【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 片機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)機(jī)動(dòng)結(jié)構(gòu)，然后將完成信息狀態(tài)傳輸給 PLC，該裝置機(jī)械原理圖如圖 所示。 河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 13 圖 載車板與相應(yīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖 車庫(kù)的整體控制原理 本課題立體車庫(kù)控制主要分為四部分 [1921]。包括： (1)用于人機(jī)交互作用的單片機(jī)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(hào)信息備份模塊 等，其主要功能就是使得車主與整個(gè)立體車庫(kù)系統(tǒng)的交流更加順暢。方便車主進(jìn)行存取車動(dòng)作，讓車主切實(shí)體會(huì)到該套停車設(shè)備的優(yōu)越性。 (2)用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控以及對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理的上位機(jī)系統(tǒng) [2223]。它包括卡號(hào)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、現(xiàn)場(chǎng)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(duì)車庫(kù)進(jìn)行監(jiān)控管理以保證車庫(kù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，同時(shí)它還具備存取車位優(yōu)化能力。 (3)用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作控制的 PLC 電氣控制系統(tǒng)，它包括對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jī)交互單片機(jī)的通信等設(shè)計(jì)。這部分的內(nèi)容也是本篇論文的重點(diǎn)部分，這部分設(shè)計(jì)是否合理對(duì)立體車庫(kù)工作安全影響很大，一旦在電氣運(yùn)行部分出現(xiàn)故障或者是運(yùn)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(gè)控制部分通信實(shí)現(xiàn)，其中作為直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)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(jī)交互單片機(jī)之間都是通過 485 串口通信 [2425]。它從單片機(jī)接受到對(duì)應(yīng)哪個(gè)車位處于工作狀態(tài)，然后再將目前車庫(kù)內(nèi)車位停車情況反饋給人機(jī)交互單片機(jī)。 通過上面的介紹，結(jié) 合三個(gè)控制部分在立體車庫(kù)起到的不同的作用以及三者巷道式立體車庫(kù)電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 之間通信形式和內(nèi)容，整個(gè)立體車庫(kù)控制機(jī)理見圖 所示： 圖 立體車庫(kù)控制機(jī)理 車庫(kù)的運(yùn)行原理 該立體車庫(kù)控制系統(tǒng)為了車庫(kù)在任何情況下都能充分應(yīng)對(duì)作業(yè)需求，所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)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(jī)的在線/離線轉(zhuǎn)換按鈕進(jìn)行設(shè)定，在線模式下，在現(xiàn)場(chǎng)的車庫(kù)管理人員情況下通過操作監(jiān)控上位機(jī)軟件界面給 PLC 發(fā)送指令和提取 PLC 反饋信息以達(dá)到直接控制下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)存取車過程的目的；離線模式下，這種情況適 合車庫(kù)管理人員不在場(chǎng)的情況下，用戶通過人機(jī)交互直接進(jìn)行存取車操作，而監(jiān)控計(jì)算機(jī)這個(gè)時(shí)候只起到監(jiān)控車庫(kù)運(yùn)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(shí)卡，一張卡對(duì)應(yīng)獨(dú)有的卡號(hào)，在單片機(jī) RAM 和監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中通過制卡過程對(duì)其相關(guān)信息 (卡號(hào)、卡類別、制卡日期、停車位號(hào) )予以存儲(chǔ)，以卡號(hào)作為所有存儲(chǔ)信息的關(guān)鍵字，當(dāng)用戶存取車進(jìn)行刷卡動(dòng)作時(shí)，顯示屏將通過卡號(hào)調(diào)用對(duì)應(yīng)該卡的相關(guān)信息并且顯示以供用戶查看，當(dāng)然車庫(kù)管理人員也可以通過實(shí)際情況需 要通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件界面修改對(duì)應(yīng)卡號(hào)的相關(guān)信息并且同時(shí)對(duì)人機(jī)交互相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行改動(dòng)。 以持有固定卡用戶的存取車過程對(duì)車庫(kù)運(yùn)用進(jìn)行實(shí)例說明，根據(jù)以上規(guī)定每張卡對(duì)應(yīng)一個(gè)停車位號(hào)，假定該卡與 B 區(qū)第二列載車臺(tái)的第二層車位綁定。持卡用戶過來存車，第一步進(jìn)行用戶刷卡，人機(jī)交互得到的卡號(hào)與自身數(shù)據(jù)庫(kù)信息河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 15 對(duì)比驗(yàn)證卡是否有效，如果無效進(jìn)行語音提示并且不予停車，在判斷有效后，人機(jī)交互將該卡對(duì)應(yīng)的車位號(hào)傳給 PLC，收到正確車位號(hào)的 PLC 操縱驅(qū)動(dòng)電機(jī)來控制對(duì)應(yīng)載車板上的停車位運(yùn)行至與地面平行的適合位置，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且給 出存車提示燈并且打開車庫(kù)和車位擋桿，語音提示用戶開車入庫(kù)；第二步，在車位光電檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到停車合適無誤后語音告知車主停車完畢，可以下車出庫(kù)；第三步，車主在離開車庫(kù)時(shí)再次刷卡確認(rèn)，這時(shí)車庫(kù)進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作。第四步，當(dāng)車主進(jìn)行取車動(dòng)作，同樣先進(jìn)行刷卡動(dòng)作，人機(jī)交互驗(yàn)證卡是否有效，如果無效不給予取車動(dòng)作并且語音提，在判斷有效后，人機(jī)交互將得到的取車動(dòng)作的車位號(hào)告知 PLC，通過對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī) PLC 將車位準(zhǔn)備就緒，并且車位擋桿給出提示燈指引車主進(jìn)行取車；第五步，取車完畢的車主再次進(jìn)行刷卡，車庫(kù)系統(tǒng)根據(jù)此次刷卡再次進(jìn)行 車庫(kù)復(fù)位動(dòng)作。 對(duì)立體車庫(kù)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要將設(shè)備各個(gè)影響工作安全的細(xì)節(jié)都要考慮到位，并且將處理手段反應(yīng)到系統(tǒng)設(shè)置當(dāng)中，充分挖掘各個(gè)控制系統(tǒng)的利用點(diǎn)，同時(shí)將監(jiān)控計(jì)算機(jī)、人機(jī)交互單片機(jī)、 PLC 控制系統(tǒng)的之間有效整合以達(dá)到控制系統(tǒng)的最優(yōu)化，從而保證車庫(kù)設(shè)備工作時(shí)的絕對(duì)安全。該立體車庫(kù)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(gè)車庫(kù)控制系統(tǒng)的作業(yè)流程尤為重要，使得負(fù)責(zé)各個(gè)設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)人員有一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)，知道自己所涉及的設(shè)計(jì)任務(wù)在整個(gè)控制過程的位置，以便更好地做好自己的研究設(shè)計(jì)工作，交出的結(jié) 果符合車庫(kù)控制流程的要求。低成本、開放式立體車庫(kù)整個(gè)控制流程在線如圖 所示 巷道式立體車庫(kù)電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 圖 在線控制作業(yè)流程原理圖 河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 17 PLC 控制系統(tǒng)總體方案 PLC 控制系統(tǒng) 立體車庫(kù)控制系統(tǒng)一定要根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)所的需求和投資成本的目前情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。市場(chǎng)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(jī)控制、可編程控制器（ PLC） [26]。 立體車庫(kù)剛開始使用時(shí)，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(diǎn)是電路簡(jiǎn)易，開發(fā)成本低，缺點(diǎn)主要是智能性不強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求。單片微機(jī)的出現(xiàn)一定程度上解決了繼電器控制中智能性不強(qiáng)的缺陷，同時(shí)還具備功耗小、成本低、體積小、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其軟件編程周期時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)具備以上兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備以上兩者沒有的優(yōu)勢(shì)，比如：直接面對(duì)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(qiáng)，所組成的電氣控制線路也簡(jiǎn)單明了，很容易被開發(fā)人員學(xué)習(xí)并且掌 握，從一定程度上增強(qiáng)了其可以被廣泛使用度。 結(jié)合本課題巷道式立體車庫(kù)的要求，本文選用更具智能化、開發(fā)周期短、抗干擾能力強(qiáng)的可編程控制器（ PLC）來設(shè)計(jì)終端控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) PLC 控制做為整個(gè)控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)部分的銜接部分，決定了其在立體車庫(kù)設(shè)備中有著不可取代的地位，它所要達(dá)到的功能以及如何無縫地接入車庫(kù)控制流程都是以保證車庫(kù)運(yùn)行絕對(duì)安全為標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下： (1)對(duì)存取車以及復(fù)位這三個(gè)主要車庫(kù)動(dòng)作提供原始觸發(fā)信號(hào)，通過對(duì)應(yīng)的接觸器、繼電器以及電氣連接使得驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)得以順 利地工作，從而將動(dòng)力傳給待使用的載車板以便載車板實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，完成存取車、復(fù)位過程； (2)由于采用一臺(tái)電機(jī)選擇性地控制三列載車板的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以做為控制媒介的 PLC 控制部分對(duì)選擇哪列載車板也起著重要的作用。在 PLC 從監(jiān)控計(jì)算機(jī)或是人機(jī)交互那邊得到待使用車位號(hào)后以及單片機(jī)控制對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇好對(duì)應(yīng)電機(jī)控制的載車板列并且告知 PLC，就要有目的地選擇目標(biāo)電機(jī)對(duì)目標(biāo)載車板提供動(dòng)力，從而為車主提供待使用車位或是對(duì)車庫(kù)進(jìn)行復(fù)位； (3)立體車庫(kù)控制很重要的而一部分就是對(duì)待使用載車板運(yùn)動(dòng)的電氣控制，要 使載車板運(yùn)動(dòng)精確、平穩(wěn)、安全，本文對(duì)此設(shè)計(jì)了兩套監(jiān)控系統(tǒng)，變頻器、編巷道式立體車庫(kù)電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 碼器的加入與 PLC 的聯(lián)合工作來控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)，使得電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止這三個(gè)動(dòng)作滿足立體車庫(kù)存取車效率、運(yùn)動(dòng)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(duì)電 機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行檢測(cè)及時(shí)反饋給 PLC， PLC 然后通過變頻器已達(dá)到對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制；輔助設(shè)施為通過對(duì)應(yīng)合適的接近開關(guān)和限位開關(guān)對(duì)載車板運(yùn)動(dòng)給出第二道控制手段以達(dá)到對(duì)車庫(kù)運(yùn)動(dòng)的雙重監(jiān)控。 (4)控制外圍設(shè)備，例如：停車指示燈、車庫(kù)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(jī)交互單片機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信部分的功能實(shí)現(xiàn)，以保證所傳信息的快速、準(zhǔn)確，其中 S7300 與人機(jī)交互單片機(jī)經(jīng)由 CP340 串行通信模塊實(shí)現(xiàn)。 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 根據(jù)立體車庫(kù)總體控制標(biāo)準(zhǔn)，再結(jié)合可編程控制器（ PLC）在監(jiān)控領(lǐng)域所具備的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的 PLC 控制結(jié)構(gòu)組成如下： (1)PLC 輸出輸入信號(hào)：載車板運(yùn)動(dòng)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(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的光電編碼器等；載車板曳引電機(jī)啟動(dòng)、 停止信號(hào)輸出，擋桿轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)、停止信號(hào)輸出，存取車提示燈的輸出等。 (2)對(duì)應(yīng)電氣輸出控制對(duì)應(yīng)曳引電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、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(jì)算機(jī)、人機(jī)交互單片機(jī)的通信實(shí)現(xiàn)部分，與兩者的通信都是基于 485 串口，根據(jù)實(shí)際要求合理對(duì) 485 串口通信的硬件連接實(shí)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(yùn)動(dòng)限位的接近開關(guān)和防止超程運(yùn) 行的限位開關(guān)，還配有曳引電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、指示燈以及相關(guān)的電氣連接，控制電機(jī)通斷電的接觸器組、繼電器組，控制曳引電機(jī)的速度調(diào)節(jié)的變頻器，以及采集曳引電機(jī)速度的光電編碼器，此編碼器還可以精確地控制電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，使得主曳引電機(jī)的定位更加精準(zhǔn)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(gè)平面上，方便了車主存取車，同時(shí)增強(qiáng)了車庫(kù)設(shè)備所提供服務(wù)的人性化。 整個(gè) PLC 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理圖如圖 所示 河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 19 圖 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理圖 選用的 PLC 是德國(guó)西門子 S7300 PLC，其適用 于各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、檢測(cè)及相應(yīng)控制的自動(dòng)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(diǎn)（ I/O 點(diǎn)數(shù)在 1282048 之間），更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。 繼電器、接觸器選用法國(guó)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(jì)更精細(xì)，用料充實(shí)，安全系數(shù)高。完全滿足立體車庫(kù)電氣控制設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 變頻器選用西門子產(chǎn)品中的 MICROMASTER 440，與 S7300 PLC 能夠達(dá)到很大的兼容性，方便了對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這樣更加縮短了整個(gè)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(gè)公司所提供的對(duì)應(yīng)傳感器使用資料，比較關(guān)鍵的參數(shù)都滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的需要。 編碼器選用帶有 DP 通信接口的絕對(duì)式編碼器，該 型號(hào)的編碼器采用獨(dú)特的二進(jìn)制編碼圖案，在旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)重復(fù)，所以其位置指示具備絕對(duì)屬性，即使斷電，位置信息也不會(huì)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(hào)為 YT 信號(hào)燈，其大小等參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況跟供應(yīng)商聯(lián)系定制 。 巷道式立體車庫(kù)電氣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 本章小結(jié) 本章主要通過對(duì)立體車庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)框架、車庫(kù)運(yùn)行原理和 PLC 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分別進(jìn)行了介紹。其中在基本結(jié)構(gòu)中提出一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)三列載車板的裝置可以進(jìn)一步地優(yōu)化結(jié)構(gòu)框架和達(dá)到節(jié)能的目的；根據(jù)車庫(kù)基本框架和客戶使用中的基本需求對(duì)系統(tǒng) 運(yùn)行原理進(jìn)行了設(shè)定，車庫(kù)運(yùn)行原理的提出在很大程度上對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)明確了過程和目標(biāo)，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(jì)是本論文重點(diǎn)闡述的部分，在此章節(jié)對(duì)其整體設(shè)計(jì)思路做出相關(guān)的介紹，包括了其在整個(gè)系統(tǒng)中功能和作用描述， PLC 控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理圖和相關(guān)硬件器件的選型。河 北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 21 第 3 章 巷道式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) PLC 編程環(huán)境介紹 程序結(jié)構(gòu) 一 個(gè)系統(tǒng)的控制功能往往由相應(yīng)的用戶程序決定，而此邏輯對(duì)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(yīng)的程序來控制 PLC 以循環(huán)掃描的方式執(zhí)行從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的工作流程。在 S7300 中，采取的結(jié)構(gòu)是將程序分成若干個(gè)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(gè)軟件塊的相互關(guān)系如圖 所示： 圖 各個(gè)模塊 之間的關(guān)系 下面各個(gè)模塊的功能做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹： 組織塊（ OB）：用戶可以將整個(gè)運(yùn)行程序放入其中循環(huán)運(yùn)