基于PLC的垂直循環(huán)式立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計

引言

隨著社會的發(fā)展進步,汽車進入千家萬戶,城市停車空間不足的問題日益突出。在停車難的大背景下,停車庫逐漸向全機械化、自動化方向發(fā)展。垂直循環(huán)式立體車庫因占地面積小、使用方便、控制簡單等優(yōu)勢,得到了廣泛的應(yīng)用。本文以12車位垂直循環(huán)式立體車庫為例,對其工作原理、控制系統(tǒng)、安全防護等方面進行了闡述,實現(xiàn)了PLC對垂直循環(huán)式停車設(shè)備的控制。

1工作原理

垂直循環(huán)式立體車庫采用一個垂直循環(huán)運動的車位系統(tǒng)來實現(xiàn)存取車,垂直循環(huán)式停車設(shè)備結(jié)構(gòu)示意如圖1所示,旋轉(zhuǎn)電機通過減速器帶動傳動機構(gòu),在牽引構(gòu)件鏈條上,每隔一定距離安裝一個載車板,電機啟動時,載車板隨鏈條一起做循環(huán)運動,從而達(dá)到存取車輛的目的。停車設(shè)備由單一大型電機驅(qū)動,一次轉(zhuǎn)運即可完成存取車,電氣控制系統(tǒng)簡單:設(shè)備占地面積小,只需兩個半地面車位,即可停12輛車。

2系統(tǒng)硬件組成

oMRoNCP1系列PLC具有體積小、編程靈活、抗干擾性好等特點,廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中。系統(tǒng)選用oMRoNCP1E-E40sDR作為核心控制器,系統(tǒng)硬件如圖2所示,由可編程控制器PLC、人機界面HMI、傳感器、變頻器及減速電機組成。選用北京亞博瑞思AB-C型自動停車設(shè)備作為系統(tǒng)的人機交互界面HMI,通過Rs485與歐姆龍PLC-CP1E通信,可通過按鍵、刷卡、遙控等方式將車位號發(fā)送給PLC,PLC根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)對垂直循環(huán)式停車設(shè)備進行控制:同時,HMI讀取PLC的內(nèi)部信息加以分析判斷,以文字、圖形以及聲音提示告知操作者停車設(shè)備的狀態(tài),將車輛存入相應(yīng)的車位號或取出相應(yīng)車位號的車輛,完成車輛存取操作。人機交互界面HMI上還有選擇開關(guān)、急停開關(guān)及其他按鍵等,方便設(shè)備維修或調(diào)試。由PLC控制變頻器驅(qū)動減速電機,旋轉(zhuǎn)電機帶動載車板隨鏈條一起做循環(huán)運動,達(dá)到存取車輛的目的。

垂直循環(huán)立體車庫PLC控制系統(tǒng)各主要部件的具體功能如下:

(1)在設(shè)備后方安裝兩個位置傳感器和一個原點傳感器,通過位置傳感器狀態(tài)變化和程序算法,判斷當(dāng)前下邊車位號以及其他車位號的具體位置,實現(xiàn)每個車位運動的最短路徑判斷和正確的存取車位號。

(2)通過變頻器控制旋轉(zhuǎn)電機的正反轉(zhuǎn)和快慢速運動。

(3)通過旋轉(zhuǎn)編碼器判斷載車板的精確位置,實現(xiàn)載車板的減速平穩(wěn)停止,具體輸入/輸出口地址分配如表1、表2所示。

3.1輸入?yún)?shù)選擇

設(shè)備位置傳感器安裝在后側(cè)固定支架上,用于檢測每個車位拖住載車板的三角板,車庫運行一個循環(huán),三角板最大晃動距離約25mm,設(shè)備位置感應(yīng)器需選擇感應(yīng)距離大一點的感應(yīng)開關(guān)?？紤]到立體車庫在室外,光電傳感器會受到光線的影響,造成誤動作,而行程開關(guān)等接觸式開關(guān)時間長了,可能會損傷設(shè)備,因此控制系統(tǒng)選擇oMRoN感應(yīng)距離為30mm的接近開關(guān)E2EM-x30Mx1作為設(shè)備位置感應(yīng)器,同時在程序中對感應(yīng)器的輸入開關(guān)量信號作去抖動處理,增加了感應(yīng)器輸入信號的可靠性。

3.2輸出參數(shù)選擇

控制系統(tǒng)的主要控制對象是旋轉(zhuǎn)電機,垂直循環(huán)式停車設(shè)備的負(fù)載屬于重載負(fù)荷,變頻器的功率至少要比電機的功率大一個等級,用來克服啟動轉(zhuǎn)矩。相對于重載負(fù)荷電流,要求控制模塊具有150%過載60s,或者160%過載10s的能力。旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動力主要是用來克服驅(qū)動輪兩側(cè)負(fù)載的重量差,按照一側(cè)滿載一側(cè)空載時的最不利情況進行計算,機械工程師根據(jù)停車設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及設(shè)計參數(shù)(如運行速度、設(shè)計載荷等)要求,算出設(shè)備主驅(qū)動電機的規(guī)格為9.2kw/20A,電機減速比為150/1,根據(jù)電機功率,系統(tǒng)選擇的變頻器規(guī)格為18.5kw/37A。為改善電機速度控制和位置控制,在變頻器中增加PG卡,構(gòu)成閉環(huán)控制。

4程序設(shè)計

人機界面HMI及傳感器的外部信號通過輸入接口送入PLC內(nèi)部進行邏輯運算及處理,在輸出接口向外部發(fā)出控制指令,程序設(shè)計由初始化、手動操作、自動操作及聯(lián)鎖防護等部分組成。自動存取車輛程序是整個程序編寫的重點,實現(xiàn)了立體車庫的主體功能。垂直循環(huán)式停車設(shè)備存取流程如圖3所示。

要正確地存取車輛,就必須正確地識別當(dāng)前車位號,首先對程序進行初始化操作,每個車位號對應(yīng)程序的一個寄存器地址,即1~12車位號分別對應(yīng)程序寄存器D1~D12,寄存器D0用于記錄下邊車位號,1號載車板上加裝一個金屬片,用于原點檢測,當(dāng)1號載車板在下邊時,設(shè)備處于原點位置(D0=1)。設(shè)備順時針運動時,每經(jīng)過一個載車板,位置感應(yīng)器左每檢測到一個信號,下邊車位號加1(D0=D0+1),當(dāng)下邊車位號D0等于13時,將1賦予D0。逆時針運動時,位置感應(yīng)器右每檢測到一個信號,下邊車位號減1(D0=D0-1),當(dāng)下邊車位號D0等于0時,將12賦予D0。由于車位號是按順序連續(xù)排列,知道了下邊車位號,也就知道了其他車位號的具體位置,通過程序比較判斷所需要的車位號與當(dāng)前下邊車位號,使設(shè)備順時針轉(zhuǎn)動或逆時針轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)正確快速存取所需要的車位號。車位號程序設(shè)計如圖4所示。

5安全防護

5.1基本防護

垂直循環(huán)立體車庫是一個自動化設(shè)備,操作不當(dāng),可能會威脅人身安全和車輛安全,因此必須采取一定的安全防護措施,使整個設(shè)備運行安全、可靠。在最底層載車板前后、左右各安裝一對光電開關(guān),通過紅外檢測開關(guān)判斷車輛是否"超長""超寬",通過程序及硬件互鎖,結(jié)合語音報警、LED顯示等保證設(shè)備運行安全。當(dāng)車輛或人員進入車庫時,設(shè)備不能動作:有異常情況出現(xiàn)時,設(shè)備立即停止運行并報警:存取車輛的規(guī)則及注意事項張貼在出入口明顯位置。

5.2庫內(nèi)無人判別

為提高設(shè)備安全性,控制系統(tǒng)增加庫內(nèi)無人自動判別,具體操作如下:在車庫入口處安裝兩對光電感應(yīng)器,當(dāng)車輛或人員進入車庫時,外側(cè)感應(yīng)器先接收到信號,內(nèi)側(cè)感應(yīng)器后接收到信號。當(dāng)車輛或人員離開時,內(nèi)側(cè)感應(yīng)器先接收到信號,外側(cè)感應(yīng)器后接收到信號。因已規(guī)定只能一個駕駛員開車進入車庫,利用該原理可判斷進入車庫的車輛或人員是否已經(jīng)離開車庫。

6結(jié)語

PLC應(yīng)用在立體車庫控制系統(tǒng)中,具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強等優(yōu)勢。本文利用歐姆龍PLC-CP1E實現(xiàn)對12車位垂直循環(huán)式立體車庫的控制,根據(jù)控制流程及安全要求,合理編寫PLC控制程序,經(jīng)實際應(yīng)用,基于PLC的垂直循環(huán)式立體車庫控制系統(tǒng)運行可靠,占地面積小,建設(shè)費用低,有效解決了停車難問題。