【導(dǎo)讀】進入21世紀后，伴隨著我國經(jīng)濟繼續(xù)地大踏步前進和人民生活期望值的提升，市民人均擁有私家車的數(shù)量逐年上升。加上我國近幾年用地的緊張，于是停車難的問。雖然立體車庫的投入使用緩解了目前停車難的問題，但很多在役的立體。車庫存在的問題還是很多，例如：成本高、利用率低、不易推廣、安全性差等問題。機械式立體車庫的設(shè)計構(gòu)想。本課題研究的立體車庫的整個結(jié)構(gòu)框架和控制系統(tǒng)基于。低成本、低能耗、結(jié)構(gòu)簡練等設(shè)計理念。的基礎(chǔ)上，本文主要針對基于PLC的電氣控制系統(tǒng)進行了設(shè)計和理論研究。根據(jù)整個立體車庫系統(tǒng)控制要求，在基本電氣運行線路設(shè)計后，加入了西門字。控制系統(tǒng)各部分包。和人機交互單片機）之間的通信部分和聯(lián)調(diào)進行了相關(guān)介紹。的場所需求，以上優(yōu)點對立體車庫的推廣將起到積極的作用。

　　

【正文】 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。 24 3 立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 PLC 在立體車庫系統(tǒng)控制中的應(yīng)用 PLC 介紹 在以前傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，繼電器控制系統(tǒng)占據(jù)著統(tǒng)治地位，但它僅限于在動作流程或生產(chǎn)工藝固定不發(fā)生變化的情況下，進行一些簡單的邏輯控制以及定時、計數(shù)等一些簡單的控制。如此簡單死板的工業(yè)控制系統(tǒng)和越來越強調(diào)競爭的市場環(huán)境產(chǎn)生了很大的沖突。在這個時候以微處理器為基礎(chǔ)發(fā)展起來的可編程控制系統(tǒng)開始在工業(yè)控制領(lǐng)域嶄露頭角，一開始其也僅具備邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能；后來慢慢增加了很多特殊功能，如函數(shù)運算、查表等；在微處理器高速發(fā)展的當下，其具備 的功能也日益強大，不僅具備了高速計數(shù)、 PID 控制等功能，而且聯(lián)網(wǎng)通信能力也取得了長足的進步 。這都使可編程控制器在目前控制領(lǐng)域的存在感和價值感越來越強 [20]。而本車庫控制系統(tǒng)選用的 S7300PLC 特點是系統(tǒng)運行周期短，運算頻率大，指令豐富功能強大，信息處理能力強，模塊化結(jié)構(gòu)，安裝緊湊。 PLC 適合工控的原因 由儲存程序來實現(xiàn)具體控制功能的 PLC 在當下控制領(lǐng)域扮演著很重要的角色，并且已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一，取得這樣的成績不是偶然。一方面是它還不斷處于為了適應(yīng)各種 控制要求而在完善自身的旅途中不曾停下腳步，另一方面他相比于其他的一些控制系統(tǒng)，確實有他獨特的令人折服的優(yōu)點。 ①適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境； ②程序設(shè)計簡單，技術(shù)人員易懂； ③功能全面，靈活通用； ④網(wǎng)絡(luò)組態(tài)方便，通信穩(wěn)定，抗干擾能力強； ⑤占空間小，維護方便。 25 車庫 PLC 的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在市場上生產(chǎn) PLC 的廠家有很多，這樣帶來了 PLC 的產(chǎn)品各類，但都是基于計算機結(jié)構(gòu)而設(shè)計的各類 PLC 產(chǎn)品其內(nèi)部基本組成結(jié)構(gòu)類似，其中應(yīng)用到該課題中的 S7300 PLC 的內(nèi)部簡 易結(jié)構(gòu)如圖 所示： 由圖可以看出， S7300 機構(gòu)設(shè)計呈現(xiàn)模塊化。各個單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。它的組成主要電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、導(dǎo)軌 (BACK)、接口模塊 (IM)、信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)[27]等。下面主要對車庫控制系統(tǒng)用到的幾個模塊做一個簡單的介紹： 1．電源模塊 該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成 PLC 所需要的直流電源，是整個 PLC 系統(tǒng)的能量源，直接影響到 PLC 的工作性能，目前大多數(shù) PLC 采用高質(zhì)量的開關(guān)式穩(wěn)壓電源，相對于普通電源具有工 作穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。其將 220V 交流電源轉(zhuǎn)換成 24V 直流電源， S7300 電源通過電纜與其他信號各模塊相連所以在選擇相應(yīng)的備件時，一定要注意控制其電壓的是直流 24V，包括繼電器、指示燈、限位開關(guān)、接近開關(guān)等。 2． CPU S7300 的 CPU 具備 4 種運行模式，每種運行模式都有其獨有的作用和功能。而 CPU 的分類根據(jù)其不同的分類方式有很多種，但在本立體車庫控制系統(tǒng)中，我們 26 所選的 CPU 需要滿足以下幾個方面：適應(yīng)戶外惡劣的環(huán)境、對 I/O 擴展方便利于以后車庫規(guī)模的擴展具備一定的 相關(guān)通信接口或是擴展能力以便與其他控制系統(tǒng)的信息交換。 3．導(dǎo)軌 其主要用于組合 S7300 各類模塊的機架 (特制不銹鋼異型板 )，其長度根據(jù)現(xiàn)場使用情況進行選擇，一般有 160mm、 482mm、 530mm、 830mm、 2020mm 等。 I/O 擴展模塊 S7300 有多種型號的數(shù)字量輸入 /輸出 (I/O)以供設(shè)計人員根據(jù)不同需要進行選擇，其與 CPU 相應(yīng)的映象區(qū)都是通過背板總線相連，其輸入 /輸出電纜最長可達 1000m(屏蔽電纜 )，其中較為常用的是輸入擴展 SM32輸出擴展 SM32輸入 /輸出擴展 SM323。其中要注意的是 I/O 點數(shù)在使用時我們要考慮一定的裕量，不考慮一定的裕量而滿負荷運行，就有可能影響控制系統(tǒng)的運行速度和可靠性，給整個控制帶來安全隱患，由于 S7300 具備很強的擴展能力，所以即使車庫控制系統(tǒng)要進行后期擴展，對于 I/O 擴展模塊的使用也是綽綽有余的。 5．通信接口 在該立體車庫控制系統(tǒng)中， S7300 涉及到與人機交互單片機之間的通信實現(xiàn)，而所選用的 CPU3152DP 型 CPU 僅含有 DP 接口和 MPI 接口，所以在與人機交互單片機通信需 要擴展串口通信模板 CP340。 PLC 的運行原理 上電后處于正常工作的 PLC，它將處于不斷的循環(huán)掃描中，如果我們暫且對遠程I/O、特殊模塊、更新時鐘、其他通信服務(wù)等分支功能模塊置于分析之外，掃描過程就分為以下三個階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，而這三個階段恰恰是 PLC 運行過程的中心內(nèi)容。這三個階段的循環(huán)也是 PLC 工作原理的實質(zhì)所在[28]。 1. 外部信息輸入 外部信息的輸入處于主動地位是 PLC，由 PLC 掃描其所有的輸入端子，并且以 27 結(jié)果刷新對應(yīng)的 映像寄存器?？梢缘玫捷斎胫芷谝欢ㄒ∮趻呙柚芷?，這樣才能防止輸入信號的丟失。 2. 用戶程序運行 PLC 程序如果是用梯形圖編寫，它的運行順序是從左到右，由上即下進行。當程序中需要用到對應(yīng)的 I/O 狀態(tài)，就從相應(yīng)的寄存器中導(dǎo)入，再經(jīng)過運算將結(jié)果存入對應(yīng)的寄存器。在程序不斷運行過程中，每個元件的狀態(tài)都會隨著相應(yīng)結(jié)果進行更新改變，以便下個運行過程的順利運行。 3. 輸出狀態(tài)更新 PLC 用戶程序運行完，所有的邏輯結(jié)果將以一定的形式存放入輸出鎖存器中，以相應(yīng)的形式輸出，這樣就可以通過輸出端子驅(qū)動對 應(yīng)的外部設(shè)備。同樣，在下個刷新周期來之前，其狀態(tài)不會改變，進而與之對應(yīng)的輸出端子的狀態(tài)也不會發(fā)生變更。 在包含于中心內(nèi)容的三個階段外，還有系統(tǒng)初始化、內(nèi)部處理、通信處理階段，內(nèi)部處理對 PLC 各個部件和功能進行自我診斷，確定 PLC 自身動作不正常，即強行將 CPU 置于 STOP 狀態(tài)；通信階段一般在程序執(zhí)行后進行，通過對各種通信端口自檢查找是否有數(shù)據(jù)需要進行通信，如果有即進行相應(yīng)的操作。 概括以上，我們得知 PLC 以周期性掃描的方式工作，而在一個掃描周期內(nèi)完成的全部工作和流程如圖 所示。 28 并且我們同樣可以總結(jié)出 PLC 對輸入 /輸出的幾點處理原則： ①上一周期的輸入端子各個數(shù)字開關(guān)量決定著導(dǎo)入映像寄存器的數(shù)據(jù)； ②程序結(jié)果取決于用戶自編程序；輸入 /輸出映像寄存器中的狀態(tài)及其他元件映像寄存器中的狀態(tài)。 ③輸出寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令對應(yīng)的計算結(jié)果； ④輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)直接決定于輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容； ⑤輸出端子的通 /斷狀態(tài)由輸出鎖存器直接控制。 S7300 PLC 的技術(shù)參數(shù) 由于市場上現(xiàn)在 PLC 種類很多，并且各具特點，本課題立體車庫控制系統(tǒng)經(jīng)過綜合 考慮選用了西門子 S7300 PLC，下面簡單中也側(cè)重了本控制系統(tǒng)選用的 CPU3152 DP 型 PLC。 ①接線端子排（ I/O 端子數(shù)），其為 PLC 比較重要的一項實用性指標，其 I/O 端子數(shù)越多，控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能也越強。 CPU3152 DP 型有多大 8192 個數(shù)字 I/O， 29 完全可以滿足車庫各部分的監(jiān)控信息輸入輸出，也便于以后車庫規(guī)模進一步擴展和控制系統(tǒng)的升級。 ②存儲器和寄存器。其中 CPU3152DP 的工作存儲器具有 64KB 的存儲量，完全可以滿足用戶的程序編譯。當然其還有 很多用于存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、數(shù)據(jù)的內(nèi)部儲存器，與此同時還有很多具有特殊功能的數(shù)據(jù)存儲器和寄存器。 ③掃描頻率。 PLC 運行速度的快慢與其自身性質(zhì)之一的掃描頻率 (掃描周期 )有很大的關(guān)系。掃描周期受到多方面因素的影響，所以直觀量掃描速度我們采取執(zhí)行 1000 步指令所需時間作為定義 PLC 速度快慢的一項指標，單位是毫秒 /千步。有時也以執(zhí)行一步的時間計算，單位為微秒 /步。 ④指令條數(shù)。此時反應(yīng) PLC 軟件編譯功能的重要組成部分， CPU3152DP 指令豐富，完全能夠滿足本立體車庫控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè) 計。 ⑤編譯語言及編譯方式。 S7300 編程語言一般有梯形圖、語句表、控制系統(tǒng)流程圖這三類，對于該車庫控制系統(tǒng)選用更為形象的梯形圖；編程方式選用 STEP 7 編程軟件對 PLCD 的監(jiān)控程序進行編譯，然后通過 PC/MPI 適配器將 CPU3152DP 上的 MPI 口和計算機的 RS232 接口連接，將用戶程序和組態(tài)信息下載入程序存儲器中。 ⑥智能模塊。 PLC 為可滿足工控系統(tǒng)中的各種不同的需求，后期還不斷加入了很多使用方便的智能模塊，并且很智能化地實現(xiàn)了一些工控現(xiàn)場特殊的監(jiān)控任務(wù)，這 些在車庫控制系統(tǒng)進一步優(yōu)化升級時肯定會派上用場。 30 PLC 控制各部分硬件實現(xiàn) 載車板停車狀態(tài)檢測 準確檢測載車板上是否停車對整個控制系統(tǒng)得以順暢工作起著比較重要的作用，如果誤檢不管對車庫管理還是車主存取車將造成不好的影響。在本立體車庫控制系統(tǒng)中采用相應(yīng)的傳感器提取載車板有無車信息，然后將信息反饋給 PLC 進行存儲。其中檢測傳感器選用上海奧圖電氣有限公司研制的 BEN10MTFR 型的光電開關(guān)，此光電開關(guān)檢測距離為 10 米，檢測方式為對射型，電源 電壓 24V240V，以上參數(shù)滿足 PLC 控制系統(tǒng)的需求，而且不管從機械還是電氣方面其使用壽命都滿足車庫使用標準。對于光電開關(guān)擺放位置，如圖所示，在載車板前后端各有一對，前后兩對間的距離為 3 米，略小于一般私家車的長度，一對光電開關(guān)之間寬度為，大于一般私家車的寬度。在電氣檢測過程中，只有前后兩對光電開關(guān)都有信號輸入時，才認為此時載車板上有車輛停入，這樣在也確保了車主基本上把車停在了載車板的中央地帶，下面對立體圖和平面俯視圖進行介紹，其中平面俯視圖對整個載車板各方面的尺寸進行設(shè)定，光電傳感器高，前后距離 ，左右距離數(shù)值都在平面圖中標出，單位為 cm。載車板立體圖，平面俯視圖如圖 和圖 所示。 31 載車板運動控制與定位 在實現(xiàn)存取車和車庫復(fù)位過程中，都要涉及到載車板在牽引傳動系統(tǒng)的作用下做上升或下降的運動。如何讓載車板精確穩(wěn)定地停止在控制系統(tǒng)希望它停在的地方是載車板運動必須要解決的問題?？紤]到載車板的所停位置是否精確對用戶存車 /取車便捷度影響還是很大的，如果一旦載車板所停位置與地面不再一個水平面上，那么對車主存車或是取車將造成很大麻煩和難度，甚至存在一定的安全隱患。載車板 安全、平穩(wěn)、精確地停止在合適的位置對控制系統(tǒng)提出了更高的要求。 首先是存車或取車后載車板都要復(fù)位，所以存車和取車都涉及到一列載車位最低層、中間層、最高層這三層載車板準確運動到與地面平行的位置；而復(fù)位動作要考慮的是如何將一列載車位精確地運動到初始位置；還要考慮如果在發(fā)生超程運動后，怎樣防止運動冒頂。 本立體車庫控制系統(tǒng)對控制載車板的合理運動從兩個方面考慮，一是通過對應(yīng)的接近開關(guān)檢測到載車板已運動到對應(yīng)位置，然后將信息傳給 PLC， PLC 對對應(yīng)的繼電器進行斷電控制，進而控制控制電機的接觸器斷電，從而掐斷控 制載車板運動的電機動力源頭；二是從動力源頭曳引電機的運動考慮，本文采用了 PLC、西門子 MM440 變頻器、絕對編碼器成控制電機運行速度和精確定位的閉環(huán)系統(tǒng)。這兩者之間的在控制系統(tǒng)中以第二種采用變頻器和旋轉(zhuǎn)編碼器的方式為主，而以光電開關(guān)傳感器系統(tǒng)作為 32 輔助裝置，只有在前者發(fā)生故障的情況下才會采取后者，同時在框架頂部和底部都裝上檢測能力更強的限位開關(guān)，防止載車板運動“冒頂”或是“冒底”。如此此控制系統(tǒng)就具備了三重保險，更加保證了車庫運行時的絕對安全，確保設(shè)備和車輛不發(fā)生毀滅性事故。 1. 變頻器和編碼器構(gòu) 成的定位系統(tǒng) 通過 PLC、西門子 MM440 矢量控制、絕對編碼器構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)，以此實現(xiàn)對電機運行的精確定位。首先對車庫控具體設(shè)計過程做一個簡單的介紹，載車板初始狀態(tài)是一列三層載車板都處于地面上面，并且每次進行存取車動作后，控制系統(tǒng)都要把載車板復(fù)位到初始狀態(tài)，其中第一層載車板因其就與地表面平行，所以存取車不需要車庫控制系統(tǒng)進行動作，而第二層、第三層一開始都懸于地表面以上，所以勢必控制系統(tǒng)要對其進行相應(yīng)的下降控制。進而載車板運動包括了四種情況：第二層運動到地面（存取車），第二層回到初始