引言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步,汽車(chē)進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù),城市停車(chē)空間不足的問(wèn)題日益突出。在停車(chē)難的大背景下,停車(chē)庫(kù)逐漸向全機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展。垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù)因占地面積小、使用方便、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),得到了廣泛的應(yīng)用。本文以12車(chē)位垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù)為例,對(duì)其工作原理、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)等方面進(jìn)行了闡述,實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)垂直循環(huán)式停車(chē)設(shè)備的控制。

1工作原理

垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù)采用一個(gè)垂直循環(huán)運(yùn)動(dòng)的車(chē)位系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)存取車(chē),垂直循環(huán)式停車(chē)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意如圖1所示,旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),在牽引構(gòu)件鏈條上,每隔一定距離安裝一個(gè)載車(chē)板,電機(jī)啟動(dòng)時(shí),載車(chē)板隨鏈條一起做循環(huán)運(yùn)動(dòng),從而達(dá)到存取車(chē)輛的目的。停車(chē)設(shè)備由單一大型電機(jī)驅(qū)動(dòng),一次轉(zhuǎn)運(yùn)即可完成存取車(chē),電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單:設(shè)備占地面積小,只需兩個(gè)半地面車(chē)位,即可停12輛車(chē)。

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(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)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(jī)界面HMI、傳感器、變頻器及減速電機(jī)組成。選用北京亞博瑞思AB-C型自動(dòng)停車(chē)設(shè)備作為系統(tǒng)的人機(jī)交互界面HMI,通過(guò)Rs485與歐姆龍PLC-CP1E通信,可通過(guò)按鍵、刷卡、遙控等方式將車(chē)位號(hào)發(fā)送給PLC,PLC根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)對(duì)垂直循環(huán)式停車(chē)設(shè)備進(jìn)行控制:同時(shí),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(chē)設(shè)備的狀態(tài),將車(chē)輛存入相應(yīng)的車(chē)位號(hào)或取出相應(yīng)車(chē)位號(hào)的車(chē)輛,完成車(chē)輛存取操作。人機(jī)交互界面HMI上還有選擇開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)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(dòng)減速電機(jī),旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)載車(chē)板隨鏈條一起做循環(huán)運(yùn)動(dòng),達(dá)到存取車(chē)輛的目的。

垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)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(gè)位置傳感器和一個(gè)原點(diǎn)傳感器,通過(guò)位置傳感器狀態(tài)變化和程序算法,判斷當(dāng)前下邊車(chē)位號(hào)以及其他車(chē)位號(hào)的具體位置,實(shí)現(xiàn)每個(gè)車(chē)位運(yùn)動(dòng)的最短路徑判斷和正確的存取車(chē)位號(hào)。

(2)通過(guò)變頻器控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和快慢速運(yùn)動(dòng)。

(3)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器判斷載車(chē)板的精確位置,實(shí)現(xiàn)載車(chē)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(cè)每個(gè)車(chē)位拖住載車(chē)板的三角板,車(chē)庫(kù)運(yùn)行一個(gè)循環(huán),三角板最大晃動(dòng)距離約25mm,設(shè)備位置感應(yīng)器需選擇感應(yīng)距離大一點(diǎn)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)?？紤]到立體車(chē)庫(kù)在室外,光電傳感器會(huì)受到光線(xiàn)的影響,造成誤動(dòng)作,而行程開(kāi)關(guān)等接觸式開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)了,可能會(huì)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(kāi)關(guān)E2EM-x30Mx1作為設(shè)備位置感應(yīng)器,同時(shí)在程序中對(duì)感應(yīng)器的輸入開(kāi)關(guān)量信號(hào)作去抖動(dòng)處理,增加了感應(yīng)器輸入信號(hào)的可靠性。

3.2輸出參數(shù)選擇

控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是旋轉(zhuǎn)電機(jī),垂直循環(huán)式停車(chē)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(jī)的功率大一個(gè)等級(jí),用來(lái)克服啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。相對(duì)于重載負(fù)荷電流,要求控制模塊具有150%過(guò)載60s,或者160%過(guò)載10s的能力。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力主要是用來(lái)克服驅(qū)動(dòng)輪兩側(cè)負(fù)載的重量差,按照一側(cè)滿(mǎn)載一側(cè)空載時(shí)的最不利情況進(jìn)行計(jì)算,機(jī)械工程師根據(jù)停車(chē)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征及設(shè)計(jì)參數(shù)(如運(yùn)行速度、設(shè)計(jì)載荷等)要求,算出設(shè)備主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的規(guī)格為9.2kw/20A,電機(jī)減速比為150/1,根據(jù)電機(jī)功率,系統(tǒng)選擇的變頻器規(guī)格為18.5kw/37A。為改善電機(jī)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(jì)

人機(jī)界面HMI及傳感器的外部信號(hào)通過(guò)輸入接口送入PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算及處理,在輸出接口向外部發(fā)出控制指令,程序設(shè)計(jì)由初始化、手動(dòng)操作、自動(dòng)操作及聯(lián)鎖防護(hù)等部分組成。自動(dòng)存取車(chē)輛程序是整個(gè)程序編寫(xiě)的重點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了立體車(chē)庫(kù)的主體功能。垂直循環(huán)式停車(chē)設(shè)備存取流程如圖3所示。

要正確地存取車(chē)輛,就必須正確地識(shí)別當(dāng)前車(chē)位號(hào),首先對(duì)程序進(jìn)行初始化操作,每個(gè)車(chē)位號(hào)對(duì)應(yīng)程序的一個(gè)寄存器地址,即1~12車(chē)位號(hào)分別對(duì)應(yīng)程序寄存器D1~D12,寄存器D0用于記錄下邊車(chē)位號(hào),1號(hào)載車(chē)板上加裝一個(gè)金屬片,用于原點(diǎn)檢測(cè),當(dāng)1號(hào)載車(chē)板在下邊時(shí),設(shè)備處于原點(diǎn)位置(D0=1)。設(shè)備順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí),每經(jīng)過(guò)一個(gè)載車(chē)板,位置感應(yīng)器左每檢測(cè)到一個(gè)信號(hào),下邊車(chē)位號(hào)加1(D0=D0+1),當(dāng)下邊車(chē)位號(hào)D0等于13時(shí),將1賦予D0。逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí),位置感應(yīng)器右每檢測(cè)到一個(gè)信號(hào),下邊車(chē)位號(hào)減1(D0=D0-1),當(dāng)下邊車(chē)位號(hào)D0等于0時(shí),將12賦予D0。由于車(chē)位號(hào)是按順序連續(xù)排列,知道了下邊車(chē)位號(hào),也就知道了其他車(chē)位號(hào)的具體位置,通過(guò)程序比較判斷所需要的車(chē)位號(hào)與當(dāng)前下邊車(chē)位號(hào),使設(shè)備順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)正確快速存取所需要的車(chē)位號(hào)。車(chē)位號(hào)程序設(shè)計(jì)如圖4所示。

5安全防護(hù)

5.1基本防護(hù)

垂直循環(huán)立體車(chē)庫(kù)是一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備,操作不當(dāng),可能會(huì)威脅人身安全和車(chē)輛安全,因此必須采取一定的安全防護(hù)措施,使整個(gè)設(shè)備運(yùn)行安全、可靠。在最底層載車(chē)板前后、左右各安裝一對(duì)光電開(kāi)關(guān),通過(guò)紅外檢測(cè)開(kāi)關(guān)判斷車(chē)輛是否"超長(zhǎng)""超寬",通過(guò)程序及硬件互鎖,結(jié)合語(yǔ)音報(bào)警、LED顯示等保證設(shè)備運(yùn)行安全。當(dāng)車(chē)輛或人員進(jìn)入車(chē)庫(kù)時(shí),設(shè)備不能動(dòng)作:有異常情況出現(xiàn)時(shí),設(shè)備立即停止運(yùn)行并報(bào)警:存取車(chē)輛的規(guī)則及注意事項(xiàng)張貼在出入口明顯位置。

5.2庫(kù)內(nèi)無(wú)人判別

為提高設(shè)備安全性,控制系統(tǒng)增加庫(kù)內(nèi)無(wú)人自動(dòng)判別,具體操作如下:在車(chē)庫(kù)入口處安裝兩對(duì)光電感應(yīng)器,當(dāng)車(chē)輛或人員進(jìn)入車(chē)庫(kù)時(shí),外側(cè)感應(yīng)器先接收到信號(hào),內(nèi)側(cè)感應(yīng)器后接收到信號(hào)。當(dāng)車(chē)輛或人員離開(kāi)時(shí),內(nèi)側(cè)感應(yīng)器先接收到信號(hào),外側(cè)感應(yīng)器后接收到信號(hào)。因已規(guī)定只能一個(gè)駕駛員開(kāi)車(chē)進(jìn)入車(chē)庫(kù),利用該原理可判斷進(jìn)入車(chē)庫(kù)的車(chē)輛或人員是否已經(jīng)離開(kāi)車(chē)庫(kù)。

6結(jié)語(yǔ)

PLC應(yīng)用在立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)中,具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。本文利用歐姆龍PLC-CP1E實(shí)現(xiàn)對(duì)12車(chē)位垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù)的控制,根據(jù)控制流程及安全要求,合理編寫(xiě)PLC控制程序,經(jīng)實(shí)際應(yīng)用,基于PLC的垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠,占地面積小,建設(shè)費(fèi)用低,有效解決了停車(chē)難問(wèn)題。