基于PLC智能立体车库控制系统设计

吴濛涛 胡志强 黄传辉 李鹏 朱晓乐 赵鹏 许晓强

【摘 要】作为“停车难“问题的主要解决方案之一，机械式立体车库与传统停车位相比较，具有存车量多、占地面积小的优点。本文在重点研究升降横移类立体车库的基础上，确定了本智能立体车库的机械结构和运行方式，本车库共分为三层，地下为负一层，地上两层。其运行方式是通过移动正一层的两位停车板，来提供可供正二层或负一层载车板上下移动的通道，实现了正二层或负一层载车板存取车的功能。同时，研究了控制系统内的算法，提高了车库运行的效率，改善了传统立体车库智能化不足的问题，减少了存取车所用的时间，提升了用户的存取车体验。

【关键词】智能立体车库;PLC;Easy Builder PRO;触摸屏

中图分类号： TP273 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）08-0038-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.015

【Abstract】As one of the main solutions to the problem of “difficult parking”， the Mechanical stereo garage has the advantages of large storage capacity and smaller floor space than traditional parking spaces. Based on the research on the lifting and traversing stereo garage， this paper determines the mechanical structure and operation mode of this intelligent stereo garage. The garage is divided into three floors， the underground part is the first floor， and the ground part is divided into two floors. The operation mode is to provide a channel for moving the board on the second floor or the negative layer by moving the two parking plates on the first floor to realize the function of accessing the car on the second floor or the negative layer. At the same time， the algorithm in the control system is studied， the efficiency of the garage operation is improved， the problem of the lack of intelligentization of the traditional stereo garage is improved， the time spent accessing the vehicle is reduced， and the users access vehicle experience is improved.

【Key words】Intelligent three-dimensional garage; PLC; Easy Builder PRO; Touch screen

0 引言

在經济高速发展的当下，更多的人们拥有私家车。私家车数量的急剧增长，带来“停车难”这一急需解决的问题，而传统停车位的容车数量是“一车一位”制，不能有效地解决“停车难”的问题[3]。与传统的停车位相比，机械式立体车库占地面积小、存车数量多，符合人们的车位使用需求。机械式立体停车库按其种类的不同，可以分成以下几大类：垂直升降式、升降横移式、简易升降类、巷道堆垛类、平面移动类等[1-8]。上述的多类立体车库有一些共同的优点，如：占地面积小、存车数量多，与传统停车位相比立体车库的空间利用率高、操作方便。在建设相同数量的8个停车位的前提下，传统停车位需要规划8个车位的面积，而采用立体车位的方法。仅仅只需规划3个车位的面积，节省的面积高达62.5%。一般来讲，立体车库的存车原理与传统停车方式类似，只需将车停入指定车位后，就可由立体车库的控制系统完成停车作业。

本文的立体车库研究方向是升降横移类立体车库。与国家标准制订的几类立体车库形式相比较，升降横移类立体车库具有使用方法简单易上手、便于后期维护、性能安全可靠等优点。车库的容量有大的选择空间，并可根据要求进行更改，触摸屏和可编程控制器组合安装形成人机交互界面，用户可以独立控制单个停车位，实现存车/取车的动作。选择车位布局为3-2-3的九位八车式升降横移类立体车库作为文章的重点研究对象，对其的控制系统进行研究分析。

1 智能立体车库工作原理

本智能立体车库属于九位八车式升降横移类立体车库，包括机械结构和控制系统两大部分。机械结构主要由以下4部分组成：

立体车库钢结构框架：立体车库钢结构框架细分为受力框架与支撑框架，受力框架主要承载的是满载的停车板和传动装置的剪切力、支撑框架的作用是辅助受力框架受力。

传动装置：传动装置是由三合一减速电机和卷绳筒一起组成，三合一减速电机的作用是输出动力到卷绳筒，使卷绳筒进行正转或者反转，将停车板上升或下降到指定位置。

停车板：停车板是由高强度的波浪钢板组成，它的作用是承载车辆，使车辆能够处在规定位置。

安全防护装置：安全防护装置的作用是为了有效的避免由于车库使用者的误操作或者车库的运行故障而造成的突发事故，通过快速触发来保证载车板不会突然下坠，造成损坏。

智能立体车库的运行原理：停车板的运行原理按照中国古代华容道解法运行，系统控制横移电机来移动地面层的停车板，改变地面层停车板的位置来形成一个可以通过一个停车板的横向距离进行上下移动的通道，然后将负一层的停车板或者正二层的停车板进行下放或者提升，实现用户指定车位的汽车存取。地面层的停车板仅进行平移，而上下两层的停车板则需要进行升降操作，最终完成汽车的存取任务。

本设计的智能立体车库车位布局如图1所示，停车板总数为8，具体布局形式位3-2-3，分别为正二层3个停车板、地面层2个停车板、负一层3个停车板。1、2号停车板做横移运动，其他停车板做升降运动。系统存取车过程举例说明：车主想将汽车停放在3号停车板;车主按触摸屏上对应3号停车板的按钮， 1、2号停车板右移， 3号停车板下放至地面层。当有车主想将汽车停放在8号停车板时;车主按动触摸屏上对应8号停车板的按钮后， 1、2号停车板右移，下放8号停车板，待车主按动对应下放按钮后，完成存车动作;在任何时候地面层都会保证有三个车位，防止出现人员踏空的安全事故。

立体车库的车位布局的初始状态如图 1所示，停车板的板号分别为1、2、3、4、5、6、7和8。此时，1、2号停车板已停放汽车，有车主想将汽车停放在4号停车板;车主按动触摸屏上对应4号停车板的按钮后，系统提升3号停车板至正二层，左移1号停车板到原先图示3号停车板位置并下放4号停车板至地面层，待车主按动对应存车按钮后，完成存车动作回归初始状态;当有车主想将汽车停放在8号停车板时，车主按动触摸屏上对应8号停车板的按钮后，系统提升3号停车板到正二层，左移1号停车板、2号停车板至原图示3号停车板、1号停车板位置，提升8号停车板至地面层，待车主按动对应存车按钮后，完成存车动作回归初始状态系。系统运行结束后会保证地面层有三个车位，防止出现人员踏空的安全事故。

2 立体车库控制系统设计

2.1 控制系统硬件设计

2.1.1 控制器选择

控制系统的控制器选择了无锡飞腾的3U40MR（程序兼容三菱FX3U40MR），该PLC共有24个输入口和16个输出口。编程软件使用的是GX Works2，编程语言采用的是STL。I/O口分配如表1所示。

2.1.2 触摸屏

触摸屏采用的是We nview TK6071 IP，编程软件采用的是Easy Builder PRO，触摸屏的作用是通过RS485接口与PLC进行通讯，用于控制停车板的运动。

2.1.3 继电器

继电器采用的是JQC3F-12VDC的继电器板，它的作用是对电机的电源进行控制，实现电机的正转/反转/停止。

2.1.4 电源

采用的直流电源变压器，它的作用是给电机和PLC以及继电器板进行供电。

2.2 控制系统软件设计

2.2.1 智能立体车库存取车PLC程序设计

智能立体车库PLC程序设计采用梯形图语言编写，通过处理和分析与PLC硬件I/O口点相连的继电器和限位磁性开关的信號，实现电动机启动、停止和正反转，进而实现车位停车板的垂直升降和左右横移实现车辆的存取。为方便调试设计手动和自动两种模式。主程序设计流程图如图2所示。

2.2.2 智能立体车库存取车界面设计

界面的编写原则是实现存取车功能的同时，界面清晰，用户操作简便，开发界面使用了Easy Builder PRO软件，经历了编辑，编译，模拟，下载四个过程，在模拟过程中遇到了很多问题，例如电脑端的界面在触摸屏中显示不完整，多次查询触摸屏说明手册，发现制作界面超过了触摸屏的允许尺寸，解决各问题后，最终完成界面如图3所示。

为了使存取车更加方便快捷，使用了TK6071 IP型号的触摸屏，基于触摸屏开发了车位存取的可视化界面。首先用户在存取车界面选取对应的车位，触摸屏接收用户指令，通过RS485串口通讯方式连接PLC，根据用户界面设置的地址操作PLC的对应输出口，PLC输出口最后再控制对应电机运动，实现了对车位的智能控制。

3 结束语

随着我国国民汽车保有量的数量不断增长，建设传统停车位对于解决“停车难”问题来说没有质的改变，相较于立体车库，它无法在空间上提升停车位。传统的立体车库，普遍智能化程度不高，用户操作不便，而应用PLC的智能立体车库使得操作更加便捷。基于此，对PLC的控制系统进行了深入的研究。从立体车库的机械结构和控制系统这两个角度进行出发，来设计了具有智能控制系统的立体车库，结果表明，该系统存取车效率高，具有广泛的应用前景。

【参考文献】

[1]吕栋腾.一种垂直升降立体车库的研究[J].锻压装备与制造技术，2016（6）：44-47.

[2]梁和清，吕阳，王昊诚，王瑞，邱正波.PLC与变频器RS-485串行通讯控制[J].锻压装备与制造技术，2018（5）：39-42.

[3]梁睦，李铬，程军红，李坤.多层升降横移式立体车库结构设计方案分析[J].中原工学院学报，2014（1）：6-10.

[4]丁丽娜，何南，崔新忠，冯海洋.基于PLC的立体车库的设计 [J].科技信息，2011（28）：118-120.

[5]刘三帅，张蕾.基于PLC的立体车库及监控系统设计[J].自动化技术与应用，2018（7）：76-78.

[6]张永伟，丁颂，孙立巍，尚青鹏，夏雨时.升降横移式立体车库设计[J/OL].机械工程与自动化，2019（01）：107-108+110.

[8]朱文超.升降横移式立体车库控制系统的研制[D].西南交通大学，2018.

[9]赵耀伟.升降横移式立体停车设备的结构分析研究[D].长安大学，2018.

[10]李国银.多层升降横移式智能立体车库控制系统的研究与设计[D].安徽工业大学，2018.