吳濛濤 胡志強 黃傳輝 李鵬 朱曉樂 趙鵬 許曉強

【摘 要】作為“停車難“問題的主要解決方案之一，機械式立體車庫與傳統(tǒng)停車位相比較，具有存車量多、占地面積小的優(yōu)點。本文在重點研究升降橫移類立體車庫的基礎(chǔ)上，確定了本智能立體車庫的機械結(jié)構(gòu)和運行方式，本車庫共分為三層，地下為負(fù)一層，地上兩層。其運行方式是通過移動正一層的兩位停車板，來提供可供正二層或負(fù)一層載車板上下移動的通道，實現(xiàn)了正二層或負(fù)一層載車板存取車的功能。同時，研究了控制系統(tǒng)內(nèi)的算法，提高了車庫運行的效率，改善了傳統(tǒng)立體車庫智能化不足的問題，減少了存取車所用的時間，提升了用戶的存取車體驗。

【關(guān)鍵詞】智能立體車庫;PLC;Easy Builder PRO;觸摸屏

中圖分類號： TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 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(jīng)濟高速發(fā)展的當(dāng)下，更多的人們擁有私家車。私家車數(shù)量的急劇增長，帶來“停車難”這一急需解決的問題，而傳統(tǒng)停車位的容車數(shù)量是“一車一位”制，不能有效地解決“停車難”的問題[3]。與傳統(tǒng)的停車位相比，機械式立體車庫占地面積小、存車數(shù)量多，符合人們的車位使用需求。機械式立體停車庫按其種類的不同，可以分成以下幾大類：垂直升降式、升降橫移式、簡易升降類、巷道堆垛類、平面移動類等[1-8]。上述的多類立體車庫有一些共同的優(yōu)點，如：占地面積小、存車數(shù)量多，與傳統(tǒng)停車位相比立體車庫的空間利用率高、操作方便。在建設(shè)相同數(shù)量的8個停車位的前提下，傳統(tǒng)停車位需要規(guī)劃8個車位的面積，而采用立體車位的方法。僅僅只需規(guī)劃3個車位的面積，節(jié)省的面積高達(dá)62.5%。一般來講，立體車庫的存車原理與傳統(tǒng)停車方式類似，只需將車停入指定車位后，就可由立體車庫的控制系統(tǒng)完成停車作業(yè)。

本文的立體車庫研究方向是升降橫移類立體車庫。與國家標(biāo)準(zhǔn)制訂的幾類立體車庫形式相比較，升降橫移類立體車庫具有使用方法簡單易上手、便于后期維護、性能安全可靠等優(yōu)點。車庫的容量有大的選擇空間，并可根據(jù)要求進(jìn)行更改，觸摸屏和可編程控制器組合安裝形成人機交互界面，用戶可以獨立控制單個停車位，實現(xiàn)存車/取車的動作。選擇車位布局為3-2-3的九位八車式升降橫移類立體車庫作為文章的重點研究對象，對其的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究分析。

1 智能立體車庫工作原理

本智能立體車庫屬于九位八車式升降橫移類立體車庫，包括機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩大部分。機械結(jié)構(gòu)主要由以下4部分組成：

立體車庫鋼結(jié)構(gòu)框架：立體車庫鋼結(jié)構(gòu)框架細(xì)分為受力框架與支撐框架，受力框架主要承載的是滿載的停車板和傳動裝置的剪切力、支撐框架的作用是輔助受力框架受力。

傳動裝置：傳動裝置是由三合一減速電機和卷繩筒一起組成，三合一減速電機的作用是輸出動力到卷繩筒，使卷繩筒進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，將停車板上升或下降到指定位置。

停車板：停車板是由高強度的波浪鋼板組成，它的作用是承載車輛，使車輛能夠處在規(guī)定位置。

安全防護裝置：安全防護裝置的作用是為了有效的避免由于車庫使用者的誤操作或者車庫的運行故障而造成的突發(fā)事故，通過快速觸發(fā)來保證載車板不會突然下墜，造成損壞。

智能立體車庫的運行原理：停車板的運行原理按照中國古代華容道解法運行，系統(tǒng)控制橫移電機來移動地面層的停車板，改變地面層停車板的位置來形成一個可以通過一個停車板的橫向距離進(jìn)行上下移動的通道，然后將負(fù)一層的停車板或者正二層的停車板進(jìn)行下放或者提升，實現(xiàn)用戶指定車位的汽車存取。地面層的停車板僅進(jìn)行平移，而上下兩層的停車板則需要進(jìn)行升降操作，最終完成汽車的存取任務(wù)。

本設(shè)計的智能立體車庫車位布局如圖1所示，停車板總數(shù)為8，具體布局形式位3-2-3，分別為正二層3個停車板、地面層2個停車板、負(fù)一層3個停車板。1、2號停車板做橫移運動，其他停車板做升降運動。系統(tǒng)存取車過程舉例說明：車主想將汽車停放在3號停車板;車主按觸摸屏上對應(yīng)3號停車板的按鈕， 1、2號停車板右移， 3號停車板下放至地面層。當(dāng)有車主想將汽車停放在8號停車板時;車主按動觸摸屏上對應(yīng)8號停車板的按鈕后， 1、2號停車板右移，下放8號停車板，待車主按動對應(yīng)下放按鈕后，完成存車動作;在任何時候地面層都會保證有三個車位，防止出現(xiàn)人員踏空的安全事故。

立體車庫的車位布局的初始狀態(tài)如圖 1所示，停車板的板號分別為1、2、3、4、5、6、7和8。此時，1、2號停車板已停放汽車，有車主想將汽車停放在4號停車板;車主按動觸摸屏上對應(yīng)4號停車板的按鈕后，系統(tǒng)提升3號停車板至正二層，左移1號停車板到原先圖示3號停車板位置并下放4號停車板至地面層，待車主按動對應(yīng)存車按鈕后，完成存車動作回歸初始狀態(tài);當(dāng)有車主想將汽車停放在8號停車板時，車主按動觸摸屏上對應(yīng)8號停車板的按鈕后，系統(tǒng)提升3號停車板到正二層，左移1號停車板、2號停車板至原圖示3號停車板、1號停車板位置，提升8號停車板至地面層，待車主按動對應(yīng)存車按鈕后，完成存車動作回歸初始狀態(tài)系。系統(tǒng)運行結(jié)束后會保證地面層有三個車位，防止出現(xiàn)人員踏空的安全事故。

2 立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1.1 控制器選擇

控制系統(tǒng)的控制器選擇了無錫飛騰的3U40MR（程序兼容三菱FX3U40MR），該PLC共有24個輸入口和16個輸出口。編程軟件使用的是GX Works2，編程語言采用的是STL。I/O口分配如表1所示。

2.1.2 觸摸屏

觸摸屏采用的是We nview TK6071 IP，編程軟件采用的是Easy Builder PRO，觸摸屏的作用是通過RS485接口與PLC進(jìn)行通訊，用于控制停車板的運動。

2.1.3 繼電器

繼電器采用的是JQC3F-12VDC的繼電器板，它的作用是對電機的電源進(jìn)行控制，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止。

2.1.4 電源

采用的直流電源變壓器，它的作用是給電機和PLC以及繼電器板進(jìn)行供電。

2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.2.1 智能立體車庫存取車PLC程序設(shè)計

智能立體車庫PLC程序設(shè)計采用梯形圖語言編寫，通過處理和分析與PLC硬件I/O口點相連的繼電器和限位磁性開關(guān)的信號，實現(xiàn)電動機啟動、停止和正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)車位停車板的垂直升降和左右橫移實現(xiàn)車輛的存取。為方便調(diào)試設(shè)計手動和自動兩種模式。主程序設(shè)計流程圖如圖2所示。

2.2.2 智能立體車庫存取車界面設(shè)計

界面的編寫原則是實現(xiàn)存取車功能的同時，界面清晰，用戶操作簡便，開發(fā)界面使用了Easy Builder PRO軟件，經(jīng)歷了編輯，編譯，模擬，下載四個過程，在模擬過程中遇到了很多問題，例如電腦端的界面在觸摸屏中顯示不完整，多次查詢觸摸屏說明手冊，發(fā)現(xiàn)制作界面超過了觸摸屏的允許尺寸，解決各問題后，最終完成界面如圖3所示。

為了使存取車更加方便快捷，使用了TK6071 IP型號的觸摸屏，基于觸摸屏開發(fā)了車位存取的可視化界面。首先用戶在存取車界面選取對應(yīng)的車位，觸摸屏接收用戶指令，通過RS485串口通訊方式連接PLC，根據(jù)用戶界面設(shè)置的地址操作PLC的對應(yīng)輸出口，PLC輸出口最后再控制對應(yīng)電機運動，實現(xiàn)了對車位的智能控制。

3 結(jié)束語

隨著我國國民汽車保有量的數(shù)量不斷增長，建設(shè)傳統(tǒng)停車位對于解決“停車難”問題來說沒有質(zhì)的改變，相較于立體車庫，它無法在空間上提升停車位。傳統(tǒng)的立體車庫，普遍智能化程度不高，用戶操作不便，而應(yīng)用PLC的智能立體車庫使得操作更加便捷?；诖?，對PLC的控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究。從立體車庫的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)這兩個角度進(jìn)行出發(fā)，來設(shè)計了具有智能控制系統(tǒng)的立體車庫，結(jié)果表明，該系統(tǒng)存取車效率高，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]呂棟騰.一種垂直升降立體車庫的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2016（6）：44-47.

[2]梁和清，呂陽，王昊誠，王瑞，邱正波.PLC與變頻器RS-485串行通訊控制[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2018（5）：39-42.

[3]梁睦，李鉻，程軍紅，李坤.多層升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計方案分析[J].中原工學(xué)院學(xué)報，2014（1）：6-10.

[4]丁麗娜，何南，崔新忠，馮海洋.基于PLC的立體車庫的設(shè)計 [J].科技信息，2011（28）：118-120.

[5]劉三帥，張蕾.基于PLC的立體車庫及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2018（7）：76-78.

[6]張永偉，丁頌，孫立巍，尚青鵬，夏雨時.升降橫移式立體車庫設(shè)計[J/OL].機械工程與自動化，2019（01）：107-108+110.

[8]朱文超.升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的研制[D].西南交通大學(xué)，2018.

[9]趙耀偉.升降橫移式立體停車設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析研究[D].長安大學(xué)，2018.

[10]李國銀.多層升降橫移式智能立體車庫控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2018.