控制过程和存车的流程大致相同，即用户将控制面板的选择转换开关旋到取车状态，相应的车位指示灯提示有车的车位，用户此时只需要按下当初存车的车位按钮即可，而无须知道自己车辆在车库内的具体位置。当车辆被提升至出口处后，提示用户将车辆开走。同时取走车辆的车位的指示灯熄灭，表示该车位为空，为下一次存车做准备。
从站 PLC(H00) 连接有光电开关2对，用于检测是否有车辆停放在载车板上。超声波传感器1～6#，主要用于车辆存储过程中的检测，即根据车库的机械尺寸所允许停放车辆的标准，来检测所存车辆的车型，并通过指示灯提示司机在停车过程中的具体停放位置，比如车辆过于靠近载车板的左、右、前、后等方位以及车辆是否超高。
从站 PLC(H01) 连接的终端设备为用户控制面板上的存、取车操作制按钮1#~3#和检测、驱动等控制信号。如：用于检测在车库内部，1＃载车板初始位置时其板上是否有车的光电开关信号；检测载车板运行过程中用于方向变换控制的电磁阀1～3#的位置信号；控制升降机A升降的控制输出信号；以及拖动电机A的正反向的输出控制等。
从站 PLC(H02) 连接的终端设备有：用户控制面板上的存、取车操作按钮4#～6#以及相应的载车板到位的检测信号、控制升降机B和拖动电机B的正反向运行的驱动信号等。
从站 PLC(H03) 连接的终端设备有：用户控制面板上的存、取车按钮7#、8#以及相应检测车位指示信号等。 3.结束语：
采用PLC组成的立体车库控制系统具有较高的自动化程度，尤其是当串联车位较多时，可实现车位的自动调配，满足了车库的智能需求。经过二年的现场运行，结果表明：该控制系统实现了设计目标，功能完善，运行稳定可靠。另外本设计采用多个PLC做了一个小型集散控制系统，其目的就是为了根据不同的空间环境可对车库的位置、车位数量等进行扩展，从而能对一些多层多车位的水平循环式立体停车库具有较好的兼容性。 参考文献：
[1] LG公司.可编程序控制器使用手册[Z].
[2] 葛雯、付与.自动化立体停车库[J].河南科技,2001,(5).
[3] 张长缨,张侃愉.智能型立体停车库的构成及智能化方案[J].自动化与仪表,2002,(1). 作者简介
孟如 高工 从事工业自动化方面的教学和科研. Biography：
Mengru, advanced engineer, research in the research and the education in automation. 联系地址：唐山市新华西道46号 河北理工大学信息学院 孟如 063009
Address: 46 XinHua XiDao, College of Informatics, Hebei Polytechnic University, TangShan
水平循环式立体车库(二)
立体车库垂直循环式
立体车库知识
立体车库是我的主营产品之一。坚持科学技术是第一生产力，坚持技术进步，推进科技创新。下面是介绍的是立体车库垂直循环式：
汽车停车托架上, 所有的托架作升降循环运动。这种升降循环运动由电机、减速机构通过特殊的链传动来实现, 车位数一般在5 0 辆以内。车位数与电机功率、传动件强度密切相关, 占地面积小,空间利用率高, 可以建成地上、半地上、地下式的, 而出入口均可设以地面,也可单独设臵或安装于建筑物内, 或数套并排设臵。
通过上面的介绍相信大家对立体车库垂直循环式有了进一步了解！本秉承“质量第一”的原则，为您提供可靠的保证，倡导以质量求生存，以拼搏求进取，以务实求效益。欢迎新老客户前来洽谈业务。
1.1 本课题研究的背景及意义
近些年来，伴随着我国人民物质生活水平的不断改善，我
国机动车保有量越来越多，由于不合理的城市规划，停车设施的短缺、管理不善及其他一些原因，导致道路资源一天比一天紧张，交通供需矛盾日益显现出来。尤其是在静态交通中，传统停车场已经不能满足越来越多的停车需要。基于停车难的现实问题，让静态交通在道路上停车，对于本来就拥挤的动态交通和一寸土一寸金的城市空地上，无疑会让已经拥挤的道路问题越来越严重。因此必须高度重视城市面临的停车难问题，并
积极寻找解决办法。 现在城市交通拥堵和停车难已经成为主要的社会问题，造成这些问题的主要原因是城市化的发展和人们生活水平的日益提高。我们可以通过动用各级政府的力量，出台各种鼓励修建停
车场的相关政策以及使用立体式停车库位的措施解决这些问题。面对停车难问题，我们要从源头上想办法来解决这个难题。这就要求我们要从停车位建设和对车辆停放的管理两方面进行，以立体停车场为主要的停放地点，如果有需要可以短暂性的在路外以及公共区域停车。
之前停车位的控制系统大多数采用继电器，但是继电器控制系统有许多的不足之处。首先，它的体积很大，比较笨重。其次，它的控制很不稳定，需要许多人进行维护。除了继电器控制系统之外，还有的一些控制系统用的是单片机。但是这些控制系统在输入、输出部分上会有很大的消耗，并且它们系统的稳定性不好和抗干扰性差等因素也会让机器经常需要人员维护。
但是PLC自身的抗干扰、适用能力以及它的应用范围都是特别优秀的，这样，就会让我们设计的此车库的发展就有了更高的发展前景。PLC有在应用灵活方面有着无与伦比的优点，编程简便、且容易修改，配臵也是很灵活的，同时它的结构模块化、功能齐全也是PLC技术应用的有力条件；安装简单、调试方便；体积小、能耗低，PLC的这一系列优点使它赢得了诸多智能立体车库的青睐，加之其价格逐年下降，所以实用性和现实性很强。
1.2 国内外的发展及研究现状
机械式智能立体车库的出现，很好地解决了世界各国停车难的问题，欧美国家是最早开始使用立体车库的国家。世界上第一个机械升降车库是1920年在美国修建成功的。并且，随着科技的发展，在随后的二三十年间，汽车日渐趋于大众化，其他的国家都开始进行一些立体车库的研究，并且也都取得了不错的成果。尤其是亚洲的一些国家，因为他们的土地资源稀缺，故而对于立体车库的使用就相对的比较广泛。在亚洲，最先使
用立体车库的是日本，从日本开始进行机械停车设备的研究开始，已经有50年的历史了，他们每年间所生产的机械停车位就有十几万了，并且是以升降横移类作为主要目标的。
虽然我国总的土地面积挺大，但是由于我国人口基数大，以至于我们人均占有的土地面积就会非常少，土地资源匮乏还是很严重的。而我们国家是在上世纪80年代才开始的，那时候还是处于起步阶段的，一直到90年代，我们的机械停车设备才开始了技术引进，再加上我们的自主研发，很快就取得了相应的发展，目前都已经成为新兴的停车设备行业了。到了2006年底时，对于智能停车设备的研究企业已经翻了十几倍，包括全国的27个省市自治区的94个城市，而拥有智能停车设备设施的有284个。由此可以看出，我们国家这个的行业的发展是非常迅速的。并且，我国的智能停车设备方面的生产力、质量等等一些方面，都已经跟国际的高端水准相接近了。
智能立体车库的许多设备采用了现在机械、电子、光学、磁控、计算机等许多领域的先进技术，例如激光测距、交流变频调速技术、PLC、IC卡、总线控制技术、触摸屏等等，极大地提高了产品在技术含量、智能化程度、运行安全可靠性等方面的性能。近年来，越来越重视智能立体停车设备的研发工作，国内多家研究机构都进行了技术力量的投入，对智能立体停车设备的许多方面进行了研究，取得了很大的成果。
虽然机械式智能立体停车设施在我国作为一个新兴的产业，具有不可估量的发展前景，但是现在还没有进入一个快速的发展阶段，主要是因为我国在智能立体停车设备行业当中的发展还存在着许多不足之处：首先，虽然这个行业的企业已经具备一定的规模，但是他们的发展不平衡，大中型企业较少，仅20家左右，剩下的则是一些中小企业，中小企业技术力量相对比较薄弱，缺乏企业的自主开发能力；其次，智能立体车库对于安全方面的要求很高，然而有的企业自主研发的设施没有
进行更加深入的研究，不能保障产品的安全性、可靠性和耐久性；第三，市场竞争杂乱，目前国内总体生产能力过剩，价格比较低，政府在对待智能立体停车产业发展方面的政策严重滞后；此外，平面停车场收费便宜，加上人们的意识还没有完全转变，都将成为智能立体停车设施难以普及的拦路虎。由此看来，想要加快我国智能停车设备产业的发展，我们需要在政策、市场、管理和技术等多方面进行努力。
1.3 论文的主要内容
这篇论文是有关设计一种可靠性高、便于操作的智能立体车库控制方法，它的基本设计原理是利用载车板改变位臵（其系统为PLC）产生一个没有障碍的垂直通道，然后通过上层车位上下移动来存取车辆，PLC中主要的控制对象是车库内的横移小电机和升降大电机，以便它们在不同时间实现正反转，再控制车库内的其他的辅助装臵。
本次设计的智能立体车库分为上、下两层。上层车库不可以平移仅仅用来上升与下降，下层车库也只是能进行左右移动。这次设计的新型智能立体车库中总共有6个车位，其中下层有一个为空位作为交换车位，可为载车盘提供一个上下的无障碍通道，另外5个车位用于存放车辆。当下层车位进出车时，不需要移动其他托盘就可直接进行进出车处理。当上层车位进出车时，首先要判断其对应的下方位臵是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降动作到达下层，进行进出车处理，进出车完毕后上升回到原位臵。
研究的具体内容包括：
1. 对新型智能立体车库PLC控制方案进行总体设计；
2. 选择控制系统中所需硬件并进行控制系统设计（CPU选型、输入输出接口配臵、
各电器元件选型等）；
3. 控制系统程序设计（梯形图、语句表程序等）；
4. 对控制系统的工作原理进行分析和说明；
5. 介绍PLC基础知识，包含PLC的由来发展、功能、工作原理、S7-200 PLC指
令以及编程软件等内容介绍；
6. 智能立体车库控制特性、PLC系统控制要求；
7. 控制设计，包含：制定程序流程图、分配PLC I/O接口、绘制控制电路外部接
线图、编制程序；
8. 实现程序的调试
2 可编程控制器的概述
2.1 PLC的发展
PLC的发展与计算机技术、数字技术、通信网络技术、半导体技术、控制技术等的发展密切联系相辅相成，PLC的发展需要这些高新技术的辅助，而PLC对他们的需求也恰恰是这些高新技术发展的理由，双方都是互相利用共同促进。
近年来，PLC以高速状态发展，下面就是PLC发展的四个主要阶段：
1969年到1972年，PLC技术处于初始阶段，只能进行一些计数计时、顺序控制和简单的逻辑运算等功能。
1973年到1978年是PLC发展的成熟时期，这个阶段的PLC控制系统功能更加全面。它通过与具有众多优点的继电器控制系统结合起来，使它逐渐完美的面向工业控制。PLC从此开始了实用化的新篇章。
1978年到1984年，PLC处于快速发展阶段，这时的PLC一直处于快速发展，它的CPU采用8位和16位的微处理器，功能相对增强完善，加快了处理速度。容错技术和自我诊断功
水平循环式立体车库(三)
对垂直循环式立体车库的优点及适应性的分析
对垂直循环式立体车库的优点及适应性的分析 垂直循环式立体车库采用链条传动带动轿厢在垂直方向上做循环运转，汽车停在轿厢上，轿厢随传动系统作升降运动，或者将所要存车的空车位降至地面，循环往复地将轿厢或空车位送到车库出入口，完成车辆的存取工作。通常，该类立体车库采用前进式停车，降低了停车难度，而且厂家会给设备带上多种提示装置，比如进车前方装一面镜子，以便看清车体是否摆正，即使是新手也能轻松停车，还有红外线报警装置，一旦人处于设备警戒范围之内，设备运行就会终止，并且发出警报。
垂直循环型立体车库非常适用于土地资源比较紧张，而停车位需求却很大的场所使用。依照目前的生产能力，垂直循环立体车库只需要2.5个车位的地面面积，最高可建成9层，提供16个停车位，土地使用效率十分高。现在，九路泊车作为专业的立体车库生产厂家，采用德国SERVA技术，配套SEW品牌主机，使PCX型停车设备的安全性和实用性大大提升，同时，在设备节能、控制等方面都做了改进，九路泊车垂直循环
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