基于三菱FX3U的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳元招　張潔平

摘 要：以四層三區(qū)的立體車庫模型為例，先介紹該控制系統(tǒng)的組成及控制要求，闡述汽車自動出入庫的過程，根據(jù)控制要求分配PLC的I/O口和硬件接線，并設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的出入庫流程及部分主要程序，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行，該立體車庫模型控制系統(tǒng)具有安全穩(wěn)定、方便快速等優(yōu)點(diǎn)，為城市新建和改造立體車庫提供解決方案。

關(guān)鍵詞：立體車庫；PLC；觸摸屏；入庫；出庫

中圖分類號：C933.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-7394（2017）06-0047-07

隨著城鎮(zhèn)化步伐的加快，以及人們生活水平的提高，城市人口不斷集中，家庭汽車數(shù)量日益增多，市區(qū)停車已經(jīng)成為當(dāng)今社會的難題，特別在老城區(qū)中心地帶，地下車庫相對較少，原有布局的單層平面停車場已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足停車的需求。為此，必須對原平面停車場進(jìn)行改造或者新建自動化控制的升降橫移式立體車庫。立體車庫集機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動化控制及傳感器檢測技術(shù)等于一體，采用多層多區(qū)結(jié)構(gòu)存放，具有構(gòu)架簡單、投資少、面積利用率高、操作方便、停車速度快、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，立體車庫逐漸成為今后城市停車的主導(dǎo)工程項(xiàng)目[1，2]。三菱FX3U跟以往的可編程控制器相比，具有運(yùn)算速率更快，可使用通訊口更多，可控制X、Y、Z三軸，擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)多等特點(diǎn)，非常適用于立體車庫的控制。本文從自動化控制的角度出發(fā)，研究基于三菱FX3U的立體車庫模型的控制系統(tǒng)，包括對軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速停放車和取車的功能。

1 立體車庫模型控制系統(tǒng)概述

如圖1，以四層三區(qū)十二車位的立體車庫模型為例，立體車庫包含機(jī)械傳動部分、檢測保護(hù)部分和控制部分。機(jī)械傳動部分主要包括載車板、插桿、升降臺、車位架、升降的步進(jìn)電機(jī)、橫移的直流電機(jī)等部件；檢測保護(hù)部分主要由U型光電開關(guān)傳感器（用于判斷X、Y軸以及Z軸的位置和保護(hù)）、金屬接近開關(guān)、微動開關(guān)等構(gòu)成；控制部分主要由觸摸屏、PLC、伺服驅(qū)動器、繼電器等組成。

控制系統(tǒng)框圖如圖2所示，立體車庫的最終控制對象是載車板，由三菱FX3U-32MR控制兩臺步進(jìn)電機(jī)和一臺直流電機(jī)，兩臺步進(jìn)電機(jī)分別控制X軸左右移動和Y軸上下移動，直流電機(jī)控制Z軸前后移動，形成載車板立體三維的位置變換。單個車位內(nèi)汽車的取放操作，由裝在Z軸上直流電機(jī)與Y軸步進(jìn)電機(jī)配合完成，取放車時控制載車板的插桿伸出與縮回；三菱FX3U-32MT與串聯(lián)的微動開關(guān)一起配合可對立體車庫的車位進(jìn)行矩陣掃描，判斷車位狀況并確定存取車位置。因此，操作人員只要在觸摸屏上輸入操作指令，經(jīng)過程序判斷和運(yùn)算，輸出脈沖和方向信號控制步進(jìn)電機(jī)與直流電機(jī)，控制載車板的插桿前后移動，就能自動實(shí)現(xiàn)汽車的入庫和出庫操作。

2 I/O口分配和硬件接線

2.1 I/O口分配

三菱FX3U 32MR控制立體車庫的汽車取放操作，通過操作過程涉及的功能需求，對三菱FX3U 32MR的I/O口進(jìn)行分配，具體內(nèi)容如表1。

2.2 硬件接線

立體車庫控制系統(tǒng)包含兩臺三菱PLC，其中FX3U 32MR控制汽車的出入庫，硬件接線如圖3所示； FX3U 32MT實(shí)現(xiàn)對立體車庫的矩陣狀態(tài)進(jìn)行掃描，其PLC硬件接線如圖4所示。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 控制要求

立體車庫模型可在觸摸屏的組態(tài)界面上選擇手動調(diào)試和自動運(yùn)行模式兩種控制方式[3]，進(jìn)入自動運(yùn)行模式可選擇入庫和出庫操作，系統(tǒng)在入庫運(yùn)行狀態(tài)是無法進(jìn)入出庫運(yùn)行狀態(tài)，出庫狀態(tài)時也無法進(jìn)入入庫狀態(tài)，通過聯(lián)鎖控制保障安全，防止故障發(fā)生。當(dāng)選擇自動運(yùn)行模式時，控制系統(tǒng)將進(jìn)入正常的使用狀態(tài)，即根據(jù)組態(tài)和PLC矩陣掃描位置判斷車輛入庫的位置或需出庫的車輛進(jìn)行操作[4]。當(dāng)選擇手動調(diào)試模式時，可選擇單臺電機(jī)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，檢測各臺電機(jī)及線路是否正常工作，也可以判斷各個傳感器是否有損壞或位置檢測不到等情況。同時在自動運(yùn)行模式出現(xiàn)異常時，可切換到手動調(diào)試，實(shí)現(xiàn)車的手動入庫和出庫操作。

3.2 入庫操作

當(dāng)控制系統(tǒng)通電后，PLC對組態(tài)及各個單元進(jìn)行通信檢測判斷，確定通信正常后，X軸、Y軸及Z軸是回到各自原點(diǎn)，若立體車庫中有空位時，可以進(jìn)行入庫操作，入庫操作流程如圖5所示。當(dāng)立體車庫中沒有空位時，系統(tǒng)顯示車庫已滿，入庫按鈕失效，無法完成入庫操作。立體車庫中還有空位時，在組態(tài)界面點(diǎn)擊入庫按鈕，系統(tǒng)首先開始判斷進(jìn)出口位置是否有車，若有車，載車板靠近進(jìn)出口進(jìn)行取車；當(dāng)載車板上檢測有車且Z軸收回原點(diǎn)時，在組態(tài)選擇一個空位，行列位置由U型光電開關(guān)傳感器與系統(tǒng)配合進(jìn)行位置判斷，PLC發(fā)出脈沖和方向信號使X、Y軸電機(jī)轉(zhuǎn)動，載車板把車移動到選擇的位置進(jìn)行停放，車停放好后矩陣掃描將掃描到該位置有車，且組態(tài)在相應(yīng)的位置顯示該位置有車。入庫操作結(jié)束后，所有電機(jī)回各自原點(diǎn)，Z軸優(yōu)先回原點(diǎn)，然后X軸和Y軸再回原點(diǎn)，保證控制系統(tǒng)的安全性。

3.3 出庫操作

當(dāng)立體車庫要進(jìn)行取車操作時，系統(tǒng)矩陣掃描將檢測各個位置庫里是否有車，并在組態(tài)界面顯示。如果該位置界面顯示有車，載車板上和進(jìn)出庫位置判斷無車時，出庫操作系統(tǒng)正常工作，在組態(tài)界面中選定各位置的車，進(jìn)行出庫操作，出庫操作流程圖如圖6所示。當(dāng)在組態(tài)界面選定某個位置的車后，先判斷X軸、Y軸及Z軸是否在原點(diǎn)位置，如果不在原點(diǎn)位置，要進(jìn)行回原點(diǎn)矯正；然后判斷載車板上是否有車，如果載車板上無車，再判斷進(jìn)出庫位置是否有車，若確定無車，則X軸、Y軸移動到組態(tài)界面選定需要取車的位置后進(jìn)行取車送至進(jìn)出庫位置，出庫操作結(jié)束后，X軸、Y軸及Z軸回各自原點(diǎn)，并且車取出后系統(tǒng)的矩陣掃描將掃描不到該位置有車，則組態(tài)界面顯示該位置庫無車。如果載車板上有車或進(jìn)出庫位置有車時，系統(tǒng)停止工作且將在組態(tài)界面上發(fā)出警告；如果在取車操作過程中，進(jìn)出車位置突然檢測到有雜物或人時，系統(tǒng)將進(jìn)入急停狀態(tài)即所有動作全部停止，以免造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。

3.4 操作注意事項(xiàng)

3.4.1 回原點(diǎn)

為了防止載車板碰到出庫架構(gòu)，導(dǎo)致?lián)p壞，必須規(guī)定X軸、Y軸及Z軸回原點(diǎn)的順序，即Z軸優(yōu)先回原點(diǎn)，然后X軸和Y軸才能回原點(diǎn)。回原點(diǎn)可以矯正X軸、Y軸的行與列的位置，立體車庫模型控制系統(tǒng)需以原點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行控制，行與列的位置是利用傳感器檢測左移和右移進(jìn)行判斷。比如X軸電機(jī)正轉(zhuǎn)向左移動，底部的U型光電開關(guān)傳感器檢測到兩個列的光尺缺口，則向左位移兩列；若X軸電機(jī)反轉(zhuǎn)則控制系統(tǒng)向右位移兩列。

3.4.2 取車

載車板的取車與放車是由Z軸與Y軸配合完成，假設(shè)載車板到了選定的位置進(jìn)行取車時，

Z軸直流電機(jī)先正轉(zhuǎn)，此時載車板的插桿伸出進(jìn)入車底部，再由Y軸步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)四圈，向上移動將車抬起后，Z軸回原點(diǎn)，然后載車板再把車送至進(jìn)出庫位置。

3.4.3 放車

放車與取車操作為相反過程，當(dāng)X軸、Y軸到選定的空位置庫時，Y軸電機(jī)先正轉(zhuǎn)四圈，向上抬高，此時車比該位置庫的位置高一些，然后Z軸直流電機(jī)正轉(zhuǎn)將載車板的插桿伸出，到達(dá)位置后，Y軸電機(jī)再反轉(zhuǎn)八圈，向下移動，此時車已經(jīng)放入選定的位置庫，最后Z軸回原點(diǎn)，進(jìn)入下一步操作。

3.5 PLC主要程序

主、從站通信PLC程序如圖7所示，通過RS485實(shí)現(xiàn)立體車庫控制系統(tǒng)的兩臺PLC通信連接， 其中FX3U 32MR設(shè)為主站，而FX3U 32MT設(shè)為從站，他們之間的通信傳輸設(shè)置和信號傳送通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)。對于立體車庫的入庫和出庫操作，主要對這車庫的12個位置進(jìn)行判斷，入庫操作的位置判斷如圖8所示。

4 組態(tài)界面設(shè)計(jì)

立體車庫模型控制系統(tǒng)的觸摸屏選用TPC7062Ti， 作為人機(jī)交互界面，主要完成車的入庫和出庫操作以及實(shí)時監(jiān)視立體車庫的停放情況。在MCGS設(shè)備窗口中首先添加一個通用串口父設(shè)備0，在父設(shè)備下面創(chuàng)建一個設(shè)備0（三菱FX系列編程口），設(shè)置子設(shè)備PLC的屬性，進(jìn)行通道連接操作，將相應(yīng)通道與MCGS實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的變量相連，對PLC的輸入輸出地址進(jìn)行讀寫，實(shí)現(xiàn)外部信號輸入和控制PLC輸出。比如當(dāng)車入庫操作時，A11（第1層第1區(qū)），當(dāng)表達(dá)式（m022=1）為非零時，對應(yīng)圖符可見，顯示“有”；當(dāng)車出庫操作時，A11（第1層第1區(qū)），當(dāng)表達(dá)式（m022=1and m111=0）為非零時，按鈕可見，顯示“取”，同時該顯示框的操作屬性，數(shù)據(jù)對象值操作設(shè)為按1松0的m131，點(diǎn)擊該按鈕，可進(jìn)行出庫操作。在立體車庫模型中一共有12個位置，按A11-A12-A13-A21-A22…A42-A43的順序加1進(jìn)行設(shè)置。MCGS組態(tài)界面設(shè)置，如圖9所示

5 結(jié)語

立體車庫模型采用三菱FX3U系列PLC與昆侖通態(tài)觸摸屏為主體的控制系統(tǒng)，整體工作效率高，運(yùn)行性能安全可靠，控制過程實(shí)現(xiàn)自動化和可視化，減少了操作人員的工作量。實(shí)際停車場立體車庫依此設(shè)計(jì)，可很好的解決城市“停車難”和“停取車速度慢”的問題。

參考文獻(xiàn)：

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Design of the Control System in Cubic Garage Based on Mitsubishi FX3U

CHEN Yuan-zhao， ZHANG Jie-ping

（Department of Minxi VElectrical Engineering， Longyan 364021， China）

Abstract： Take the four floor and three area cubic garage model as an example， the paper introduced the composition and requirements of the control system， described the process of automobiles storage and delivery， according to the requirements distribute I/O port and hardware connection of PLC， and designed the process of the storage and departure， some other main procedures of the control system. This control system has the advantages of safety， stability， convenience and rapidness after testing. Solutions for the city's newly build and reformed cubic garage have been provided.

key words： cubic garage； PLC； touch screen； storage； departure

責(zé)任編輯 祁秀春