基于PROFIBUS的電梯式立體車庫控制系統的設計

白 金

（安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖 241000）

基于PROFIBUS的電梯式立體車庫控制系統的設計

白 金

（安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖 241000）

為了提高立體車庫的穩定性和停車效率，文章提出了一種通過PROFIBUS現場總線通信的電梯式立體車庫設計，主要針對電梯式立體車庫控制系統進行研究，介紹了電梯式立體車庫的結構和原理，立體車庫控制系統的構成，硬件設計，軟件設計以及主從站的PROFIBUS通信系統。

電梯式立體車庫；PROFIBUS；PLC

隨著人們生活水平的提高，私家車越來越多，而土地資源卻是有限的，因此立體車庫越來越多的出現在擁擠的城市中心和繁華的住宅小區內，立體車庫最大的優勢在于節約用地、最大限度地利用空間，有效提高車位利用率，這是解決城市用地緊張、緩解停車難的一個有效手段[1]。本文所研究的電梯式立體車庫，占地面積較小，資源利用率較高，是目前較為先進的一種立體車庫設計方案。

1 電梯式立體車庫的結構和原理

本文所研究的立體車庫實驗對象為四層八車位立體車庫，實際使用時，立體車庫產品可以縱橫擴展層數和車位數[2]。圖1為電梯式立體車庫的結構示意圖，整個立體車庫位于電梯塔樓內，塔樓兩側設置停車位，每一層都裝有載車板，電梯升降臺在井道里上下運行，將車運輸到指定的層數，通過橫移電機將車裝入每一層的載車板，立體車庫的控制室位于塔樓頂部，對整個立體車庫系統起到控制作用[3]。

整個系統由機械傳動裝置、電氣傳動和控制裝置以及各種傳感器構成。本文所研究的電梯式立體車庫控制系統的主要控制對象為升降臺電機、升降橫移電機等，通過主站控制器S7-300PLC及從站控制器S7-200對控制對象進行控制，控制系統的輸入設備包括各種傳感器，如：光電傳感器、壓力傳感器、接近開關、行程開關等設備。存取車時，用戶按存車按鈕，若觸摸屏顯示有車位，則允許將車開入升降臺上的載車板，用戶下車后，按下存車開始按鈕，升降臺電機運行，載車板上移，到相應位置，傳感器動作，橫移電機動作，將車送入相應的空車位，載車板電機反轉，回到原位，一個存車周期結束。

圖1 立體車庫的結構

2 硬件設計

2.1 電梯式立體車庫系統硬件構成

整個系統分為兩層，上層是上位監控系統，主要完成現場設備的數據采集和顯示，車庫實時數據的監視，運行故障的監視。下層是現場級設備層，由主站S7-300和從站S7-200控制器構成，控制器接收各類檢測傳感器的信號，對驅動設備升降臺電機及橫移電機進行控制，完成車輛的存取控制、車輛出入口的檢測、車位是否有車的檢測等任務。系統結構框圖如圖所示。

圖2 立體車庫系統硬件構成

2.2 主站S7-300PLC硬件控制系統設計

在4層8車位電梯式立體車庫實驗系統中，選取西門子S7-300 CPU314C-2DP PLC作為控制系統主站[4]，該PLC是緊湊型 CPU，適合安裝在分布式結構中，也適用于中等規模的應用。集成的數字量和模擬量 I/O可直接與過程連接，PROFIBUS DP主站/從站接口允許連接獨立的 I/O單元。因此，CPU 314C-2 DP既可以用作本地單元進行快速預處理，也可以用作帶從屬現場總線系統的一個高級控制。現場的光電傳感器、霍爾傳感器、接近開關等輸入設備直接與S7-300PLC進行連接，并通過其輸入接口控制變頻器進而控制升降電機和橫移電機，它所具備的DP通信接口可以與S7-200PLC的EM277 DP通信模塊連接，與現場的與用戶連接的接口IC讀卡器、存取按鈕、觸摸屏等裝置通過PROFIBUS總線進行數據的傳輸。

2.3 從站S7-200PLC控制系統設計

從站選用S7-200 CPU226PLC是西門子小型PLC，它有40個I/O接口，其中24點輸入，16點輸出，能夠滿足控制系統的要求。該系統中存取車按鈕、IC卡讀取裝置以及觸摸屏顯示裝置都直接與S7-200連接，S7-200通過PPI電纜直接與觸摸屏連接，顯示車位空滿信息、樓層信息、存取按鈕信息等。S7-200作為數據處理的中轉站，CPU226PLC通過EM277模塊與PROFIBUS總線連接，通過PROFIBUS總線，讀取旋轉編碼器的信息等，并將現場數據送入主站S7-300進行處理。主從站的硬件組態如圖3所示。

圖3 主從站組態

2.4 從站變頻器系統設計

為了使立體車庫的升降電機和橫移電機更加穩定的運行，本系統采用變頻調速，變頻調速可以使得電機的運行速度更加平穩，并且在節能方面有很大的優勢。本文采用西門子M440變頻器，該變頻器在控制升降電機和橫移電機時，通過對電機控制參數的設置，可以使得電機運行時保持較大的啟動轉矩，減小啟動電流，使得對車的傳送更加平穩。

3 軟件設計

3.1 主站軟件設計流程

圖4 主站軟件設計流程圖

S7-300主站程序采用結構化程序編寫，主要完成入口車輛的檢測、車輛的存取、對變頻器的控制，系統緊急停止、報警、和通信等任務。其中OB100為初始化程序塊，主要完成系統的初始化復位工作。OB1為主程序主要完成通信檢測、子程序的調用等任務。DB1—DB4存放第一層到第四層車位的信息。FB1功能塊為升降電機的運行程序，FB2為橫移電機運行程，FB3為入口車輛檢測程序，FB4主要存放變頻器相關程序。

3.2 主從站PROFIBUS通信系統軟件設計

主站通過CPU314-2DP的DP通信接口與從站的EM277模塊的DP接口連接。從站主要完成采集旋轉編碼器的計數信號，存入相應存儲器，并通過PROFIBUS總線傳送給S7-300進行處理。連接現場設備輸入的存取車信號。連接現場的觸摸屏，觸摸屏和S7-200之間是通過PPI協議進行通信，可以監控S7-200采集到的編碼器計數信號、存取車信號以及車位是否空閑信號。從站主要起到收集現場信號，并與S7-300進行通信的作用，是系統的信號中轉站。通信時，需要在EM277模塊上設置主站已經定義的PROFIBUS-DP的地址。將主站S7-300的數據接收區設置為IB40和IB41，發送區地址設置為QB40和 QB41，S7-200的數據接收區定義為VB200，VB201，發送區地址設置為VB203和VB204，則可在S7-300和S7-200相應的地址區傳送數據[5]，主站和從站數據交換如圖5所示。

圖5 主從站通信數據交換

4 上位監控系統WINCC的設置

上位監控系統主要完成實時數據的采集，通過將WINCC的實時數據庫和S7-300的相應存儲區連接，監控現場的實時數據。WINCC系統變量中變量類型IN用來從S7-300中讀取數據，OUT變量用于將WINCC中的變量寫入S7-300,IN和OUT存儲區與S7-300的數據存儲區一一對應。

5 驗證及總結

本文所設計的系統，經過實驗室驗證，可以準確進行車輛的存取，其存取過程安全可靠。將PROFIBUS控制系統應用于立體車庫的控制，用S7-300作為控制系統的主站，S7-200作為控制系統的從站，通過主站和從站的通信，來完成整個電梯式立體車庫的控制，該系統設計提高了車庫運行的效率，有一定的實用價值。

[1]唐濟揚.現場總線與工廠底層自動化及信息集成技術[J].制造業自動化，2000，（3）:14-18.

[2]邢君平.基于PROFIBUS的智能電梯式立體車庫控制系統設計[J].保定學院學報，2008，（2）:75-76.

[3]FINTZEL K，BENDAHAN R，VESTRI C，et al.3D Parking Assistant System[J].2004 IEEE Intelligent Vehicles Symposium，2004.

[4]CHOU L D， SHEU C C，CHAN H W.Design and prototype implementation of a novel automatic vehicle parking system[J].2006 International Conference on Hybrid Information Technology，2006.

[5]劉曉娟，潘宏俠.垂直升降式立體車庫系統設計與研究[J].機械設計與制造，2011，（5）:48-50.

THE DESIGN OF THE CONTROL SYSTEM OF ELEVATOR-TYPE STEREO GARAGES BASED ON PROFIBUS

BAI Jin
（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering， Wuhu Anhui 241000）

In order to improve the stability of the stereo garages and parking efficiency,this paper proposes a kind of elevatortype stereo garages through PROFIBUS field bus communication.Focusing on the research of control system,the thesis also introduces the structure and principle of elevator-type stereo garages,the composition of the control system of stereo garages,hardware design,software design and the PROFIBUS communication system of master-slave station.

Elevator-type stereo garages； PROFIBUS； PLC

TP273

A

：1672-2868（2017）03-0104-04

責任編輯：陳小舉

2017-04-14

白金（1981-），女，甘肅金昌人。安徽機電職業技術學院電氣工程系，講師。研究方向：電氣自動化。