基于PLC的簡(jiǎn)易停車場(chǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳壽坤，鄭清蘭

（閩南理工學(xué)院實(shí)踐教學(xué)中心，福建石獅362700）

“開(kāi)車容易停車難”已成為各場(chǎng)所及居住小區(qū)較為突出的問(wèn)題.對(duì)中小城市各種場(chǎng)所及小區(qū)停車場(chǎng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)早期的停車場(chǎng)都是平面建設(shè)，占地面積較大，能容納車的數(shù)量較少，導(dǎo)致目前大部分停車場(chǎng)車位都不夠用，造成了路邊隨意停車等現(xiàn)象，既占用了人們出行的通道又給生活帶來(lái)一定的困擾.我國(guó)當(dāng)前使用的智能車庫(kù)存在存取麻煩、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題.從國(guó)外進(jìn)口的產(chǎn)品價(jià)格貴，使用者交的費(fèi)用較多，不被市場(chǎng)看好.設(shè)計(jì)立體的并適合我國(guó)大眾能接受的停車場(chǎng)成為當(dāng)前的緊要任務(wù).建立立體、智能的停車場(chǎng)是解決當(dāng)前問(wèn)題的根本.本文設(shè)計(jì)的智能立體停車場(chǎng)，集電學(xué)、光學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)為一體，并采用PLC為核心控制，實(shí)現(xiàn)了停車場(chǎng)從地面向空中發(fā)展，使得停車場(chǎng)的占地面積減小，停車場(chǎng)的容量變大.采用PLC實(shí)現(xiàn)較為可靠，且體積小，維護(hù)方便，可擴(kuò)展的空間大［1］.

1 立體停車場(chǎng)結(jié)構(gòu)及原理

立體停車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，整個(gè)結(jié)構(gòu)主要是地上3層，每層2行3列共14個(gè)車輛存放位.整個(gè)裝置主要有框架、載車板、移動(dòng)裝置、檢測(cè)及報(bào)警裝置等組成.

圖1 立體停車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

框架設(shè)計(jì)采用鋼結(jié)構(gòu)，由鋼鑄成各種不同的形狀，包括外部支撐柱、橫梁、豎梁等.通過(guò)不同的螺栓組裝面成.

移動(dòng)系統(tǒng)主要通過(guò)不同的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)載車板的上升下降、左右移、前后移運(yùn)動(dòng).其中上升和下降由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)則載車板上升，反轉(zhuǎn)則下降；左右移動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制；前后移動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)分別控制［2］.

檢測(cè)系統(tǒng)部分由各類傳感器、光電開(kāi)關(guān)及接近開(kāi)關(guān)等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)車輛到位情況的檢測(cè).車輛停放位置的檢測(cè)由接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制，并將其安裝在載車板的左邊和右邊.光電開(kāi)關(guān)用來(lái)顯示相應(yīng)車位上是否有車，當(dāng)要存車時(shí)按下要存的車位號(hào)碼按鈕，若該車位已有車停放，則系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示.各層車位布置圖見(jiàn)圖2.

圖2 各層車位布置

1.1 停車場(chǎng)底層運(yùn)行原理

停車場(chǎng)底層分布見(jiàn)圖2（a），采用2行3列設(shè)計(jì)，其中中間一列為非停車區(qū)，用來(lái)給載車板左、右移動(dòng)提供空間，4個(gè)有效車位上都有一個(gè)用來(lái)停放車輛的載車板.

底層車輛的停放過(guò)程，1號(hào)和3號(hào)無(wú)需移動(dòng)載車板，可直接進(jìn)行車輛停放；若要在4號(hào)位置進(jìn)行停車或取車操作時(shí)，必須先將1號(hào)的載車板移開(kāi)，移到2號(hào)的空位處，再將4號(hào)的載車板前移到1號(hào)位置即可進(jìn)行停車或取車；6號(hào)位置的停、取與4號(hào)位置相同.

1.2 停車場(chǎng)中間層運(yùn)行原理

停車場(chǎng)中間層車位布置見(jiàn)圖2（b），共有4個(gè)有效停車位，中間一列為空，用來(lái)供載車板的左、右移動(dòng)和頂層車板的上、下移動(dòng).

中間層車輛停放過(guò)程，當(dāng)要把車停放在7號(hào)車位時(shí)，應(yīng)將底層的1號(hào)位置先空出來(lái)，7號(hào)的載車板下降至1號(hào)的位置，就可進(jìn)行停、取車.完成后，將7號(hào)載車板上升到原位置，1號(hào)載車板復(fù)位.當(dāng)要把車停入在10號(hào)車位時(shí)，應(yīng)將1號(hào)和4號(hào)載車板空出，將10號(hào)載車板下降到4號(hào)的空位處，然后前移到1號(hào)的位置，即可進(jìn)行停、取車.完成后將所有載車板復(fù)位.其中9號(hào)車位的運(yùn)動(dòng)情況與7號(hào)類似，12號(hào)與10號(hào)類似［3］.

1.3 停車場(chǎng)頂層運(yùn)行原理

停車場(chǎng)頂層車位布置圖見(jiàn)圖2（c），該層共有6個(gè)有效車位，中間無(wú)空位，該層載車板只進(jìn)行上、下運(yùn)動(dòng)和前、后運(yùn)動(dòng).

頂層車輛停放過(guò)程，當(dāng)要用13號(hào)時(shí)，先將7和1號(hào)載車板移開(kāi)，再將13號(hào)的載車板下降到1號(hào)的位置，就可進(jìn)行停、取車操作，完成后再將13號(hào)載車板復(fù)位即可，7和1號(hào)載車板復(fù)位.當(dāng)要用16號(hào)時(shí)，首先將10號(hào)和4號(hào)載車板先右移到空位，再將16號(hào)載車板下放置10號(hào)處，然后前進(jìn)到1號(hào)的位置，就可進(jìn)行停、取車.完成后將所有載車板復(fù)位.14號(hào)和17號(hào)車位停、取車較簡(jiǎn)單，只需將載車板下降到底層即可.其中18號(hào)車位的運(yùn)動(dòng)情況與16號(hào)類似，15號(hào)與13號(hào)類似.

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)采用三菱FX2N-128MT的PLC.系統(tǒng)總體硬件電路見(jiàn)圖3，包括檢測(cè)部分、控制部分.其中檢測(cè)部分主要是由各類傳感器、接近開(kāi)關(guān)及控制按鈕等組成，控制部分主要包括由各種控制電動(dòng)機(jī)電路，報(bào)警電路和顯示電路等.當(dāng)用戶要存、取車時(shí)，首先是按下啟動(dòng)按鈕，相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)送入PLC中，由PLC分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，并將信號(hào)送給電機(jī)控制電路等機(jī)構(gòu)，進(jìn)而完成載車板的各種運(yùn)動(dòng)，完成存、取車的過(guò)程.

2.1 PLC輸入/輸出模塊

圖3 系統(tǒng)總體控制

PLC的輸入模塊負(fù)責(zé)將接收到的輸入信號(hào)（即檢測(cè)信號(hào)等）送到PLC編程器中.本設(shè)計(jì)的輸入設(shè)備有控制按鈕，各種傳感器等.共需要35個(gè)輸入信號(hào)，48個(gè)輸出信號(hào)（見(jiàn)圖4）.

輸出模塊的作用是將PLC分析后的信號(hào)送給各執(zhí)行負(fù)載，從而控制各功能電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作，系統(tǒng)的顯示等.輸出模塊主要由交流接觸器、時(shí)間繼電器、數(shù)碼管等組成.

2.2 系統(tǒng)電氣控制原理

電氣控制原理部分有主電路、控制電路.主電路主要是停車庫(kù)中每個(gè)車位的主控電氣部分，包括移動(dòng)載車板的電動(dòng)機(jī)，接觸器的主觸點(diǎn)等.控制電路的作用是實(shí)現(xiàn)主電路中各電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制的接線裝置.

整個(gè)裝置共需8臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制載車板左右移動(dòng)，7臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制前后移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，10臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制上下移動(dòng).為保證線路安全，在電路中設(shè)有短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，用兩個(gè)交流接觸器分別控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn).2.2.1底層控制系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，底層共有4個(gè)車位，1號(hào)和3號(hào)位可直接停、取車.4和6號(hào)車位載車板運(yùn)動(dòng)原理相似，下面以4號(hào)車位分析底層載車板的運(yùn)行，示意圖見(jiàn)圖5（a）.

圖4 輸入、輸出信號(hào)框圖

圖5 4號(hào)載車板運(yùn)行示意圖、控制原理圖

4號(hào)車位用3臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)控制載車板在不同方向的運(yùn)動(dòng)，共有交流接觸器6個(gè)，其中KM1、KM2控制1號(hào)載車板的左右移動(dòng)機(jī)，KM5、KM6控制4號(hào)載車板的左右移電動(dòng)機(jī)，KM7、KM8控制4號(hào)載車板的前后移電動(dòng)機(jī).采用4個(gè)傳感器檢測(cè)載車板到位情況.靜態(tài)時(shí)，4號(hào)載車板處于SQ3的位置.若要在4號(hào)車位停、取車，則要擋在4號(hào)前面的1號(hào)載車板移到右邊，使4號(hào)能前移到1號(hào)的位置內(nèi)進(jìn)行停、取車，等處理完成后復(fù)位.

圖5（b）為4號(hào)載車板的控制原理圖，當(dāng)KA1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合.按下4號(hào)車位的按鈕SB4，KA3線圈得電，KA32常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)合接通.KM2線圈得電并自鎖，1號(hào)車位載車板右移的電機(jī)反轉(zhuǎn).將載車板移到空位處，SQ2動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM2線圈斷電，載車板停止右移.同時(shí)SQ2動(dòng)合觸點(diǎn)接通常，KM7線圈接通電源，4號(hào)載車板前進(jìn)至1號(hào)車位終點(diǎn)時(shí)，傳感器SQ1動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM7線圈斷電，載車板停止前進(jìn)，進(jìn)行停、取車.

當(dāng)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)SB2時(shí)，KA2線圈得電，KA2常開(kāi)觸點(diǎn)接通；再按下4號(hào)車位的開(kāi)關(guān)SB4，KA3線圈得電，KA3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM8線圈得電并自鎖，傳感器SQ3常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM8線圈失電停止后退，4號(hào)載車板復(fù)位.同時(shí)SQ3的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM1線圈得電，1號(hào)左右移電機(jī)正轉(zhuǎn)使載車板左移，左移至終點(diǎn)時(shí)，SQ1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM1線圈失電，載車板停止左移.

2.2.2 中間層控制系統(tǒng)

中間層共有4個(gè)停車位，其中7、10號(hào)與9、12號(hào)車位的載車板動(dòng)行過(guò)程相似，下面以10號(hào)車位的載車板運(yùn)行為例說(shuō)明其控制電路工作原理.運(yùn)行示意圖見(jiàn)圖6（a）.

圖6 10號(hào)載車板運(yùn)行示意圖、控制原理

10號(hào)載車板運(yùn)動(dòng)過(guò)程共需要3臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)，分別用于控制載車板上、下移動(dòng)，左、右移動(dòng)和前、后移動(dòng).8個(gè)交流接觸器和4個(gè)傳感器，控制系統(tǒng)電路見(jiàn)圖6（b）.

10號(hào)車位停取車其工作原理為：當(dāng)KA1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合.按下10號(hào)車位的按鈕SB10，KA3線圈得電，中間繼電器KA3動(dòng)合觸點(diǎn)接通.KM2線圈得電并自鎖，控制1號(hào)車位載車板運(yùn)行的電機(jī)反轉(zhuǎn).當(dāng)1號(hào)車位載車板向右移到空位處，傳感器SQ2動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM2線圈斷電，1號(hào)載車板停止右移.同時(shí)SQ2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM24線圈接通電源，控制10號(hào)載車板上下移動(dòng)的電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)載車板下降至底層位置時(shí)，傳感器SQ5常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM24線圈失電，載車板停止下移.此時(shí)傳感器SQ5動(dòng)合觸點(diǎn)接通，KM25線圈得電，10號(hào)拖動(dòng)載前后移動(dòng)的電去動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)移至1號(hào)車位時(shí)，傳感器SQ1動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，停止前移，并進(jìn)行停取車.

當(dāng)按下復(fù)位開(kāi)關(guān)SB8時(shí)，KA4線圈斷電致使KA4動(dòng)合觸點(diǎn)接通.再按下10號(hào)車位的開(kāi)關(guān)SB10，KA8線圈通電，致使KA8動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，KM26線圈得電源并自鎖，10號(hào)車位前后移電機(jī)反轉(zhuǎn)，10號(hào)載車板后退，退至終點(diǎn)位置時(shí)傳感器SQ3常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM26線圈失電停止后退.同時(shí)傳感器SQ5的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM23線圈得電并自鎖，10號(hào)載車板上升并復(fù)位.同時(shí)SQ3的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM1線圈得電，1號(hào)左右移電機(jī)正轉(zhuǎn)使載車板左移，左移至終點(diǎn)時(shí)，SQ1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM1線圈失電，載車板停止左移.

2.2.3 頂層控制系統(tǒng)

頂層共有6個(gè)停車位，其中9、12號(hào)和11、14號(hào)載車板運(yùn)動(dòng)相似，而10、13號(hào)車位只需下移到底層的空位就可進(jìn)行停、取車操作.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件包括兩部分：一是用于監(jiān)控整個(gè)停車場(chǎng)的上位機(jī)界面，二是用于編程的PLC可編程控制器.采用梯形圖編程方式，包括主程序和各個(gè)子程序.由于程序較大，輸入輸出單元多，筆者只列出了一小部分初始化程序，梯形圖中的Y0-Y4為交流接觸器KM1-KM5在PLC程序中的輸出線圈.部分調(diào)用子程序見(jiàn)圖7（10號(hào)載車板的PLC程序）.

圖7 初始化程序及調(diào)用子程序

在軟件編程中，根據(jù)前面詳述的停、取車過(guò)程，最重要是要考慮在停、取中過(guò)程中各個(gè)部件間動(dòng)作的先后順序及協(xié)調(diào)過(guò)程.這里主要在程序中的延時(shí)子程序中體現(xiàn)出來(lái).在編寫梯形圖中，事先定義各個(gè)繼電器、傳感器等輸入、輸出的功能及編號(hào)，接著選各子程序模塊完成相應(yīng)功能的控制過(guò)程.

4 結(jié)論

停車難問(wèn)題已成為城市道路擁堵的主要難題，如何更好的解決這一問(wèn)題已成為當(dāng)前城市規(guī)劃的主要內(nèi)容.立體車庫(kù)的使用在國(guó)外已是普遍現(xiàn)象，在國(guó)內(nèi)也越來(lái)越受到人們的青睞.本設(shè)計(jì)智能停車場(chǎng)的主控端采用三菱FX2N可編程控制器，實(shí)現(xiàn)立體停車庫(kù)的智能管理，方便的實(shí)現(xiàn)了停、取車的操作.提高了停車場(chǎng)的管理效率.在不同的停車場(chǎng)管理中具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值，對(duì)國(guó)家提倡的土地資源節(jié)約方面具有很好的推廣作用.

［1］魯武林.基于PLC的自動(dòng)化立體停車庫(kù)控制設(shè)計(jì)[D].南昌:南昌大學(xué)，2017.

［2］閆永志，包辛杰，任雪鴻.基于S7-300PLC的智能立體車庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2016，22（10）:61-63.

［3］屈原.立體車庫(kù)的電氣安裝智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，9（13）:151.

［4］衡蜓.基于PLC的智能立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2016，22（2）:29-30.

［5］彭興會(huì)，李明輝.基于PLC的地下智能立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代國(guó)企研究，2015，5（14）:204，206.

［6］周世強(qiáng)，邢長(zhǎng)達(dá).基于 PLC 的智能車庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2014，4（27）:120-121.

［7］李紅萍，李藝?guó)?，賈秀杰，等.基于PPI網(wǎng)絡(luò)的地下停車場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2014，20（1）:40-41，44.

［8］陳良順.基于PLC的地下智能立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，7（1）:92-98.

［9］劉冠辰，王柏誼.貨運(yùn)智能停車場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物流技術(shù)，2017，5（2）:75-77，113.

［10］丁銳.智能停車場(chǎng)車位檢測(cè)和車牌識(shí)別系統(tǒng)的研究[D].武漢:武漢工程大學(xué)，2016.