陈寿坤，郑清兰

（闽南理工学院实践教学中心，福建石狮362700）

“开车容易停车难”已成为各场所及居住小区较为突出的问题.对中小城市各种场所及小区停车场进行分析，发现早期的停车场都是平面建设，占地面积较大，能容纳车的数量较少，导致目前大部分停车场车位都不够用，造成了路边随意停车等现象，既占用了人们出行的通道又给生活带来一定的困扰.我国当前使用的智能车库存在存取麻烦、结构复杂等问题.从国外进口的产品价格贵，使用者交的费用较多，不被市场看好.设计立体的并适合我国大众能接受的停车场成为当前的紧要任务.建立立体、智能的停车场是解决当前问题的根本.本文设计的智能立体停车场，集电学、光学与计算机科学为一体，并采用PLC为核心控制，实现了停车场从地面向空中发展，使得停车场的占地面积减小，停车场的容量变大.采用PLC实现较为可靠，且体积小，维护方便，可扩展的空间大［1］.

1 立体停车场结构及原理

立体停车系统结构示意图见图1，整个结构主要是地上3层，每层2行3列共14个车辆存放位.整个装置主要有框架、载车板、移动装置、检测及报警装置等组成.

图1 立体停车系统结构

框架设计采用钢结构，由钢铸成各种不同的形状，包括外部支撑柱、横梁、竖梁等.通过不同的螺栓组装面成.

移动系统主要通过不同的电动机拖动来实现载车板的上升下降、左右移、前后移运动.其中上升和下降由一台电动机控制，电动机正转则载车板上升，反转则下降；左右移动由一台电动机的正反转来控制；前后移动由一台电动机的正反转分别控制［2］.

检测系统部分由各类传感器、光电开关及接近开关等构成，实现车辆到位情况的检测.车辆停放位置的检测由接近开关来控制，并将其安装在载车板的左边和右边.光电开关用来显示相应车位上是否有车，当要存车时按下要存的车位号码按钮，若该车位已有车停放，则系统会报警提示.各层车位布置图见图2.

图2 各层车位布置

1.1 停车场底层运行原理

停车场底层分布见图2（a），采用2行3列设计，其中中间一列为非停车区，用来给载车板左、右移动提供空间，4个有效车位上都有一个用来停放车辆的载车板.

底层车辆的停放过程，1号和3号无需移动载车板，可直接进行车辆停放；若要在4号位置进行停车或取车操作时，必须先将1号的载车板移开，移到2号的空位处，再将4号的载车板前移到1号位置即可进行停车或取车；6号位置的停、取与4号位置相同.

1.2 停车场中间层运行原理

停车场中间层车位布置见图2（b），共有4个有效停车位，中间一列为空，用来供载车板的左、右移动和顶层车板的上、下移动.

中间层车辆停放过程，当要把车停放在7号车位时，应将底层的1号位置先空出来，7号的载车板下降至1号的位置，就可进行停、取车.完成后，将7号载车板上升到原位置，1号载车板复位.当要把车停入在10号车位时，应将1号和4号载车板空出，将10号载车板下降到4号的空位处，然后前移到1号的位置，即可进行停、取车.完成后将所有载车板复位.其中9号车位的运动情况与7号类似，12号与10号类似［3］.

1.3 停车场顶层运行原理

停车场顶层车位布置图见图2（c），该层共有6个有效车位，中间无空位，该层载车板只进行上、下运动和前、后运动.

顶层车辆停放过程，当要用13号时，先将7和1号载车板移开，再将13号的载车板下降到1号的位置，就可进行停、取车操作，完成后再将13号载车板复位即可，7和1号载车板复位.当要用16号时，首先将10号和4号载车板先右移到空位，再将16号载车板下放置10号处，然后前进到1号的位置，就可进行停、取车.完成后将所有载车板复位.14号和17号车位停、取车较简单，只需将载车板下降到底层即可.其中18号车位的运动情况与16号类似，15号与13号类似.

2 系统总体设计方案

系统采用三菱FX2N-128MT的PLC.系统总体硬件电路见图3，包括检测部分、控制部分.其中检测部分主要是由各类传感器、接近开关及控制按钮等组成，控制部分主要包括由各种控制电动机电路，报警电路和显示电路等.当用户要存、取车时，首先是按下启动按钮，相应的检测信号送入PLC中，由PLC分析系统进行分析，并将信号送给电机控制电路等机构，进而完成载车板的各种运动，完成存、取车的过程.

2.1 PLC输入/输出模块

图3 系统总体控制

PLC的输入模块负责将接收到的输入信号（即检测信号等）送到PLC编程器中.本设计的输入设备有控制按钮，各种传感器等.共需要35个输入信号，48个输出信号（见图4）.

输出模块的作用是将PLC分析后的信号送给各执行负载，从而控制各功能电动机的动作，系统的显示等.输出模块主要由交流接触器、时间继电器、数码管等组成.

2.2 系统电气控制原理

电气控制原理部分有主电路、控制电路.主电路主要是停车库中每个车位的主控电气部分，包括移动载车板的电动机，接触器的主触点等.控制电路的作用是实现主电路中各电动机运行状态控制的接线装置.

整个装置共需8台电动机控制载车板左右移动，7台电动机控制前后移动的电动机，10台电动机控制上下移动.为保证线路安全，在电路中设有短路保护和过载保护，用两个交流接触器分别控制电机的正、反转.2.2.1底层控制系统

根据系统控制要求，底层共有4个车位，1号和3号位可直接停、取车.4和6号车位载车板运动原理相似，下面以4号车位分析底层载车板的运行，示意图见图5（a）.

图4 输入、输出信号框图

图5 4号载车板运行示意图、控制原理图

4号车位用3台电动机来控制载车板在不同方向的运动，共有交流接触器6个，其中KM1、KM2控制1号载车板的左右移动机，KM5、KM6控制4号载车板的左右移电动机，KM7、KM8控制4号载车板的前后移电动机.采用4个传感器检测载车板到位情况.静态时，4号载车板处于SQ3的位置.若要在4号车位停、取车，则要挡在4号前面的1号载车板移到右边，使4号能前移到1号的位置内进行停、取车，等处理完成后复位.

图5（b）为4号载车板的控制原理图，当KA1常开触点闭合.按下4号车位的按钮SB4，KA3线圈得电，KA32常开触点动合接通.KM2线圈得电并自锁，1号车位载车板右移的电机反转.将载车板移到空位处，SQ2动断触点断开，KM2线圈断电，载车板停止右移.同时SQ2动合触点接通常，KM7线圈接通电源，4号载车板前进至1号车位终点时，传感器SQ1动断触点断开，KM7线圈断电，载车板停止前进，进行停、取车.

当按下复位开关SB2时，KA2线圈得电，KA2常开触点接通；再按下4号车位的开关SB4，KA3线圈得电，KA3常开触点闭合，KM8线圈得电并自锁，传感器SQ3常闭触点断开，KM8线圈失电停止后退，4号载车板复位.同时SQ3的常开触点闭合，KM1线圈得电，1号左右移电机正转使载车板左移，左移至终点时，SQ1常闭触点断开，KM1线圈失电，载车板停止左移.

2.2.2 中间层控制系统

中间层共有4个停车位，其中7、10号与9、12号车位的载车板动行过程相似，下面以10号车位的载车板运行为例说明其控制电路工作原理.运行示意图见图6（a）.

图6 10号载车板运行示意图、控制原理

10号载车板运动过程共需要3台交流异步电动机，分别用于控制载车板上、下移动，左、右移动和前、后移动.8个交流接触器和4个传感器，控制系统电路见图6（b）.

10号车位停取车其工作原理为：当KA1常开触点闭合.按下10号车位的按钮SB10，KA3线圈得电，中间继电器KA3动合触点接通.KM2线圈得电并自锁，控制1号车位载车板运行的电机反转.当1号车位载车板向右移到空位处，传感器SQ2动断触点断开，KM2线圈断电，1号载车板停止右移.同时SQ2常开触点闭合，KM24线圈接通电源，控制10号载车板上下移动的电机反转，当载车板下降至底层位置时，传感器SQ5常闭触点断开，KM24线圈失电，载车板停止下移.此时传感器SQ5动合触点接通，KM25线圈得电，10号拖动载前后移动的电去动机正转，当移至1号车位时，传感器SQ1动断触点断开，停止前移，并进行停取车.

当按下复位开关SB8时，KA4线圈断电致使KA4动合触点接通.再按下10号车位的开关SB10，KA8线圈通电，致使KA8动断触点闭合，KM26线圈得电源并自锁，10号车位前后移电机反转，10号载车板后退，退至终点位置时传感器SQ3常闭触点断开，KM26线圈失电停止后退.同时传感器SQ5的常开触点闭合，KM23线圈得电并自锁，10号载车板上升并复位.同时SQ3的常开触点闭合，KM1线圈得电，1号左右移电机正转使载车板左移，左移至终点时，SQ1常闭触点断开，KM1线圈失电，载车板停止左移.

2.2.3 顶层控制系统

顶层共有6个停车位，其中9、12号和11、14号载车板运动相似，而10、13号车位只需下移到底层的空位就可进行停、取车操作.

3 系统软件设计

系统的软件包括两部分：一是用于监控整个停车场的上位机界面，二是用于编程的PLC可编程控制器.采用梯形图编程方式，包括主程序和各个子程序.由于程序较大，输入输出单元多，笔者只列出了一小部分初始化程序，梯形图中的Y0-Y4为交流接触器KM1-KM5在PLC程序中的输出线圈.部分调用子程序见图7（10号载车板的PLC程序）.

图7 初始化程序及调用子程序

在软件编程中，根据前面详述的停、取车过程，最重要是要考虑在停、取中过程中各个部件间动作的先后顺序及协调过程.这里主要在程序中的延时子程序中体现出来.在编写梯形图中，事先定义各个继电器、传感器等输入、输出的功能及编号，接着选各子程序模块完成相应功能的控制过程.

4 结论

停车难问题已成为城市道路拥堵的主要难题，如何更好的解决这一问题已成为当前城市规划的主要内容.立体车库的使用在国外已是普遍现象，在国内也越来越受到人们的青睐.本设计智能停车场的主控端采用三菱FX2N可编程控制器，实现立体停车库的智能管理，方便的实现了停、取车的操作.提高了停车场的管理效率.在不同的停车场管理中具有广泛的市场应用价值，对国家提倡的土地资源节约方面具有很好的推广作用.

［1］鲁武林.基于PLC的自动化立体停车库控制设计[D].南昌:南昌大学，2017.

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