基于PLC的升降横移立体车库控制系统设计

2012-11-20王晶晶

中国新技术新产品 2012年14期

王晶晶

（福州职业技术学院，福建福州 350108）

1 立体车库发展现状

随着经济的高速发展和居民生活水平的不断提高，家用汽车的需求不断增加，汽车销量与日俱增，随之而来城市的停车场地严重不足，停车难的问题不断恶化。如同城市中平房越来越多高楼越来越多，向空间、向高层发展的多层立体车库成为解决城市静态交通的有效措施。其具有占地面积少，能充分利用立体空间等优点。

国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》（国质检锅[2004]31号）中，把机械式停车设备共分为九大类，代码4D10—4D90，即：升降横移类(psh)，垂直循环类(pcs)、多层循环类(pds)、平面移动类(ppy)、巷道堆垛类(pxd)、水平循环类(psx)、垂直升降类(pcs)、简易升降类(pjs)、汽车专用升降机类(pqs)。上述各种类型的停车设备，采用不同的工作原理和技术，适用于不同的场地条件，各有其特点和优势。

升降横移类，通过载车板升降或横移来存取车辆，有二层的、多层的、有四柱结构的，有后悬臂结构的、有链条提升的、有钢丝绳提升的等等。最大特点是对场地的适应性较强，规模可大可小，设备简单、可靠，使用方便、价格较低。据统计这种设备占新建立体车库总量的80%，目前在市场上应用广泛，是目前国内应用率最高的停车设备。

循环类停车设备，有垂直循环、多层循环、水平循环等多种形式，载车板可在多个层面作循环移动（可顺时针或逆时针），当指定载车板,移至车库出、入口时，即可进行存取车辆的操作。

平面移动类和巷道堆垛类停车设备又叫仓储式停车设备，主要通过升降装置和智能搬运器实现存取车辆。升降装置可按设计层数作上下运动，搬运器可沿巷道作水平移动，到达指定的车位旁后，从停车位提取车或将车放入车位。适用于地下也可建在地上的车库，特别是巷道长度不太长，但层数较多的大型车库。

垂直升降类停车设备，通过升降机将车辆升降到指定层，习惯称为电梯塔式。车库中间是车辆垂直运行通道，在通道两侧每层各设置一个停车位，升降机将车辆或载车板运到指定层，然后由存取机构横向存取车，一套系统可建25层、停放50辆车。

简易升降类停车设备，通过升降机构将载车板提升或下降至地面层来实现存取车。有地上两层、俯仰升降地上两层，半地下两层和三层等形式。

汽车专用升降机类则是专门用于载车的电梯，可替代车库内车道，直接到不同的停车层面存取车。

本文以应用最为广泛的升降横移式立体车库为控制对象，基于PLC的控制，研发一种通用多层立体车库控制系统的设计方法。

2 升降横移式立体车库结构及其工作方式

升降横移式立体停车库主要由钢结构框架、载车板、传动系统、控制系统、安全防护系统5部分组成。钢结构框架是立体车库的支撑结构由立柱、横梁和纵梁还有横移导轨等组成。载车板用于承载库存车辆，其上设有横移电机，带动载车板整体做横移运动，载车板上的搬运器由钢丝绳与框架连接，可以升降。传动系统分为升降传动系统和横移传动系统，是整个车库系统的核心。升降运动采用升降电动机、链条提升，横移运动借助导轨采用交流减速横移电动机和滑轮驱动。需具有结构简单，柔性好，启动平稳，噪声小，且安全可靠等优点。控制系统的主要控制对象是横移小电机和升降大电机，可采用单片机或可编程控制器作为控制核心，控制继电器或接触器的通断完成横移及升降动作。系统安全防护系统设有紧急停车、车辆超长检测、防坠装置、温度检测等装置，使立体车库可安全可靠的工作。

多层升降横移式立体车库除最上层外，每层均留有一个空车位，例如车库设计为3层3列，那么整个车库共有9个车位，则有7个可停车的载车板。立体车库的工作方式为，顶层载车板只需上下升降，中层载车板既可上下升降，又可左右横移；底层载车板只需左右横移。中层和底层各有一个空位，通过横移载车板变换空位，使空位正上方的顶层载车板下降到底层。如图1所示，地面一层1、2车位的车辆可直接存取，载车板只需左右横移；二层3、4车位既要左右横移，也需上下升降；三层5、6、7车位只需升降运动。图中“空位”没有载车板，如果要在任一车位上存取车辆，首先必须把该车位正下方每层车位的载车板移开，产生一个垂直通道，再将该车位载车板移至最下层，底层载车板上的汽车可直接出车，整个过程即可完成。

图1 升降横移立体车库工作原理图

3 PLC控制系统设计

升降横移立体停车库车位结构为M×N的二维矩阵形式，M为层，N为列可设计为多层、多列，车库的容量为：

为了叙述方便本文以3层3列车库为例说明系统的设计方法。

3.1 PLC系统硬件

升降横移立体车库控制系统的主要控制对象是横移小电机和升降大电机使它们根据存取车的要求利用按钮操作，以达到通过改变电源相序实现载车板的左右或上下移动。其次是控制车库内的各种辅助装置，如：指示灯及其各种安全设施等。为了保证载车板能横移和上升或下降到指定位置，采用了行程开关定位。为了判断载车板上有无车辆，采用了光电开关。一般小型车库选用按钮操作即可，亦可采用触摸屏操作。综上分析，控制系统中的输入主要为各种检测传感器的信号，输出主要为升降、横移电机以及一些指示装置，采用三菱FX2NPLC作为控制核心。图2为系统硬件结构图。根据上述分析确定控制系统的输入输出设备，如表1、2所示。

图2 控制系统硬件结构图

根据输入输出分析，本系统需要54点输入和27点输出，考虑10%的裕量，选择三菱FX2N-64MR基本单元，配合输入扩展模块FX2NC-32EX组成该系统的控制模块。

3.2 PLC控制程序设计

升降横移式立体停车库控制系统分为两种工作方式：手动和自动，通过开关进行选择。其中手动方式主要用于调试维修或应急情况，也就是“点动”，即当选择了车位号后，通过按下“上”、“下”、“左”、“右”键，调整载车板到预定的位置。自动工作方式是立体停车库的正常工作方式，当键入取车命令后，系统自动判断对应载车板所在的位置，进行升降横移动作，自动完成车辆存取动作。

存取车控制的关键问题是车位如何移动，当选择某车位进行存取车操作时，需要移开它下面的所有车位，建立下行通道。车位的状态时随机的，建立下行通道的情况有很多种，须遵循高效原则，使得移动的车位数最少，所用时间最少短当选择存取车位后，将所选车位与其下面各层的空位进行位置比较，若某层空位在该车位左侧，则将该层的相关车位左移，若某层空位在该车位右侧，则将该层的相应车位右移，最终使所选车位的下面形成通道，便于该车位升降，完成存取车操作。为了保证车辆存取的安全、可靠、高效，车位复位时遵循：升降复位，平移不复位的原则。

程序分为两大部分，主程序和子程序。主程序控制整个立体车库的运行情况，调用子程序处理各种请求，包括车位编号、车位选择、运行指示、车位复位、安全检测。程序自动工作方式流程图如图3。应用三菱GX开发软件，编写程序方便、快捷。