基于PLC的立体车库下行通道控制系统的设计研究

王康康 胡松 李晶路 孙超峰 魏俊伟

摘 要：针对升降横移式立体车库下行通道的开辟，提出了一种自动控制算法，并利用PLC实现了下行通道开辟的自动控制，对立体车库实现智能化管理有一定的参考价值。

关键词：升降横移式立体车库；下行通道；PLC

近些年来，我国经济发展取得长足进步，各个行业也不断迅速发展，尤其是汽车工业的迅速发展，私家车的数量越来越多，汽车行业的发展给居民的出行带来许多便利之处，同时也给居民的生活带来困扰，停车难就是城市汽车保有量的增加带来的一个负面问题[1]。

立体停车库将传统的平面停车库上升到三维空间，有效的利用了空间，对于缓解交通拥堵现象有着重要作用。[2]

1 立体车库概述

对于立体车库的研究，国外已经有六十多年的历史，我国在20世纪80年代开始注重这方面的研究，虽然我国起步晚，但发展十分迅速。[3]

国家制定的《特种设备目录》将立体车库分为九大类，分别是：升降横移类、简易升降类、垂直循环类、水平循环类、多层 循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和汽车专用升降机。[4]

在实际生活中，由于升降横移式立体车库建造快捷、成本低、性能好、存车效率高等优点而得到广泛应用。在本论文中以三层四列十车位升降横移式立体车库为研究对象，设计研究车库下行通道的自动控制系统。

2 立体车库工作原理

以三层四列十车位升降横移式立体车库为例来说明立体车库的工作原理。车位布置如图1所示。在图中的数字代表车位号。在结构安排上，除了最高层，每一层都留有一个空位（无载车板的位置），在图一中编号为11和21的车位为空位，为载车板的平移预留空间。动力由横移电机和升降电机提供，分别实现载车板的平移运动和升降运动。最底层在存取车过程中载车板无需移动，直接存取车辆即可[5]。除最底层外，在存取车辆的之前都要先建立下行通道，即将目标车位下面的载车板通过平移电机移开，为目标车位的下降开辟通道。上层载车板下降到一层，车辆上（或下）到载车板上后，上层载车板要复位，由升降电机提升至原来所在的层，而对于平移的载车板则不需要复位。也就是说升降要复位，平移不需要复位[5]。下面具体以图一所示的三层四列十车位升降横移式立体车库为例来说明。

如果要将车辆存放于33号车位，则载车板的运动情况如下。

要使车辆存放于33号车位，则33号车位的载车板要下降至一层，这样就要为载车板的下降开辟下行通道。首先22号车位的载车板向左横移至21号空位，接着23号向左横移至22号空位。同样，12号车位的载车板箱左横移至11号空位，13号向左横移至12号空位。这样就为33号车位的载车板的下降开辟了下行通道。

3 PLC控制设计

3.1 所要实现的控制要求

本论文提出的算法要实现的是当工作人员在上位机选择目标车位时候，PLC作为下位机可以自动控制下行通道的开辟。具体动作要求：

⑴如果选择一层车位，则一层和二层载车板无横移动作，不需要开辟下通道。

⑵如果选择二层车位，则二层载车板无横移动作，一层载车板有横移动作，为二层载车板自动开辟下行通道。

⑶如果选择三层车位，则一层和二层载车板都有横移动作，为三层载车板自动开辟下行通道。

3.2 下行通道建立的原理

在下面两层的每一层都留有一个空位（无载车板的位置），用于载车板的平移以形成下行通道[6]。利用光电开关可以获得空位列编码，利用上位机与PLC通信端口，操作上位机可以获得目标（车位）列编码，通过比较目标列编码与空位列编码，利用PLC的比较指令可以实现载车板移动方向的判断与运动控制的实现。

3.3 PLC的I/O口分配

根据控制需要合理布线，设计PLC的I/O口分配。本论文以三菱FX2N系列的PLC为例进行设计与编程。

表1是PLC的输入地址分配表，具体分配如下表所示。

表2是PLC的输出地址分配表，具体分配如下表所示。

操作者通过上位机选定目标车位，上位机与PLC的通信端口和车位的对应布置如下图所示。

除了最高层，在每个车位上都装有光电开关，以检测载车板的横移位置，光电开关在PLC的接口与车位的对应表如下图所示。由于最上一层不参与下行通道的开辟，所以不用安装光电开关。

3.4 PLC程序实现

考虑逻辑上的清晰与条理性，下面分块编程，实现下行通道的开辟。

程序块一：合理设计载车板的启停控制

程序块二：光电开关通知空位（无载车板的位置）列编号

在每个车位上都布置有光电开关，用于检测车位上是否有载车板。当车位上无载车板时，光电开关得电，并将相应的车位代码送入数据寄存器D0中，为后续程序中判断载车板的运动方向提供依据。

程序块三：目标列编号通知

操作者在上位机选择目标车位，通过上位机与PLC的通信端口通知PLC目标列的编号，为后续载车板的运动方向判断做准备。

程序块四：载车板运动方向判断

通过比较指令CMP，合理布置中间继电器M1、M2、M3，控制电机的正反转，实现载车板的运动方向控制。

程序块五：载车板运动控制，实现通道开辟。

通过目标层与二层序号的比较，判断与控制载车板是否执行横移动作，避免无效动作，为实现控制要求做准备。

4 结论

本论文在研究升降横移式立体车库工作原理的基础上详细研究了立体车库下行通道开辟的设计，提出了一种自动开辟下行通道的设计算法，并通过PLC实现下行通道开辟控制，实现了立体车库的自动化价值。在本论文的基础上，可进一步研究存车路径优化算法控制，提高存车效率，降低能源成本。

[参考文献]

[1]潘晓晶，张能，等.基于PLC的智能化立体车库的软件设计[J].苏州科技学院学报，2011，28（2）：50-52.

[2]马红麟.基于PLC控制的多层立体车库的研究与设计[J].制造业自动化.2009，31（3）：97-100.

[3]罗志勇，罗萍，周立芳.PLC工程实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2012：1-27.

[4]丁學恭，陆长明，等.电器控制与PLC[M].杭州：浙江大学出版社，2011：143-162.

[5]易倩颖.基于PLC的新型智能立体车库的控制系统研究[D].浙江：浙江大学机械系，2012.

[6]苏凤菊.基于PLC的升降横移式立体停车库的控制系统设计[D].沈阳：沈阳大学电气系，2013.