基于三菱FX3U的立體車庫控制系統設計

陳元招　張潔平

摘 要：以四層三區的立體車庫模型為例，先介紹該控制系統的組成及控制要求，闡述汽車自動出入庫的過程，根據控制要求分配PLC的I/O口和硬件接線，并設計控制系統的出入庫流程及部分主要程序，經調試運行，該立體車庫模型控制系統具有安全穩定、方便快速等優點，為城市新建和改造立體車庫提供解決方案。

關鍵詞：立體車庫；PLC；觸摸屏；入庫；出庫

中圖分類號：C933.22 文獻標志碼：A 文章編號：2095-7394（2017）06-0047-07

隨著城鎮化步伐的加快，以及人們生活水平的提高，城市人口不斷集中，家庭汽車數量日益增多，市區停車已經成為當今社會的難題，特別在老城區中心地帶，地下車庫相對較少，原有布局的單層平面停車場已遠遠不能滿足停車的需求。為此，必須對原平面停車場進行改造或者新建自動化控制的升降橫移式立體車庫。立體車庫集機械結構、自動化控制及傳感器檢測技術等于一體，采用多層多區結構存放，具有構架簡單、投資少、面積利用率高、操作方便、停車速度快、運行穩定、安全可靠等優點，立體車庫逐漸成為今后城市停車的主導工程項目[1，2]。三菱FX3U跟以往的可編程控制器相比，具有運算速率更快，可使用通訊口更多，可控制X、Y、Z三軸，擴展點數多等特點，非常適用于立體車庫的控制。本文從自動化控制的角度出發，研究基于三菱FX3U的立體車庫模型的控制系統，包括對軟硬件進行設計，實現快速停放車和取車的功能。

1 立體車庫模型控制系統概述

如圖1，以四層三區十二車位的立體車庫模型為例，立體車庫包含機械傳動部分、檢測保護部分和控制部分。機械傳動部分主要包括載車板、插桿、升降臺、車位架、升降的步進電機、橫移的直流電機等部件；檢測保護部分主要由U型光電開關傳感器（用于判斷X、Y軸以及Z軸的位置和保護）、金屬接近開關、微動開關等構成；控制部分主要由觸摸屏、PLC、伺服驅動器、繼電器等組成。

控制系統框圖如圖2所示，立體車庫的最終控制對象是載車板，由三菱FX3U-32MR控制兩臺步進電機和一臺直流電機，兩臺步進電機分別控制X軸左右移動和Y軸上下移動，直流電機控制Z軸前后移動，形成載車板立體三維的位置變換。單個車位內汽車的取放操作，由裝在Z軸上直流電機與Y軸步進電機配合完成，取放車時控制載車板的插桿伸出與縮回；三菱FX3U-32MT與串聯的微動開關一起配合可對立體車庫的車位進行矩陣掃描，判斷車位狀況并確定存取車位置。因此，操作人員只要在觸摸屏上輸入操作指令，經過程序判斷和運算，輸出脈沖和方向信號控制步進電機與直流電機，控制載車板的插桿前后移動，就能自動實現汽車的入庫和出庫操作。

2 I/O口分配和硬件接線

2.1 I/O口分配

三菱FX3U 32MR控制立體車庫的汽車取放操作，通過操作過程涉及的功能需求，對三菱FX3U 32MR的I/O口進行分配，具體內容如表1。

2.2 硬件接線

立體車庫控制系統包含兩臺三菱PLC，其中FX3U 32MR控制汽車的出入庫，硬件接線如圖3所示； FX3U 32MT實現對立體車庫的矩陣狀態進行掃描，其PLC硬件接線如圖4所示。

3 控制系統軟件設計

3.1 控制要求

立體車庫模型可在觸摸屏的組態界面上選擇手動調試和自動運行模式兩種控制方式[3]，進入自動運行模式可選擇入庫和出庫操作，系統在入庫運行狀態是無法進入出庫運行狀態，出庫狀態時也無法進入入庫狀態，通過聯鎖控制保障安全，防止故障發生。當選擇自動運行模式時，控制系統將進入正常的使用狀態，即根據組態和PLC矩陣掃描位置判斷車輛入庫的位置或需出庫的車輛進行操作[4]。當選擇手動調試模式時，可選擇單臺電機進行反復調試，檢測各臺電機及線路是否正常工作，也可以判斷各個傳感器是否有損壞或位置檢測不到等情況。同時在自動運行模式出現異常時，可切換到手動調試，實現車的手動入庫和出庫操作。

3.2 入庫操作

當控制系統通電后，PLC對組態及各個單元進行通信檢測判斷，確定通信正常后，X軸、Y軸及Z軸是回到各自原點，若立體車庫中有空位時，可以進行入庫操作，入庫操作流程如圖5所示。當立體車庫中沒有空位時，系統顯示車庫已滿，入庫按鈕失效，無法完成入庫操作。立體車庫中還有空位時，在組態界面點擊入庫按鈕，系統首先開始判斷進出口位置是否有車，若有車，載車板靠近進出口進行取車；當載車板上檢測有車且Z軸收回原點時，在組態選擇一個空位，行列位置由U型光電開關傳感器與系統配合進行位置判斷，PLC發出脈沖和方向信號使X、Y軸電機轉動，載車板把車移動到選擇的位置進行停放，車停放好后矩陣掃描將掃描到該位置有車，且組態在相應的位置顯示該位置有車。入庫操作結束后，所有電機回各自原點，Z軸優先回原點，然后X軸和Y軸再回原點，保證控制系統的安全性。

3.3 出庫操作

當立體車庫要進行取車操作時，系統矩陣掃描將檢測各個位置庫里是否有車，并在組態界面顯示。如果該位置界面顯示有車，載車板上和進出庫位置判斷無車時，出庫操作系統正常工作，在組態界面中選定各位置的車，進行出庫操作，出庫操作流程圖如圖6所示。當在組態界面選定某個位置的車后，先判斷X軸、Y軸及Z軸是否在原點位置，如果不在原點位置，要進行回原點矯正；然后判斷載車板上是否有車，如果載車板上無車，再判斷進出庫位置是否有車，若確定無車，則X軸、Y軸移動到組態界面選定需要取車的位置后進行取車送至進出庫位置，出庫操作結束后，X軸、Y軸及Z軸回各自原點，并且車取出后系統的矩陣掃描將掃描不到該位置有車，則組態界面顯示該位置庫無車。如果載車板上有車或進出庫位置有車時，系統停止工作且將在組態界面上發出警告；如果在取車操作過程中，進出車位置突然檢測到有雜物或人時，系統將進入急停狀態即所有動作全部停止，以免造成人員傷亡或財產損失。

3.4 操作注意事項

3.4.1 回原點

為了防止載車板碰到出庫架構，導致損壞，必須規定X軸、Y軸及Z軸回原點的順序，即Z軸優先回原點，然后X軸和Y軸才能回原點。回原點可以矯正X軸、Y軸的行與列的位置，立體車庫模型控制系統需以原點為基準進行控制，行與列的位置是利用傳感器檢測左移和右移進行判斷。比如X軸電機正轉向左移動，底部的U型光電開關傳感器檢測到兩個列的光尺缺口，則向左位移兩列；若X軸電機反轉則控制系統向右位移兩列。

3.4.2 取車

載車板的取車與放車是由Z軸與Y軸配合完成，假設載車板到了選定的位置進行取車時，

Z軸直流電機先正轉，此時載車板的插桿伸出進入車底部，再由Y軸步進電機正轉四圈，向上移動將車抬起后，Z軸回原點，然后載車板再把車送至進出庫位置。

3.4.3 放車

放車與取車操作為相反過程，當X軸、Y軸到選定的空位置庫時，Y軸電機先正轉四圈，向上抬高，此時車比該位置庫的位置高一些，然后Z軸直流電機正轉將載車板的插桿伸出，到達位置后，Y軸電機再反轉八圈，向下移動，此時車已經放入選定的位置庫，最后Z軸回原點，進入下一步操作。

3.5 PLC主要程序

主、從站通信PLC程序如圖7所示，通過RS485實現立體車庫控制系統的兩臺PLC通信連接， 其中FX3U 32MR設為主站，而FX3U 32MT設為從站，他們之間的通信傳輸設置和信號傳送通過PLC程序實現。對于立體車庫的入庫和出庫操作，主要對這車庫的12個位置進行判斷，入庫操作的位置判斷如圖8所示。

4 組態界面設計

立體車庫模型控制系統的觸摸屏選用TPC7062Ti， 作為人機交互界面，主要完成車的入庫和出庫操作以及實時監視立體車庫的停放情況。在MCGS設備窗口中首先添加一個通用串口父設備0，在父設備下面創建一個設備0（三菱FX系列編程口），設置子設備PLC的屬性，進行通道連接操作，將相應通道與MCGS實時數據庫中的變量相連，對PLC的輸入輸出地址進行讀寫，實現外部信號輸入和控制PLC輸出。比如當車入庫操作時，A11（第1層第1區），當表達式（m022=1）為非零時，對應圖符可見，顯示“有”；當車出庫操作時，A11（第1層第1區），當表達式（m022=1and m111=0）為非零時，按鈕可見，顯示“取”，同時該顯示框的操作屬性，數據對象值操作設為按1松0的m131，點擊該按鈕，可進行出庫操作。在立體車庫模型中一共有12個位置，按A11-A12-A13-A21-A22…A42-A43的順序加1進行設置。MCGS組態界面設置，如圖9所示

5 結語

立體車庫模型采用三菱FX3U系列PLC與昆侖通態觸摸屏為主體的控制系統，整體工作效率高，運行性能安全可靠，控制過程實現自動化和可視化，減少了操作人員的工作量。實際停車場立體車庫依此設計，可很好的解決城市“停車難”和“停取車速度慢”的問題。

參考文獻：

[1] 王虎軍， 馬殷元.基于PLC的垂直升降式立體車庫控制系統設計[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2016，18（1）：82-84.

[2] 張桂香， 耿長清.基于PLC的升降橫移式立體車庫自動控制[J].自動化儀表，2013，34（7）：35-37.

[3] 劉偉， 張廷林，董小偉，等.基于PLC的立體車庫自動控制系統的設計[J].起重運輸機械，2013（12）：20-22.

[4]易倩穎， 葉云岳，鄭灼.基于PLC的新型垂直提升式立體車庫控制系統設計[J].機電工程，2012，29（4）：409-412.

Design of the Control System in Cubic Garage Based on Mitsubishi FX3U

CHEN Yuan-zhao， ZHANG Jie-ping

（Department of Minxi VElectrical Engineering， Longyan 364021， China）

Abstract： Take the four floor and three area cubic garage model as an example， the paper introduced the composition and requirements of the control system， described the process of automobiles storage and delivery， according to the requirements distribute I/O port and hardware connection of PLC， and designed the process of the storage and departure， some other main procedures of the control system. This control system has the advantages of safety， stability， convenience and rapidness after testing. Solutions for the city's newly build and reformed cubic garage have been provided.

key words： cubic garage； PLC； touch screen； storage； departure

責任編輯 祁秀春