李 寧，陳 瑞

（喀什大學(xué)物理與電氣工程學(xué)院，新疆 喀什 844000）

引言

2020年，我國私人轎車保有量較2019年增加973萬輛，增長了7.1%，而2019年較2018年增加了1 112萬輛，增長了8.83%[1]。這就要求小區(qū)和一些公共區(qū)域要有更多的停車位。相比較傳統(tǒng)的地下或地上停車場，立體車庫對土地的利用率要高很多。

在國家質(zhì)檢總局頒布的《特種設(shè)備目錄》中，將立體車庫分為九大類，包括水平循環(huán)式（PSX）、垂直升降式（PCS）、升降橫移式（PSH）、簡易升降式（PJS）、平面移動式（PPY）、巷道堆垛式（PXD）、垂直循環(huán)式（PCX）、多層循環(huán)式（PDX）以及汽車專用升降機(jī)（PQS）[2]。

垂直升降式立體停車庫利用升降機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)車位的存（?。┸嚕哂姓嫉孛娣e小、結(jié)構(gòu)簡單、對地面要求低、建設(shè)成本低，以及可根據(jù)需要增加列來增加車位等優(yōu)勢，因此，適用于城市中停車位緊張的城中村、老舊小區(qū)或者城市中心的商超附近，適用面較廣。

本文設(shè)計了一個八層八車位的垂直升降式立體停車庫，采用基于PLC的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對停車庫的自動控制。

1 立體車庫的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的立體車庫共有八個車位，八層單列。其結(jié)構(gòu)包括控制升降系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、載車板、橫移系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)框架?？刂粕迪到y(tǒng)用來實現(xiàn)單個載車板移動，在八層停車庫中實現(xiàn)存（?。┸?；提升系統(tǒng)用來實現(xiàn)載車板的上升與下降；載車板用來承載車輛；橫移系統(tǒng)主要用于控制載車板的左右平移；結(jié)構(gòu)框架對所有鋼架、設(shè)備以及載車板、汽車起到支撐作用。

1.2 停車位移動過程

如圖1所示，共有八個車位，八層單列。由每個載車板單獨(dú)升降移動，到用戶選取的停車位后載車板左移將轎車送入對應(yīng)停車位，實現(xiàn)八層八車位的立體停車模式。

圖1 車位移動示意圖

八個車位移動方案相似，舉例說明八號車位存車與取車方案。

八號車位存車時，八號載車板右移一個車位，接著下降一個車位，一段時間后，車輛駛?cè)氚颂栞d車板，等待一段時間后，八號載車板上移一個車位，接著右移一個車位，進(jìn)入八號車位后，八號車位存車結(jié)束。如圖2所示，仿真模擬八號車位存車程序。

圖2 八號位存車簡述圖

八號車位取車時，八號載車板右移一個車位，一段時間后，八號載車板下移一個車位，待車輛駛出八號載車板后，八號載車板上升并右移至八號車位，至此，八號車位取車結(jié)束。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計

硬件整體主要包括PLC硬件、電機(jī)、中間繼電器、指示燈和計算機(jī)等。

PLC主要用來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以實現(xiàn)載車板的移動，還有防墜掛鉤的動作以及啟動開關(guān)、急停開關(guān)、復(fù)位開關(guān)等。

其中主要硬件的型號選擇如表1所示。

表1 各類硬件選型

硬件部分各類元件的功能說明如表2所示。SB1、SB2、SB3分別作為系統(tǒng)的啟動、復(fù)位和急停開關(guān)，L1~L8分別作為八個車位的存取車指示燈（有車顯示紅色，無車顯示綠色）。M1~M4四個電機(jī)作為升降橫移載車板使用，其中M1~M2作為升降電機(jī)使用，M3~M4作為橫移電機(jī)使用。KA1~KA8分別是一車位~八車位的光電感應(yīng)器。

表2 各類硬件電氣符號及功能說明表

2.2 系統(tǒng)主電路的設(shè)計

系統(tǒng)主電路的設(shè)計主要是對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制和防墜掛鉤吸合釋放的設(shè)計，系統(tǒng)主電路作用于整個車庫中。電磁鐵的得電和失電控制安全防墜掛鉤的彈出和收回。

2.3 PLC I/O口地址分配

CPU224XP自身包含一定數(shù)量的本機(jī)I/O（輸入口/輸出口），可以用擴(kuò)展I/O模塊來增加I/O點數(shù)。整個PLC控制系統(tǒng)I/O地址分配如表3所示。

近年來，我國公路橋梁施工技術(shù)發(fā)展迅速，如在高等級公路建設(shè)中，在線型設(shè)計布局方面的要求也在逐年提升，特別是對高墩橋梁建設(shè)中的加固技術(shù)更有了新的要求標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上增加了施工難度。我國高速公路橋梁的基本特點包括：（1）跨度大，對承載力要求高。公路橋梁工程是跨越水域、山谷等地勢的構(gòu)造物，因此，其跨度通常較大，相應(yīng)地對其結(jié)構(gòu)的承載力要求也高。（2）耐久性強(qiáng)。橋梁工程的設(shè)計年限一般為100～120年，并且在運(yùn)營過程中，會受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕以及車輛荷載、風(fēng)荷載、超載及人為等因素的影響，因此，為了保證橋梁的正常通行，要求橋梁工程的耐久性較強(qiáng)。

表3 PLCI/O口地址分配示意圖

整體PLC硬件接線電路如圖3所示，PLC外圍三相異步電動機(jī)等部分的供電電源均為交流220 V，接地端直接接地。所有開關(guān)和電路指示燈如電源燈等部分供電電源都為+24 V，且共用COM口。

圖3 PLC外部硬件接線電路圖

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)流程

存（?。┸嚵鞒倘鐖D4所示，當(dāng)客戶選擇好車位并按下存（?。┸嚢粹o時，其他車位按鈕鎖定禁止動作，被呼叫載車板準(zhǔn)備移動同時繼電器得電，被呼叫載車板右移下降等待車輛進(jìn)（出）結(jié)束，后載車板上升左移繼電器失電。存（?。┸嚱Y(jié)束，自動復(fù)位，等待下次操作。

圖4 立體停車庫系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖

3.2 PLC程序的設(shè)計

PLC依據(jù)系統(tǒng)程序和用戶程序?qū)崿F(xiàn)各種處理和控制。本設(shè)計采用梯形圖編程。

以八號載車板移動為例，示例程序運(yùn)行。

網(wǎng)絡(luò)1如圖5所示，車位的存（?。╅_關(guān)具有自鎖功能，按下存（?。┸嚢粹o，八號車位時間的計時器開始計時，時間設(shè)定總長為40 s。

圖5 網(wǎng)絡(luò)1

網(wǎng)絡(luò)2如圖6所示，在0~2 s（20×100 ms=2 s）這個時間內(nèi)，八號載車板右移一個車位。

圖6 網(wǎng)絡(luò)2

圖7 網(wǎng)絡(luò)3

網(wǎng)絡(luò)4如圖8所示，等待4 s，等待車輛進(jìn)入載車板。

圖8 網(wǎng)絡(luò)4

網(wǎng)絡(luò)5如圖9所示，八號載車板存車結(jié)束，開始上移，上升時間14 s。

圖9 網(wǎng)絡(luò)5

網(wǎng)絡(luò)6如圖10所示，八號載車板左移一個車位，進(jìn)入八號車位。

圖10 網(wǎng)絡(luò)6

網(wǎng)絡(luò)7如圖11所示，八號車位停有車輛，顯示此處有車。

圖11 網(wǎng)絡(luò)7

網(wǎng)絡(luò)8如圖12所示，八號車位存（?。┸噺?fù)位，等待下次車位存（?。┸嚒?/p>

圖12 網(wǎng)絡(luò)8

二號停車位程序控制則由時間繼電器T38控制二號載車板移動，當(dāng)按下二號車存（取）車按鈕時，二號載車板右移一個車位，時間2 s，下移一個車位，時間2 s，等待4 s等待車輛進(jìn)入二號載車板。待車輛進(jìn)入二號載車板后，二號載車板上移一個車位，時間2 s，再左移一個車位，時間2 s，進(jìn)入二號停車位，繼電器失電，光電感應(yīng)器顯示此處有車。

其他車位存（?。┸嚺c八號、二號車位存（?。┓绞交疽恢隆?/p>

3.3 仿真模擬及結(jié)果

立體車庫的仿真是通過將PLC與仿真軟件s7-200 simulator v5.0進(jìn)行程序模擬運(yùn)行，S7-200仿真軟件模擬出隨機(jī)八個位置的存（?。┸嚥l(fā)出指令，程序可以運(yùn)行，并完成存取車操作過程，系統(tǒng)程序的運(yùn)行狀態(tài)顯示在s7-200 simulator v5.0模擬軟件界面，最終可以實現(xiàn)八個車位的存取車操作。

4 結(jié)論

整個系統(tǒng)設(shè)計方案使用框架結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)，用PLC程序?qū)崿F(xiàn)控制，使存取車過程更加靈敏高效。但車庫存取車系統(tǒng)的設(shè)計功能還不夠完善，例如安全防墜掛鉤、限位信息、車輛是否超高信息、車輛停的位置、機(jī)械傳動系統(tǒng)、IC卡計費(fèi)系統(tǒng)等安全保護(hù)措施還需進(jìn)一步完善。