基于PLC控制的輪式自行車停放裝置

曾兵，王傳俊，趙磊，萬玲

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基于PLC控制的輪式自行車停放裝置

曾兵，王傳俊，趙磊，萬玲

（成都理工大學 核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059）

針對大量自行車停放難的問題，將原有自行車的停放架進行改造，設計了一款新型智能、美觀的輪式自行車停放裝置，該裝置根據摩天輪的運動原理，將停放裝置設計成立式轉盤結構，將有限的平面空間轉為立體空間。該裝置分為底座、旋轉裝置、轉盤、自行車固定裝置和自行車推送裝置五部分。同時利用PLC控制系統技術，使得自行車停放提取方便快捷。

自行車；智能；停放；快捷；PLC

在當今倡導環保生活和綠色交通的大趨勢下，共享單車因具有輕便靈活、借用方便且對地面交通設施要求低等優點而被廣泛接受。近年來，共享單車投放量越來越大，出現了自行車停車設施不健全、自行車擺放混亂、占用人行道等問題，因此，合理安排和設計一種自行車停車設施成為一個亟待解決的問題。目前使用的自行車停車位有固定式車位，如圖1、圖2所示，也有為了更大程度利用車位空間而設計的雙層自行車停放架和懸掛式立體停車裝置，如圖3所示。

圖1 立式停車位

本文設計了一種新型智能、美觀的輪式自行車停放裝置，可以解決共享單車停放占用大量公共區域、擺放混亂和容易失竊等問題，且具有存取方便的優點。

圖2 螺旋式停車位

圖3 雙層自行車停放架

1 總體設計結構與原理

輪式自行車停放裝置總體結構（圖4），分別有底座、旋轉裝置、轉盤、自行車固定裝置、自行車推送裝置。底座是整個裝置結構的固定、承重部分。保證該停車裝置在停放自行車后能夠保持穩定。旋轉裝置由電動機、變速機構和轉盤組成，其具有鎖定功能，避免轉盤在失去動力后導致轉盤失控，防止裝置受到損害和出現意外事故。自行車固定裝置安裝于轉盤，該裝置由支撐架和固定夾組成，合理設計每個支撐架的位置，在不影響實際功能的前提下充分利用空間，達到空間的最大利用化。自行車固定裝置是對自行車進行可靠地固定，保證在轉盤轉動的過程中自行車的穩定。行車推送裝置主要有三部分組成，固定底座、傳動機構和固定機構。其功能是通過控制系統的控制自動完成自行車的存放和提取。

輪式自行車停放裝置原理是根據摩天輪的運動原理聯想而來，轉盤的立式設計將有限的平面空間轉為立體空間，從而達到可用空間加大目的，可用空間的加大也就提高了自行車的存放數量。有效地提高了有限空間的利用率。為了提高便捷程度，此設計在PLC控制的基礎上完成自動化停放提取。當自行車停放在推送裝置時其固定裝置就對自行車進行固定，固定之后通過推送裝置推送自行車到轉盤上的支撐架上，推送到支撐架觸動開關，支撐架固定夾對自行車再一次固定，完成固定推送裝置固定夾放開，推送裝置回到初始位置。當存放下一輛時轉盤轉動一個車位為下一輛車提供空車位。在提取車時也就是存放過程的逆向過程。推送裝置接收指令運行到轉盤，然后推送裝置從轉盤上提取自行車并傳送回位完成提取。

圖4 輪式自行車停放裝置結構圖

2 系統工作原理

PLC可編程邏輯控制器，用來控制各種類型的機械或生產過程[1-2]。本設計的控制部分采用西門子PLC控制方式，實現對設計中的電機、電磁固定夾、及絲桿電機的控制。控制系統原理如圖5所示。

因此，也可按照這三個控制部分將程序分為三個模塊，即電機控制模塊、電動固定夾控制模塊和絲桿電機控制模塊[3]。下面將采用西門子PLC-200編寫各程序段[4]，PLC-200的各接口在該設計中的定義如表1所示。

程序設計：

停放過程：當自行車停放在推送槽時觸動夾緊開關I0.7，控制推送槽固定夾夾緊接口端Q0.6接通，固定夾一直保持夾緊，夾緊后絲桿電機正轉啟動I0.3，絲桿開始轉動，推送自行車觸動支撐架固定夾夾緊開關I0.9，絲桿電機停止轉動，支撐架固定夾夾緊后推送槽固定夾開關打開I0.6，隨后絲桿電機反轉I0.4直到推送槽回位，電機停止轉動，完成整個停放過程。停車控制流程如圖6所示。

圖5 控制系統原理框圖

表1 PLC-S200接口定義

取車過程：需要提取自行車時，按下取車按鈕絲桿電機正轉啟動I0.3，推動槽前行觸動支撐架限位開關，推動槽固定夾加緊I0.7，控制推送槽固定夾夾緊接口端Q0.6接通，固定夾一直保持夾緊。支撐架固定夾開關打開I0.8，推動槽絲桿電機反轉I0.4，直至推動槽回位，推送槽固定夾打開開關I0.6，完成取車過程。取車控制流程如圖7所示。

圖6 停車控制流程圖

圖7 取車控制流程圖

3 小結

本文提出的輪式自行車停放裝置設計方案，能夠達到較高的空間利用率，且能使自行車擺放整齊，很大程度地解決了自行車雜亂停放的問題，并能通過PLC控制系統有效地提高提取存放的便捷性。

[1]宮淑貞. 可編程控制器原理及應用[M]. 北京：人民郵電出版社，2008.

[2]郭艷萍. 基于PLC的工業機械手控制系統[J]. 儀表技術與傳感器，2007（9）：31-32.

[3]周萬珍，高鴻斌. PLC分析與設計應用（第一版）[M]. 北京：機械工業出版社，2004.

[4]西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團. S7-200 CN可編程序控制器手冊[Z]. 北京：西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團，2005.

Wheeled Bicycle Parking Device Based on PLC Control

ZENG Bing，WANG Chuanjun，ZHAO Lei，WAN Ling

( College of Nuclear Technology and Automation Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Considering the problem of difficulties in parked bicycle, the original bicycle rack is improved to design a new smart and artistic wheel type device for parking bicycle The design of device is based on the motion principle of the Ferris wheel, and it is designed as a vertical turntable structure, thus lead to the finite plane space into three-dimensional space. The device contains five parts: pedestal, whirligig, turnplate, bicycle fixture and bicycle propulsion plant. In addtion, the use of PLC control systems technology make it is convenient and efficient to park bicycles.

bike；intelligent；parked；fast；PLC

TD403

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.06.011

1006－0316 (2018) 06－0061－04

2017－11－06

曾兵（1971－），男，重慶涪陵人，博士，教授，主要研究方向為機械電子工程、工業工程；王傳俊（1992－），男，湖北荊州人，碩士研究生，主要研究方向為機械電子工程；趙磊（1994－），男，四川綿陽人，碩士研究生，主要研究方向機械電子工程；萬玲（1990－），女，四川峨眉山人，碩士研究生，主要研究方向為工業工程。