基于PLC的自選車位堆垛式立體車庫設(shè)計

摘 要：采用西門子S7-300 PLC作為控制中心設(shè)計而成。同時選取工控觸摸屏 TP270 作為人機交換設(shè)備，并利用 WinCC flexible 進(jìn)行軟件進(jìn)行觸摸屏組態(tài)，用戶可以使用觸摸屏自主選擇停車位置，選用變頻器 MM440實現(xiàn)電動機的變頻調(diào)速，采用 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，使數(shù)據(jù)傳輸更高效。立體車庫結(jié)構(gòu)合理，操作性能穩(wěn)定，存取車輛便捷，整個存放流程經(jīng)認(rèn)真調(diào)試，數(shù)據(jù)可靠，滿足市場各類需求，實用性強。

關(guān)鍵詞：立體車庫;PLC控制系統(tǒng);觸摸屏

近年隨著汽車需求量的不斷增加，立體車庫需求量也是成倍增加，到 2013 年，立體車庫新增項目約1800 個，新增泊位高達(dá) 50 萬個，2014 年～2016 年，是我國經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的幾年，國家經(jīng)濟正在嘗試轉(zhuǎn)型，不管是增長速度，增長方式，還是結(jié)構(gòu)形式，都在做極大的改變，此種復(fù)雜的環(huán)境，包括不僅是立體車庫，整個制造工業(yè)都會受到一定影響，如何在這個改革大潮流下，保持立體車庫的優(yōu)勢，是一個值得我們思考的問題[1]。本文主要針對人群密集的商業(yè)區(qū)和人口密度較大的住宅小區(qū)設(shè)計。擁有存取車輛車位可選、自動進(jìn)行存取車輛掉頭、存取時間短、建造資金低和安全可靠等特點。

一、堆垛式立體車庫的控制原理及運行流程設(shè)計

（一）堆垛式立體車庫的控制原理

立體車庫控制系統(tǒng)可以分為監(jiān)控層、控制層和執(zhí)行層三個層次結(jié)構(gòu)，并通過各相應(yīng)的通信協(xié)議完成相互通信，計算機與 PLC 核心控制器通過MPI通信協(xié)議完成通信進(jìn)行控制程序的下載，S7-300PLC 核心控制器主站與各個從站通過 PROFIBUS-DP 總線進(jìn)行信息傳輸。其中整個控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控計算機、打印機、S7-300PLC、TP270、MM440、ET200M 設(shè)備以及光電開關(guān)等末端控制元件[2]。各個控制元件相互協(xié)作，通過已編程序按一定邏輯順序完成車主的存取車操作，各個控制元件同時又是一個單獨的模塊，可更加便利的進(jìn)行更換及維修工作，實現(xiàn)了立體車庫的智能化、高效化和模塊可更替化。

（二）堆垛式立體車庫的運行流程

立體車庫存取車操作可以使用刷卡或輸入密碼兩種方式，當(dāng)車主忘記帶卡或卡片意外丟失時刻采取輸入密碼的方式進(jìn)行存取車操作，這樣能更人性化的為車主服務(wù)，同時大大減輕了車庫管理員的工作量。車庫管理員平時只需進(jìn)行卡片的發(fā)放及注銷工作即可，扣費及存取車過程均實現(xiàn)自動化、智能化。

二、堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)主要由 PLC 核心控制器、觸摸屏人機交互設(shè)備、分布式 I/O 接口模塊、變頻器調(diào)速模塊、輸入/輸出模塊，傳感器等末端控制元件組成。各設(shè)備模塊通過各相應(yīng)通訊方式進(jìn)行信息傳遞和反饋，進(jìn)而相互合作，共同保證了立體車庫的平穩(wěn)高效的運行。

（一）堆垛機運行機構(gòu)電動機的選擇

本次立體車庫設(shè)計共使用 5 臺電機，系統(tǒng)中的電機主要有堆垛機橫移運行機構(gòu)電動機 1 臺（正反轉(zhuǎn)）、堆垛機垂直升降運行機構(gòu)電動機 1 臺（正反轉(zhuǎn)）、堆垛機托盤平臺旋轉(zhuǎn)運行電動機 1 臺（正反轉(zhuǎn)）、堆垛機托盤平臺橫移電動機 1 臺（正反轉(zhuǎn)）、車庫門專用電動機 1 臺（正反轉(zhuǎn)）。其中除車庫門電動機其余三臺電動機運行時只需帶動堆垛機平臺運動不需帶動整個堆垛機運行，其中 G—堆垛機平臺自身凈質(zhì)量（300 kg），計算的 P≥Pst+Pd=2.33+3.15=5.48Kw，為保證安全余量及方便日后維護(hù)，故本次設(shè)計堆垛機及載車托盤所需電動機均使用三相異步電動機，型號為 Y160L-8。入口處車庫門升降電動機采用專用小型交流電動機。

（二）PLC I/0 接口分配

本文研究立體車庫擁有較多的輸入、輸出量，所選用西門子 PLC300 控制器可以擴展較多的 I/O，能夠滿足設(shè)計對 I/O 控制的需求。為了方便安裝和維修本文立體車庫 I/O采用模塊化設(shè)計思路，分別擴展兩個分布式 I/O 模塊 ET200M 用來進(jìn)行車庫內(nèi)各輸入/輸出信號的傳輸。每個ET200M連接2 個16路輸入模塊SM321和2個輸出模塊SM322，其作為從站，通過 PROFIBUS-DP 和 S7-300PLC 進(jìn)行通信。同時為方便日后系統(tǒng)升級擴展及滿足車庫外輔助設(shè)備對 I/O 的需求，需在 PLC300 機架上擴展一個 16 路的數(shù)字量SM322 輸出模塊和一個 16 路的數(shù)字量 SM321 輸入模塊。通過 STEP 7 編程軟件利用用戶編址的方式進(jìn)行對 I/O 的編址。

三、堆垛式立體車庫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

（一） PLC 控制系統(tǒng)的組態(tài)

進(jìn)行 PLC 進(jìn)行程序編譯之前需要在 STEP7 中生成一個與實際控制系統(tǒng)所選的硬件完全一樣的系統(tǒng)，首先需創(chuàng)建 PLC 機架，然后在機架中插入各相應(yīng)模塊，最后設(shè)置和修改所有模塊或站點的參數(shù)。 硬件組態(tài)的目的是合理分配設(shè)備的資源，主要包括新建項目、選配機架（RACK）、選配 CPU 型號、選配電源模塊、選配功能模塊、選配 I/O 模塊、選配通信處理器等過程。本課題控制系統(tǒng)設(shè)計中，進(jìn)行組態(tài)的有主控元器件為 S7-300CPU315-2DP 主站和 TP270觸摸屏、MM440 變頻器、ET200M 分布式 I/O 等從站。其中西門子觸摸屏 TP270 采用Win CC flexible 進(jìn)行操作頁面的組態(tài)，同時需在 PROFIBUS-DP 總線中設(shè)置一個中間站HMI，連接 S7-300PLC，以便程序調(diào)試仿真。

（二）觸摸屏畫面的組態(tài)

人機界面通過畫面中的可視化元件反應(yīng)實際的工作過程，是 WinCCflexible2008 的主要元素，畫面包括靜態(tài)和動態(tài)兩個方面，靜態(tài)部分主要表示靜態(tài)元件顯示，在仿真過程中，它們的狀態(tài)不會發(fā)生變化[3]。而動態(tài)部分包括了動態(tài)元件，動態(tài)元件隨變量的改變而改變，可以用圖形，字符和棒圖等來顯示設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)。圖1界面，可以選擇“輸入密碼”或在一體機的右下方刷卡進(jìn)行存車操作，輸密碼或刷卡完成之后進(jìn)入圖2界面，有車位置表示已被占用“選定”按鈕不可以點擊，用戶可根據(jù)自身停車時間長短來點擊空白停車位置的“選定”按鈕進(jìn)行停車位置的選擇，第一層有共8個車位，若第一層沒有合適的車位，點擊“下一頁”按鈕進(jìn)入車庫第二層。

四、結(jié)論

本文所研究立體車庫的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，合理選取并設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件部分，并且利用了 STEP 7 軟件進(jìn)行 S7-300 PLC 系統(tǒng)控制程序的編程及硬件組態(tài)，利用Win CC flexible 組態(tài)軟件進(jìn)行 TP270 觸摸屏畫面的組態(tài)，最后對整個立體車庫控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和改進(jìn)。滿足車主對停車位置的遠(yuǎn)程選定、提前預(yù)約及實時查看等需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘耀芳.自動化立體車庫的庫位排列及成本優(yōu)化[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2010，17（1）;27-31.

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

[3] 陽勝峰，吳志敏.西門子 PLC與變頻器 觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].北京：中國電力出版社，2013.

作者簡介：

孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)綜合自動化

基金項目：省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（編號：S201913324045）