基于PLC的升降横移式立体车库模块化编程研究

张明柱 许雷

摘 要：升降横移式立体车库是我国目前使用最广泛的立体车库，结构是由M×N的二维矩阵构成，可根据需求使用不同的阵列形式组合而成。对于采用PLC作为集中控制系统的方式，按照传统的思路，程序需要遍历所有工况下车位移动的情景，随着结构的拓展，编程工作量会成倍的增长。本论文主要从载车板的运动入手，通过矩阵变换分析，找出其中的运动规律，建立一种通用的编程逻辑，从而能够快速的针对不同结构立体车库进行编程，减少不必要的重复性工作，提高效率及程序的稳定性。

关键词：立体车库；升降横移；PLC控制；模块化编程

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

1 升降横移类立体车库的结构特点

升降横移类立体车库是采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备。 特点：由于型式比较多，规模可大可小，对地的适应性较强，因此使用十分普遍。车库包括钢结构部分、载车板部分、链条传动系统、控制系统、安全防护措施等。结构是由M×N的二维矩阵构成的，N为立体车库的层数，M为立体车库的列数，车位总数的计算方式为：P=M×N?（N?1）。

每一种结构除最顶层外，均需要空出一列，空出的一列用于载车板的上下左右运动。最顶层只做升降运动，最底层只做左右运动。这样不论怎样的矩阵结构，都可以满足存取任何一个位置的车辆。

2 传感器布置及控制的实现

载车板的上下左右运动是依靠两台可以正反转的电机驱动，载车板在向下运动之前，必须确保此载车板的下方没有其他载车板阻挡，载车板的左右运动只能向初始状态及邻近的一个车位移动。

载车板移动的定位需要靠限位开关接入PLC控制，限位开关需设置在载车板的上下止点及左右止点上。X为限位开关接入PLC输入触点，Y为PLC输出触点，控制电机的正反转，实现载车板的上下左右运动。下图以四层三列为例：

3 运动规律分析

程序控制的目的是能够使任何一个位置的载车板能够下降到一层，供存取车使用。从运动方向上分析，可分为水平运动和垂直运动，当系统发出某个载车板的要车信号，该载车板以下的所有载车板通过水平运动，为所选载车板下方空出一列，所选载车板垂直下降，到达一层。

按照传统的编程思路，当选中任意一个车位，PLC输出点发出控制电机的指令，使该车位以下层数所有的载车板移动，达到空出下方一列的情况，该车位再进行垂直移动，实现存取车。程序必须遍历所有车位被选中后所触发的运动情况，并且随着车位打乱，车库阵列结构的增加，编程工作量会成指数级增长。

通过对载车板的运动分析，除最顶层不需做水平运动，其他每一层的水平运动方式是一致的。所以分析出单层的运动规律，其他层只需要按照同样的思路，修改限位开关的输入点，整个程序结构就能够非常简化，并且对于不同的阵列结构，只需要按照同样的思路，更改PLC输入输出触点即可快速的完成。

通常最右侧空出一列，把这个状态称为每个载车板的初始状态。载车板只需能够水平向右移动一个车位，就能达到空出任何一列的目的。现运用此种思路使用三菱FX2N系列PLC进行程序设计，使用GX Simulator 6 进行程序的仿真，来验证通用逻辑是否合理。

以三列为例，根据排列组合公式：

C（n，m）=n！/[m！（n-m）！]

计算单层的所有状态，（n 为下标，m 为上标），计算得C（3，1）=3，每一层的载车板有三种状态，在程序中使用中间继电器M11，M12，M13分别表示第一层的三种状态。 单层状态逻辑图及程序：

M11表示一层1车位空缺，M12表示一层2车位空缺，M13表示一层3车位空缺，其他层依次类推。

随着列数增加，单层状态继电器的数量跟列数相等，并不会成倍数的增加编程工作量。

如需要使用31号载车板，则二层及一层载车板需达到M21 && M11状态，31号的下面就会空出，进行存取车。如需使用41号载车板，则三层、二层及一层载车板需达到M31 && M21 && M11状态，41号的下面就会空出。

当载车板位于左侧时，左侧限位开关闭合，PLC输入点闭合，程序中设置电机不能再向左移动，当载车板位于右侧，右侧限位开关闭合，PLC输入点闭合，程序中设置电机不能再向右移动。例程如下图：

当对任意一个载车板发出需求信号时，程序可以根据限位开关的状态判断出所选载车板是初始状态还是右移状态，然后调度此载车板以下所有层的载车板移动到空出这一列的状态，选中载车板下降，进行存取车。下图为例程：

4 仿真及验证

下面以四层三列为例，通过仿真软件和运动示意图，动态的测试编程逻辑的严密性。下图为车库的初始状态，限位开关X0，X1，X4，X5，X10，X11闭合，达到M13，M23，M33状态。

当发出指令，M121上升沿触发，Y01、Y03接通，11号及12号载车板右移。

当11号载车板和12号载车板到达右边位置后，限位开关X02和X03闭合，Y1和Y3断开，1层达到M11状态，21号载车板就可以下降到一层了。

这时候再要41号载车板，M141上升沿触发，Y05、Y11、Y15、Y21接通，2层及3层分别达到M21状态和M31状态，由于1层已经达到M11状态，到位停止程序会阻止其执行。

最终，1层2层和3层分别达到M11、M21和M31状态，空出41号载车板下方，经过不断的仿真，操作任意载车板时均可满足使用要求。

5 结论

通过以上研究，解决了升降横移式立体车库PLC控制系统的模块化编程问题，对于任何阵列结构，建立了一种通用的编程逻辑，通过仿真，证明了逻辑的严密性。

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