基于PLC的垂直循环式立体车库控制系统设计

引言

随着社会的发展进步,汽车进入千家万户,城市停车空间不足的问题日益突出。在停车难的大背景下,停车库逐渐向全机械化、自动化方向发展。垂直循环式立体车库因占地面积小、使用方便、控制简单等优势,得到了广泛的应用。本文以12车位垂直循环式立体车库为例,对其工作原理、控制系统、安全防护等方面进行了阐述,实现了PLC对垂直循环式停车设备的控制。

1工作原理

垂直循环式立体车库采用一个垂直循环运动的车位系统来实现存取车,垂直循环式停车设备结构示意如图1所示,旋转电机通过减速器带动传动机构,在牵引构件链条上,每隔一定距离安装一个载车板,电机启动时,载车板随链条一起做循环运动,从而达到存取车辆的目的。停车设备由单一大型电机驱动,一次转运即可完成存取车,电气控制系统简单:设备占地面积小,只需两个半地面车位,即可停12辆车。

2系统硬件组成

oMRoNCP1系列PLC具有体积小、编程灵活、抗干扰性好等特点,广泛应用于工业自动化控制系统中。系统选用oMRoNCP1E-E40sDR作为核心控制器,系统硬件如图2所示,由可编程控制器PLC、人机界面HMI、传感器、变频器及减速电机组成。选用北京亚博瑞思AB-C型自动停车设备作为系统的人机交互界面HMI,通过Rs485与欧姆龙PLC-CP1E通信,可通过按键、刷卡、遥控等方式将车位号发送给PLC,PLC根据接收到的数据对垂直循环式停车设备进行控制:同时,HMI读取PLC的内部信息加以分析判断,以文字、图形以及声音提示告知操作者停车设备的状态,将车辆存入相应的车位号或取出相应车位号的车辆,完成车辆存取操作。人机交互界面HMI上还有选择开关、急停开关及其他按键等,方便设备维修或调试。由PLC控制变频器驱动减速电机,旋转电机带动载车板随链条一起做循环运动,达到存取车辆的目的。

垂直循环立体车库PLC控制系统各主要部件的具体功能如下:

(1)在设备后方安装两个位置传感器和一个原点传感器,通过位置传感器状态变化和程序算法,判断当前下边车位号以及其他车位号的具体位置,实现每个车位运动的最短路径判断和正确的存取车位号。

(2)通过变频器控制旋转电机的正反转和快慢速运动。

(3)通过旋转编码器判断载车板的精确位置,实现载车板的减速平稳停止,具体输入/输出口地址分配如表1、表2所示。

3.1输入参数选择

设备位置传感器安装在后侧固定支架上,用于检测每个车位拖住载车板的三角板,车库运行一个循环,三角板最大晃动距离约25mm,设备位置感应器需选择感应距离大一点的感应开关。考虑到立体车库在室外,光电传感器会受到光线的影响,造成误动作,而行程开关等接触式开关时间长了,可能会损伤设备,因此控制系统选择oMRoN感应距离为30mm的接近开关E2EM-x30Mx1作为设备位置感应器,同时在程序中对感应器的输入开关量信号作去抖动处理,增加了感应器输入信号的可靠性。

3.2输出参数选择

控制系统的主要控制对象是旋转电机,垂直循环式停车设备的负载属于重载负荷,变频器的功率至少要比电机的功率大一个等级,用来克服启动转矩。相对于重载负荷电流,要求控制模块具有150%过载60s,或者160%过载10s的能力。旋转电机的驱动力主要是用来克服驱动轮两侧负载的重量差,按照一侧满载一侧空载时的最不利情况进行计算,机械工程师根据停车设备的结构特征及设计参数(如运行速度、设计载荷等)要求,算出设备主驱动电机的规格为9.2kw/20A,电机减速比为150/1,根据电机功率,系统选择的变频器规格为18.5kw/37A。为改善电机速度控制和位置控制,在变频器中增加PG卡,构成闭环控制。

4程序设计

人机界面HMI及传感器的外部信号通过输入接口送入PLC内部进行逻辑运算及处理,在输出接口向外部发出控制指令,程序设计由初始化、手动操作、自动操作及联锁防护等部分组成。自动存取车辆程序是整个程序编写的重点,实现了立体车库的主体功能。垂直循环式停车设备存取流程如图3所示。

要正确地存取车辆,就必须正确地识别当前车位号,首先对程序进行初始化操作,每个车位号对应程序的一个寄存器地址,即1~12车位号分别对应程序寄存器D1~D12,寄存器D0用于记录下边车位号,1号载车板上加装一个金属片,用于原点检测,当1号载车板在下边时,设备处于原点位置(D0=1)。设备顺时针运动时,每经过一个载车板,位置感应器左每检测到一个信号,下边车位号加1(D0=D0+1),当下边车位号D0等于13时,将1赋予D0。逆时针运动时,位置感应器右每检测到一个信号,下边车位号减1(D0=D0-1),当下边车位号D0等于0时,将12赋予D0。由于车位号是按顺序连续排列,知道了下边车位号,也就知道了其他车位号的具体位置,通过程序比较判断所需要的车位号与当前下边车位号,使设备顺时针转动或逆时针转动,实现正确快速存取所需要的车位号。车位号程序设计如图4所示。

5安全防护

5.1基本防护

垂直循环立体车库是一个自动化设备,操作不当,可能会威胁人身安全和车辆安全,因此必须采取一定的安全防护措施,使整个设备运行安全、可靠。在最底层载车板前后、左右各安装一对光电开关,通过红外检测开关判断车辆是否"超长""超宽",通过程序及硬件互锁,结合语音报警、LED显示等保证设备运行安全。当车辆或人员进入车库时,设备不能动作:有异常情况出现时,设备立即停止运行并报警:存取车辆的规则及注意事项张贴在出入口明显位置。

5.2库内无人判别

为提高设备安全性,控制系统增加库内无人自动判别,具体操作如下:在车库入口处安装两对光电感应器,当车辆或人员进入车库时,外侧感应器先接收到信号,内侧感应器后接收到信号。当车辆或人员离开时,内侧感应器先接收到信号,外侧感应器后接收到信号。因已规定只能一个驾驶员开车进入车库,利用该原理可判断进入车库的车辆或人员是否已经离开车库。

6结语

PLC应用在立体车库控制系统中,具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优势。本文利用欧姆龙PLC-CP1E实现对12车位垂直循环式立体车库的控制,根据控制流程及安全要求,合理编写PLC控制程序,经实际应用,基于PLC的垂直循环式立体车库控制系统运行可靠,占地面积小,建设费用低,有效解决了停车难问题。