基于PLC的通用多层升降横移式立体车库控制系统的设计
《电气自动化)2007年第29卷第2期 可 编 程序 控 制 器 应 用
PLC Applications
．
基于 P LC的通用多层升降横移式立体 车库控制系
统的设计 六
Design of the Common Multi—-deck Up—-down and Translation Cubic
Car—base Control System Based on PLC
南京师范大学电气 与自动化工程学院 (江苏南京 210042) 居 荣 鞠 勇
(NanfingNormal University， Jiangsu Nanjing 210042，China) Ju Rong Ju Yong
摘 要：以 PLC为核心 ，采用计算机进行监控，实现 了多层升 降横移式立体车库系统的 自动控制，总结开发 了一种通用的控制方法 ，适用
于多层 升降横移式立体车库 的任一种形式，可很方便地进行车位拓展，具有很 好的应用 前景 。
关键词：立体 车库 PLC 关键技术 监控系统
Abstract：This paper introduces the up—down and translation cubic car—base control system with PLC and upper computer supervisory control，it was
introduced that the design ideas of key—technology can be used for any type of the up—down and translation cubic car—base control system，
it has a great future．
Keywords：cubic car--base PLC key·-technology supervisory control system
【中图分类号]TM571．6 1 【文献标识码 ]B 【文章编号 ]1000—3886(2007)02—0066．04
近年来，随着我国国民经 济的高速发展和人 民生活水平的提
高，汽车 的数量大幅度增加，城 市的停 车场地严重不足，停车难已
成为很现实 的问题。采用多层 停放 的立体车库 占地面积少，能充
分利用立体空间，较好地解决停车难 的问题 。立体车库的种类很
多，不同的种类其控制方法也完全不同，本系统是以升降横移式立
体车库为控制对 象，研发一种通用多层立体车库控 制系统 的设计
方法，该系统是基于 PLC的控制，同时在上位机进行实 时监控立
体车库运行。
1 系统概 述
升降横 移立体停车库车位结构为 M X N 的 2维矩阵形式 ，
为层，Ⅳ为列，可设计为多层 、多列 。为 了叙述方便，本文 以 3层 X
3列车库说明系统 的设 计方法 。
立 体车库 的整个 控制系 统 由上 位机 监控系统 和下 位机 PLC
控制 系统组成，图 1为该 系统组成框 图。该系统 由上位机 、PLC和
现场操作机构构成，以 PC机为核心。
在控制方式上有三种方式，其一是现场手动控制，主要用于设
备调试、维修或异常情况处理；其二是 PLC单独控制，操作 PLC控制
面板上的按钮 由 PLC实现 自动逻辑控制，在车库容量小，节约成本
图 1 系统组成图
-k江苏省教 育厅 自然科 学基金项 目(03KJD470115)
66 I ElectricaI Automation
的情况下完全可以单独采用这种方式控制；其三是上 、下位机构成
完整监控系统的控制方式，由计算机给出存取命令，PLC执行，同时
车库的运行状态实时反映在上位机上。三种方式可以任意选择 。
2 升降横移式立体车库 的工作流 程
多层 升降平移式车库机械部分采用单元钢架结构 ，电机驱动，
链条传动。每个 车位单元配置停放车辆的托盘，托盘 由电机独立
驱动可上下 、左 右移动 。除最上层外，每层均 留有一个空车位，允
许托板左右移动一个车位位置，为上层托板下移 留出通道。最上
一 层托板只上下移动，最下一层只左右移动。例如车库设计为 3
层 、3列，那么整个车库共有 9个 车位，则有 7个可停 车的托盘 。
多层升降平移式车库的工作方式 为，如果要在任一车位上存
取车辆，首先 必须把该 车位正下方每层车位的托盘 移开，产生一个
垂直通道，再将该 车位托盘移至最下层，然后存取车。存取车后 的
复位遵循一个原则：升降复位，平移不复位 。其工作流程图和托盘
移动动态 图如图 2和图 3所 示。图 2所示 的流程图是车库 在某一
状态下，1、4车位为空车位时，任意选择某一车位进行存取车操作
的工作流程。当用户选择 8号车位 取车时，其移动动态过程如 图 3
所示，操作前的状态如图 3(a)所示，接受到 8号车位取车命令 后，
首先将 5、2号 车位 的托盘左移，使 8号车位下垂直通道畅通 ，如图
3(b)所示，接着 8号车位托盘下 移，并取车，如 图 3(C)所示 ，最后 8
号车位托 盘上升复位，如 图 3(d)所示，需要指出的是 5、2号车位
托盘不需要右移复位。升降复位，平移不复位 。
3 下位机 PLC控 制 系统设计
3．1 PLC 系统 硬件 构成
PLC是 车库 控制 系统 的核心，PLC接收上位机或 控制 面板按
钮输人的指令，进行分析和控制，首先检测各种限位开关和检测元
件的状态，读取车库机 械驱动部分 的信息，作 出逻辑判断，再控制
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7 8 9
4 5 6
l 2 3
可 编 程 序 控 制 器 应 用
! Q!!鲤 堕
车 位 选 择
(设1，4为空车位)
《电气 自动化)2007年 第 29卷 第 2期
i择车位9l r—工—1 r_—王—．1 r-— —1 r— 一
存取车 l 『选择车位5I l选择车位6l J选择车位2l l选择车位3
—T—一 I存取车 l I存取车 I l存取车 I I存取车
车位5、6I r-—工—H1 r—j一
托盘左移I l车位2托盘l J车位3托盘
—_r_J I 左移 I I 左移
车 位2、3
托 盘 左移
二工二
位9托 掐
下降
位5托盘l l车位6托盘
下降 l I 下降
存 取 车
车位7托盘J l车位8托盘l I车位9托盘J l车位5托盘l l车位6托盏
上升复位 I I上升复位l l上升复位 I l上升复位 I I上升复位
图 2 某一状态下取车工作流程图
鱼 疽 电 基 照 电
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▲
一 龃 雹
▲ 基
照 越 瘟 圈
▲ 值
(a) (b)
螽 回▲ 照 蠢 基
瘟 国▲ 矗 照 围▲ 矗
瘟 煎 瘟 置 圆▲ 瘟
(c) (d)
图 3 托盘移动动态图
拖动托盘。实现其位置移动，完成车辆的存取 操作和信号显示 。
图 4是车位主要检测信号及接点分配编号，将检测点的分布
及接入 PLC接 点的编号 以直观 的形式表示 出来，非常有利于程 序
的设计 。系统 中的输入信号 主要是各车位的位置 、状态 、托 盘的运
行状态及存取车的操作信号的检测 ，其 中有托盘平移 、托 盘升降
检测 、托盘有车 、停车到位检测及挂 钩信号检测 。行程 开关 的设 置
主要是保证托盘的精确定位 ，使 托盘能平移到预定位 置或上 升 、
下降到准确位置 。光 电开关 的设置主要是为了
存取车 的可靠安全，采用光 电开关在底层进行
扫描检测 ．，光 电开关的接收器和发射器分别安
装在底层左右 两边，在托盘前后位置均进行检
测， 当有车辆停放不到位时，车就把光电开关
光源挡 住，此时系统不能动作，只有车辆停放
到位后，系统 才能正常工作 。在每个托盘上的
一 条对角线上安放一套光电开关 ，用于检测 托
盘上有无车，整个 动作 区域配有光 、电检测及
多重安全系统 ，以防异常情况发生。通过光 电
检测 、软硬件信号联锁 、限位 、防坠保护 、过载
保护 等装 置，来确保整个系统的安全 、平稳运
行。PLC系统 的硬件结构 图如图 5所示，本系统
采用 FX2N系列 的 PLC。
3．2 通用 程序 设计 中 的关键 技术
程 序设 计 中主要 的难 点是一层 以上各 车
位 的存取车操作，因为一层车位存取车 直接开
进开 出即可，而一层 以上的任一车位操作 时，
受到其它车位状 态的影 响，由于其它车位 的状
态是随机的，就会有很多种情况，要把每一个
车位操作 时， 其它车位 的各 种状 态都考虑 到，
才能使程序设计完整 。把 每一种情况都一一排
列编写 到程序 中． 在车库 规模 小 的情 况下 可
以，如车库规模大，这显然是不切实 际的，会使程 序非 常庞大，缺乏
技术含量，因此，组合归纳出一种通用 的程序设计方法是非 常必要
的，是解决这一难点的关键，设计思路如下 。
一 层以上的托盘升降都必须先使其下层车位为空车位之后才
能进行，在 DIO、D20中存放一层和二层 的空车位号，在 D21、D31
中存 放需要存取 的二层 、三层车位的车位号，在此，每层 的车位号
编号都 是从左到右依次为 1、2、3。如进行 8号车位的存取，参考图
3，则 D31=2，在 D20、DIO中存放着二层 、一层 的空车位号，假设
此 时的空车位都在最左边的车位，则 D20=1，DIO：1。在存 取车
操作时 ，首先将第三层存取车的车位号 与第二层 的空车位号进行
圆 ∞。
= 些 加埔
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∞ 。 因 可 因 一。
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△ 一 甲移限位开关
。 一 托盘 车检测
因 。。@ 。图
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—
( ')X040 0L47 毹 (')X04 103 。 L— L。。■ ■ x。。z
△ 一 下降限位开关
0 一 停车 到位 检测
’
一 升限 位开 芙
E2]一 挂钩 信 号
图 4 车位主要检测信号及接点分配编号
Electrical Automation l 67
一一一一一一一一一一一
～一一一
一
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《电气 自动化)2007年第 29卷 第 2期
选择l乜路II输入I乜路II输入电路II输入电i
t ● ● ●
输入电路
可编程序控制器 (PLC)
输出电路
图 5 PLC系统的硬件 结构 图
可 编 程 序 控 制 器应 用
垒B巳! 堕
比较，即把 D31和 D20
中的数进行 比较，如果
结果大于零，则表示空
车位在 左边 ，这样先把
空 车位 右 边 第 一 个 托
盘左移 到空位上，之后
重复上述过程．直到空
车 位 在 上 层 需要 存 取
的车位正下方时，其 比
较结果为零 ，停止二层托盘左右移动；与此同时，第三层存取车 的
车位号与第 一层 的空车位号进行 比较，即把 D31和 DIO中的数进
行 比较 ，如果结果大于零，则表 示空车位在左边，这样先把空车位
右边第 一个 托盘左移到空位上，之后 重复上述过程 ，直到空车位
在 上层需要存取 的车位正下方时，其 比较结果为零，停止一层托
盘左右移动 。当一 、二两层 的空车位都在三层要存取的车位正下
放 时，第三层 车位 上托盘才能进行生升降运动。其程序 流程控制
图见 图 6所示，完成该流程 图功能 的梯形图见图 7所示 。一层 托盘
的移动根据 M44、M47、M66、M69的状态进行左右移动；二层托盘
的移动根据 M24、M27、M30、M33的状态进行左右移动；只有 当
M21=I、M41=1时，三层托盘才可以进行 升降运动 。第二层车位
的存取控制与此相似，一层进 出车时，无需移动托盘，车直接进 出
即可 。
图 6 三层车位控制流程 图
以上 的设计思路，可 以应用于任一种 |lIf层 、Ⅳ列 的车库，可
很方便地进行车位拓展，是一种通用的控制方法。
4 上位机监控 系统设计
4．1 监控系统的功能
上位机监控系统采用工控组态软件作平 台，所有存取车操作
以及整个车库的运行状 态监视都在计算机上完成。主要设计有操
作控制 、车位动态监视 、检测信号状态监 视和数据报表等功能，总
功能组态窗 口见 图 8，由于篇幅有 限各个功能具体的组态图就不
一 一 列出 了。
(1)操作 控制 。操作人 员直接在 计算机 上进行控 制操作和 管
M51
H CMP D31 D20 1120
H ClIP
— —
H ClIP
i i c肝
INC D20 ]
D20 K2 M23]
D20 K3 M26]
DEC D20 ]
D20 K2 1129]
D20 KI M32]
D31 DIO M40]
INC DIO ]
DIO K2 M43]
DIO K3 M46]
DEC DIO ]
DIO K2 M65]
DIO KI 1168]
D31>D20，1120=1，空位在左边
D31=D20。M2,1=I，空位在正下方
D31
D2O+l—·D20
D2O=lX2， -I24=1。
二层l号托盘左移
D2 _K3， M27=I。
二层2号托盘左移
D20一l— D2O
D20 2， M3O=l。
二层2号托盘右移
D2O=Kl，-l33=1。
二层1号托盘右移
D31>DIO。144o=l，空位在左边
D31=I)IO，I141=I，空位在正下方
D31
DlO+l— DlO
DlO=嚣2， _uA．!-I，
一 层l号托盘左移
Dl0=K3， M47=I，
一 层2号托盘左移
DlO—l— DlO
Dlo=K2，M66=I。
一 层2号托盘右移
Dl渊 【3， M69=I，
一 层l号托盘右移
图 7 三层车位存取控制梯形图
理。可 以选 择前面介 绍 的三 种工作方 式 中的一种，进行 车位 的选
择。实现存取车的控制 。
(2)检测信号状态监视。对整个停车库运行的监控 是在数据 采
集的基础上完成，采集各种光 、电和开关状 态信号，实时显示托盘
平移 、升降限位开关 的状态 ，有车 、无车信号，停车是否 到位信号及
挂钩状态等，完全实时反映现场情况 ，与现场完 全一致 。
(3)车位动态监视 。实时显示整个车库各个车位和托盘 的动态
变化，产生如图3所示的动态效果。
(4)数据报表 。以上各种 信息都会存放在 动态数据库中，供 监
控系统 随时掌握系统运行的状态，设备调度，记 录统计等使用 。
图 8 监控 系统的功能
4．2 通 讯设计
一 般常用的工控软件都 已开发了与常用 PLC间的通讯程序，本
系统采用的是 MCGS工控软件，通过上位机中的串行 口设备和 PLC
上的通讯单元 (编程 口)建立串行通讯连接，从 而达到与 PLC设备通
讯的目的。但上位计算机与 PLC通讯之前，要进行相应的设置，设置
H H H H H H
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可 编 程序 控 制 器 应 用
垒＆ 塑 堕
设备属性名 设备属性值 =三j
l内 軎B厦 忭 l 蜀薯磷嗣■舅日瞳懿暖 融蚺■■● ?
窿线帮助I 壹看设备在线帮助
设鲁名称 设謇0
设叠洼辑 串口遣讯父设备
初始工作状杏 卜 启动
t4,梁集周期 Ires| 50
串口靖口号 1·C0 2
通讯渡特搴 6·9600
数据位位披 2—7控
毒
停止位搜效 O．1控
数据校验方式 2．幅校验
敷据采集方式 0-同步采集
一 矗 T 文凹 l 取消l￡l 。 帮 l衄
图 9 通 讯参数设置
需要使用 的串 El号，必须 和通讯设备实际所接的串口号一致，最多
为 COM32。设置通讯 串El的波特率，数据位位数，停止位位数，数据
校验方式等，如图 9所示，这些都必须和 PLC的设置一致 。
在 PLC中是通 过数据寄存器 D8120来进行设置 的，系统默认
《电气 自动化~2007年第 29卷 第 2期
设置 为 0086H，表示波特率为 9600，7位数据位，偶校验，1位停止
位，无命令头和命令尾，整个命令不加校验和，采用 RS232通信方
式 。如无特殊要求，完全可以采用系统默认值 ，只要在上位机 上设
置与 PLC一致 的参数 即可。
5 结束语
本控制系统以 PLC为核心，实现 了多层升降平移式立体车库
的 自动控制，同时采用计算机进行监控，工作安全可靠，操作方
便。在 PLC控制程序设计 中，总结开发 了一种通用 的控制方法。适
用于多层 升降横移式立体车库 的任一种形式，可很方便地进行车
位拓展 ，具有很好的应用前 景。
参 考 文 献
[1】任伯淼．机械式立体停车库 [M】．北京：海洋 出版社，2001
【2]徐世许等．可编程 序控制器原 理 ·应用 ·网络【M]．安徽合肥：中
国科技大学出版社．2000．9
[3】三菱公司．FX通讯用户手册．三菱公 司，2001，5
[4】三菱公司．FX2N编程 手册．三菱公 司，2000，3
[作者简介 】居 荣(1964一)，男，硕士，副教授 ，长期从 事 电气技术和 自动
控 制的研 究及教 学工作。 鞠 勇 (1963一)，女，高级实验师，长期从事
自动控 制研究及 教学工作。
(上接第 56页) 表 1 测量数据
电路 波形 频率 测试 电压
振荡 电路 正弦波 4MHz 4．63V
l CD4024分频 方波 4kHz 6．49V
分频电路J 74LS90分频 脉冲波形 8o0H 3．17V
l D触发器 方波 400H 3．12V
积分电路 正弦波 400H 0．56V
． ?
I负反馈放大 正弦波 400Hz 1．76V
厥 电跆J TDA7294放大 正弦波 4O0H 42．6V
升压变压器 正弦波 400Hz 170．4V
60V 检波 电路 正弦波 400Hz
(有效值 )
图 5为通过示波器 观察 的 400Hz正弦波波形，其 中 a图为 电
压峰 一峰值约 85V时波形，电压 的有效值为 30V。b图为 电压峰 一
峰值约 170V时波形，电压的有效值为 60V。
4 结论
上述方法设计 的中频 电源采用单片机技术为 核心，配合精 密
振荡源 和线性功率放大 电路，实现了 400Hz正弦波信号的稳定输
出。电路结构简单，体积小巧，应用于旋转变压器信号变送 电路，
取得 了较为精确的测量结果。
参 考 文 献
[1】梅 丽凤，王艳秋 ，张军等．单片机原理及 接 口技术 [M】．北京：北京
交通大学 出版社，2004年，296—303
[2】楼然苗，李光飞．5l系列单片机设计实例 [M】．北京：北京航空航天
大学出版社，2002：49～52
[3】吴金戌，沈庆阳，郭庭 吉．8051单片机实践 与应 用 [M】．北京 ：清华
大学 出版社．2001：293～300
[4】秦玲，刘敬波．一种用 于 D／A转换 电路的带隙基准 电压源 的设 计
[J】．电子设计应用．2006(5)：100～112
【5 1 Wu，x、，Pedram，Low power CMOS circuits with ahernative power
(a)峰 一峰值 约 85V时波形
(b)峰 一峰 值约 170V时波形
图 5 示波器显示的 电压波形
supply，in Proc． China Eleventh Conference on Integrated Circuits and Silicon
Materials(in Chinese)，l999，688～691
[作者简 介】李 杰，(1965一)，男，汉族，副教授，天津工程 师范学 院电子
工程 系实验 实训 中心主任，天津大学 电子信 息工程 学院研 究生，主要研 究
方向为电子信 息、通信 工程等。
Electrica J Automation J 69
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基于PLC的通用多层升降横移式立体车库控制系统的设计.pdf
