基于組態王的升降橫移式立體車庫的仿真

馬振興，李 寧，趙紅玉，霍大勇

（喀什大學，新疆 喀什 844006）

在現代社會中，汽車已經成為每個家庭的剛需，汽車數量越來越多，導致很多平面停車場已經無法滿足社會需求。隨著自動化技術的進步，各種形式的立體車庫應運而生。由于立體車庫的建設條件受場所的影響，因此有很大的變動性，不同場所需要用到不同形式的立體車庫，對立體車庫設計和建設提出了更大的挑戰[1]。

通過聯合采用組態王6.55 工業組態監控系統軟件與可編程邏輯控制器 （Programmable Logic Controller，PLC）進行升降橫移式立體車庫的仿真與模擬，提前發現程序、軟件等方面的錯誤，縮短實際建設立體車庫的調試時間。主要完成了3 層7 車位立體車庫的存取車位移動方案設計和控制系統設計，通過硬件選擇和PLC 軟硬件設計，結合組態王6.55 工業組態監控系統軟件，建立了數據詞典、監控界面、動畫連接、腳本編寫、數據采集，完成了對升降橫移式立體車庫的自動存取車功能、升降橫移系統、組態監控系統的模擬。

1 升降橫移式立體車庫的總體設計方案

1.1 升降橫移式立體車庫的結構及工作原理

圖1 為升降橫移式立體車庫結構示意圖。升降橫移式立體車庫結構包括控制系統、提升系統、安全防護、載車板、橫移系統、結構框架[2]。

圖1 升降橫移式立體車庫結構示意圖

1.2 升降橫移式立體車庫的車位移動方案

本次設計的升降橫移式立體車庫共7 個車位，3層 3 列。1 號、2 號、3 號車位升、降，4 號、5 號車位升、降、橫移，6 號、7 號車位橫移。第59 頁圖2 為車位示意圖。7 個車位移動方案相似，舉例說明1 號車位存車與取車方案。

1 號車位存車時，4 號、5 號、6 號、7 號載車板各右移一個車位，1 號載車板釋放防墜掛鉤后下降兩個車位，等待一段時間，車輛進入載車板，1號載車板上升至原位置后防墜掛鉤吸合，4 號、5 號、6 號、7 號車位各左移一個車位，1 號車位存車結束。

圖2 車位示意圖

1號車位取車時，4 號、5 號、6 號、7 號載車板各右移一個車位，1 號載車板釋放防墜掛鉤后下降兩個車位，等待一段時間，車輛駛出載車板，1 號載車板上升至原位置后防墜掛鉤吸合，4 號、5 號、6 號、7 號車位各左移一個車位，1 號車位取車結束。

1.3 升降橫移式立體車庫的總體控制方案

利用組態軟件進行界面設計及動畫連接，同時寫入工程所需的變量、數據類型、寄存器、地址和設備對應連接序列，通過組態軟件模擬發出停取車信號、傳感器信號。完成以PLC 為核心的控制系統升降橫移式立體車庫的模擬仿真。

2 升降橫移式立體車庫的PLC 程序設計

2.1 PLC 的輸入/輸出點分配

PLC 的輸入/輸出點分配見表1。

表1 PLC 的輸入/輸出點分配

2.2 存取車流程的PLC 程序設計

圖3 為存取車流程圖。按下存/取車位按鈕，其他車位按鈕鎖定不能動作，此時下方載車板移開，同時繼電器得電防墜掛鉤收回，上方載車板下降，等待車輛進/出結束，載車板上升繼電器失電彈出防墜掛鉤，下方載車板歸位。結束存/取車，自動復位，等待下一次存/取車。

3 升降橫移式立體車庫的組態系統設計

3.1 數據詞典建立

組態王6.55 工業組態監控系統軟件的仿真運行需要建立完整的工程數據庫?？刂迫藛T可以在監控屏幕上對工作現場進行監控或者改變工作現場的工作狀態。下達的指令可以傳達給工作現場，立即使工作狀態發生變化。要完成這些功能，必須建立數據庫和數據詞典，寫入工程所需的變量、數據類型、寄存器、地址和設備對應連接序列是建立數據詞典的關鍵[3]。

3.2 界面設計

通過界面設計，建立工程后設置動畫屬性，必須按照如下步驟：一是在詞典中，定義變量和設置參數；二是進入工具箱，選擇相應工具；三是進入工具箱，選擇不同的工具畫圖。

圖3 存取車流程圖

設計的立體車庫監控系統界面見第60 頁圖4。

圖4 立體車庫監控系統界面

3.3 動畫連接

動畫設計可以真實地還原工作現場與工作狀態。在不通過畫面連接時，各個部分互不相干。當通過動畫將其連接完成以后，各個部分便可構成一個相互作用的整體。

3.3.1 車位動畫連接

以1 號車位載車板為例。要使1 號車位載車板工作，先在詞典中選擇1 號車位所對應的變量地址，再到動畫屬性處選擇上下位移，在彈出的界面框中，采用表達式連接1 號車位。1 號車位動畫連接界面見圖5。

圖5 1 號車位動畫連接界面

3.3.2 車位腳本編輯

組態王6.55 工業組態監控系統軟件的播放畫面是一個連續完整的循環過程或者是按特定操作運行的過程。由于每個運行的步驟和各個組件之間都有特殊的聯系并且相互作用，因此需要編寫一個腳本。腳本是組態王6.55 工業組態監控系統軟件的重要部分，腳本功能是將判斷、函數等各種變量進行關聯。以1 號載車板的移動腳本為例，車位腳本編輯界面見圖6。

3.3.3 指示燈設置

在圖庫中找到指示燈，在實況圖中需要指示燈的位置畫下指示燈。雙擊指示燈使其連接變量，改變指示燈閃爍條件使其符合閃爍要求。指示燈設置界面見圖7。

3.3.4 按鈕設置

在工具欄中對按鈕進行編寫。雙擊按鈕，先在動畫連接界面中選擇語言命令連接，再在命令語言框中對程序進行編寫。按鈕設置界面見圖8。

圖6 車位腳本編輯界面

圖7 指示燈設置界面

圖8 按鈕設置界面

3.4 組態仿真電機控制

通過組態王6.55 工業組態監控系統軟件與PLC通信，先了解9 臺電機的轉動狀態信息，再控制電機正反轉。該立體車庫設計所用的9 臺電機為3×3立體形式。電機安裝位置見第61 頁圖9。

以1 號車位動作為例，模擬1 號車位的存取車。當1 號車位動作時，電機6、電機7、電機8、電機9 正轉。4 號、5 號、6 號、7 號載車板右移。電機1 正轉，1 號載車板下降；電機1 反轉，1 號載車板上升。電機6、電機7、電機8、電機9 反轉，4 號、5 號、6 號、7 號載車板左移。分別通過模擬動畫上的紅色和綠色來模擬電機啟動和電機停止，紅色為電機不工作，綠色為電機正常運行[4]。

圖9 電機安裝位置

4 升降橫移式立體車庫的仿真

4.1 組態王和PLC 的通信

組態王6.55 工業組態監控系統軟件和PLC 建立通信，先把PLC 設定為RUN 狀態，在打開組態王6.55 工業組態監控系統軟件設置自定義設備[5-6]。其步驟如下：一是雙擊已經定義的設備；二是操作西門子S7-200 PLC；三是操作自由口；四是設置COM 口，與電腦上的PPI 通信線的COM 口一致。

通過這4 個步驟完成設置，這時運行組態監控系統，查看通信是否成功，同時注意運行程序時將運行的畫面重新保存，可通過這種方式避免畫面不按照命令語言正常運行的現象發生。

4.2 調試運行結果

將西門子S7-200 PLC 與組態王6.55 工業組態監控系統軟件調試的系統連接成功，正常運行時系統開關會根據不同狀況進行改變。系統運行時指示燈顯示綠色，系統停止時指示燈顯示紅色閃爍。

假設按下1 號存車按鈕，運行存車程序，車位顯示紅燈亮。當小車進入載車板時，車位顯示紅色閃爍，示意車輛正在存車。在立體車庫監控系統界面中，模擬電機使載車板升降橫移。復位按鈕可以實現系統的重置。立體車庫監控系統界面可以顯示存取車時間，以便計數。PLC 硬件配有急停系統操作，在實際使用中急停開關只能由專業人員控制。再次啟動開始按鈕，系統運行重新開始。

5 結束語

本文根據升降橫移式立體車庫的工作原理，完成了控制過程設計，給出了通過西門子S7-200 PLC控制立體車庫的存取車過程的方法，實現了3 層7 車位立體車庫的存取車位移動方案設計和控制系統設計，包括系統整體結構設計、原理研究設計、硬件選擇、PLC 程序設計等，結合組態王6.55 工業組態監控系統軟件，基于Windows 平臺的仿真系統，建立了數據詞典、監控界面、動畫連接、腳本編寫、數據采集、PLC 通信，并在此基礎上進行調試，設計了組態仿真系統，完成了對升降橫移式立體車庫的自動存取車功能、升降橫移系統的模擬仿真。未來可通過考慮增加有車無車信息、限位信息、是否車輛超高信息、是否車輛停位置適當等信息開展更多必要常用功能的模擬仿真。