摘 要：采用西門(mén)子S7-300 PLC作為控制中心設(shè)計(jì)而成。同時(shí)選取工控觸摸屏 TP270 作為人機(jī)交換設(shè)備，并利用 WinCC flexible 進(jìn)行軟件進(jìn)行觸摸屏組態(tài)，用戶可以使用觸摸屏自主選擇停車位置，選用變頻器 MM440實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，采用 PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，使數(shù)據(jù)傳輸更高效。立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)合理，操作性能穩(wěn)定，存取車輛便捷，整個(gè)存放流程經(jīng)認(rèn)真調(diào)試，數(shù)據(jù)可靠，滿足市場(chǎng)各類需求，實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：立體車庫(kù);PLC控制系統(tǒng);觸摸屏

近年隨著汽車需求量的不斷增加，立體車庫(kù)需求量也是成倍增加，到 2013 年，立體車庫(kù)新增項(xiàng)目約1800 個(gè)，新增泊位高達(dá) 50 萬(wàn)個(gè)，2014 年～2016 年，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展的幾年，國(guó)家經(jīng)濟(jì)正在嘗試轉(zhuǎn)型，不管是增長(zhǎng)速度，增長(zhǎng)方式，還是結(jié)構(gòu)形式，都在做極大的改變，此種復(fù)雜的環(huán)境，包括不僅是立體車庫(kù)，整個(gè)制造工業(yè)都會(huì)受到一定影響，如何在這個(gè)改革大潮流下，保持立體車庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)值得我們思考的問(wèn)題[1]。本文主要針對(duì)人群密集的商業(yè)區(qū)和人口密度較大的住宅小區(qū)設(shè)計(jì)。擁有存取車輛車位可選、自動(dòng)進(jìn)行存取車輛掉頭、存取時(shí)間短、建造資金低和安全可靠等特點(diǎn)。

一、堆垛式立體車庫(kù)的控制原理及運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

（一）堆垛式立體車庫(kù)的控制原理

立體車庫(kù)控制系統(tǒng)可以分為監(jiān)控層、控制層和執(zhí)行層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，并通過(guò)各相應(yīng)的通信協(xié)議完成相互通信，計(jì)算機(jī)與 PLC 核心控制器通過(guò)MPI通信協(xié)議完成通信進(jìn)行控制程序的下載，S7-300PLC 核心控制器主站與各個(gè)從站通過(guò) PROFIBUS-DP 總線進(jìn)行信息傳輸。其中整個(gè)控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、S7-300PLC、TP270、MM440、ET200M 設(shè)備以及光電開(kāi)關(guān)等末端控制元件[2]。各個(gè)控制元件相互協(xié)作，通過(guò)已編程序按一定邏輯順序完成車主的存取車操作，各個(gè)控制元件同時(shí)又是一個(gè)單獨(dú)的模塊，可更加便利的進(jìn)行更換及維修工作，實(shí)現(xiàn)了立體車庫(kù)的智能化、高效化和模塊可更替化。

（二）堆垛式立體車庫(kù)的運(yùn)行流程

立體車庫(kù)存取車操作可以使用刷卡或輸入密碼兩種方式，當(dāng)車主忘記帶卡或卡片意外丟失時(shí)刻采取輸入密碼的方式進(jìn)行存取車操作，這樣能更人性化的為車主服務(wù)，同時(shí)大大減輕了車庫(kù)管理員的工作量。車庫(kù)管理員平時(shí)只需進(jìn)行卡片的發(fā)放及注銷工作即可，扣費(fèi)及存取車過(guò)程均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。

二、堆垛式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要由 PLC 核心控制器、觸摸屏人機(jī)交互設(shè)備、分布式 I/O 接口模塊、變頻器調(diào)速模塊、輸入/輸出模塊，傳感器等末端控制元件組成。各設(shè)備模塊通過(guò)各相應(yīng)通訊方式進(jìn)行信息傳遞和反饋，進(jìn)而相互合作，共同保證了立體車庫(kù)的平穩(wěn)高效的運(yùn)行。

（一）堆垛機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的選擇

本次立體車庫(kù)設(shè)計(jì)共使用 5 臺(tái)電機(jī)，系統(tǒng)中的電機(jī)主要有堆垛機(jī)橫移運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī) 1 臺(tái)（正反轉(zhuǎn)）、堆垛機(jī)垂直升降運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī) 1 臺(tái)（正反轉(zhuǎn)）、堆垛機(jī)托盤(pán)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行電動(dòng)機(jī) 1 臺(tái)（正反轉(zhuǎn)）、堆垛機(jī)托盤(pán)平臺(tái)橫移電動(dòng)機(jī) 1 臺(tái)（正反轉(zhuǎn)）、車庫(kù)門(mén)專用電動(dòng)機(jī) 1 臺(tái)（正反轉(zhuǎn)）。其中除車庫(kù)門(mén)電動(dòng)機(jī)其余三臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)只需帶動(dòng)堆垛機(jī)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)不需帶動(dòng)整個(gè)堆垛機(jī)運(yùn)行，其中 G—堆垛機(jī)平臺(tái)自身凈質(zhì)量（300 kg），計(jì)算的 P≥Pst+Pd=2.33+3.15=5.48Kw，為保證安全余量及方便日后維護(hù)，故本次設(shè)計(jì)堆垛機(jī)及載車托盤(pán)所需電動(dòng)機(jī)均使用三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 Y160L-8。入口處車庫(kù)門(mén)升降電動(dòng)機(jī)采用專用小型交流電動(dòng)機(jī)。

（二）PLC I/0 接口分配

本文研究立體車庫(kù)擁有較多的輸入、輸出量，所選用西門(mén)子 PLC300 控制器可以擴(kuò)展較多的 I/O，能夠滿足設(shè)計(jì)對(duì) I/O 控制的需求。為了方便安裝和維修本文立體車庫(kù) I/O采用模塊化設(shè)計(jì)思路，分別擴(kuò)展兩個(gè)分布式 I/O 模塊 ET200M 用來(lái)進(jìn)行車庫(kù)內(nèi)各輸入/輸出信號(hào)的傳輸。每個(gè)ET200M連接2 個(gè)16路輸入模塊SM321和2個(gè)輸出模塊SM322，其作為從站，通過(guò) PROFIBUS-DP 和 S7-300PLC 進(jìn)行通信。同時(shí)為方便日后系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展及滿足車庫(kù)外輔助設(shè)備對(duì) I/O 的需求，需在 PLC300 機(jī)架上擴(kuò)展一個(gè) 16 路的數(shù)字量SM322 輸出模塊和一個(gè) 16 路的數(shù)字量 SM321 輸入模塊。通過(guò) STEP 7 編程軟件利用用戶編址的方式進(jìn)行對(duì) I/O 的編址。

三、堆垛式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一） PLC 控制系統(tǒng)的組態(tài)

進(jìn)行 PLC 進(jìn)行程序編譯之前需要在 STEP7 中生成一個(gè)與實(shí)際控制系統(tǒng)所選的硬件完全一樣的系統(tǒng)，首先需創(chuàng)建 PLC 機(jī)架，然后在機(jī)架中插入各相應(yīng)模塊，最后設(shè)置和修改所有模塊或站點(diǎn)的參數(shù)。 硬件組態(tài)的目的是合理分配設(shè)備的資源，主要包括新建項(xiàng)目、選配機(jī)架（RACK）、選配 CPU 型號(hào)、選配電源模塊、選配功能模塊、選配 I/O 模塊、選配通信處理器等過(guò)程。本課題控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行組態(tài)的有主控元器件為 S7-300CPU315-2DP 主站和 TP270觸摸屏、MM440 變頻器、ET200M 分布式 I/O 等從站。其中西門(mén)子觸摸屏 TP270 采用Win CC flexible 進(jìn)行操作頁(yè)面的組態(tài)，同時(shí)需在 PROFIBUS-DP 總線中設(shè)置一個(gè)中間站HMI，連接 S7-300PLC，以便程序調(diào)試仿真。

（二）觸摸屏畫(huà)面的組態(tài)

人機(jī)界面通過(guò)畫(huà)面中的可視化元件反應(yīng)實(shí)際的工作過(guò)程，是 WinCCflexible2008 的主要元素，畫(huà)面包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面，靜態(tài)部分主要表示靜態(tài)元件顯示，在仿真過(guò)程中，它們的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化[3]。而動(dòng)態(tài)部分包括了動(dòng)態(tài)元件，動(dòng)態(tài)元件隨變量的改變而改變，可以用圖形，字符和棒圖等來(lái)顯示設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)。圖1界面，可以選擇“輸入密碼”或在一體機(jī)的右下方刷卡進(jìn)行存車操作，輸密碼或刷卡完成之后進(jìn)入圖2界面，有車位置表示已被占用“選定”按鈕不可以點(diǎn)擊，用戶可根據(jù)自身停車時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)點(diǎn)擊空白停車位置的“選定”按鈕進(jìn)行停車位置的選擇，第一層有共8個(gè)車位，若第一層沒(méi)有合適的車位，點(diǎn)擊“下一頁(yè)”按鈕進(jìn)入車庫(kù)第二層。

四、結(jié)論

本文所研究立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，合理選取并設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件部分，并且利用了 STEP 7 軟件進(jìn)行 S7-300 PLC 系統(tǒng)控制程序的編程及硬件組態(tài)，利用Win CC flexible 組態(tài)軟件進(jìn)行 TP270 觸摸屏畫(huà)面的組態(tài)，最后對(duì)整個(gè)立體車庫(kù)控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和改進(jìn)。滿足車主對(duì)停車位置的遠(yuǎn)程選定、提前預(yù)約及實(shí)時(shí)查看等需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 易倩穎.基于 PLC 的新型智能立體車庫(kù)的控制系統(tǒng)研究 [D].杭州：浙江大學(xué)，2012..

[3] 陽(yáng)勝峰，吳志敏.西門(mén)子 PLC與變頻器 觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介：

孫莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)綜合自動(dòng)化

基金項(xiàng)目：省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（編號(hào)：S201913324045）