近年来，随着社会经济的不断增长，全民收入的逐年提高，汽车在城市和农村得到普及，大中小城市出现了停车难问题，特别是住宅区、商业区、医院、政府机关等人员密集场所。静态交通问题随之而来的是动态交通问题。普通升降横移车库已越来越不能满足城市停车的需要，而智能垂直移动式自动化立体车库具有存取车速度快、操作简便、体验感好、空间利用率高等优点，成为解决停车难的有效途径。本文设计的垂直移动式立体车库由升降机、中跑车、回转台、梳齿搬运车组成，采用Profinet 以太网和485 通讯，两个出入口都可以存取车操作，安全高效，获得了较好的使用效果。

1 车库结构和工作原理此垂直移动立车车库建于地上，占地面积为190 m2，10 层，57 个车位，其中,15 个SUV 车位，42 个轿车车位。为了同时提高空间利用率和效率，在一层利用3 个车位的面积设立2 个独立的入库室，单个入库室既可存车也可取车。如图1 所示，横移车沿X 轴做横向移动，将搬送到车位上。而提升机沿Z 轴方向运动，横移车靠起升拖链和运行拖链中的组合电缆供电，与主站PLC 实现Profinet 以太网联接。

图1 横移车和搬运车运动示意图

搬运车上有5 台电机分别由4 台变频器驱动，1 台起升电机由1 台起升变频器驱动，负责存取车时从车位抬起和下放汽车；2 台对中电机分别由2 台变频器驱动，负责在存车时将车辆校正。2 台行走电机由1 台变频器驱动，控制搬运车沿Y 轴方向进入车位。由1 台西门子S7-1200PLC 实现对搬运车各种信号的采集和对4 台变频器通过Profinet 总线进行控制。横移车设有2 台电机，通过1 台变频器控制实现Y 方向的运动，回转机构设有1 台电机由1 台变频器驱动，平层机构设有2 台电机分别由2 台变频器驱动，横移车上设有1 台西门子S7-1200PLC, 与横移车变频器、回转变频器、平层变频器通过Profinet 总线实现通讯，实现横移车X 方向的运动、回转动作和平层动作，同时横移车PLC 与搬运车PLC通过485 通讯实现数据交换， 提升机电机由提升变频器驱动，提升变频器由主站1500PLC 通过Profinet 总线控制。

存车时，司机通过停车引导系统驶入门口地磁感应区，外门自动打开，将汽车缓慢驶入入库室停车平台，根据语言提示和视频提示将车辆停放好，拉手刹，下车。随后系统对汽车的长、宽、高进行扫描，车牌扫描系统将车牌通过以太网传输给触摸屏，符合要求后提示司机在触摸屏操作界面确认车牌号，并点击存车按钮。此时外门自动关闭，内门打开，搬运车将进入入库室停车平台下，梳齿伸出，举起汽车，将汽车拖至横移车上，内门关闭，同时横移车运行至中间位置；平层机构缩回，提升机将车辆升至目标层，同时回转机构完成180°回转；提升和回转结束后，平层机构打开，横移车横移至目标位置，搬运车将汽车送至车位后返回横移车，平层机构缩回，横移车回到中间位置，提升架降至一层，平层机构打开，存车结束。

取车时，司机在触摸屏上输入车牌号点击取车按钮，提升架和横移车将搬运车送至目标位置，将汽车取回至横移车，再将搬运车送至入库室门口，内门打开，搬运车将汽车放至入库室，返回横移车，内门关闭外门打开，取车过程结束。

2 控制系统硬件设计2.1 系统结构整个系统由主控制系统、横移车控制系统和搬运车控制系统组成，如图2 所示。主站由S7-1515 控制，通过Profinet 通讯，横移车PLC S7-1214、提升变频器、阻车器变频器作为从站。横移车变频器、回转变频器、平层机构变频器、运行激光测距、提升激光测距通过Profinet 通讯成为横移车PLC S7-1214 的从站，搬运车PLC 通过RS85 通讯成为横移车PLC S7-1214 的从站。

图2 垂直移动立体车库系统结构

采用Profinet 总线实现对整个系统的集中管理和分散控制，分为现场层、控制层、监控层。1）现场层主要包括横移车、搬运车、升降机、入库检测光电、重车检测超声波、限位开关、激光测距、出入口LED 屏、车牌识别模块、行程开关等信号检测设备以及电机、变频器。2）控制层主要包括主控室的S7-1515PLC、横移车S7-1214PLC 和搬运车S7-1214PLC， 主站S7-1515PLC 负责与从站交换信息，发送控制命令，读取各从站的状态，并负责与上位机交换数据。具体包括进行取车车判断、分配车位、记录车辆信息、车位信息更新、故障诊断。横移车S7-1214PLC 主要用于将主站信息发送搬运车PLC，控制搬运车、横移车、回转机构、平层机构动作，并将搬运车开关状态、位置信息、各机构变频器信息、激光测距信息传递给主站S7-1515PLC。3）监控层由工控机、LED 显示屏、威纶通触摸屏组成，其中工控机实现存取车动画显示、车位信息查询、收费信息查询、汽车入库出库时间查询、故障记录；LED 屏显示剩余车位、车库状态；威纶通触摸屏对车位信息进行显示、操作和维护。

2.2 硬件抗干扰设计由于现场电磁干扰大，为了减少电磁干扰导致的通讯中断，采取以下措施降低干扰：1）控制柜动力线和信号线分开走线；2）采用屏蔽电缆抑制电容性耦合噪声，屏蔽层采用单点接地；3）信号地和保护地分开布置。

3 控制系统软件设计通过Profinet 通讯主从站结点利用西门子博图软件可以完成硬件组态、参数设置、地址分配。用户程序由主站S7-1515PLC 程序块和横移车从站S7-1214PLC 程序块组成，S7-1515PLC 程序块由组织块OB1、车库引导、存取车、自动流程、提升机构、故障检测等程序块及库存管理等数据块组成，主站OB1 的流程图如图3 所示。横移车S7-1214PLC 从站程序块主要由组织块OB1、横移车机构、回转机构、485 通讯等组成。主站和各从站的通讯已在博图软件中完成，只需在对应的Q存储区和I 存储区采集相应数据即可，库存信息存放在Parking data 数据块中，数据块采用绝对寻址，并设置了掉电保存。

从站PLC 接收到主站发来的存取车指令、目标车位号、启动停止信号后完成存取车动作、故障诊断，并将横移车的当前位置、目标车位位置、搬运车当前位置、故障信息、任务完成信息反馈给主站。从站OB1 主程序流程如图4 所示。

图3 主站OB1 流程图

图4 横移车从站OB1 流程图

4 上位工控机及触摸屏程序设计本系统上位机采用西门子Wincc 开发监控画面，上位机通过以太网和主站1500PLC、2 个LED 显示屏、2个车牌识别摄像头实现通讯和数据交换，在监控画面可以查看各机构运行状态、限位状况、车位信息，还可以查询故障信息、计时收费信息等，并通过生动的形式显示出来，方便管理人员进行操作管理。

同时增设了威纶通MT8150iE 触摸屏，通过Profinet通讯与主站S7-1515PLC、横移车从站S7-1214PLC 相联接，实现对整个系统信息显示、操作和维护。

5 结束语现场调试和实际使用表明，所设计的立体车库控制系统实现了主站和各从站的稳定通讯，故障率低，控制方式先进可靠，运行平稳，双入库室既可同时存车又可同时取车，存取车效率高，实现了一键存取车，操作简便，给使用者带来很好的体验感，可以在其他类型智能库上推广应用。