基于PLC的立體車庫下行通道控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

王康康 胡松 李晶路 孫超峰 魏俊偉

摘 要：針對升降橫移式立體車庫下行通道的開辟，提出了一種自動控制算法，并利用PLC實(shí)現(xiàn)了下行通道開辟的自動控制，對立體車庫實(shí)現(xiàn)智能化管理有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：升降橫移式立體車庫；下行通道；PLC

近些年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得長足進(jìn)步，各個行業(yè)也不斷迅速發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，私家車的數(shù)量越來越多，汽車行業(yè)的發(fā)展給居民的出行帶來許多便利之處，同時也給居民的生活帶來困擾，停車難就是城市汽車保有量的增加帶來的一個負(fù)面問題[1]。

立體停車庫將傳統(tǒng)的平面停車庫上升到三維空間，有效的利用了空間，對于緩解交通擁堵現(xiàn)象有著重要作用。[2]

1 立體車庫概述

對于立體車庫的研究，國外已經(jīng)有六十多年的歷史，我國在20世紀(jì)80年代開始注重這方面的研究，雖然我國起步晚，但發(fā)展十分迅速。[3]

國家制定的《特種設(shè)備目錄》將立體車庫分為九大類，分別是：升降橫移類、簡易升降類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、多層 循環(huán)類、平面移動類、巷道堆垛類、垂直升降類和汽車專用升降機(jī)。[4]

在實(shí)際生活中，由于升降橫移式立體車庫建造快捷、成本低、性能好、存車效率高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。在本論文中以三層四列十車位升降橫移式立體車庫為研究對象，設(shè)計研究車庫下行通道的自動控制系統(tǒng)。

2 立體車庫工作原理

以三層四列十車位升降橫移式立體車庫為例來說明立體車庫的工作原理。車位布置如圖1所示。在圖中的數(shù)字代表車位號。在結(jié)構(gòu)安排上，除了最高層，每一層都留有一個空位（無載車板的位置），在圖一中編號為11和21的車位為空位，為載車板的平移預(yù)留空間。動力由橫移電機(jī)和升降電機(jī)提供，分別實(shí)現(xiàn)載車板的平移運(yùn)動和升降運(yùn)動。最底層在存取車過程中載車板無需移動，直接存取車輛即可[5]。除最底層外，在存取車輛的之前都要先建立下行通道，即將目標(biāo)車位下面的載車板通過平移電機(jī)移開，為目標(biāo)車位的下降開辟通道。上層載車板下降到一層，車輛上（或下）到載車板上后，上層載車板要復(fù)位，由升降電機(jī)提升至原來所在的層，而對于平移的載車板則不需要復(fù)位。也就是說升降要復(fù)位，平移不需要復(fù)位[5]。下面具體以圖一所示的三層四列十車位升降橫移式立體車庫為例來說明。

如果要將車輛存放于33號車位，則載車板的運(yùn)動情況如下。

要使車輛存放于33號車位，則33號車位的載車板要下降至一層，這樣就要為載車板的下降開辟下行通道。首先22號車位的載車板向左橫移至21號空位，接著23號向左橫移至22號空位。同樣，12號車位的載車板箱左橫移至11號空位，13號向左橫移至12號空位。這樣就為33號車位的載車板的下降開辟了下行通道。

3 PLC控制設(shè)計

3.1 所要實(shí)現(xiàn)的控制要求

本論文提出的算法要實(shí)現(xiàn)的是當(dāng)工作人員在上位機(jī)選擇目標(biāo)車位時候，PLC作為下位機(jī)可以自動控制下行通道的開辟。具體動作要求：

⑴如果選擇一層車位，則一層和二層載車板無橫移動作，不需要開辟下通道。

⑵如果選擇二層車位，則二層載車板無橫移動作，一層載車板有橫移動作，為二層載車板自動開辟下行通道。

⑶如果選擇三層車位，則一層和二層載車板都有橫移動作，為三層載車板自動開辟下行通道。

3.2 下行通道建立的原理

在下面兩層的每一層都留有一個空位（無載車板的位置），用于載車板的平移以形成下行通道[6]。利用光電開關(guān)可以獲得空位列編碼，利用上位機(jī)與PLC通信端口，操作上位機(jī)可以獲得目標(biāo)（車位）列編碼，通過比較目標(biāo)列編碼與空位列編碼，利用PLC的比較指令可以實(shí)現(xiàn)載車板移動方向的判斷與運(yùn)動控制的實(shí)現(xiàn)。

3.3 PLC的I/O口分配

根據(jù)控制需要合理布線，設(shè)計PLC的I/O口分配。本論文以三菱FX2N系列的PLC為例進(jìn)行設(shè)計與編程。

表1是PLC的輸入地址分配表，具體分配如下表所示。

表2是PLC的輸出地址分配表，具體分配如下表所示。

操作者通過上位機(jī)選定目標(biāo)車位，上位機(jī)與PLC的通信端口和車位的對應(yīng)布置如下圖所示。

除了最高層，在每個車位上都裝有光電開關(guān)，以檢測載車板的橫移位置，光電開關(guān)在PLC的接口與車位的對應(yīng)表如下圖所示。由于最上一層不參與下行通道的開辟，所以不用安裝光電開關(guān)。

3.4 PLC程序?qū)崿F(xiàn)

考慮邏輯上的清晰與條理性，下面分塊編程，實(shí)現(xiàn)下行通道的開辟。

程序塊一：合理設(shè)計載車板的啟停控制

程序塊二：光電開關(guān)通知空位（無載車板的位置）列編號

在每個車位上都布置有光電開關(guān)，用于檢測車位上是否有載車板。當(dāng)車位上無載車板時，光電開關(guān)得電，并將相應(yīng)的車位代碼送入數(shù)據(jù)寄存器D0中，為后續(xù)程序中判斷載車板的運(yùn)動方向提供依據(jù)。

程序塊三：目標(biāo)列編號通知

操作者在上位機(jī)選擇目標(biāo)車位，通過上位機(jī)與PLC的通信端口通知PLC目標(biāo)列的編號，為后續(xù)載車板的運(yùn)動方向判斷做準(zhǔn)備。

程序塊四：載車板運(yùn)動方向判斷

通過比較指令CMP，合理布置中間繼電器M1、M2、M3，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)載車板的運(yùn)動方向控制。

程序塊五：載車板運(yùn)動控制，實(shí)現(xiàn)通道開辟。

通過目標(biāo)層與二層序號的比較，判斷與控制載車板是否執(zhí)行橫移動作，避免無效動作，為實(shí)現(xiàn)控制要求做準(zhǔn)備。

4 結(jié)論

本論文在研究升降橫移式立體車庫工作原理的基礎(chǔ)上詳細(xì)研究了立體車庫下行通道開辟的設(shè)計，提出了一種自動開辟下行通道的設(shè)計算法，并通過PLC實(shí)現(xiàn)下行通道開辟控制，實(shí)現(xiàn)了立體車庫的自動化價值。在本論文的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步研究存車路徑優(yōu)化算法控制，提高存車效率，降低能源成本。

[參考文獻(xiàn)]

[1]潘曉晶，張能，等.基于PLC的智能化立體車庫的軟件設(shè)計[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報，2011，28（2）：50-52.

[2]馬紅麟.基于PLC控制的多層立體車庫的研究與設(shè)計[J].制造業(yè)自動化.2009，31（3）：97-100.

[3]羅志勇，羅萍，周立芳.PLC工程實(shí)例詳解[M].北京：人民郵電出版社，2012：1-27.

[4]丁學(xué)恭，陸長明，等.電器控制與PLC[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2011：143-162.

[5]易倩穎.基于PLC的新型智能立體車庫的控制系統(tǒng)研究[D].浙江：浙江大學(xué)機(jī)械系，2012.

[6]蘇鳳菊.基于PLC的升降橫移式立體停車庫的控制系統(tǒng)設(shè)計[D].沈陽：沈陽大學(xué)電氣系，2013.