双层旋转式停车库控制系统设计研究范文

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摘要：为解决老旧小区停车难的问题，研发了双层旋转式8车位停车库，提出了基于2台PLC的控制系统解决方案，设计了控制系统的总体框架、硬软件结构及2台PLC间通信程序，实现了存取车行为，并利用Labview完成了人机交互界面设计。试验表明：其存取时间短，操作方便、运行安全稳定。

关键词：双层旋转式停车库；PLC；Labview

引言

随着轿车保有量越来越大，城市停车难也成为了一个亟待解决的社会问题。目前已有的立体车库种类较多，但适用于空间小、不破坏老旧小区原有地貌的停车设备较少。本文运用悬空架设和镂空结构的设计理念，研发出一种具有整体旋转式框架结构的双层8车位停车库[1]，其通过中间立柱架空地安装在草坪上，可转位的载车板可将轿车由道路直接转至停车库内，车辆交接和转移机构简单，既方便停车，又不影响绿地植被生长和居民采光，为空间狭小、无预留空地的老旧小区停车需求提供了有效、可行解决方案。

1旋转式停车库的结构及工作原理

双层旋转式停车库主要由载车板提升装置、车位旋转装置组成。提升装置能够实现车辆的升降、旋转和交换功能，车位旋转装置用于存放车辆，并驱动两层停车位整体绕中间的立柱实现四分度旋转，这两套装置相对独立而又互相协调，实现车辆的存取行为，其总体结构如图1所示。整个系统的控制对象是车位旋转电机4、升降电机6、回转电机8以及各种辅助装置、检测元件等。存取车辆的控制要求是：载车板9在待机状态时处于停车位一侧的下方，当要存放车辆时，回转电机8驱动载车板9正转180°，升降电机6驱动丝杆螺母副使载车板下降至地面，待车辆驶入载车板9后，驾驶员下车选择一空停车位；车位旋转电机4驱动停车架2旋转，把待选停车位转到提升装置一侧，同时载车板在提升电机6驱动下上升到待选车位层上方一定距离（70mm左右，调试时通过传感器确定），接着提升侧回转电机8驱动载车板反转180°，将载车板及车辆转到待停车位上方后，升降电机6驱动载车板下降到该停车位下方一定距离，通过梳齿结构可实现车辆由载车板转移到停车位上；载车板正转90°，下降到下层停车位下方后复位，即完成存车过程。取车过程与存车过程类似。

2停车库控制系统的硬件组成

双层旋转式停车库的控制系统如图2所示，FX3U-32MR用来控制3台步进电机，分别实现载车板升降和旋转、停车架的旋转，通过程序分析和运算，输出脉冲和方向信号来控制步进电机所转的圈数和方向。FX3U-32MT通过矩阵扫描程序检测停车位的状态并记录下来，并把信息传递给FX3U-32MR。位置检测传感器由接近开关和光电型开关组成，用来检测载车板和停车位交接的位置，以提高出入库的精度和效率。触摸屏用来显示车库的运行状态，操作人员可通过在触摸屏上输入相应按钮进行存车和取车等操作。为实现对旋转式停车库的存取要求，对三菱FX3U-32MR的外部接线图进行设计。其输入端为载车板上车辆位置检测开关、人员安全位置检测开关、载车板让位检测开关、载车板初始水平位置检测开关、载车板初始高度位置检测开关、载车架旋转限位开关、停车位旋转到位的检测开关、4个高度限位开关等。输出端为驱动载车板正反转的步进电机、驱动载车板升降的步进电机、驱动停车架正反转的步进电机等，并且设置3个指示灯来显示停车库的运行状态，PLC外部接线图如图3所示。

3停车库控制系统的软件设计

该停车库操作界面选用的是TPC7062Ti新型触摸屏，设置有自动运行和手动调试两种控制模式。自动运行方式下可实现入库和出库行为，存取车按照时间最短的优化控制策略[2]，根据组态和PLC矩阵扫描位置判断待存取车位信息，执行不同的控制程序，并通过联锁控制来保障入库和出库动作的互锁，以防发生故障。手动调试方式下可对单台电机进行调试，检测各电机及传感器工作是否正常，调整各传感器的位置以保证车位旋转架四分度、载车板升降与回转的起停位置。

3.1入库与出库操作

车辆入库时，用户点击触摸屏存车按钮，PLC检测各传感器的位置信号、扫描组态矩阵，如图4所示。若车库已满，则组态界面显示无空车位，存车入库按钮失能，以防止误操作；若有空车位，则选择一个空车位，系统自动检测载车板上车辆是否到达存车允许范围以及用户是否退到安全位置，若满足条件，PLC将发出脉冲和方向信号，按照所编好的程序执行相应的入库行为，把车辆存入到所选停车位上，然后载车板回原点，存车过程结束。出库流程与入库类似，如图5所示。

3.2通信程序

多PLC通信就是选择一台为主站，其余为从站，设定一块区域用来存储信息，这块区域可以被主从站访问、修改。该控制系统使用两台PLC，设定FX3U-32MR为主站、FX3U-32MT为从站，由于RS485接口具有良好的抗干扰性、长传输距离和多站能力等优点，故利用RS485来实现两台PLC的通信连接。图6所示为主、从站之间通信的PLC程序梯形图，预先设置好主站和从站，并进行编号，设定监视时间、通道选择、发生错误时的重试次数等基本参数，通信程序通过矩阵扫描程序获取车位的状态，将所获取的数据放入到链接软元件中，以便主机获取车位的状态[3]。

3.3存车程序

存车程序设计如图7所示。以存入第2层C2空车位为例，载车板回转电机驱动载车板反转180°到达上车位置，车辆驶至载车板上，系统检测到车辆驶入指定区域和人员退到安全位置后，同时触发升降电机驱动载车板上升到2层上极限位置、车位旋转电机正转180°使空车位C2转至车辆交换位置，以减少存车时间，待空车位C2到位时，再触发载车板回转电机驱动载车板正转180°，之后载车板下行至2层下极限位置，通过梳齿结构实现车辆由载车板转移到空车位的交接。接着载车板反转180°让位，以避免载车板与停车位上的车辆发生碰撞，然后载车板先下降到1层下极限位置、再正转返回到停车位下方，同时停车位也旋转回到原位置，便于下次存取车辆。取车过程与存车过程类似，只是取车时载车板先到对应层的下极限位置，再上升到上极限位置，将车辆转至载车板上出库。

4人机界面设计

旋转停车库的控制系统应用Labview软件进行组态界面设计[4]，触摸屏控制主界面的设置如图8所示，控制系统上电初始化时，矩阵扫描程序可以检测停车库的状态信息，操作状态通过按钮是否高亮来判断。在自动模式下，用户在进行身份验证通过后，直接点击存取按钮和对应车位号来执行存取操作，“确定”按钮可触发出库或入库行为，用户误操作时可点“取消”按钮。当调试或故障时可切换到手动模式来进行，该模式下每台电机单独控制，设有6个单步指令，分别控制载车板的回转运动和升降运动、停车位的旋转运动，指示灯点亮说明当前正执行相应方向的运动，只有管理员身份才能够使用此模式操作。

5结束语

该停车库以双PLC分工协作的方式，通过优化存取车辆的路径、载车板与停车架同步并行运动的设计，有效地简化了访问车库的步骤，提高了存取车的效率。同时采用的宽体梳齿结构实现车辆的转移和交接，降低了对车辆交接时的位置精度和控制精度要求，从而减少了控制系统的开发成本。采用通用通信技术，设计了良好的人机交互界面和用户级控制接口，达到了智能停车库的需求，能解决老旧小区停车难问题。

参考文献：

［1］杨鹏程，张俊，明瑞轩.双层旋转式停车库的三维设计与仿真分析［J］.轻工科技，2018，34（11）：68-70.

［2］周雪松，田密.智能化立体车库存取车优化控制策略的研究［J］.制造业自动化，2008，30（10）：29-34.

［3］许士杰，唐晨，许炯炯，等.PLC控制的新型立体车库［J］.机电工程技术，2019，48（2）：58-59.

［4］肖剑兰.基于PLC和组态软件的自动线上料监控系统设计［J］.机电工程技术，2018，47（7）：84-86.

作者：刘轩松 张俊 李威尔明瑞轩 单位：湖北文理学院 机械工程学院