基于PLC的簡易停車場控制系統設計

陳壽坤，鄭清蘭

（閩南理工學院實踐教學中心，福建石獅362700）

“開車容易停車難”已成為各場所及居住小區較為突出的問題.對中小城市各種場所及小區停車場進行分析，發現早期的停車場都是平面建設，占地面積較大，能容納車的數量較少，導致目前大部分停車場車位都不夠用，造成了路邊隨意停車等現象，既占用了人們出行的通道又給生活帶來一定的困擾.我國當前使用的智能車庫存在存取麻煩、結構復雜等問題.從國外進口的產品價格貴，使用者交的費用較多，不被市場看好.設計立體的并適合我國大眾能接受的停車場成為當前的緊要任務.建立立體、智能的停車場是解決當前問題的根本.本文設計的智能立體停車場，集電學、光學與計算機科學為一體，并采用PLC為核心控制，實現了停車場從地面向空中發展，使得停車場的占地面積減小，停車場的容量變大.采用PLC實現較為可靠，且體積小，維護方便，可擴展的空間大［1］.

1 立體停車場結構及原理

立體停車系統結構示意圖見圖1，整個結構主要是地上3層，每層2行3列共14個車輛存放位.整個裝置主要有框架、載車板、移動裝置、檢測及報警裝置等組成.

圖1 立體停車系統結構

框架設計采用鋼結構，由鋼鑄成各種不同的形狀，包括外部支撐柱、橫梁、豎梁等.通過不同的螺栓組裝面成.

移動系統主要通過不同的電動機拖動來實現載車板的上升下降、左右移、前后移運動.其中上升和下降由一臺電動機控制，電動機正轉則載車板上升，反轉則下降；左右移動由一臺電動機的正反轉來控制；前后移動由一臺電動機的正反轉分別控制［2］.

檢測系統部分由各類傳感器、光電開關及接近開關等構成，實現車輛到位情況的檢測.車輛停放位置的檢測由接近開關來控制，并將其安裝在載車板的左邊和右邊.光電開關用來顯示相應車位上是否有車，當要存車時按下要存的車位號碼按鈕，若該車位已有車停放，則系統會報警提示.各層車位布置圖見圖2.

圖2 各層車位布置

1.1 停車場底層運行原理

停車場底層分布見圖2（a），采用2行3列設計，其中中間一列為非停車區，用來給載車板左、右移動提供空間，4個有效車位上都有一個用來停放車輛的載車板.

底層車輛的停放過程，1號和3號無需移動載車板，可直接進行車輛停放；若要在4號位置進行停車或取車操作時，必須先將1號的載車板移開，移到2號的空位處，再將4號的載車板前移到1號位置即可進行停車或取車；6號位置的停、取與4號位置相同.

1.2 停車場中間層運行原理

停車場中間層車位布置見圖2（b），共有4個有效停車位，中間一列為空，用來供載車板的左、右移動和頂層車板的上、下移動.

中間層車輛停放過程，當要把車停放在7號車位時，應將底層的1號位置先空出來，7號的載車板下降至1號的位置，就可進行停、取車.完成后，將7號載車板上升到原位置，1號載車板復位.當要把車停入在10號車位時，應將1號和4號載車板空出，將10號載車板下降到4號的空位處，然后前移到1號的位置，即可進行停、取車.完成后將所有載車板復位.其中9號車位的運動情況與7號類似，12號與10號類似［3］.

1.3 停車場頂層運行原理

停車場頂層車位布置圖見圖2（c），該層共有6個有效車位，中間無空位，該層載車板只進行上、下運動和前、后運動.

頂層車輛停放過程，當要用13號時，先將7和1號載車板移開，再將13號的載車板下降到1號的位置，就可進行停、取車操作，完成后再將13號載車板復位即可，7和1號載車板復位.當要用16號時，首先將10號和4號載車板先右移到空位，再將16號載車板下放置10號處，然后前進到1號的位置，就可進行停、取車.完成后將所有載車板復位.14號和17號車位停、取車較簡單，只需將載車板下降到底層即可.其中18號車位的運動情況與16號類似，15號與13號類似.

2 系統總體設計方案

系統采用三菱FX2N-128MT的PLC.系統總體硬件電路見圖3，包括檢測部分、控制部分.其中檢測部分主要是由各類傳感器、接近開關及控制按鈕等組成，控制部分主要包括由各種控制電動機電路，報警電路和顯示電路等.當用戶要存、取車時，首先是按下啟動按鈕，相應的檢測信號送入PLC中，由PLC分析系統進行分析，并將信號送給電機控制電路等機構，進而完成載車板的各種運動，完成存、取車的過程.

2.1 PLC輸入/輸出模塊

圖3 系統總體控制

PLC的輸入模塊負責將接收到的輸入信號（即檢測信號等）送到PLC編程器中.本設計的輸入設備有控制按鈕，各種傳感器等.共需要35個輸入信號，48個輸出信號（見圖4）.

輸出模塊的作用是將PLC分析后的信號送給各執行負載，從而控制各功能電動機的動作，系統的顯示等.輸出模塊主要由交流接觸器、時間繼電器、數碼管等組成.

2.2 系統電氣控制原理

電氣控制原理部分有主電路、控制電路.主電路主要是停車庫中每個車位的主控電氣部分，包括移動載車板的電動機，接觸器的主觸點等.控制電路的作用是實現主電路中各電動機運行狀態控制的接線裝置.

整個裝置共需8臺電動機控制載車板左右移動，7臺電動機控制前后移動的電動機，10臺電動機控制上下移動.為保證線路安全，在電路中設有短路保護和過載保護，用兩個交流接觸器分別控制電機的正、反轉.2.2.1底層控制系統

根據系統控制要求，底層共有4個車位，1號和3號位可直接停、取車.4和6號車位載車板運動原理相似，下面以4號車位分析底層載車板的運行，示意圖見圖5（a）.

圖4 輸入、輸出信號框圖

圖5 4號載車板運行示意圖、控制原理圖

4號車位用3臺電動機來控制載車板在不同方向的運動，共有交流接觸器6個，其中KM1、KM2控制1號載車板的左右移動機，KM5、KM6控制4號載車板的左右移電動機，KM7、KM8控制4號載車板的前后移電動機.采用4個傳感器檢測載車板到位情況.靜態時，4號載車板處于SQ3的位置.若要在4號車位停、取車，則要擋在4號前面的1號載車板移到右邊，使4號能前移到1號的位置內進行停、取車，等處理完成后復位.

圖5（b）為4號載車板的控制原理圖，當KA1常開觸點閉合.按下4號車位的按鈕SB4，KA3線圈得電，KA32常開觸點動合接通.KM2線圈得電并自鎖，1號車位載車板右移的電機反轉.將載車板移到空位處，SQ2動斷觸點斷開，KM2線圈斷電，載車板停止右移.同時SQ2動合觸點接通常，KM7線圈接通電源，4號載車板前進至1號車位終點時，傳感器SQ1動斷觸點斷開，KM7線圈斷電，載車板停止前進，進行停、取車.

當按下復位開關SB2時，KA2線圈得電，KA2常開觸點接通；再按下4號車位的開關SB4，KA3線圈得電，KA3常開觸點閉合，KM8線圈得電并自鎖，傳感器SQ3常閉觸點斷開，KM8線圈失電停止后退，4號載車板復位.同時SQ3的常開觸點閉合，KM1線圈得電，1號左右移電機正轉使載車板左移，左移至終點時，SQ1常閉觸點斷開，KM1線圈失電，載車板停止左移.

2.2.2 中間層控制系統

中間層共有4個停車位，其中7、10號與9、12號車位的載車板動行過程相似，下面以10號車位的載車板運行為例說明其控制電路工作原理.運行示意圖見圖6（a）.

圖6 10號載車板運行示意圖、控制原理

10號載車板運動過程共需要3臺交流異步電動機，分別用于控制載車板上、下移動，左、右移動和前、后移動.8個交流接觸器和4個傳感器，控制系統電路見圖6（b）.

10號車位停取車其工作原理為：當KA1常開觸點閉合.按下10號車位的按鈕SB10，KA3線圈得電，中間繼電器KA3動合觸點接通.KM2線圈得電并自鎖，控制1號車位載車板運行的電機反轉.當1號車位載車板向右移到空位處，傳感器SQ2動斷觸點斷開，KM2線圈斷電，1號載車板停止右移.同時SQ2常開觸點閉合，KM24線圈接通電源，控制10號載車板上下移動的電機反轉，當載車板下降至底層位置時，傳感器SQ5常閉觸點斷開，KM24線圈失電，載車板停止下移.此時傳感器SQ5動合觸點接通，KM25線圈得電，10號拖動載前后移動的電去動機正轉，當移至1號車位時，傳感器SQ1動斷觸點斷開，停止前移，并進行停取車.

當按下復位開關SB8時，KA4線圈斷電致使KA4動合觸點接通.再按下10號車位的開關SB10，KA8線圈通電，致使KA8動斷觸點閉合，KM26線圈得電源并自鎖，10號車位前后移電機反轉，10號載車板后退，退至終點位置時傳感器SQ3常閉觸點斷開，KM26線圈失電停止后退.同時傳感器SQ5的常開觸點閉合，KM23線圈得電并自鎖，10號載車板上升并復位.同時SQ3的常開觸點閉合，KM1線圈得電，1號左右移電機正轉使載車板左移，左移至終點時，SQ1常閉觸點斷開，KM1線圈失電，載車板停止左移.

2.2.3 頂層控制系統

頂層共有6個停車位，其中9、12號和11、14號載車板運動相似，而10、13號車位只需下移到底層的空位就可進行停、取車操作.

3 系統軟件設計

系統的軟件包括兩部分：一是用于監控整個停車場的上位機界面，二是用于編程的PLC可編程控制器.采用梯形圖編程方式，包括主程序和各個子程序.由于程序較大，輸入輸出單元多，筆者只列出了一小部分初始化程序，梯形圖中的Y0-Y4為交流接觸器KM1-KM5在PLC程序中的輸出線圈.部分調用子程序見圖7（10號載車板的PLC程序）.

圖7 初始化程序及調用子程序

在軟件編程中，根據前面詳述的停、取車過程，最重要是要考慮在停、取中過程中各個部件間動作的先后順序及協調過程.這里主要在程序中的延時子程序中體現出來.在編寫梯形圖中，事先定義各個繼電器、傳感器等輸入、輸出的功能及編號，接著選各子程序模塊完成相應功能的控制過程.

4 結論

停車難問題已成為城市道路擁堵的主要難題，如何更好的解決這一問題已成為當前城市規劃的主要內容.立體車庫的使用在國外已是普遍現象，在國內也越來越受到人們的青睞.本設計智能停車場的主控端采用三菱FX2N可編程控制器，實現立體停車庫的智能管理，方便的實現了停、取車的操作.提高了停車場的管理效率.在不同的停車場管理中具有廣泛的市場應用價值，對國家提倡的土地資源節約方面具有很好的推廣作用.

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