【文章內(nèi)容簡介】 車技術(shù)幾乎包括了機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計算機(jī)技術(shù)等各個領(lǐng)域的所有成熟先進(jìn)技術(shù)。停車方式也在不停的改變。設(shè)備結(jié)構(gòu)采用模塊化的設(shè)計，而不是整套的生產(chǎn)，便于組合使用，也易于安裝拆卸，增加了立體車庫的隨意性。 控制技術(shù)方面，廣泛采用可編程序控制器（ PLC）和矢量變頻變壓調(diào)速 閉環(huán)控制技術(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行高速平穩(wěn)，這些技術(shù)不僅節(jié)省電力，而且振動和噪音也相對趨于最小化。在安全方面也采用很多高新技術(shù) ， 安全保護(hù)裝置也更加完善，如汽車出入都會由聲光引導(dǎo)和定位系統(tǒng)、汽車尺寸和重量自動識別系統(tǒng)、限速保護(hù)與多重機(jī)構(gòu)互鎖系統(tǒng)、停車泊位自動跟蹤功能、鏈條和鋼絲繩的長度，若超出范圍則報警和彈性變形自動補(bǔ)償功能、汽車圖像攝影對比、安全檢測、自動消防滅火系統(tǒng)等。立體車庫在發(fā)展技術(shù)正在趨于成熟，系統(tǒng)功能更加人性化、現(xiàn)代化。 圖 11 國外高容量的立體車庫 我國機(jī)械 式 立體 車庫的早期研究開發(fā)始于 80 年代中期， 90 年代開始引進(jìn)和生產(chǎn) 3 停車設(shè)備，在北京、上海、廣州、深圳等 一些大型人口密集的城市， 都得到推廣使用 ，如圖 12 所示 是一個簡單的機(jī)械車庫 。就停車設(shè)備本身來說，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)形成了停車設(shè)備獨(dú)有的技術(shù)特征，需要多學(xué)科、多專業(yè)的復(fù)合型人才積極參與 和研究 ，還有就是 把國外的停車技術(shù)和各領(lǐng)域的成熟技術(shù)移植和本土化到我國停車產(chǎn)業(yè)， 在我國市場上得到廣泛的推廣應(yīng)用， 開發(fā)出安全、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、省地的停車產(chǎn)品，滿足和適應(yīng)國內(nèi)外市場的需求。在國內(nèi)，停車行業(yè)還需要不斷的努力完善， 其還屬 于起步產(chǎn)業(yè)， 具有巨大的發(fā)展前景。 據(jù)我國情況而言，停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問題，比如沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槎鄶?shù)停車行業(yè)的產(chǎn)品是仿效或引進(jìn)國外技術(shù)制造，自身的技術(shù)水平比較低 。 目前我國缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)支持停車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)能力相對不足；在市場方面，我的停車行業(yè)市場競爭處于無序狀態(tài)，個別企業(yè)為了搶占市場份額，采取低價競爭和山寨產(chǎn)品，缺少自主研發(fā)的科研設(shè)計單位參與，技術(shù)創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足；國家在停車行業(yè)上，對停車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和管理嚴(yán)重滯后等 。 目前升降橫移式立體車庫較多采用PLC 控制電動機(jī)恒速運(yùn)行，速度過低則 車庫運(yùn)行效率低，速度過高則易造成車位晃動與撞擊，而且大多沒有監(jiān)控系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)還不夠完善 [3]。 圖 12 在我國廣泛使用的升降橫移式立體車庫 以上的 一系列的問題都 是停車產(chǎn)業(yè) 在我國長期 發(fā)展的絆腳石。要解決上述問題，需要我們在政策引導(dǎo)、市場規(guī)劃、科學(xué)管理和 自主 研發(fā)技術(shù)等多方面做出努力。在政 4 策方面應(yīng)參照發(fā)達(dá)國家的有關(guān)政策法規(guī)， 在將其本土化， 規(guī)劃確定出合理的車位數(shù)量和建設(shè)地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)投資主體 的 多元化，制定車庫的管理屬性和停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵投資，給予投資和經(jīng)營者相應(yīng)的優(yōu)惠政策，使適應(yīng)市場 的前提下互惠互利 。市場方面 應(yīng)建立完善的車庫市場運(yùn)行機(jī)制，利用價格的杠桿調(diào)高占路停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，逐步消除“ 路滿庫空 ” 擁堵交通的現(xiàn)象。鼓勵投資者按市場規(guī)則經(jīng)營車庫，政府實(shí)施有效的監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。 課題研究內(nèi)容 立體車庫是以單層面向多層面發(fā)展的立體空間 停車庫，所以主要的研究對象以立體車庫的車位載車板控制為主。 通過對可編程邏輯控制器 PLC以及組態(tài)軟件組態(tài)王的學(xué)習(xí)和探討，實(shí)現(xiàn) PLC對升降橫移式立體車庫的控制和 使用 組態(tài)王 軟件 設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)。 立體車庫系統(tǒng)的主要功能有自動存取車、組態(tài)監(jiān)控、升降橫移電機(jī)的運(yùn)行、安全措施防墜掛鉤 以及系統(tǒng)緊急停止 等 。 研究 主要 內(nèi)容 包括 橫移式立體車庫的存取方案 的確定、 可編程邏輯控制器對立體車庫的控制和實(shí)現(xiàn)、 升降橫移系統(tǒng)的運(yùn)行、 組態(tài)軟件 設(shè)計監(jiān)控界面設(shè)計 且 實(shí)現(xiàn) 對 整個系統(tǒng)的監(jiān)控。 文章 組織結(jié)構(gòu) 第一章 主要 介紹研究立體車庫的時代背景 及 其研究意義，國內(nèi)外對于立體車庫的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，以及當(dāng)今社會發(fā)展立體車庫遇到的問題。對本文所言研究的內(nèi)容簡單介紹。 第二章 為 系統(tǒng)整體設(shè)計 部分 。 介紹升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)，以及本次系統(tǒng)的整體設(shè)計，以及車位控制方案的確定。 第三章為立體車庫的控制系統(tǒng)設(shè)計。主要包括控制系統(tǒng)的硬 件設(shè)計和軟件部分設(shè)計。硬件部分主要對系統(tǒng)所用的硬件的選型和介紹， 系統(tǒng)子電路設(shè)計 設(shè)計。軟件設(shè)計部分主要是對 PLC的控制 方案 的設(shè)計 、 立體車庫的 PLC控制程序 的編寫 。 第四章為組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。主要是對組態(tài)王的數(shù)據(jù)詞典的建立 、 組態(tài)監(jiān)控界面的設(shè)計、監(jiān)控界面的動畫連接 以及 組態(tài) 控制系統(tǒng)的程序編輯。 第五章主要是整個 PLC控系統(tǒng)和組態(tài)軟件的通信調(diào)試過程，最終完成基于 PLC和組態(tài)軟件的升降橫移式立體車庫的設(shè)計。 5 第二章 系統(tǒng) 整體 設(shè)計 立體車庫結(jié)構(gòu) 及原理 機(jī)械式立體車庫的整個系統(tǒng) 組成其實(shí) 是多 個系統(tǒng)的組合 ，立體車庫的 主要 組成 包括控制住框架、控制系統(tǒng)、升降橫移 系統(tǒng) 、載車板和安全防護(hù)防墜掛鉤等。 立體車庫結(jié)構(gòu) 如圖 21 所示。 立體車庫的核心在于載車板的移動，控制系統(tǒng)控制升降橫移系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)載車板移動，以實(shí)現(xiàn)存取車。 基于 PLC 和組態(tài)的升降橫移式立體車庫，在立體車庫的控制系統(tǒng)中， 把上位機(jī)作為系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)器 ， 利用組態(tài)王的數(shù)據(jù)通信功能 ， 完成數(shù)據(jù)處理和圖形顯示效果 ， 通過現(xiàn)場總線，實(shí)時接收和處理下位機(jī) PLC 從現(xiàn)場采集的各種設(shè)備狀態(tài)、控制信號、報警信號等 ,并利用這些信號驅(qū)動組態(tài)監(jiān)控界面中的圖形 ， 實(shí)時顯示和反應(yīng)現(xiàn)場的各種狀況 ， 形成友好的人 機(jī)界面 ， 對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，對操作運(yùn)行和故障給出提示、報警等 [4]。 圖 21 升降橫移式立體車庫主要組成 立體車庫的控制系統(tǒng)原理，由 PLC 和組態(tài) 構(gòu)成完整 的 監(jiān)控系統(tǒng) ， 上位機(jī) 由組態(tài)軟件設(shè)計，上位機(jī) 給出存取命令 ， 控制 PLC 去執(zhí)行 ， 同時車庫的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時被上位機(jī)采集，實(shí)時反映在上位機(jī)上 [5]。 實(shí)現(xiàn) 車位的 載車板根據(jù)呼叫信息完成 移動，實(shí)現(xiàn)自動存取車過程，以及防墜掛鉤的彈出 和收回保證載車板的安全。立體車庫的控制系統(tǒng)采用了上位機(jī)和下位機(jī)雙向控制， 實(shí)現(xiàn)完全的人機(jī)分離操作，安全性更高 ，系統(tǒng)的 6 可靠性也得到了大大的提升 。 總體控制方案 升降橫移式立體停車庫是通過升降或橫移載車板的方式來存 /取車輛。 在系統(tǒng)整體框架下，主要的控制系統(tǒng) 是載車板的升降橫移，來實(shí)現(xiàn)存 /取車。 所以以載車板控制為主要研究對象，組態(tài)軟件為監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計整個系統(tǒng) 總體控制方案 。 圖 22 系統(tǒng) 整體設(shè)計 具體的系統(tǒng) 整體設(shè)計 如圖 22 所示。當(dāng)組態(tài)界面的相應(yīng)車位按鈕的存 /取車按鈕時，由上位機(jī)給 PLC 發(fā)送 呼叫 車位信號，當(dāng) PLC 接收來自上位機(jī)的車位位移指令后，在可編程控制器里編輯程序控制載車板的移動的方向，確定移動載車板的信 息，及電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)運(yùn)行等 相應(yīng)動作 后 ，在 PLC 的輸出端口，利用西門子編程的數(shù)據(jù)傳輸指令，將數(shù)字量的數(shù)據(jù)輸入端口，到達(dá)上位機(jī)，組態(tài)控制程序內(nèi)。上位機(jī)接收 PLC 的升降橫移信息，在組態(tài)里 顯示其整個監(jiān)控過程 ，完成一個存 /取車位系統(tǒng)的控制和組態(tài) 過程 ，同時實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的相互控制過程 。 系統(tǒng)整體 設(shè)計中 每個模塊實(shí)現(xiàn)的功能。 控制按鈕模塊：在呼叫信號給出以后，系統(tǒng)能自動完成存取車動作，且組態(tài)軟件要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控作用。 組態(tài)監(jiān)控模塊：組態(tài)軟件的監(jiān)控界面設(shè)有立體車庫的控制面板和車位指示燈，及一些系統(tǒng)按鈕如系統(tǒng)開關(guān)、復(fù)位按鈕、急停按 鈕等。 不僅能實(shí)現(xiàn)對 PLC 現(xiàn)場執(zhí)行的實(shí)時監(jiān)視又要實(shí)現(xiàn)對其控制功能。 車位指示模塊：立體車庫相應(yīng)車位在執(zhí)行存取車動作時，系統(tǒng)應(yīng)有閃爍指示燈提示系統(tǒng)正在存取， 且 車位指示燈要顯示當(dāng)前車位狀態(tài)是否被占用。 防墜掛鉤模塊： 安 全措施防墜掛鉤在車位載車板移動時應(yīng)自動彈出，當(dāng)存取結(jié)束 7 時應(yīng)收回。 立體車庫的車位移動方案 車庫設(shè)計為三層七車位的立體車庫，在 3x3 的立體空間里，要實(shí)現(xiàn)車位的移動，最多可設(shè)計 七個移動車位，兩個空位 ，空位的主要是為載車板的移動 ，車位信息如圖23 所示 。 一般的立體車庫的特點(diǎn)是頂層的車位只能升降，底 層的車位只能橫移，車位的 移動方案如下： 圖 23 車位示意圖 二號車位存 /取時，五號和七號車位同時右移一個車位，二號車位開始下降至七號車位的原始車位點(diǎn)，小車上載車板，二號載車板上升至起始位置，五號、七號載車板同時左移一個車位，回到起始點(diǎn)，二號存 /取完成。 三號車位的存 /取時，由于下方五車位，所以三號板呼叫時，三號載車板直接下降到一層，小車上載車板，然后三號載車板上升至起始位置，三號存 /取完成。 四號車位存 /取時，六號車位和七號車位右移一個車位，四號車位下降，存 /取車，四號車位上升，然后六號七號車位左移一個車位回到起始點(diǎn)。 五號車位存 /取時，下方的七號車位有一個車位，五號下降，到達(dá)一層，開始存 /取，五號車位上升，七號車位左移回到起始位置。 六號和七號車位的存 /取車不要移動載車板，直接延時進(jìn)行存 /取車即可。 8 每次存取車后的其它載車板都要?dú)w位，以便系統(tǒng)的下次移動確定。以上移動方案比較與其他移動方案優(yōu)點(diǎn)在于其下方載車板可以實(shí)現(xiàn)整體移動，以便編程及監(jiān)控實(shí)現(xiàn)。 9 第三章 立體車庫 控制 系統(tǒng) 設(shè)計 系統(tǒng) 硬件設(shè)計 立體車庫的 硬件設(shè)計主要包括 硬件 的 選型 和主要電路的設(shè)計 。根據(jù) 之前的整 體系統(tǒng)設(shè)計的方案 ， 本次立體車庫的主要應(yīng)用的硬件如表 31 所列出的 。 表 31 硬件型號 名稱 數(shù)量 型號 備注 PLC 1 西門子 S7200 CPU 型號 226CN PPI 通信線 1 USB 轉(zhuǎn) PPI 電機(jī) 5 三 相 異步電機(jī) 計算機(jī) 1 帶編程軟件 導(dǎo)線 若干 中間繼電器 5 指示燈 10 24V 電源燈 PLC 簡介 PLC 是英文單詞 Programmable Logic Controller 的縮寫，意思為可編程邏輯控制器，最早的為了應(yīng)用與工業(yè)工程的控制而產(chǎn)生的， 本次 設(shè)計 選用的是西門子 S7200型號的小型控制系統(tǒng) ， S7 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的小型可編程控制器， S7200是 S7 系列中的小型 PLC，常在小型自動化設(shè)備中使用。可以根據(jù)使用的 CPU 模塊不同而進(jìn)行分類，其他類型也可以通過擴(kuò)展模塊來增加其功能。在綜合考慮上， S7200在工業(yè)工程的環(huán)境下，且 相對而言的小型系統(tǒng)控制應(yīng)用比較合適，很適用于一般的工業(yè)控制 的小型系統(tǒng)，在一般的工作環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，學(xué)習(xí)使用相比于其他的 PLC來說簡單方便，更加適合初學(xué)者的使用。但 S7200 屬于小型控制系統(tǒng)， I/O 點(diǎn)數(shù)比較有限，不 能應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)控制，以及對運(yùn)算精度不苛刻。在輸入輸出點(diǎn)的選擇上是而可行的，考慮點(diǎn)配置的基礎(chǔ)上， PLC 的 CPU 型號選擇為 226CN，這個型號的 CPU有 24/16 的點(diǎn)配置 ， 6 個獨(dú)立的 30kHz 高速計數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自 10 由方式通訊能力 ， 是具有較強(qiáng)控制能力的控制器 。 系統(tǒng)子 電路 設(shè)計 升降橫移 系統(tǒng) 主要 是對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。 為了在系統(tǒng)運(yùn)行時候，實(shí)現(xiàn)載車板的恒速平穩(wěn)的運(yùn)行，電機(jī)采用變頻調(diào)速 ，變頻調(diào)速 主要 應(yīng)用在本次系統(tǒng)的電機(jī)啟動和啟停的速度控制上 。它與傳統(tǒng)的交流電機(jī)拖動系統(tǒng)相比較，利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制有許多優(yōu)點(diǎn)，例如節(jié)省電力、對于電機(jī)的調(diào)速容易實(shí)現(xiàn)且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制的特點(diǎn)、速度控制的精確比較高等。在本次設(shè)計重要的是容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行快速起 /停轉(zhuǎn)動。這些優(yōu)點(diǎn)可以讓立體車庫系統(tǒng)的存取車效率更高，系統(tǒng)的性能更加優(yōu)越。 立體車庫系統(tǒng)主電路是對電機(jī)的控制， 如 圖 31 是一個電機(jī)的控制硬件接線圖，如圖，當(dāng) KM1 閉合時，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) KM2 閉合時，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng) KM KM2 都斷開時，電機(jī)停轉(zhuǎn)， 立體車庫系統(tǒng)處于停止運(yùn)行 ，在 KM1 和 KM2 之間形成互鎖環(huán)節(jié) 。 圖 31 電機(jī)控制 主電路 安全設(shè)備主要是對防墜掛鉤的設(shè)計， 防墜 掛鉤 的控制是用一個電磁鐵 動作 實(shí)現(xiàn)的控制功能 ，如圖 32 所示 防墜掛鉤的原理圖 。 由一個電磁鐵開關(guān)的控制掛鉤的彈出 和收回 ，通過牽引繩索到掛鉤， 當(dāng)電磁鐵得電時， 拉動掛鉤， 掛鉤 彈出 ，載車板可以移動，當(dāng)電磁鐵失電時， 繩索牽引力消失，掛鉤收回，鎖定載車板的移動， 防止載車板的下落。 防墜掛 鉤的硬件設(shè)計使用中間繼 11 電器實(shí)現(xiàn)，用線圈得電和失電 模擬防墜 掛鉤的動作 。 圖 32 防墜掛鉤原理圖 系統(tǒng)硬件總體 設(shè)計 硬件整體包括主電路和輔助電路的接線圖， PLC 主要控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)載車板的移動，還有防墜掛鉤的動作以及 系統(tǒng)開關(guān)、急停開關(guān)、復(fù)位開關(guān)。