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摘要：為解決老舊小區(qū)停車(chē)難的問(wèn)題，研發(fā)了雙層旋轉(zhuǎn)式8車(chē)位停車(chē)庫(kù)，提出了基于2臺(tái)PLC的控制系統(tǒng)解決方案，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的總體框架、硬軟件結(jié)構(gòu)及2臺(tái)PLC間通信程序，實(shí)現(xiàn)了存取車(chē)行為，并利用Labview完成了人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。試驗(yàn)表明：其存取時(shí)間短，操作方便、運(yùn)行安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：雙層旋轉(zhuǎn)式停車(chē)庫(kù)；PLC；Labview

引言

隨著轎車(chē)保有量越來(lái)越大，城市停車(chē)難也成為了一個(gè)亟待解決的社會(huì)問(wèn)題。目前已有的立體車(chē)庫(kù)種類(lèi)較多，但適用于空間小、不破壞老舊小區(qū)原有地貌的停車(chē)設(shè)備較少。本文運(yùn)用懸空架設(shè)和鏤空結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，研發(fā)出一種具有整體旋轉(zhuǎn)式框架結(jié)構(gòu)的雙層8車(chē)位停車(chē)庫(kù)[1]，其通過(guò)中間立柱架空地安裝在草坪上，可轉(zhuǎn)位的載車(chē)板可將轎車(chē)由道路直接轉(zhuǎn)至停車(chē)庫(kù)內(nèi)，車(chē)輛交接和轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，既方便停車(chē)，又不影響綠地植被生長(zhǎng)和居民采光，為空間狹小、無(wú)預(yù)留空地的老舊小區(qū)停車(chē)需求提供了有效、可行解決方案。

1旋轉(zhuǎn)式停車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)及工作原理

雙層旋轉(zhuǎn)式停車(chē)庫(kù)主要由載車(chē)板提升裝置、車(chē)位旋轉(zhuǎn)裝置組成。提升裝置能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛的升降、旋轉(zhuǎn)和交換功能，車(chē)位旋轉(zhuǎn)裝置用于存放車(chē)輛，并驅(qū)動(dòng)兩層停車(chē)位整體繞中間的立柱實(shí)現(xiàn)四分度旋轉(zhuǎn)，這兩套裝置相對(duì)獨(dú)立而又互相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的存取行為，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)的控制對(duì)象是車(chē)位旋轉(zhuǎn)電機(jī)4、升降電機(jī)6、回轉(zhuǎn)電機(jī)8以及各種輔助裝置、檢測(cè)元件等。存取車(chē)輛的控制要求是：載車(chē)板9在待機(jī)狀態(tài)時(shí)處于停車(chē)位一側(cè)的下方，當(dāng)要存放車(chē)輛時(shí)，回轉(zhuǎn)電機(jī)8驅(qū)動(dòng)載車(chē)板9正轉(zhuǎn)180°，升降電機(jī)6驅(qū)動(dòng)絲桿螺母副使載車(chē)板下降至地面，待車(chē)輛駛?cè)胼d車(chē)板9后，駕駛員下車(chē)選擇一空停車(chē)位；車(chē)位旋轉(zhuǎn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)停車(chē)架2旋轉(zhuǎn)，把待選停車(chē)位轉(zhuǎn)到提升裝置一側(cè)，同時(shí)載車(chē)板在提升電機(jī)6驅(qū)動(dòng)下上升到待選車(chē)位層上方一定距離（70mm左右，調(diào)試時(shí)通過(guò)傳感器確定），接著提升側(cè)回轉(zhuǎn)電機(jī)8驅(qū)動(dòng)載車(chē)板反轉(zhuǎn)180°，將載車(chē)板及車(chē)輛轉(zhuǎn)到待停車(chē)位上方后，升降電機(jī)6驅(qū)動(dòng)載車(chē)板下降到該停車(chē)位下方一定距離，通過(guò)梳齒結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛由載車(chē)板轉(zhuǎn)移到停車(chē)位上；載車(chē)板正轉(zhuǎn)90°，下降到下層停車(chē)位下方后復(fù)位，即完成存車(chē)過(guò)程。取車(chē)過(guò)程與存車(chē)過(guò)程類(lèi)似。

2停車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的硬件組成

雙層旋轉(zhuǎn)式停車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)如圖2所示，F(xiàn)X3U-32MR用來(lái)控制3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)載車(chē)板升降和旋轉(zhuǎn)、停車(chē)架的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)程序分析和運(yùn)算，輸出脈沖和方向信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)和方向。FX3U-32MT通過(guò)矩陣掃描程序檢測(cè)停車(chē)位的狀態(tài)并記錄下來(lái)，并把信息傳遞給FX3U-32MR。位置檢測(cè)傳感器由接近開(kāi)關(guān)和光電型開(kāi)關(guān)組成，用來(lái)檢測(cè)載車(chē)板和停車(chē)位交接的位置，以提高出入庫(kù)的精度和效率。觸摸屏用來(lái)顯示車(chē)庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)，操作人員可通過(guò)在觸摸屏上輸入相應(yīng)按鈕進(jìn)行存車(chē)和取車(chē)等操作。為實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)式停車(chē)庫(kù)的存取要求，對(duì)三菱FX3U-32MR的外部接線(xiàn)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。其輸入端為載車(chē)板上車(chē)輛位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)、人員安全位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)、載車(chē)板讓位檢測(cè)開(kāi)關(guān)、載車(chē)板初始水平位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)、載車(chē)板初始高度位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)、載車(chē)架旋轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)、停車(chē)位旋轉(zhuǎn)到位的檢測(cè)開(kāi)關(guān)、4個(gè)高度限位開(kāi)關(guān)等。輸出端為驅(qū)動(dòng)載車(chē)板正反轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)載車(chē)板升降的步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)停車(chē)架正反轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)等，并且設(shè)置3個(gè)指示燈來(lái)顯示停車(chē)庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)，PLC外部接線(xiàn)圖如圖3所示。

3停車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該停車(chē)庫(kù)操作界面選用的是TPC7062Ti新型觸摸屏，設(shè)置有自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)調(diào)試兩種控制模式。自動(dòng)運(yùn)行方式下可實(shí)現(xiàn)入庫(kù)和出庫(kù)行為，存取車(chē)按照時(shí)間最短的優(yōu)化控制策略[2]，根據(jù)組態(tài)和PLC矩陣掃描位置判斷待存取車(chē)位信息，執(zhí)行不同的控制程序，并通過(guò)聯(lián)鎖控制來(lái)保障入庫(kù)和出庫(kù)動(dòng)作的互鎖，以防發(fā)生故障。手動(dòng)調(diào)試方式下可對(duì)單臺(tái)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)各電機(jī)及傳感器工作是否正常，調(diào)整各傳感器的位置以保證車(chē)位旋轉(zhuǎn)架四分度、載車(chē)板升降與回轉(zhuǎn)的起停位置。

3.1入庫(kù)與出庫(kù)操作

車(chē)輛入庫(kù)時(shí)，用戶(hù)點(diǎn)擊觸摸屏存車(chē)按鈕，PLC檢測(cè)各傳感器的位置信號(hào)、掃描組態(tài)矩陣，如圖4所示。若車(chē)庫(kù)已滿(mǎn)，則組態(tài)界面顯示無(wú)空車(chē)位，存車(chē)入庫(kù)按鈕失能，以防止誤操作；若有空車(chē)位，則選擇一個(gè)空車(chē)位，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)載車(chē)板上車(chē)輛是否到達(dá)存車(chē)允許范圍以及用戶(hù)是否退到安全位置，若滿(mǎn)足條件，PLC將發(fā)出脈沖和方向信號(hào)，按照所編好的程序執(zhí)行相應(yīng)的入庫(kù)行為，把車(chē)輛存入到所選停車(chē)位上，然后載車(chē)板回原點(diǎn)，存車(chē)過(guò)程結(jié)束。出庫(kù)流程與入庫(kù)類(lèi)似，如圖5所示。

3.2通信程序

多PLC通信就是選擇一臺(tái)為主站，其余為從站，設(shè)定一塊區(qū)域用來(lái)存儲(chǔ)信息，這塊區(qū)域可以被主從站訪(fǎng)問(wèn)、修改。該控制系統(tǒng)使用兩臺(tái)PLC，設(shè)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(zhǎng)傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)，故利用RS485來(lái)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)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(yù)先設(shè)置好主站和從站，并進(jìn)行編號(hào)，設(shè)定監(jiān)視時(shí)間、通道選擇、發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的重試次數(shù)等基本參數(shù)，通信程序通過(guò)矩陣掃描程序獲取車(chē)位的狀態(tài)，將所獲取的數(shù)據(jù)放入到鏈接軟元件中，以便主機(jī)獲取車(chē)位的狀態(tài)[3]。

3.3存車(chē)程序

存車(chē)程序設(shè)計(jì)如圖7所示。以存入第2層C2空車(chē)位為例，載車(chē)板回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載車(chē)板反轉(zhuǎn)180°到達(dá)上車(chē)位置，車(chē)輛駛至載車(chē)板上，系統(tǒng)檢測(cè)到車(chē)輛駛?cè)胫付▍^(qū)域和人員退到安全位置后，同時(shí)觸發(fā)升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)載車(chē)板上升到2層上極限位置、車(chē)位旋轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)180°使空車(chē)位C2轉(zhuǎn)至車(chē)輛交換位置，以減少存車(chē)時(shí)間，待空車(chē)位C2到位時(shí)，再觸發(fā)載車(chē)板回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)載車(chē)板正轉(zhuǎn)180°，之后載車(chē)板下行至2層下極限位置，通過(guò)梳齒結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛由載車(chē)板轉(zhuǎn)移到空車(chē)位的交接。接著載車(chē)板反轉(zhuǎn)180°讓位，以避免載車(chē)板與停車(chē)位上的車(chē)輛發(fā)生碰撞，然后載車(chē)板先下降到1層下極限位置、再正轉(zhuǎn)返回到停車(chē)位下方，同時(shí)停車(chē)位也旋轉(zhuǎn)回到原位置，便于下次存取車(chē)輛。取車(chē)過(guò)程與存車(chē)過(guò)程類(lèi)似，只是取車(chē)時(shí)載車(chē)板先到對(duì)應(yīng)層的下極限位置，再上升到上極限位置，將車(chē)輛轉(zhuǎn)至載車(chē)板上出庫(kù)。

4人機(jī)界面設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)停車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)應(yīng)用Labview軟件進(jìn)行組態(tài)界面設(shè)計(jì)[4]，觸摸屏控制主界面的設(shè)置如圖8所示，控制系統(tǒng)上電初始化時(shí)，矩陣掃描程序可以檢測(cè)停車(chē)庫(kù)的狀態(tài)信息，操作狀態(tài)通過(guò)按鈕是否高亮來(lái)判斷。在自動(dòng)模式下，用戶(hù)在進(jìn)行身份驗(yàn)證通過(guò)后，直接點(diǎn)擊存取按鈕和對(duì)應(yīng)車(chē)位號(hào)來(lái)執(zhí)行存取操作，“確定”按鈕可觸發(fā)出庫(kù)或入庫(kù)行為，用戶(hù)誤操作時(shí)可點(diǎn)“取消”按鈕。當(dāng)調(diào)試或故障時(shí)可切換到手動(dòng)模式來(lái)進(jìn)行，該模式下每臺(tái)電機(jī)單獨(dú)控制，設(shè)有6個(gè)單步指令，分別控制載車(chē)板的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)、停車(chē)位的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，指示燈點(diǎn)亮說(shuō)明當(dāng)前正執(zhí)行相應(yīng)方向的運(yùn)動(dòng)，只有管理員身份才能夠使用此模式操作。

5結(jié)束語(yǔ)

該停車(chē)庫(kù)以雙PLC分工協(xié)作的方式，通過(guò)優(yōu)化存取車(chē)輛的路徑、載車(chē)板與停車(chē)架同步并行運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)，有效地簡(jiǎn)化了訪(fǎng)問(wèn)車(chē)庫(kù)的步驟，提高了存取車(chē)的效率。同時(shí)采用的寬體梳齒結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的轉(zhuǎn)移和交接，降低了對(duì)車(chē)輛交接時(shí)的位置精度和控制精度要求，從而減少了控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。采用通用通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)交互界面和用戶(hù)級(jí)控制接口，達(dá)到了智能停車(chē)庫(kù)的需求，能解決老舊小區(qū)停車(chē)難問(wèn)題。

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作者：劉軒松 張俊 李威爾明瑞軒 單位：湖北文理學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院