基于PLC的摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

甘天祥，吳何畏（通訊作者）

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北 襄陽 441053）

基于PLC的摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

甘天祥，吳何畏（通訊作者）

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北 襄陽 441053）

以摩天旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為主機(jī)械框架，結(jié)合光電傳感器和行程開關(guān)對(duì)車位檢測(cè)，三菱PLC邏輯分析得到存取車最佳車位，通過控制車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)使車位以最短時(shí)間到達(dá)庫門，實(shí)現(xiàn)存取車行為。本文以PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為核心，著重介紹了控制系統(tǒng)硬件PLC確定與I/O點(diǎn)分配，以及立體車庫存取車的程序流程設(shè)計(jì)。

摩天旋轉(zhuǎn)式；三菱PLC；立體車庫；自動(dòng)控制

一方面，針對(duì)城市停車設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)以及督查等工作，住建部發(fā)布了關(guān)于開展相關(guān)工作的通知。另一方面，日前根據(jù)建筑物的性質(zhì)、區(qū)位等屬性情況，一系列對(duì)應(yīng)發(fā)展方案得以實(shí)行，以期達(dá)到完善停車位配建標(biāo)準(zhǔn)和制定配建停車場、路外公共停車場及路內(nèi)停車位等目標(biāo)?；谝陨锨闆r，新一代停車解決方案出現(xiàn)。

摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫作為新生代機(jī)械立體車庫，以節(jié)省土地、調(diào)車時(shí)間短、安全可靠、結(jié)構(gòu)美觀等特點(diǎn)深受人們的認(rèn)可。文章將圍繞基于PLC的摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫以中，介紹其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制要求

摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫基本結(jié)構(gòu)形狀為摩天輪形；摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫的機(jī)械部分主要為車位旋轉(zhuǎn)框架、車位懸停機(jī)架和安全防護(hù)裝置等，電氣控制部分主要圍繞三菱PLC控制設(shè)計(jì)及配套傳感器合理使用。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制對(duì)車輛進(jìn)行上升和下降，以及車輛安全的檢測(cè)等功能。存入車輛時(shí)，PLC根據(jù)傳感器得到的位置信息自動(dòng)匹配離庫門最近車位，車位以最短時(shí)間到達(dá)庫門后，車輛駛?cè)氪孳嚈C(jī)架的指定安全位置后，司機(jī)離開車庫，等待下一步存車操作；取出車輛時(shí)，輸入取車車位號(hào)，PLC根據(jù)傳感器得到的位置信息自動(dòng)匹配最佳取車方案，車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)，在PLC控制下使車位旋至庫門處，司機(jī)驅(qū)車離開車庫。本文僅對(duì)一臺(tái)摩天旋轉(zhuǎn)立體車庫進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，僅包含8個(gè)可存放車輛到庫位。摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖1。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC的I/O點(diǎn)確定與分配

根據(jù)對(duì)摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫控制系統(tǒng)的功能分析，該系統(tǒng)共需要30個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)以及24個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)。

圖1 某摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫實(shí)物結(jié)構(gòu)圖

2.2 PLC可編程控制器的選擇

考慮到摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫的控制量只有數(shù)字開關(guān)量，并且對(duì)于系統(tǒng)的可靠性以及反應(yīng)速度的要求比較高，所以選擇三菱FX－2N系列 PLC 控制器，該系列控制器特點(diǎn)為：控制規(guī)?？蛇_(dá)16 ～256點(diǎn)，開發(fā)周期比較短，編程方式有梯形圖和順序功能圖兩種方式，操作指令非常豐富。本文采用 FX2N－64MR 可編程控制器作為基本的控制單元。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)分配如表1所示。

表1 輸入與輸出信號(hào)分配表

2.3 外部接線圖設(shè)計(jì)

選擇PLC型號(hào)以及PLC擴(kuò)展控制模塊，將相應(yīng)的傳感器作為輸入端連入PLC電路圖中。輸入端為車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)、庫門啟閉以及取車車位號(hào)輸入按鈕SB、8個(gè)車位車輛有無與車輛安全位置的光電傳感器SA檢測(cè)、8個(gè)平均分布在摩天機(jī)架上檢測(cè)車位旋轉(zhuǎn)位置的行程開關(guān)SQ與2個(gè)旋轉(zhuǎn)速度切換位置行程開關(guān)SQ以及庫門停車限位行程開關(guān)SQ檢測(cè)等輸入端。輸出端為庫門開閉電機(jī)、車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)與停止、車位旋轉(zhuǎn)快慢速切換、8個(gè)安裝在車位上用于觸發(fā)車位旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)的行程開關(guān)的機(jī)械裝置等輸出端連接。并且設(shè)置8個(gè)車位存取指示燈HL及聲光報(bào)警電路YS、D。通過對(duì)控制任務(wù)的分析再結(jié)合上文的I/O分配，可以設(shè)計(jì)出PLC控制系統(tǒng)外部接線如圖2。

圖2 PLC與現(xiàn)場信號(hào)的實(shí)際連線圖

3 控制系統(tǒng)軟件控制流程設(shè)計(jì)

3.1 立體車庫控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車位旋轉(zhuǎn)、庫門開關(guān)、車位位置及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和存取車操作。系統(tǒng)控制主流程如圖3所示。

圖3 立體車庫控制系統(tǒng)主流程圖

3.2 車庫存放車輛程序設(shè)計(jì)

存放車輛的控制流程： 系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)是否存在故障，如果有故障則停止下一步程序，如正常則進(jìn)一步讀取數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)確定是否存取車；若存車則檢測(cè)車庫上是否車輛停滿，若有車輛停滿則顯示滿位，若存在空位則系統(tǒng)運(yùn)行存車程序；系統(tǒng)檢測(cè)空車位數(shù)量，空車位車位指示燈閃爍以及對(duì)應(yīng)車位用于觸發(fā)行程開關(guān)的機(jī)械裝置彈出；車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)以正轉(zhuǎn)慢速狀態(tài)運(yùn)行預(yù)定時(shí)間后停止，PLC根據(jù)8個(gè)均布在摩天機(jī)架上的行程開關(guān)檢測(cè)得到空車位位置信息，PLC根據(jù)位置信息以及預(yù)先設(shè)置車位位置優(yōu)先級(jí)自動(dòng)匹配離庫門最近車位，最近車位指示燈繼續(xù)閃爍、觸發(fā)裝置保持彈出狀態(tài)；PLC檢測(cè)空車位是否位于庫門處，若位于庫門處則庫門打開車輛存入車位；PLC根據(jù)車位信息判斷空車位是否處于庫門左側(cè)，則車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之電機(jī)反轉(zhuǎn)。車位繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，若PLC檢測(cè)到高低速轉(zhuǎn)換位置傳感器信號(hào)，則電機(jī)低速運(yùn)行；PLC檢測(cè)到庫門停車限位信號(hào)，則電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)、車位觸發(fā)裝置回位，庫門打開車輛存入車位，PLC檢測(cè)到車輛安全位置信號(hào)，則存車位置安全；至此，存車過程基本完成。摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫存放車輛的程序流程如圖4所示。

圖4 摩天旋轉(zhuǎn)立體車庫存車流程圖

3.3 車庫取出車輛程序設(shè)計(jì)

取出車輛的控制流程: 系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)是否存在故障，如果有故障則停止下一步程序，如正常則進(jìn)一步讀取數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)確定是否取車；若取車則檢測(cè)取車車位號(hào)輸入信號(hào)；若存在取出行為，則系統(tǒng)運(yùn)行取車程序，該車位車位指示燈閃爍、觸發(fā)裝置彈出；PLC根據(jù)車位旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)得到車位位置信息，PLC根據(jù)位置信息自動(dòng)匹配最佳取車方案，車位指示燈繼續(xù)閃爍、觸發(fā)裝置保持彈出狀態(tài)；PLC檢測(cè)車位是否位于庫門處，若位于庫門處，則庫門打開，車輛離開車位；PLC根據(jù)車位信息判斷車位是否處于庫門左側(cè)，則車位旋轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之電機(jī)反轉(zhuǎn)。車位繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，PLC檢測(cè)到高低速轉(zhuǎn)換位置傳感器信號(hào)，則電機(jī)低速運(yùn)行；PLC檢測(cè)到庫門停車限位信號(hào)，則電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)、車位觸發(fā)裝置回位，庫門打開，司機(jī)驅(qū)車離開車庫；至此取車過程基本完成。摩天旋轉(zhuǎn)式立體車庫取出車輛的梯形圖部分程序如圖5所示。

圖5 取車部分梯形圖程序

4 結(jié)語

目前，短時(shí)停車需求集中的交通樞紐，車位短缺的商場、醫(yī)院和景點(diǎn)等區(qū)域，以及因?yàn)榍捌谝?guī)劃問題導(dǎo)致后期車位需求暴漲的老舊住宅區(qū)都面臨著不同程度的車位問題。而立體車庫“向上向下要空間”的發(fā)展理念將使立體車庫的建設(shè)從一定程度上解決這些問題。

摩天旋轉(zhuǎn)立體車庫以省地、方便、經(jīng)濟(jì)、靈活、可靠為特點(diǎn)?？梢砸源藱C(jī)電設(shè)備為平臺(tái)，加入大數(shù)據(jù)、人工智能等核心科技，使之更加人性化、智能化、符合未來停車問題解決方案。

[1]馮清秀,鄧星鐘. 機(jī)電傳動(dòng)控制（第五版）[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社.2013.

[2]謝桂林. 電力拖動(dòng)與控制[M]. 北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社 ,2010.

[3]陳道南. 起重運(yùn)輸機(jī)械（第一版）[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社 ,2003.

[4]邱宣懷. 機(jī)械設(shè)計(jì)（第四版）[M]. 北京:高等教育出版社 ,2011.

[5]聞邦椿. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第六版）[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,2011.

[6]孫桓,陳作模,葛文杰. 機(jī)械原理（第七版）[M]. 北京:高等教育出版社 ,2012.

U491.71;TP273

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