基于PLC的升降橫移式立體車庫模塊化編程研究

張明柱 許雷

摘 要：升降橫移式立體車庫是我國目前使用最廣泛的立體車庫，結構是由M×N的二維矩陣構成，可根據需求使用不同的陣列形式組合而成。對于采用PLC作為集中控制系統的方式，按照傳統的思路，程序需要遍歷所有工況下車位移動的情景，隨著結構的拓展，編程工作量會成倍的增長。本論文主要從載車板的運動入手，通過矩陣變換分析，找出其中的運動規律，建立一種通用的編程邏輯，從而能夠快速的針對不同結構立體車庫進行編程，減少不必要的重復性工作，提高效率及程序的穩定性。

關鍵詞：立體車庫；升降橫移；PLC控制；模塊化編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.129

1 升降橫移類立體車庫的結構特點

升降橫移類立體車庫是采用以載車板升降或橫移存取車輛的機械式停車設備。 特點：由于型式比較多，規模可大可小，對地的適應性較強，因此使用十分普遍。車庫包括鋼結構部分、載車板部分、鏈條傳動系統、控制系統、安全防護措施等。結構是由M×N的二維矩陣構成的，N為立體車庫的層數，M為立體車庫的列數，車位總數的計算方式為：P=M×N?（N?1）。

每一種結構除最頂層外，均需要空出一列，空出的一列用于載車板的上下左右運動。最頂層只做升降運動，最底層只做左右運動。這樣不論怎樣的矩陣結構，都可以滿足存取任何一個位置的車輛。

2 傳感器布置及控制的實現

載車板的上下左右運動是依靠兩臺可以正反轉的電機驅動，載車板在向下運動之前，必須確保此載車板的下方沒有其他載車板阻擋，載車板的左右運動只能向初始狀態及鄰近的一個車位移動。

載車板移動的定位需要靠限位開關接入PLC控制，限位開關需設置在載車板的上下止點及左右止點上。X為限位開關接入PLC輸入觸點，Y為PLC輸出觸點，控制電機的正反轉，實現載車板的上下左右運動。下圖以四層三列為例：

3 運動規律分析

程序控制的目的是能夠使任何一個位置的載車板能夠下降到一層，供存取車使用。從運動方向上分析，可分為水平運動和垂直運動，當系統發出某個載車板的要車信號，該載車板以下的所有載車板通過水平運動，為所選載車板下方空出一列，所選載車板垂直下降，到達一層。

按照傳統的編程思路，當選中任意一個車位，PLC輸出點發出控制電機的指令，使該車位以下層數所有的載車板移動，達到空出下方一列的情況，該車位再進行垂直移動，實現存取車。程序必須遍歷所有車位被選中后所觸發的運動情況，并且隨著車位打亂，車庫陣列結構的增加，編程工作量會成指數級增長。

通過對載車板的運動分析，除最頂層不需做水平運動，其他每一層的水平運動方式是一致的。所以分析出單層的運動規律，其他層只需要按照同樣的思路，修改限位開關的輸入點，整個程序結構就能夠非常簡化，并且對于不同的陣列結構，只需要按照同樣的思路，更改PLC輸入輸出觸點即可快速的完成。

通常最右側空出一列，把這個狀態稱為每個載車板的初始狀態。載車板只需能夠水平向右移動一個車位，就能達到空出任何一列的目的。現運用此種思路使用三菱FX2N系列PLC進行程序設計，使用GX Simulator 6 進行程序的仿真，來驗證通用邏輯是否合理。

以三列為例，根據排列組合公式：

C（n，m）=n！/[m！（n-m）！]

計算單層的所有狀態，（n 為下標，m 為上標），計算得C（3，1）=3，每一層的載車板有三種狀態，在程序中使用中間繼電器M11，M12，M13分別表示第一層的三種狀態。 單層狀態邏輯圖及程序：

M11表示一層1車位空缺，M12表示一層2車位空缺，M13表示一層3車位空缺，其他層依次類推。

隨著列數增加，單層狀態繼電器的數量跟列數相等，并不會成倍數的增加編程工作量。

如需要使用31號載車板，則二層及一層載車板需達到M21 && M11狀態，31號的下面就會空出，進行存取車。如需使用41號載車板，則三層、二層及一層載車板需達到M31 && M21 && M11狀態，41號的下面就會空出。

當載車板位于左側時，左側限位開關閉合，PLC輸入點閉合，程序中設置電機不能再向左移動，當載車板位于右側，右側限位開關閉合，PLC輸入點閉合，程序中設置電機不能再向右移動。例程如下圖：

當對任意一個載車板發出需求信號時，程序可以根據限位開關的狀態判斷出所選載車板是初始狀態還是右移狀態，然后調度此載車板以下所有層的載車板移動到空出這一列的狀態，選中載車板下降，進行存取車。下圖為例程：

4 仿真及驗證

下面以四層三列為例，通過仿真軟件和運動示意圖，動態的測試編程邏輯的嚴密性。下圖為車庫的初始狀態，限位開關X0，X1，X4，X5，X10，X11閉合，達到M13，M23，M33狀態。

當發出指令，M121上升沿觸發，Y01、Y03接通，11號及12號載車板右移。

當11號載車板和12號載車板到達右邊位置后，限位開關X02和X03閉合，Y1和Y3斷開，1層達到M11狀態，21號載車板就可以下降到一層了。

這時候再要41號載車板，M141上升沿觸發，Y05、Y11、Y15、Y21接通，2層及3層分別達到M21狀態和M31狀態，由于1層已經達到M11狀態，到位停止程序會阻止其執行。

最終，1層2層和3層分別達到M11、M21和M31狀態，空出41號載車板下方，經過不斷的仿真，操作任意載車板時均可滿足使用要求。

5 結論

通過以上研究，解決了升降橫移式立體車庫PLC控制系統的模塊化編程問題，對于任何陣列結構，建立了一種通用的編程邏輯，通過仿真，證明了邏輯的嚴密性。

參考文獻：

[1]賀擁軍，楊承超，周緒紅，劉永健.立體車庫的結構形式及應用與發展[J].建筑科學與工程學報，2009，26（04）：30-34.

[2]周雪松，田密，馬幼捷，馬云斌，邵寶福.智能化立體車庫存取車優化控制策略的研究[J].制造業自動化，2008，30（10）：31-34.

[3]楊冬梅，高炳學.立體車庫的布局設計[J].起重運輸機械，2003 （05）：9-10.

[4]蔣圣平，陳曄.PLC在立體車庫系統控制中的應用[J].測試技術學報，2000，14（02）：76-79.

[5]張華強，王陶，蘇曉良，王蕾.基于HMI和PLC的立體車庫自動控制系統[J].電氣傳動，2005，35（08）：50-53.

[6]岳云霞.基于PLC的立體車庫自動控制系統的設計[J].科技資訊，2013（02）：3-4.

[7]BM Wang.Design of PLC Monitoring System for Stereo Garage.Control Engineering of China，2007.

[8]劉艷梅.三菱PLC基礎與系統設計[M].第2版.機械工業出版社，2013.