【文章內(nèi)容簡介】 片機負責監(jiān)控整個機動結(jié)構(gòu)，然后將完成信息狀態(tài)傳輸給 PLC，該裝置機械原理圖如圖 所示。 河 北聯(lián)合大學輕工學院 13 圖 載車板與相應傳動機構(gòu)原理圖 車庫的整體控制原理 本課題立體車庫控制主要分為四部分 [1921]。包括： (1)用于人機交互作用的單片機控制系統(tǒng)，它包括電源模塊、鍵盤模塊、 LCD 顯示模塊、語音提示模塊、通信模塊、車主刷卡模塊、卡號信息備份模塊 等，其主要功能就是使得車主與整個立體車庫系統(tǒng)的交流更加順暢。方便車主進行存取車動作，讓車主切實體會到該套停車設(shè)備的優(yōu)越性。 (2)用于現(xiàn)場監(jiān)控以及對信息進行數(shù)據(jù)庫管理的上位機系統(tǒng) [2223]。它包括卡號相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫管理模塊、現(xiàn)場視屏監(jiān)控管理模塊、車位使用信息顯示模塊、通信模塊等。主要用于給管理人員更加游刃有余地對車庫進行監(jiān)控管理以保證車庫系統(tǒng)安全運行，同時它還具備存取車位優(yōu)化能力。 (3)用于現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)操作控制的 PLC 電氣控制系統(tǒng)，它包括對驅(qū)動電機的控制、車位使用信息提取、載車板走位精確定位、 存取車指示燈、繼電器控制原理圖、與人機交互單片機的通信等設(shè)計。這部分的內(nèi)容也是本篇論文的重點部分，這部分設(shè)計是否合理對立體車庫工作安全影響很大，一旦在電氣運行部分出現(xiàn)故障或者是運行結(jié)果不夠精確，那將造成設(shè)備損壞乃至人身安全。 (4)各個控制部分通信實現(xiàn)，其中作為直接對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)操縱的 PLC 電氣控制系統(tǒng)為控制的核心部分。 PLC 與人機交互單片機之間都是通過 485 串口通信 [2425]。它從單片機接受到對應哪個車位處于工作狀態(tài)，然后再將目前車庫內(nèi)車位停車情況反饋給人機交互單片機。 通過上面的介紹，結(jié) 合三個控制部分在立體車庫起到的不同的作用以及三者巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 14 之間通信形式和內(nèi)容，整個立體車庫控制機理見圖 所示： 圖 立體車庫控制機理 車庫的運行原理 該立體車庫控制系統(tǒng)為了車庫在任何情況下都能充分應對作業(yè)需求，所以在設(shè)計系統(tǒng)時分為在線和離線兩種模式，這兩種模式的切換通過監(jiān)控上位機的在線/離線轉(zhuǎn)換按鈕進行設(shè)定，在線模式下，在現(xiàn)場的車庫管理人員情況下通過操作監(jiān)控上位機軟件界面給 PLC 發(fā)送指令和提取 PLC 反饋信息以達到直接控制下位機執(zhí)行機構(gòu)而實現(xiàn)存取車過程的目的；離線模式下，這種情況適 合車庫管理人員不在場的情況下，用戶通過人機交互直接進行存取車操作，而監(jiān)控計算機這個時候只起到監(jiān)控車庫運行是否處于安全狀態(tài)的作用。 用戶卡 (ID 卡 )按照用戶使用意愿的不同分為三類：永久卡、固定卡（年卡、季卡、月卡等）、臨時卡，一張卡對應獨有的卡號，在單片機 RAM 和監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)庫中通過制卡過程對其相關(guān)信息 (卡號、卡類別、制卡日期、停車位號 )予以存儲，以卡號作為所有存儲信息的關(guān)鍵字，當用戶存取車進行刷卡動作時，顯示屏將通過卡號調(diào)用對應該卡的相關(guān)信息并且顯示以供用戶查看，當然車庫管理人員也可以通過實際情況需 要通過監(jiān)控計算機軟件界面修改對應卡號的相關(guān)信息并且同時對人機交互相關(guān)數(shù)據(jù)進行改動。 以持有固定卡用戶的存取車過程對車庫運用進行實例說明，根據(jù)以上規(guī)定每張卡對應一個停車位號，假定該卡與 B 區(qū)第二列載車臺的第二層車位綁定。持卡用戶過來存車，第一步進行用戶刷卡，人機交互得到的卡號與自身數(shù)據(jù)庫信息河 北聯(lián)合大學輕工學院 15 對比驗證卡是否有效，如果無效進行語音提示并且不予停車，在判斷有效后，人機交互將該卡對應的車位號傳給 PLC，收到正確車位號的 PLC 操縱驅(qū)動電機來控制對應載車板上的停車位運行至與地面平行的適合位置，停止電機轉(zhuǎn)動，并且給 出存車提示燈并且打開車庫和車位擋桿，語音提示用戶開車入庫；第二步，在車位光電檢測開關(guān)檢測到停車合適無誤后語音告知車主停車完畢，可以下車出庫；第三步，車主在離開車庫時再次刷卡確認，這時車庫進行復位動作。第四步，當車主進行取車動作，同樣先進行刷卡動作，人機交互驗證卡是否有效，如果無效不給予取車動作并且語音提，在判斷有效后，人機交互將得到的取車動作的車位號告知 PLC，通過對應驅(qū)動電機 PLC 將車位準備就緒，并且車位擋桿給出提示燈指引車主進行取車；第五步，取車完畢的車主再次進行刷卡，車庫系統(tǒng)根據(jù)此次刷卡再次進行 車庫復位動作。 對立體車庫控制系統(tǒng)進行設(shè)計時一定要將設(shè)備各個影響工作安全的細節(jié)都要考慮到位，并且將處理手段反應到系統(tǒng)設(shè)置當中，充分挖掘各個控制系統(tǒng)的利用點，同時將監(jiān)控計算機、人機交互單片機、 PLC 控制系統(tǒng)的之間有效整合以達到控制系統(tǒng)的最優(yōu)化，從而保證車庫設(shè)備工作時的絕對安全。該立體車庫分為在線和離線兩種模式，所以設(shè)定 好在這兩種模式下的整個車庫控制系統(tǒng)的作業(yè)流程尤為重要，使得負責各個設(shè)計模塊的設(shè)計人員有一個共同的標準，知道自己所涉及的設(shè)計任務在整個控制過程的位置，以便更好地做好自己的研究設(shè)計工作，交出的結(jié) 果符合車庫控制流程的要求。低成本、開放式立體車庫整個控制流程在線如圖 所示 巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 16 圖 在線控制作業(yè)流程原理圖 河 北聯(lián)合大學輕工學院 17 PLC 控制系統(tǒng)總體方案 PLC 控制系統(tǒng) 立體車庫控制系統(tǒng)一定要根據(jù)實際使用場所的需求和投資成本的目前情況進行設(shè)計。市場上現(xiàn)在用的比較多的控制系統(tǒng)有三大類：繼電器控制、單片微機控制、可編程控制器（ PLC） [26]。 立體車庫剛開始使用時，廣泛使用的是繼電器邏輯電路控制形式，它是通過繼電器、接觸器經(jīng)過控 制需要的電氣原理連接而成。其優(yōu)點是電路簡易，開發(fā)成本低，缺點主要是智能性不強，難以實現(xiàn)復雜的控制要求。單片微機的出現(xiàn)一定程度上解決了繼電器控制中智能性不強的缺陷，同時還具備功耗小、成本低、體積小、操作簡單等優(yōu)點，但其軟件編程周期時間長，而且抗干擾程度低，不利用大范圍推廣。而直接面向控制過程的可編程控制器（ PLC）的出現(xiàn)不僅同時具備以上兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點，同時也具備以上兩者沒有的優(yōu)勢，比如：直接面對問題的編程語言使得開發(fā)周期大大減小，而且可靠性非常強，所組成的電氣控制線路也簡單明了，很容易被開發(fā)人員學習并且掌 握，從一定程度上增強了其可以被廣泛使用度。 結(jié)合本課題巷道式立體車庫的要求，本文選用更具智能化、開發(fā)周期短、抗干擾能力強的可編程控制器（ PLC）來設(shè)計終端控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)功能設(shè)計 PLC 控制做為整個控制系統(tǒng)與驅(qū)動傳動部分的銜接部分，決定了其在立體車庫設(shè)備中有著不可取代的地位，它所要達到的功能以及如何無縫地接入車庫控制流程都是以保證車庫運行絕對安全為標準。系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下： (1)對存取車以及復位這三個主要車庫動作提供原始觸發(fā)信號，通過對應的接觸器、繼電器以及電氣連接使得驅(qū)動傳動得以順 利地工作，從而將動力傳給待使用的載車板以便載車板實現(xiàn)上下運動，完成存取車、復位過程； (2)由于采用一臺電機選擇性地控制三列載車板的驅(qū)動傳動機構(gòu)，所以做為控制媒介的 PLC 控制部分對選擇哪列載車板也起著重要的作用。在 PLC 從監(jiān)控計算機或是人機交互那邊得到待使用車位號后以及單片機控制對應的驅(qū)動機構(gòu)選擇好對應電機控制的載車板列并且告知 PLC，就要有目的地選擇目標電機對目標載車板提供動力，從而為車主提供待使用車位或是對車庫進行復位； (3)立體車庫控制很重要的而一部分就是對待使用載車板運動的電氣控制，要 使載車板運動精確、平穩(wěn)、安全，本文對此設(shè)計了兩套監(jiān)控系統(tǒng)，變頻器、編巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 18 碼器的加入與 PLC 的聯(lián)合工作來控制對應的電機，使得電機的啟動、運行、停止這三個動作滿足立體車庫存取車效率、運動精度、穩(wěn)定性和安全性的要求， PLC 控制還通過光電編碼器對電 機執(zhí)行機構(gòu)的位置進行檢測及時反饋給 PLC， PLC 然后通過變頻器已達到對電機的閉環(huán)控制；輔助設(shè)施為通過對應合適的接近開關(guān)和限位開關(guān)對載車板運動給出第二道控制手段以達到對車庫運動的雙重監(jiān)控。 (4)控制外圍設(shè)備，例如：停車指示燈、車庫大門擋桿、車位擋桿、系統(tǒng)緊急停止按 鈕等一些輔助設(shè)施的控制； (5)與人機交互單片機和監(jiān)控計算機的通信部分的功能實現(xiàn)，以保證所傳信息的快速、準確，其中 S7300 與人機交互單片機經(jīng)由 CP340 串行通信模塊實現(xiàn)。 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 根據(jù)立體車庫總體控制標準，再結(jié)合可編程控制器（ PLC）在監(jiān)控領(lǐng)域所具備的特點，本文設(shè)計的 PLC 控制結(jié)構(gòu)組成如下： (1)PLC 輸出輸入信號：載車板運動的接近開關(guān)、限位開關(guān)，擋桿打開、關(guān)閉的接近開關(guān)，停車位是否有車停入的光電開關(guān)，測量電機轉(zhuǎn)速的光電編碼器等；載車板曳引電機啟動、 停止信號輸出，擋桿轉(zhuǎn)動電機啟動、停止信號輸出，存取車提示燈的輸出等。 (2)對應電氣輸出控制對應曳引電機、轉(zhuǎn)動電機、指示燈的電氣線路的安全連接，包括在這其中接入的主接觸器，輔助接觸器，繼電器的在控制柜中電氣位置的合理安排。 (3)涉及 PLC 與監(jiān)控計算機、人機交互單片機的通信實現(xiàn)部分，與兩者的通信都是基于 485 串口，根據(jù)實際要求合理對 485 串口通信的硬件連接實現(xiàn)做出正確連接。 PLC 控制系統(tǒng)主要以可編程控制器 (PLC)為核心，配有存取車指示燈、載車板運動限位的接近開關(guān)和防止超程運 行的限位開關(guān)，還配有曳引電機、轉(zhuǎn)動電機、指示燈以及相關(guān)的電氣連接，控制電機通斷電的接觸器組、繼電器組，控制曳引電機的速度調(diào)節(jié)的變頻器，以及采集曳引電機速度的光電編碼器，此編碼器還可以精確地控制電機軸的轉(zhuǎn)動位置，使得主曳引電機的定位更加精準和安全，這樣載車板可以與地面以接近零的誤差保持在同一個平面上，方便了車主存取車，同時增強了車庫設(shè)備所提供服務的人性化。 整個 PLC 系統(tǒng)機構(gòu)原理圖如圖 所示 河 北聯(lián)合大學輕工學院 19 圖 系統(tǒng)機構(gòu)原理圖 選用的 PLC 是德國西門子 S7300 PLC，其適用 于各種場合中的檢測、檢測及相應控制的自動化，其中 CPU 采用的是可以滿足中小型控制系統(tǒng)需求的 CPU3152DP，相比小型（微型） PLC，它不僅具備更多的輸入 /輸出點（ I/O 點數(shù)在 1282048 之間），更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能。 繼電器、接觸器選用法國的施耐德公司產(chǎn)品，該產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中具有制造設(shè)計更精細，用料充實，安全系數(shù)高。完全滿足立體車庫電氣控制設(shè)計要求和相關(guān)標準。 變頻器選用西門子產(chǎn)品中的 MICROMASTER 440，與 S7300 PLC 能夠達到很大的兼容性，方便了對 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，這樣更加縮短了整個開發(fā)周期，并且在使用中保證了其在工作中與 S7300 PLC 信息交換的可靠性安全性。 接近開關(guān)采用的是 Autonics 公司研制的 PR3015DP 型傳感器，限位開關(guān)選用的是歐姆龍公司研制的 D4A3104N 型開關(guān)，光電開關(guān)采用的是上海奧途公司研制的 BEN10MTFR，根據(jù)各個公司所提供的對應傳感器使用資料，比較關(guān)鍵的參數(shù)都滿足現(xiàn)場使用的需要。 編碼器選用帶有 DP 通信接口的絕對式編碼器，該 型號的編碼器采用獨特的二進制編碼圖案，在旋轉(zhuǎn)時不會重復，所以其位置指示具備絕對屬性，即使斷電，位置信息也不會丟失，使用 DP 總線通信。 存取車提示燈選取的是江蘇平潮電器二廠研制型號為 YT 信號燈，其大小等參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況跟供應商聯(lián)系定制 。 巷道式立體車庫電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 本章小結(jié) 本章主要通過對立體車庫的基本結(jié)構(gòu)框架、車庫運行原理和 PLC 控制系統(tǒng)總體設(shè)計分別進行了介紹。其中在基本結(jié)構(gòu)中提出一臺電機驅(qū)動三列載車板的裝置可以進一步地優(yōu)化結(jié)構(gòu)框架和達到節(jié)能的目的；根據(jù)車庫基本框架和客戶使用中的基本需求對系統(tǒng) 運行原理進行了設(shè)定，車庫運行原理的提出在很大程度上對整個控制系統(tǒng)的設(shè)計明確了過程和目標，為后期系統(tǒng)中各模塊的開發(fā)和耦合提供了依據(jù)；其中 PLC 控制系統(tǒng)總體設(shè)計是本論文重點闡述的部分，在此章節(jié)對其整體設(shè)計思路做出相關(guān)的介紹，包括了其在整個系統(tǒng)中功能和作用描述， PLC 控制系統(tǒng)機構(gòu)原理圖和相關(guān)硬件器件的選型。河 北聯(lián)合大學輕工學院 21 第 3 章 巷道式立體車庫控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計 PLC 編程環(huán)境介紹 程序結(jié)構(gòu) 一 個系統(tǒng)的控制功能往往由相應的用戶程序決定，而此邏輯對于 PLC 也是同樣成立的。用戶需要在硬件系統(tǒng)搭建完成的情況下，編譯相應的程序來控制 PLC 以循環(huán)掃描的方式執(zhí)行從而實現(xiàn)對應的工作流程。在 S7300 中，采取的結(jié)構(gòu)是將程序分成若干個部分，這些各自具有特定功能的部分稱之為 “ 塊 ” ，其為程序的核心部分，包括用戶塊和系統(tǒng)塊。在 S7300 中根據(jù)邏輯功能的不同，程序塊又分為組織塊 (OB) 、功能塊 (FB)、功能 (FC) 、數(shù)據(jù)塊 (DB)。各個軟件塊的相互關(guān)系如圖 所示： 圖 各個模塊 之間的關(guān)系 下面各個模塊的功能做一個簡單的介紹： 組織塊（ OB）：用戶可以將整個運行程序放入其中循環(huán)運