升降橫移式立體車庫設計與研究

張春 高俊 劉雪梅 洪雪芬 鄭鵬

摘 要：隨著中國經濟的持續(xù)快速發(fā)展，機動車保有量將持續(xù)保持快速增長態(tài)勢。截至2017年底，全國機動車保有量達3.10億輛。由此可見傳統(tǒng)的停車位已不能滿足日益增長的停車需求，尋找新的停車方案迫在眉睫。為解決停車難的問題，新型停車模式——立體車庫，運營而生。其研究與實現(xiàn)正在快速發(fā)展。本文對升降橫移式立體車庫的電氣控制進行了描述，并通過實際構造闡述了升降橫移式立體車庫的主要工作原理和通過步進電機進行停取車的基本操作流程。并分析了通過PLC控制進行人機互動和電機控制的形式實現(xiàn)車輛的停取流程，最后通過立體車庫的研究與發(fā)展做了總結并對未來進行了展望。

關鍵詞：立體車庫;PLC控制;升降橫移式;步進電機

隨著我國經濟的發(fā)展，汽車尤其是私家車的保有量大幅增加。在大中型城市，現(xiàn)有停車資源遠遠不能滿足正常的停車需求，同時車位緊張帶來的停車難題不僅是給車主帶來了困擾，更上升成為一項嚴峻的社會問題。據有關數據顯示，北上廣深四城平均停車泊位缺口率為76.3%，以致每個城市至少有200萬的車輛無正規(guī)車位可停。而與此同時，許多大量經營性停車場卻存在長期空置車位的問題，近五成停車場泊位沒有得到合理利用，空置率高達44.6%，資源配置嚴重浪費。由此可見傳統(tǒng)停車位的局限性比較大，資源利用率不高，社會急需尋找新型的停車方案。為此，本文就立體車庫電氣控制方面進行了研究與討論，以及對未來立體車庫的發(fā)展做了簡單的預測。

一、立體車庫的構成

該立體車庫由傳感器、傳動系統(tǒng)、編程控制器PLC控制系統(tǒng)[1]]等組成。傳感器部分由壓敏電阻[3]構成，隨著壓敏電阻的壓力變化，壓敏電阻的阻值也將隨之改變，由此可將車輛位置信息、車輛狀況信息進行收集，并反饋給PLC，（在一些關鍵部分裝有傳感器，保證電機在安全范圍內工作），PLC控制系統(tǒng)接收到傳感器傳來的信息后進行處理，準確的控制電機對車輛進行相應的移動，達到取車或停車的目的。PLC控制系統(tǒng)和傳感器相互配合，實現(xiàn)車庫的整體控制，調節(jié)和控制各種機械結構的有序運行，實現(xiàn)高效準確的停車或取車。真正實現(xiàn)了方便停取車輛，最大限度利用空間資源的目的。

二、立體車庫控制系統(tǒng)設計

（一）PLC控制系統(tǒng)設計

左端連接觸摸屏，將PLC數據顯示在觸摸屏上，達到可視化的目的。圖中以X開頭的表示輸入信號，其中X0-X5分別表示1#原點、1#限位、2#原點、2#限位、3#原點、3#限位，X6為“有車檢測”，X7表示1庫有車標志，X10表示2庫有車標志，X11表示3庫有車標志，X12表示4庫有車標志，X13表示5庫有車標志，X14表示啟動，X15表示停止。以Y開頭的表示輸出信號，Y0與Y1、Y2與Y3、Y4與Y5分別控制三個步進電機。

（二）人機交互界面

人機交互界面的設計對車庫可視化控制來說也是不可或缺的一部分，在觸摸屏上可以顯示許多重要的信息。本車庫觸摸屏上分為如下五部分：

（1）啟動控制：開啟或停止車庫的運行狀態(tài)，控制車庫日常運作，同時在緊急狀況時也起到了重要作用。

（2）進出庫選擇：選擇汽車的進出庫狀態(tài)。

（3）車庫回零：當載車板正常停在正確的入庫位置時，按下“車庫回零”會控制載車板歸位到正確的入庫位置。

（4）出庫車輛選擇：使用者通過PLC觸摸屏選擇自己的車輛進行出庫操作。

（5）各車庫顯示：此功能顯示了各個停車位的實時狀態(tài)，當某個停車位有車輛的時候觸摸屏上會顯示“某車位有車”。

（三）步進電機[5]的控制

圖3方框表示電機控制器，圓M表示電機，電機控制器左端分別接收從PLC傳輸過來的數據。通過電機控制器的相關處理，控制三個電機的具體運作。如下圖即為電機3D圖（圖4），電機實物圖（圖5），上圖圖3中列舉的為其中一個電機的控制圖解。圖4中標注出了電機1、電機2、電機3電機控制器在接收到PLC控制系統(tǒng)傳來的訊號后控制電機2進行上升操作，將載車板抬起，當載車板觸碰到頂端的感應器后，感應器將訊號傳輸給電機控制器，而后電機控制器再將控制訊號傳輸給電機1，電機此刻進行水平橫移的操作，電機1到達預定的車位后將訊號傳輸給電機控制器，電機控制器再將訊號傳輸給電機3，電機3下降將載車板降落下來，最后電機控制器控制電機1左移將載車板復位。

三、停取車基本原理及流程

（一）停車原理及流程圖

使用者將車停放在入庫區(qū)域的載車板后，人離場，在操作臺的PLC觸摸屏上選擇“入庫模式”，再選擇“啟動”。PLC控制器將使用者的選擇轉換成相應數據發(fā)送給電機控制器，此時電機將控制載車板上升，再橫移至相應的車位。最后將車安全放入車庫之后復位。

（二）取車原理及流程圖

使用者在操作臺的PLC觸摸屏上選擇“出庫模式”，再選擇“啟動”。PLC控制器將使用者的選擇轉換成相應數據發(fā)送給電機控制器，此時電機將控制載車板上升，再橫移至相應的車位下面，繼續(xù)上升將車抬起，最后重復橫移升降。最后將車安全停放到驅車口，用戶即將車開走。

四、總結與展望

（一）論文總結

現(xiàn)如今，隨著人們生活水平的提高，車輛數量逐年增加，停車難題日益嚴重。現(xiàn)階段，這一問題亟待解決。本文對升降橫移式立體車庫的的電氣控制進行了研究。車庫控制主要由編程控制器PLC控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、傳感器組成，PLC精確的控制，使操作更加方便、安全。同時，實現(xiàn)了充分利用上部空間的目的，基本解決了停車難的問題。此立體車庫采用拼接式模塊，安裝簡便，迅速，可移植性高，停取車操作也十分簡便，普及率相對較高。

（二）前景展望

立體車庫基本解決了停車難的問題，但智能取車仍有很大發(fā)展。立體車庫可以與互聯(lián)網+相結合，達到智能取車的目的。手機終端作為主要載體，服務器、網絡和終端實時連接，形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。車主使用終端向云處理器發(fā)送信息的操作，處理器接收并處理信息，然后反饋給車庫的數據處理系統(tǒng)，數據處理系統(tǒng)根據車主的指令控制車庫，車主可以在不同的地方控制車庫進行停取車，從而大大減少了等待停取車過程所需的時間。監(jiān)控裝置和相關傳感器也可以添加到立體車庫中，車主需要了解自己車輛的狀態(tài)時，可以通過手機終端向云處理器發(fā)送指令。云處理器接收并控制監(jiān)控設備和相關傳感器的工作，以便它們能夠向用戶的移動電話終端反饋有效信息。也可以多條指令一起發(fā)送，云處理器在接收到這些信息后可以逐一處理，這樣立體車庫就可以有序高效地滿足多種停車需求。

參考文獻：

[1]劉遠博，薛麗賢，鄭毅.可編程控制器PLC控制系統(tǒng)程序設計探討[J].黃金，2011，32（04）：34-36.

[2]傅靜，徐政，孫丹峰.壓敏電阻器的應用與發(fā)展[J].江蘇陶瓷，2002（04）：5-7.

[3]馬文斌，楊延竹，洪運.步進電機控制系統(tǒng)的設計及應用[J].電子技術應用，2015，41（11）：11-13.

通訊作者：高俊（1988-），男，助教，主要從事機電液一體化研究。