基于S7-200的五车位升降横移立体车库设计

东南大学成贤学院电子工程系　陈慧琴　陈玉林



基于S7-200的五车位升降横移立体车库设计

东南大学成贤学院电子工程系陈慧琴陈玉林

立体车库已经成为解决城市停车难问题的重要手段和和发展趋势。本文以二层五位的升降横移式立体车库为例，介绍了车库系统结构、工作过程，重点阐述了基于S7-200为核心的控制系统的组成部分和软硬件设计，实现了立体车库的自动存取车、运行监控和故障报警等功能。

升降横移立体停车库；控制系统；S7-200；设计

1　引言

随着经济的发展和生活水平的提高，汽车走入了大多数家庭，成为了大多数人的代步工具，但城市化进程加快，城市土地资源越来越紧缺，大部分城市的空地日趋减少，停车困难已成为制约城市良性发展难题之一，传统的平面式停车已经走入死胡同，向空中要车位，实行立体停车是大城市解快停车问题的必由之路。国内外立体式车库经过多年发展，技术逐步成熟，主要有垂直循环式、水平循环式、升降横移式、多层循环式等为代表的立体车库，其中升降横移式立体车库具有构造简单、操作便捷、稳定可靠、成本低廉等特点，市场前景广阔。

本研究为两层5车位升降横移式车库。一层只能平移车板，二层只能升降车板。升降横移式立体车库系统中总共有6个车位，其中一个是空位，提供车板的升降通道，其他5个车位拥有车板可用于存放车辆。一层车位有存车或者取车的信号时，不需要移动其他5个车板就可直接进行存车和取车处理。二层车位存车或者取车时，先要判断其对应的一层位置是否为空，如果不为空，则要先对一层进行平移腾空处理，再进行下降处理到达下层，然后进行存取车，存取车完毕后上升复位。系统结构如图1所示。

图1　系统结构图

2　立体车库的组成

2.1控制部分

控制系统是存取车的控制中枢，是车库自动化和智能化的核心。由控制单元和安全单元组成。控制单元负责控制车板的垂直升降和水平位移，分别使用升降电机和横移电机。升降电机使用带刹车的减速机，采用交流变频调速；横移电机采用减速机，确保系统运行稳定、定位精准，安全性高。安全单元是确保人员和车辆安全的辅助装置。

控制系统由硬件模块和软件程序组成。控制系统工作方式设置为两种：自动方式、手动方式。自动方式工作过程是，接收操作人员终端输入的出入车库密码和车位号码，系统根据设定的逻辑进行控制和操作，自动完成车板托盘的横移和升降行动，当选取的车位到达一层车位时，客户将车停到车板上，或从车板上取车，正常情况下使用自动方式。手动方式工作过程是，指操作人员通过终端单独控制某一个运行动作，如某车位的升降动作或横移动作等，主要在管理维护时运用。

2.2机械传动单元

垂直升降传动是车库机械传动单元的重要组成模块，其功能是负责托盘及车辆的垂直位移。工作过程是在控制系统的控制下，通过升降电动机正反转带动齿轮、链条等装置控制车板在一层车位和二层车位之间垂直上下移动。垂直升降传动模块主要由升降电动机、变频器、齿轮和链条等部件组成。

水平横移传动的功能是负责车板的水平横移。水平横移传动模块主要由横移电动机、变频器、导轨、驱动轮和动轮等部件组成，主要负责水平横移一层车板，为二层车板下降提供车位。如果要扩展为多层升降横移式车库，则除了顶层车板不需要横移传动外，其它各层车板均需要横移传动，为其上层的车板垂直位移提供位置。

2.3车库钢结构

立体车库钢结构框架是车库的力量支撑部分，由承重钢梁、轨道、车架、托盘等几部分构成。主要功能是承载车重、设置车位和安装机械传动、电气控制等单元及其它辅助设施设备。

3　控制单元模块设计

3.1设备选型

控制系统是立体车库的核心部件和设备，决定了车库的工作效能高低、安全可靠程度。该系统必须具备科学合理、性能稳定、便于操作，自动化程度高等特点。控制系统主要由主机、接触器、断路器、限位开关、行程开关和光电开关等组成。本设计使用S7-200 CPU226 型 PLC 作为立体车库控制系统的主控模块，负责对立体车库的自动化集中管控。

3.2功能组成

车库控制系统由硬件模块和软件程序两部分组成，系统整体架构如图 2 所示。

图2　系统整体架构图

控制系统的控制单元的控制对象是横移电机和升降电机，其工作过程是接收终端输入的存取车的信息，在给定的控制逻辑下，通过改变电动机电源相序实现车板的垂直移动或水平移动。另外，控制系统安全单元模块主要负责状态自动检测和安全设施控制。

车库机械传动过程特别是垂直传动过程是比较容易出现问题的环节。在设计中，采用变频器负责升降电机及减速装置的调速控制，采用行程开关负责车板垂直和水平位移的位置定位，采用光电开关检测车板空闲状态。为了防止车位跌落，在二层车位上设置有防止车辆跌落系统，主要由电磁铁和安全安全挂钩两个部分组成。安全挂钩系统的工作逻辑为得电打开，掉电闭锁，确保了在停电状态下车位也不会因承力索断裂而坠落。状态检测装置功能是通过检测信号实现车垂直、水平位移的精确定位和安全保障。

3.3PLC控制程序设计

控制模块软件程序的功能是负责车库自动存取车的逻辑控制。软件采用模块化设计，主要分为初始化程序、控制主程序、安全辅助程序和故障报警程序等几个部分。初始化程序主要是对硬件端口和状态进行检测，根据相应的结果转到给定的程序。进出车辆时，如选取的一层车位，无需车板移动，司机可直接将车辆开进或开出车板，达到存取车辆的目的；如选取的二层车位，PLC 控制程序能根据所选取的二层的车位来判断正下方一层车位是否空闲，如果空闲则控制传递机构使车板下降，如果不空闲，则控制一层车板移动，腾空正下方一层车位，然后控制相应传动机构使车板下降，达到存取车辆的目的。一次存车或取车过程完毕后按下确认按钮，系

统自动复位，等待下一次操作指令。

图3　控制系统软件程序流程图

如车辆尺寸超过车板长度、重量超过车板承重，或存在其它的安全隐患时，系统会自动报警，并停止运转，自动提醒排除故障。控制系统软件程序流程图如图3所示。

4　结论与展望

本文采用西门子S7-200PLC作为控制核心，综合运用了机械设计、机械传动、自动检测控制等多种技术，设计了双层5车位升降横移式车库。该车库科技含量高，操作简单，性价比高，稳定性好，扩展性强，可满足不同空间大小立体车库设计需要，在我国立体车库的应用和发展方面具有广阔的市场前景和较好的经济效益。

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