基于PLC的升降橫移立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王晶晶

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

1 立體車庫(kù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)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(lái)城市的停車場(chǎng)地嚴(yán)重不足，停車難的問(wèn)題不斷惡化。如同城市中平房越來(lái)越多高樓越來(lái)越多，向空間、向高層發(fā)展的多層立體車庫(kù)成為解決城市靜態(tài)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(yōu)點(diǎn)。

國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布的《特種設(shè)備目錄》（國(guó)質(zhì)檢鍋[2004]31號(hào)）中，把機(jī)械式停車設(shè)備共分為九大類，代碼4D10—4D90，即：升降橫移類(psh)，垂直循環(huán)類(pcs)、多層循環(huán)類(pds)、平面移動(dòng)類(ppy)、巷道堆垛類(pxd)、水平循環(huán)類(psx)、垂直升降類(pcs)、簡(jiǎn)易升降類(pjs)、汽車專用升降機(jī)類(pqs)。上述各種類型的停車設(shè)備，采用不同的工作原理和技術(shù)，適用于不同的場(chǎng)地條件，各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

升降橫移類，通過(guò)載車板升降或橫移來(lái)存取車輛，有二層的、多層的、有四柱結(jié)構(gòu)的，有后懸臂結(jié)構(gòu)的、有鏈條提升的、有鋼絲繩提升的等等。最大特點(diǎn)是對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，規(guī)?？纱罂尚。O(shè)備簡(jiǎn)單、可靠，使用方便、價(jià)格較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)這種設(shè)備占新建立體車庫(kù)總量的80%，目前在市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用率最高的停車設(shè)備。

循環(huán)類停車設(shè)備，有垂直循環(huán)、多層循環(huán)、水平循環(huán)等多種形式，載車板可在多個(gè)層面作循環(huán)移動(dòng)（可順時(shí)針或逆時(shí)針），當(dāng)指定載車板,移至車庫(kù)出、入口時(shí)，即可進(jìn)行存取車輛的操作。

平面移動(dòng)類和巷道堆垛類停車設(shè)備又叫倉(cāng)儲(chǔ)式停車設(shè)備，主要通過(guò)升降裝置和智能搬運(yùn)器實(shí)現(xiàn)存取車輛。升降裝置可按設(shè)計(jì)層數(shù)作上下運(yùn)動(dòng)，搬運(yùn)器可沿巷道作水平移動(dòng)，到達(dá)指定的車位旁后，從停車位提取車或?qū)④嚪湃胲囄?。適用于地下也可建在地上的車庫(kù)，特別是巷道長(zhǎng)度不太長(zhǎng)，但層數(shù)較多的大型車庫(kù)。

垂直升降類停車設(shè)備，通過(guò)升降機(jī)將車輛升降到指定層，習(xí)慣稱為電梯塔式。車庫(kù)中間是車輛垂直運(yùn)行通道，在通道兩側(cè)每層各設(shè)置一個(gè)停車位，升降機(jī)將車輛或載車板運(yùn)到指定層，然后由存取機(jī)構(gòu)橫向存取車，一套系統(tǒng)可建25層、停放50輛車。

簡(jiǎn)易升降類停車設(shè)備，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)將載車板提升或下降至地面層來(lái)實(shí)現(xiàn)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(jī)類則是專門用于載車的電梯，可替代車庫(kù)內(nèi)車道，直接到不同的停車層面存取車。

本文以應(yīng)用最為廣泛的升降橫移式立體車庫(kù)為控制對(duì)象，基于PLC的控制，研發(fā)一種通用多層立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

2 升降橫移式立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)及其工作方式

升降橫移式立體停車庫(kù)主要由鋼結(jié)構(gòu)框架、載車板、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)5部分組成。鋼結(jié)構(gòu)框架是立體車庫(kù)的支撐結(jié)構(gòu)由立柱、橫梁和縱梁還有橫移導(dǎo)軌等組成。載車板用于承載庫(kù)存車輛，其上設(shè)有橫移電機(jī)，帶動(dòng)載車板整體做橫移運(yùn)動(dòng)，載車板上的搬運(yùn)器由鋼絲繩與框架連接，可以升降。傳動(dòng)系統(tǒng)分為升降傳動(dòng)系統(tǒng)和橫移傳動(dòng)系統(tǒng)，是整個(gè)車庫(kù)系統(tǒng)的核心。升降運(yùn)動(dòng)采用升降電動(dòng)機(jī)、鏈條提升，橫移運(yùn)動(dòng)借助導(dǎo)軌采用交流減速橫移電動(dòng)機(jī)和滑輪驅(qū)動(dòng)。需具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，柔性好，啟動(dòng)平穩(wěn) ，噪聲小，且安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是橫移小電機(jī)和升降大電機(jī)，可采用單片機(jī)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(dòng)作。系統(tǒng)安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)有緊急停車、車輛超長(zhǎng)檢測(cè)、防墜裝置、溫度檢測(cè)等裝置，使立體車庫(kù)可安全可靠的工作。

多層升降橫移式立體車庫(kù)除最上層外，每層均留有一個(gè)空車位，例如車庫(kù)設(shè)計(jì)為3層3列，那么整個(gè)車庫(kù)共有9個(gè)車位，則有7個(gè)可停車的載車板。立體車庫(kù)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(gè)空位，通過(guò)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(yùn)動(dòng)。圖中“空位”沒(méi)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(chǎn)生一個(gè)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(gè)過(guò)程即可完成。

圖1 升降橫移立體車庫(kù)工作原理圖

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

升降橫移立體停車庫(kù)車位結(jié)構(gòu)為M×N的二維矩陣形式，M為層，N為列可設(shè)計(jì)為多層、多列，車庫(kù)的容量為：

為了敘述方便本文以3層3列車庫(kù)為例說(shuō)明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

3.1 PLC系統(tǒng)硬件

升降橫移立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是橫移小電機(jī)和升降大電機(jī)使它們根據(jù)存取車的要求利用按鈕操作，以達(dá)到通過(guò)改變電源相序?qū)崿F(xiàn)載車板的左右或上下移動(dòng)。其次是控制車庫(kù)內(nèi)的各種輔助裝置，如：指示燈及其各種安全設(shè)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(guān)定位。為了判斷載車板上有無(wú)車輛，采用了光電開關(guān)。一般小型車庫(kù)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(tǒng)中的輸入主要為各種檢測(cè)傳感器的信號(hào)，輸出主要為升降、橫移電機(jī)以及一些指示裝置，采用三菱FX2NPLC作為控制核心。圖2為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)上述分析確定控制系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備，如表1、2所示。

圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)輸入輸出分析，本系統(tǒng)需要54點(diǎn)輸入和27點(diǎn)輸出，考慮10%的裕量，選擇三菱FX2N-64MR基本單元，配合輸入擴(kuò)展模塊FX2NC-32EX組成該系統(tǒng)的控制模塊。

3.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

升降橫移式立體停車庫(kù)控制系統(tǒng)分為兩種工作方式：手動(dòng)和自動(dòng)，通過(guò)開關(guān)進(jìn)行選擇。其中手動(dòng)方式主要用于調(diào)試維修或應(yīng)急情況，也就是“點(diǎn)動(dòng)”，即當(dāng)選擇了車位號(hào)后，通過(guò)按下“上”、“下”、“左”、“右”鍵，調(diào)整載車板到預(yù)定的位置。自動(dòng)工作方式是立體停車庫(kù)的正常工作方式，當(dāng)鍵入取車命令后，系統(tǒng)自動(dòng)判斷對(duì)應(yīng)載車板所在的位置，進(jìn)行升降橫移動(dòng)作，自動(dòng)完成車輛存取動(dòng)作。

存取車控制的關(guān)鍵問(wèn)題是車位如何移動(dòng)，當(dāng)選擇某車位進(jìn)行存取車操作時(shí)，需要移開它下面的所有車位，建立下行通道。車位的狀態(tài)時(shí)隨機(jī)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(dòng)的車位數(shù)最少，所用時(shí)間最少短當(dāng)選擇存取車位后，將所選車位與其下面各層的空位進(jìn)行位置比較，若某層空位在該車位左側(cè)，則將該層的相關(guān)車位左移，若某層空位在該車位右側(cè)，則將該層的相應(yīng)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(fù)位時(shí)遵循：升降復(fù)位，平移不復(fù)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(gè)立體車庫(kù)的運(yùn)行情況，調(diào)用子程序處理各種請(qǐng)求，包括車位編號(hào)、車位選擇、運(yùn)行指示、車位復(fù)位、安全檢測(cè)。程序自動(dòng)工作方式流程圖如圖3。應(yīng)用三菱GX開發(fā)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(dòng)工作方式流程圖

結(jié)語(yǔ)

升降橫移類立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)靈活、存取速度快、造價(jià)低、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。采用三菱FX2N可編程控制器作為控制核心，總結(jié)了一種通用的控制方法，實(shí)現(xiàn)在立體車庫(kù)的智能控制。采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，配合軟/硬件安全檢測(cè)，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)化處理，方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展，提高了工作效率。

[1]中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).升降橫移類機(jī)械式停車設(shè)備[M].國(guó)家機(jī)械工業(yè)局發(fā)布.2000.1

[2]高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2009

[3]楊小莉.基于PLC的立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).PLC 控制技術(shù).2006（12）.

[4]龔海峰.升降橫移立體車庫(kù)及其控制系統(tǒng)研究.蘭州理工大學(xué).2003.

[5]張勇.升降橫移立體停車設(shè)備控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).船艦科學(xué)技術(shù).2007（29）.