基于PLC框架式立体车库模型系统设计

曾 元， 刘晓强， 郑智聪

（福建农林大学， 福建 福州 350000）

引言

随着我国经济的持续发展，城市规模逐渐扩大，城市交通拥堵和停车问题严重影响了城市的发展。最近十几年来，我国机动车增长速度平均在10%～15%[1-3]。但是我国城市机动车停车位暂时不能适应汽车保有量增长的需求，停车位数量和布局不能满足现实的需要，因此导致的城市交通问题日益严重[4-6]。面对这些题，立体车库凭借其突出的特点赢得了人们的青睐。其占地小，对空间使用率极高；运行稳定，存取时间短还减少了能源的消耗；依靠传感器来检测停车状态，通过智能化的人机界面来实现存取车操作，使操作者全过程掌握车辆存取的每一个动作[7-9]。本文以9车位框架式立体车库模型为例，设计了一套控制系统，实现了PLC对框架式升降横移立体车库的控制。

1 车库工作原理

框架式立体车库模型包含三层九个停车位，车库结构简图如图1所示。

框架式立体车库模型机械部分由整体框架、升降装置、横移装置、车辆搬运装置、传感器、梳齿式载车板六大部分组成。

整体框架主要以铝型材为主，立体车库的铝型材构架由横梁、纵梁、支撑柱、导轨等组成，由螺钉连接。升降装置通过控制电机正反转来实现车辆搬运装置的升降。横移装置通过控制电机正反转来实现车辆搬运装置的横移。车辆搬运装置通过控制电机正反转来控制梳齿式载车板前后移动，从而实现车辆存取。通过传感器检测实现车库的定位。梳齿式载车板用于承载车辆。

图1 车库结构简图

2 车库控制系统硬件设计

车库控制系统硬件设计流程如图2所示。

图2 硬件设计流程图

1）开关电源：给PLC、步进电机、步进电机驱动器、触摸屏及GPRSDTU等设备提供电源。

2）触摸屏：利用触摸屏技术，用户只需用手指轻轻触碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作。本论文中的触摸屏可控制升降装置、横移装置以及车辆搬运装置。同时也可实现一键存取车辆。

3）DELTA PLC：本论文中使用的DELTA PLC型号为DVP32ES2。通过编写程序控制PLC发出脉冲信号来实现车库的存取车功能。本系统的PLCI/O分配如下页表1所示。

4）步进电机和步进电机驱动器：步进电机驱动器收到PLC发出的脉冲信号进而控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。其中步进电机1、步进电机2、步进电机3分别控制车辆搬运装置左右移动、车辆搬运装置上下移动、控制梳齿式载车板前后移动。

表1 PLC I/O分配表

5）GPRS DTU：通过配置可远程连接 PLC、GPRS DTU、微信/APP/网页三者相关联，PLC传输数据至GPRS DTU，可以在手机上实时监测由PLC控制的设备运行状况。DTU参数如表2所示。

表2 GPRS DTU-02参数表

6）接近开关和传感器：主要包括一些接近开关，用来检测升降装置和横移装置所到达楼层及位置、车辆搬运装置的位置以及用来定位车辆位置。

3 车库控制系统软件设计

车库的软件设计包含以PLC为控制核心，触摸屏为人机交互界面的PLC程序和以GPRS DTU为物联网模块的手机组态软件设计。

3.1 PLC软件设计

现场PLC控制车库车子的停取，PLC程序包含主程序，停车和取车子程序。PLC主程序流程图如图3所示。

主程序的功能就是根据取车和停车需求调用停车和取车程序，设备启动时车辆搬运装置回原点，当没有任务指令时车辆搬运装置位于原点待命，有任务时执行相应的任务。停车子程序流程如图4所示。

停车程序由6个步骤组成：

第一步：PLC发送下降脉冲指令，车辆搬运装置下降到上下计数器为7时（该点为托盘最低点），车辆搬运装置停止下降，等待停车指令。当按下停车按钮时，PLC发送上升脉冲，此时接近开关1检测运行过程总的接触点，同时上下计数器减1，当上下计数器与纵向车号寄存器相等时停止脉冲发送并进入右移控制。

图3 主程序流程图

图4 停车流程图

第二步：PLC发送右脉冲，由接近开关2检测过程触点并且左右计数加1直至与横向车号寄存器相等。

第三步：PLC发送前进脉冲，当接近开关3状态为1时前进到位，关闭脉冲。

第四步：PLC再一次发送下降脉冲，接近开关1检测到位信号，同时上下计数器加,1，脉冲发送停止，完成车子的安放。

第五步：PLC发送退出指令，接近开关3检测到位信号，停止发送脉冲，设置车位标志，保存被占用车位，退出子程序返回原点。

第六步：PLC发送下降脉冲，接近开关1和上下计数器工作，当上下计数器为7时脉冲结束，并将车位标志清除，退出程序。

取车子程序流程图如下页图5所示。

图5 取车流程图

当系统接收到取车指令时，进入取车子程序，取车程序由六个步骤构成：

第一步：PLC发送下降脉冲，接近开关1检测过程触点，同时上下计数器计数加1，当上下计数器与纵向车位相等时，关闭脉冲进入右移程序。

第二步：PLC发送右脉冲，由接近开关2检测过程触点并且左右计数加1直至与横向车号寄存器相等。此时准备前进取车。

第三步：PLC发送前进脉冲，当接近开关3状态为1时前进到位，关闭脉冲。

第四步：PLC发送上升脉冲，接近开关1检测到位信号，同时上下计数器减1。

第五步：PLC发送退出脉冲，接近开关3状态为1时，退出到位，停止发送脉冲。

第六步：PLC发送下降脉冲，接近开关1和上下计数器工作，当上下计数器为7时脉冲结束。退出程序。

3.2 手机组态设计

手机远程控制端的组态设计是利用物联网平台进行的，本系统使用深圳市拓普瑞电子有限公司生产的物联网模块GPRSDTU-02进行无线通信。在程序设计上需要完成GPRS DTU-02通过通讯协议与平台连接。

第一步：创建设备，在物联网平台建立一个新设备。

第二步：创建连接，将之前设置的传感器名称与PLC的modbus地址相连，完成平台与PLC的对接。

在物联网平台页面上有一个设备信息如图6所示，将该信息填写在DTU配置软件上下载到DTU模块中，就可以建立DTU与平台的连接，可以在手机上看到其监控界面。手机监控界面如图7所示。

图6 设备信息

图7 手机监控界面

图8 触摸屏界面效果图

3.3 触摸屏设计

触摸屏使用台达DOPsoft软件设计界面，界面效果如图8所示。

1）当取车时，按下取车请求，输入取车号，立体车库完成取车动作，车辆搬运装置下降到位，最后按下确认按钮取车动作结束，车辆搬运装置归位。

2）当停车时，输入停车号，按下停车请求，使车辆搬运装置下降，确认按钮启动车库停车，立体车库完成停车动作后，车辆搬运装置归位。

3）手动功能是调试时使用到的，可以点动触摸屏上下左右前后按钮对车台进行调试。

4 结语

通过对3×3框架式升降横移式立体车库的控制系统进行设计，使整个系统设计具备模拟实现基本的自动存取车、组态画面实时监控等功能。在设计中，PLC控制和组态监控系统需要结合，以此来搭建整个立体车库的模拟运行过程。通过模拟仿真，完善了基本的功能，达到了预期目标。