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摘要：為解決老舊小區停車難的問題，研發了雙層旋轉式8車位停車庫，提出了基于2臺PLC的控制系統解決方案，設計了控制系統的總體框架、硬軟件結構及2臺PLC間通信程序，實現了存取車行為，并利用Labview完成了人機交互界面設計。試驗表明：其存取時間短，操作方便、運行安全穩定。

關鍵詞：雙層旋轉式停車庫；PLC；Labview

引言

隨著轎車保有量越來越大，城市停車難也成為了一個亟待解決的社會問題。目前已有的立體車庫種類較多，但適用于空間小、不破壞老舊小區原有地貌的停車設備較少。本文運用懸空架設和鏤空結構的設計理念，研發出一種具有整體旋轉式框架結構的雙層8車位停車庫[1]，其通過中間立柱架空地安裝在草坪上，可轉位的載車板可將轎車由道路直接轉至停車庫內，車輛交接和轉移機構簡單，既方便停車，又不影響綠地植被生長和居民采光，為空間狹小、無預留空地的老舊小區停車需求提供了有效、可行解決方案。

1旋轉式停車庫的結構及工作原理

雙層旋轉式停車庫主要由載車板提升裝置、車位旋轉裝置組成。提升裝置能夠實現車輛的升降、旋轉和交換功能，車位旋轉裝置用于存放車輛，并驅動兩層停車位整體繞中間的立柱實現四分度旋轉，這兩套裝置相對獨立而又互相協調，實現車輛的存取行為，其總體結構如圖1所示。整個系統的控制對象是車位旋轉電機4、升降電機6、回轉電機8以及各種輔助裝置、檢測元件等。存取車輛的控制要求是：載車板9在待機狀態時處于停車位一側的下方，當要存放車輛時，回轉電機8驅動載車板9正轉180°，升降電機6驅動絲桿螺母副使載車板下降至地面，待車輛駛入載車板9后，駕駛員下車選擇一空停車位；車位旋轉電機4驅動停車架2旋轉，把待選停車位轉到提升裝置一側，同時載車板在提升電機6驅動下上升到待選車位層上方一定距離（70mm左右，調試時通過傳感器確定），接著提升側回轉電機8驅動載車板反轉180°，將載車板及車輛轉到待停車位上方后，升降電機6驅動載車板下降到該停車位下方一定距離，通過梳齒結構可實現車輛由載車板轉移到停車位上；載車板正轉90°，下降到下層停車位下方后復位，即完成存車過程。取車過程與存車過程類似。

2停車庫控制系統的硬件組成

雙層旋轉式停車庫的控制系統如圖2所示，FX3U-32MR用來控制3臺步進電機，分別實現載車板升降和旋轉、停車架的旋轉，通過程序分析和運算，輸出脈沖和方向信號來控制步進電機所轉的圈數和方向。FX3U-32MT通過矩陣掃描程序檢測停車位的狀態并記錄下來，并把信息傳遞給FX3U-32MR。位置檢測傳感器由接近開關和光電型開關組成，用來檢測載車板和停車位交接的位置，以提高出入庫的精度和效率。觸摸屏用來顯示車庫的運行狀態，操作人員可通過在觸摸屏上輸入相應按鈕進行存車和取車等操作。為實現對旋轉式停車庫的存取要求，對三菱FX3U-32MR的外部接線圖進行設計。其輸入端為載車板上車輛位置檢測開關、人員安全位置檢測開關、載車板讓位檢測開關、載車板初始水平位置檢測開關、載車板初始高度位置檢測開關、載車架旋轉限位開關、停車位旋轉到位的檢測開關、4個高度限位開關等。輸出端為驅動載車板正反轉的步進電機、驅動載車板升降的步進電機、驅動停車架正反轉的步進電機等，并且設置3個指示燈來顯示停車庫的運行狀態，PLC外部接線圖如圖3所示。

3停車庫控制系統的軟件設計

該停車庫操作界面選用的是TPC7062Ti新型觸摸屏，設置有自動運行和手動調試兩種控制模式。自動運行方式下可實現入庫和出庫行為，存取車按照時間最短的優化控制策略[2]，根據組態和PLC矩陣掃描位置判斷待存取車位信息，執行不同的控制程序，并通過聯鎖控制來保障入庫和出庫動作的互鎖，以防發生故障。手動調試方式下可對單臺電機進行調試，檢測各電機及傳感器工作是否正常，調整各傳感器的位置以保證車位旋轉架四分度、載車板升降與回轉的起停位置。

3.1入庫與出庫操作

車輛入庫時，用戶點擊觸摸屏存車按鈕，PLC檢測各傳感器的位置信號、掃描組態矩陣，如圖4所示。若車庫已滿，則組態界面顯示無空車位，存車入庫按鈕失能，以防止誤操作；若有空車位，則選擇一個空車位，系統自動檢測載車板上車輛是否到達存車允許范圍以及用戶是否退到安全位置，若滿足條件，PLC將發出脈沖和方向信號，按照所編好的程序執行相應的入庫行為，把車輛存入到所選停車位上，然后載車板回原點，存車過程結束。出庫流程與入庫類似，如圖5所示。

3.2通信程序

多PLC通信就是選擇一臺為主站，其余為從站，設定一塊區域用來存儲信息，這塊區域可以被主從站訪問、修改。該控制系統使用兩臺PLC，設定FX3U-32MR為主站、FX3U-32MT為從站，由于RS485接口具有良好的抗干擾性、長傳輸距離和多站能力等優點，故利用RS485來實現兩臺PLC的通信連接。圖6所示為主、從站之間通信的PLC程序梯形圖，預先設置好主站和從站，并進行編號，設定監視時間、通道選擇、發生錯誤時的重試次數等基本參數，通信程序通過矩陣掃描程序獲取車位的狀態，將所獲取的數據放入到鏈接軟元件中，以便主機獲取車位的狀態[3]。

3.3存車程序

存車程序設計如圖7所示。以存入第2層C2空車位為例，載車板回轉電機驅動載車板反轉180°到達上車位置，車輛駛至載車板上，系統檢測到車輛駛入指定區域和人員退到安全位置后，同時觸發升降電機驅動載車板上升到2層上極限位置、車位旋轉電機正轉180°使空車位C2轉至車輛交換位置，以減少存車時間，待空車位C2到位時，再觸發載車板回轉電機驅動載車板正轉180°，之后載車板下行至2層下極限位置，通過梳齒結構實現車輛由載車板轉移到空車位的交接。接著載車板反轉180°讓位，以避免載車板與停車位上的車輛發生碰撞，然后載車板先下降到1層下極限位置、再正轉返回到停車位下方，同時停車位也旋轉回到原位置，便于下次存取車輛。取車過程與存車過程類似，只是取車時載車板先到對應層的下極限位置，再上升到上極限位置，將車輛轉至載車板上出庫。

4人機界面設計

旋轉停車庫的控制系統應用Labview軟件進行組態界面設計[4]，觸摸屏控制主界面的設置如圖8所示，控制系統上電初始化時，矩陣掃描程序可以檢測停車庫的狀態信息，操作狀態通過按鈕是否高亮來判斷。在自動模式下，用戶在進行身份驗證通過后，直接點擊存取按鈕和對應車位號來執行存取操作，“確定”按鈕可觸發出庫或入庫行為，用戶誤操作時可點“取消”按鈕。當調試或故障時可切換到手動模式來進行，該模式下每臺電機單獨控制，設有6個單步指令，分別控制載車板的回轉運動和升降運動、停車位的旋轉運動，指示燈點亮說明當前正執行相應方向的運動，只有管理員身份才能夠使用此模式操作。

5結束語

該停車庫以雙PLC分工協作的方式，通過優化存取車輛的路徑、載車板與停車架同步并行運動的設計，有效地簡化了訪問車庫的步驟，提高了存取車的效率。同時采用的寬體梳齒結構實現車輛的轉移和交接，降低了對車輛交接時的位置精度和控制精度要求，從而減少了控制系統的開發成本。采用通用通信技術，設計了良好的人機交互界面和用戶級控制接口，達到了智能停車庫的需求，能解決老舊小區停車難問題。

參考文獻：

［1］楊鵬程，張俊，明瑞軒.雙層旋轉式停車庫的三維設計與仿真分析［J］.輕工科技，2018，34（11）：68-70.

［2］周雪松，田密.智能化立體車庫存取車優化控制策略的研究［J］.制造業自動化，2008，30（10）：29-34.

［3］許士杰，唐晨，許炯炯，等.PLC控制的新型立體車庫［J］.機電工程技術，2019，48（2）：58-59.

［4］肖劍蘭.基于PLC和組態軟件的自動線上料監控系統設計［J］.機電工程技術，2018，47（7）：84-86.

作者：劉軒松 張俊 李威爾明瑞軒 單位：湖北文理學院 機械工程學院