基于PLC的升降橫移立體車庫控制系統設計

王晶晶

（福州職業技術學院，福建 福州 350108）

1 立體車庫發展現狀

隨著經濟的高速發展和居民生活水平的不斷提高，家用汽車的需求不斷增加，汽車銷量與日俱增，隨之而來城市的停車場地嚴重不足，停車難的問題不斷惡化。如同城市中平房越來越多高樓越來越多，向空間、向高層發展的多層立體車庫成為解決城市靜態交通的有效措施。其具有占地面積少，能充分利用立體空間等優點。

國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的《特種設備目錄》（國質檢鍋[2004]31號）中，把機械式停車設備共分為九大類，代碼4D10—4D90，即：升降橫移類(psh)，垂直循環類(pcs)、多層循環類(pds)、平面移動類(ppy)、巷道堆垛類(pxd)、水平循環類(psx)、垂直升降類(pcs)、簡易升降類(pjs)、汽車專用升降機類(pqs)。上述各種類型的停車設備，采用不同的工作原理和技術，適用于不同的場地條件，各有其特點和優勢。

升降橫移類，通過載車板升降或橫移來存取車輛，有二層的、多層的、有四柱結構的，有后懸臂結構的、有鏈條提升的、有鋼絲繩提升的等等。最大特點是對場地的適應性較強，規模可大可小，設備簡單、可靠，使用方便、價格較低。據統計這種設備占新建立體車庫總量的80%，目前在市場上應用廣泛，是目前國內應用率最高的停車設備。

循環類停車設備，有垂直循環、多層循環、水平循環等多種形式，載車板可在多個層面作循環移動（可順時針或逆時針），當指定載車板,移至車庫出、入口時，即可進行存取車輛的操作。

平面移動類和巷道堆垛類停車設備又叫倉儲式停車設備，主要通過升降裝置和智能搬運器實現存取車輛。升降裝置可按設計層數作上下運動，搬運器可沿巷道作水平移動，到達指定的車位旁后，從停車位提取車或將車放入車位。適用于地下也可建在地上的車庫，特別是巷道長度不太長，但層數較多的大型車庫。

垂直升降類停車設備，通過升降機將車輛升降到指定層，習慣稱為電梯塔式。車庫中間是車輛垂直運行通道，在通道兩側每層各設置一個停車位，升降機將車輛或載車板運到指定層，然后由存取機構橫向存取車，一套系統可建25層、停放50輛車。

簡易升降類停車設備，通過升降機構將載車板提升或下降至地面層來實現存取車。有地上兩層、俯仰升降地上兩層，半地下兩層和三層等形式。

汽車專用升降機類則是專門用于載車的電梯，可替代車庫內車道，直接到不同的停車層面存取車。

本文以應用最為廣泛的升降橫移式立體車庫為控制對象，基于PLC的控制，研發一種通用多層立體車庫控制系統的設計方法。

2 升降橫移式立體車庫結構及其工作方式

升降橫移式立體停車庫主要由鋼結構框架、載車板、傳動系統、控制系統、安全防護系統5部分組成。鋼結構框架是立體車庫的支撐結構由立柱、橫梁和縱梁還有橫移導軌等組成。載車板用于承載庫存車輛，其上設有橫移電機，帶動載車板整體做橫移運動，載車板上的搬運器由鋼絲繩與框架連接，可以升降。傳動系統分為升降傳動系統和橫移傳動系統，是整個車庫系統的核心。升降運動采用升降電動機、鏈條提升，橫移運動借助導軌采用交流減速橫移電動機和滑輪驅動。需具有結構簡單，柔性好，啟動平穩 ，噪聲小，且安全可靠等優點。控制系統的主要控制對象是橫移小電機和升降大電機，可采用單片機或可編程控制器作為控制核心，控制繼電器或接觸器的通斷完成橫移及升降動作。系統安全防護系統設有緊急停車、車輛超長檢測、防墜裝置、溫度檢測等裝置，使立體車庫可安全可靠的工作。

多層升降橫移式立體車庫除最上層外，每層均留有一個空車位，例如車庫設計為3層3列，那么整個車庫共有9個車位，則有7個可停車的載車板。立體車庫的工作方式為，頂層載車板只需上下升降，中層載車板既可上下升降，又可左右橫移；底層載車板只需左右橫移。中層和底層各有一個空位，通過橫移載車板變換空位，使空位正上方的頂層載車板下降到底層。如圖1所示，地面一層1、2車位的車輛可直接存取，載車板只需左右橫移；二層3、4車位既要左右橫移，也需上下升降；三層5、6、7車位只需升降運動。圖中“空位”沒有載車板，如果要在任一車位上存取車輛，首先必須把該車位正下方每層車位的載車板移開，產生一個垂直通道，再將該車位載車板移至最下層，底層載車板上的汽車可直接出車，整個過程即可完成。

圖1 升降橫移立體車庫工作原理圖

3 PLC控制系統設計

升降橫移立體停車庫車位結構為M×N的二維矩陣形式，M為層，N為列可設計為多層、多列，車庫的容量為：

為了敘述方便本文以3層3列車庫為例說明系統的設計方法。

3.1 PLC系統硬件

升降橫移立體車庫控制系統的主要控制對象是橫移小電機和升降大電機使它們根據存取車的要求利用按鈕操作，以達到通過改變電源相序實現載車板的左右或上下移動。其次是控制車庫內的各種輔助裝置，如：指示燈及其各種安全設施等。為了保證載車板能橫移和上升或下降到指定位置，采用了行程開關定位。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。一般小型車庫選用按鈕操作即可，亦可采用觸摸屏操作。綜上分析，控制系統中的輸入主要為各種檢測傳感器的信號，輸出主要為升降、橫移電機以及一些指示裝置，采用三菱FX2NPLC作為控制核心。圖2為系統硬件結構圖。根據上述分析確定控制系統的輸入輸出設備，如表1、2所示。

圖2 控制系統硬件結構圖

根據輸入輸出分析，本系統需要54點輸入和27點輸出，考慮10%的裕量，選擇三菱FX2N-64MR基本單元，配合輸入擴展模塊FX2NC-32EX組成該系統的控制模塊。

3.2 PLC控制程序設計

升降橫移式立體停車庫控制系統分為兩種工作方式：手動和自動，通過開關進行選擇。其中手動方式主要用于調試維修或應急情況，也就是“點動”，即當選擇了車位號后，通過按下“上”、“下”、“左”、“右”鍵，調整載車板到預定的位置。自動工作方式是立體停車庫的正常工作方式，當鍵入取車命令后，系統自動判斷對應載車板所在的位置，進行升降橫移動作，自動完成車輛存取動作。

存取車控制的關鍵問題是車位如何移動，當選擇某車位進行存取車操作時，需要移開它下面的所有車位，建立下行通道。車位的狀態時隨機的，建立下行通道的情況有很多種，須遵循高效原則，使得移動的車位數最少，所用時間最少短當選擇存取車位后，將所選車位與其下面各層的空位進行位置比較，若某層空位在該車位左側，則將該層的相關車位左移，若某層空位在該車位右側，則將該層的相應車位右移，最終使所選車位的下面形成通道，便于該車位升降，完成存取車操作。為了保證車輛存取的安全、可靠、高效，車位復位時遵循：升降復位，平移不復位的原則。

程序分為兩大部分，主程序和子程序。主程序控制整個立體車庫的運行情況，調用子程序處理各種請求，包括車位編號、車位選擇、運行指示、車位復位、安全檢測。程序自動工作方式流程圖如圖3。應用三菱GX開發軟件，編寫程序方便、快捷。

表1 輸入地址分配表

表2 輸出地址分配表

圖3 自動工作方式流程圖

結語

升降橫移類立體車庫結構靈活、存取速度快、造價低、適用性強等優點。采用三菱FX2N可編程控制器作為控制核心，總結了一種通用的控制方法，實現在立體車庫的智能控制。采用手動和自動兩種工作方式，配合軟/硬件安全檢測，提高了系統的可靠性。同時軟件程序設計時的優化處理，方便了系統的擴展，提高了工作效率。

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