基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計摘要智能化立體停車庫可以有效地解決城市停車?yán)щy的問題，提高土地資源的利用率，從而有效的發(fā)揮出立體車庫的空間優(yōu)勢，最大限度的提高汽車的存放數(shù)量。本論文以升降橫移式立體車庫為研究對象，并調(diào)查當(dāng)前市面上的立體車庫問題，用以優(yōu)化改進(jìn)立體車庫，提高立體車庫的建設(shè)性價比，優(yōu)化立體車庫的管理效率。該立體車庫安全性、可靠性、穩(wěn)定性強(qiáng)，智能便捷，場景應(yīng)用廣泛，深受國內(nèi)外市場青睞，是國內(nèi)外立體車庫停車場建設(shè)的首選車型。隨著城市大規(guī)模立體停車場的建設(shè)應(yīng)用，升降橫移式立體車庫也必將成為“智慧城市智慧交通”建設(shè)中的主導(dǎo)產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：立體車庫；控制系統(tǒng)；PLC；升降橫移式

目錄TOC\o"1-3"\h\u255041前言 前言隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和汽車數(shù)量的劇增，停車問題日益成為城市居民生活中的一個重要問題。傳統(tǒng)的停車場已無法滿足日益增長的停車需求，因此，自動化立體車庫作為一種解決停車難題的有效方式，已經(jīng)成為了城市規(guī)劃者和建筑師關(guān)注的熱點。立體車庫不僅能夠有效利用空間，增加停車位數(shù)量，還能提高停車效率，減少管理人員的工作強(qiáng)度?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammableLogicController，PLC）作為一種工業(yè)控制計算機(jī)，以其穩(wěn)定的性能、可靠的安全性和靈活的編程性在自動化控制領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位?；赑LC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)，通過精確的輸入輸出控制，實現(xiàn)對車庫各個部分的智能管理，包括車輛的存取、車位的管理、監(jiān)控保安系統(tǒng)等。PLC在立體車庫中的應(yīng)用，不僅提高了車庫的自動化水平，也大大提升了車庫的安全性和便捷性。通過PLC的控制，車庫的運(yùn)行邏輯可以得到優(yōu)化，存取車效率顯著提高，同時，由于PLC的可靠性高，系統(tǒng)的故障率大大降低，這對于減少維護(hù)成本、提高車庫的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。此外，結(jié)合組態(tài)軟件的監(jiān)控設(shè)計，可以實現(xiàn)對立體車庫運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，操作人員可以通過友好的圖形界面直觀地了解車庫的運(yùn)行情況，及時處理各種緊急狀況。這種基于PLC和組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)，不僅提高了車庫的管理效率，也為用戶提供了更加便捷、舒適的停車體驗?？偟膩碚f，基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，是實現(xiàn)車庫自動化、智能化管理的關(guān)鍵技術(shù)之一。它不僅能夠有效解決城市中的停車難題，也能夠推動自動化控制技術(shù)在停車領(lǐng)域的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。2車庫控制方案總體設(shè)計2.1車庫的車位設(shè)計結(jié)構(gòu)車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計為N層M列，N*M可以表示其二維矩陣形式，根據(jù)公式C=M*N-(N-1)可以計算出車庫的總車位數(shù)輛，在規(guī)劃車位數(shù)量時，可根據(jù)N*M設(shè)計出車庫的層數(shù)列數(shù)，也可根據(jù)不同的環(huán)境適時地進(jìn)行改造，據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，三層四列車庫占據(jù)極大的市場份額，因此設(shè)計三層四列可滿足大部分市場需求。如圖2-1所示。圖2-13*4升降橫移式立體車庫車位圖從圖中可以看出，該車庫可由載車托盤橫移或者上升下降實現(xiàn)車位的位置移動，PLC則須對成為進(jìn)行移動路徑的最右規(guī)劃，以達(dá)到車輛的存放和取出。2.2立體車庫控制系統(tǒng)分析汽車在進(jìn)入車庫之前，司機(jī)首先選擇停車位置，系統(tǒng)將選好的車位移動到車庫入口處，汽車在進(jìn)入車庫之后，首先對車輛的車長，車高和車重進(jìn)行檢測，如果檢測目標(biāo)全部達(dá)標(biāo)則安全指示燈為綠燈，反之車輛超長，超重，超高則安全指示燈為紅燈，當(dāng)檢測無問題后，司機(jī)確認(rèn)車輛已停入安全區(qū)域，在PC端點擊停車完成按鈕，系統(tǒng)收到指令之后會再次對車位進(jìn)行檢測，二次確認(rèn)車輛是否為安全狀態(tài)，車門是否關(guān)閉。當(dāng)檢測結(jié)束后，載車板將移動到指定位置，同時系統(tǒng)將刷新車庫信息，實時反饋到PC端。取車流程只需司機(jī)在PC端選擇車位編號，系統(tǒng)將會按照相反的動作將車輛推出。在車庫運(yùn)行時，監(jiān)控單元會對每一步動作進(jìn)行檢測，并將動作流程序號反饋給WINCC，司機(jī)可以非常直觀的看到存車過程。如在車庫運(yùn)行中出現(xiàn)突發(fā)情況，系統(tǒng)會自動停止運(yùn)行并發(fā)出報警信號，PC端則通知管理員進(jìn)行處理。系統(tǒng)在設(shè)計程序時，考慮多種方案，如梯形圖設(shè)計、功能圖設(shè)計、SCL設(shè)計，經(jīng)過多次驗證嘗試，都無法達(dá)到最初的控制要求，為確保程序穩(wěn)定運(yùn)行，最后采用模塊化SCL程序設(shè)計，每個車位有單獨的控制模塊，當(dāng)某一個模塊出現(xiàn)問題時，會立即停止動作不會出現(xiàn)程序混亂運(yùn)行等問題。這樣可以在程序調(diào)試初期快速發(fā)現(xiàn)問題，有利于減少車庫調(diào)試時間，模塊化程序圖如2-2所示。圖2-2模塊化程序圖3升降橫移式立體車庫控制方案3.1升降橫移立體車庫系統(tǒng)控制要求智能化立體車庫不僅要完成基礎(chǔ)的汽車存放，也要完成便捷、安全、實用等特點。所以，系統(tǒng)應(yīng)完成以下幾點目標(biāo)：1)便捷的操作，用戶只需在PC端選擇車位，系統(tǒng)會自動完成一系列的檢測以及車位的移動，并在顯示屏顯示出來，無需用戶在做其他的動作。2)進(jìn)行安全檢測，在車輛進(jìn)入載車板后，智能化車庫需要在短時間內(nèi)完成各項安全檢測確保車輛的穩(wěn)定狀態(tài)，如：尾氣檢測:判斷車輛是否熄火，對車輛四周進(jìn)行有無物體遮擋檢測:判斷車輛是否關(guān)閉車門等等。3)緊急響應(yīng)措施，當(dāng)安全檢測無法通過，或者車位移動時觸發(fā)安全信號，車庫會立刻終止程序，并且持續(xù)發(fā)出警報，安全欄桿將會緊閉，防止非專業(yè)人員的靠近，以免造成人員傷亡。系統(tǒng)控制流程圖如圖3-1所示。圖3-1流程圖3.2升降橫移立體車庫控制方式目前大多數(shù)的車庫控制方式都是由PLC、單片機(jī)、繼電器進(jìn)行控制，每個控制方式都有獨自的特點，因此，它們的應(yīng)用場景也各不相同。繼電器控制通俗的講就是日常生活中的開關(guān)控制，當(dāng)達(dá)到指定的條件是進(jìn)行開啟或者關(guān)閉，繼電器的開關(guān)特性廣泛應(yīng)用于許多控制系統(tǒng)，特別是離散控制系統(tǒng)。在設(shè)計電子電路時，繼電器均會與一些機(jī)械設(shè)備相鏈接，因此，繼電器也作為系統(tǒng)中電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的接口。繼電器控制具有成本低，易于掌握等優(yōu)點，然而，隨著工業(yè)發(fā)展加快，對控制系統(tǒng)的要求越來越復(fù)雜，其可靠性要求也越來越高，在實際應(yīng)用中具有一定的局限性：繼電器在控制系統(tǒng)中使用較為復(fù)雜，對人員的專業(yè)性要求較高，并且繼電器控制需要進(jìn)行大量的繼電器安裝，工作難度大，后續(xù)保養(yǎng)困難度較高，容易受到外部環(huán)境的干擾，易于損壞。單片機(jī)控制是一種微集成電路，可以構(gòu)成多種應(yīng)用系統(tǒng)，大中小型系統(tǒng)都可以采用。對于大型的配套項目，單片機(jī)控制系統(tǒng)具有成本低、效率高等特點。但這需要具備一定的研發(fā)實力以及行業(yè)經(jīng)驗，才能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在控制方面，單片機(jī)只是一種芯片，為了直接將單片機(jī)用于開發(fā)控制系統(tǒng)，就必須進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和抗干擾設(shè)計，才能投入使用。它包含了大量個性化、有針對性的設(shè)計，對開發(fā)者具有極高的要求，同時研發(fā)周期較長。PLC控制系統(tǒng)是集微電子、計算機(jī)、自動控制、通信等技術(shù)于一體的新型工業(yè)控制設(shè)備。它依靠經(jīng)典控制器發(fā)展，并且逐漸取代繼電器控制，具有多種執(zhí)行邏輯順序控制功能，編程簡單易懂。PLC控制系統(tǒng)具有通用性好、應(yīng)用簡單、適用范圍廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點，同時還具有以下優(yōu)點。1）先進(jìn)的技術(shù)：PLC是一項新技術(shù)。在過去，電氣控制主要基于繼電器或接觸器。自1970年以來，PLC（可編程邏輯控制器）已成為制造/過程控制的最常見選擇。由于PLC的結(jié)構(gòu)基于與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相同的原理，因此它不僅能夠執(zhí)行繼電器切換任務(wù)，還能夠執(zhí)行其他應(yīng)用，例如計時、計數(shù)、計算、比較和處理模擬信號。2）更少的布線：繼電器必須硬連線才能執(zhí)行特定功能。當(dāng)系統(tǒng)要求改變時，繼電器接線必須改變或修改。PLC消除了許多與傳統(tǒng)繼電器控制電路相關(guān)的硬接線。3）緊湊：與等效的基于繼電器的過程控制系統(tǒng)相比，PLC體積小且價格低廉?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)仍然包括繼電器，但這些很少用于邏輯。4）提高可靠性：一旦程序被編寫和測試，就可以很容易地下載到其他PLC。由于所有邏輯都包含在PLC內(nèi)存中，因此不會出現(xiàn)邏輯接線錯誤。該程序取代了控制過程通常所需的大部分外部接線。硬接線雖然仍然需要連接現(xiàn)場設(shè)備，但強(qiáng)度較低。PLC還提供與固態(tài)組件相關(guān)的可靠性。5）更大的靈活性：在PLC中創(chuàng)建和更改程序比連接和重新連接電路更容易。對于PLC，輸入和輸出之間的關(guān)系由用戶程序確定，而不是它們的互連方式。原始設(shè)備制造商只需發(fā)送新程序即可提供系統(tǒng)更新。最終用戶可以在現(xiàn)場修改程序，或者如果需要，可以通過鑰匙鎖和軟件密碼等硬件功能提供安全性。您可以添加額外的功能模塊來增強(qiáng)PLC系統(tǒng)的靈活性和性能。6）更低的花費：PLC最初是為取代繼電器控制邏輯而設(shè)計的，其成本節(jié)約是如此之大，以至于繼電器控制已變得過時，除了電力應(yīng)用。一般來說，如果一個應(yīng)用程序有超過大約六個控制繼電器，安裝PLC可能會更便宜。7）通訊能力：PLC可以與其他控制器或計算機(jī)設(shè)備通信，以執(zhí)行諸如監(jiān)督控制、數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控設(shè)備、過程參數(shù)以及下載和上傳程序等功能。對于通信，用戶可以使用各種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。8）更快的響應(yīng)時間：PLC專為高速和實時應(yīng)用而設(shè)計?？删幊炭刂破鲗崟r運(yùn)行，這意味著現(xiàn)場發(fā)生的事件將導(dǎo)致操作或輸出的執(zhí)行。每秒處理數(shù)千件物品的機(jī)器和在傳感器前只花費幾分之一秒的物體需要PLC的快速響應(yīng)能力。與替代技術(shù)相比，快速操作是最重要的優(yōu)勢。9）易于故障排除：PLC具有常駐診斷和覆蓋功能，使用戶能夠輕松跟蹤和糾正軟件和硬件問題。10）堅固性：PLC設(shè)計用于在環(huán)境溫度和濕度范圍廣泛的工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行。設(shè)計良好的工業(yè)PLC通常不會受到大多數(shù)工業(yè)場所固有的電氣噪聲的影響。由于移動機(jī)構(gòu)非常少，因此出現(xiàn)缺陷/損壞的可能性非常小。11）易于學(xué)習(xí)和編程：用于PLC的編程易于編寫和理解。PLC采用繼電器梯形邏輯或其他易于學(xué)習(xí)的語言進(jìn)行編程。PLC的程序語言內(nèi)置于其內(nèi)存中，并且沒有永久連接的鍵盤、CD驅(qū)動器或監(jiān)視器。相反，PLC配備了用于輸入和輸出現(xiàn)場設(shè)備的終端以及通信端口。12）低功耗：與基于繼電器的系統(tǒng)相比，基于PLC的系統(tǒng)的功耗要低得多。PLC的平均功耗僅為等效繼電器控制功耗的1/10。13）許多關(guān)聯(lián)的可用性：PLC在其編程中為每個可用線圈提供大量觸點。這些觸點可用于在不同應(yīng)用中引起的任何變化。14）模擬功能：PLC編程軟件默認(rèn)帶有仿真功能。通過在項目開發(fā)的早期進(jìn)行測試，可以提高整體項目質(zhì)量。因此，安裝和調(diào)試可以更快、更便宜，因為可以在開發(fā)過程中及早檢測和糾正程序錯誤。4立體車庫硬件設(shè)計4.1立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計立體車庫主要由三個子系統(tǒng)部分組成，分別為控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)外加鋼結(jié)構(gòu)。1）控制系統(tǒng)?？刂撇糠种饕蒔LC等系列傳感器構(gòu)成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理以及計算，并且將各個指令下發(fā)到各個子系統(tǒng)，是車庫的中樞神經(jīng)。2）傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)車庫的移動，是車庫的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)接受到PLC下發(fā)的指令時，將會遵循指令進(jìn)行相應(yīng)的動作。由電機(jī)、變頻器，齒輪，鏈條等拖動裝置將車位移動到指定位置，載車板橫移時通過橫移導(dǎo)軌進(jìn)行移動。3）鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)主要由鋼部件，排水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備構(gòu)成，鋼結(jié)構(gòu)部分為整個車庫提供了支撐力。4.2硬件選型4.2.1PLC的選型作為控制系統(tǒng)的核心，PLC型號的選擇非常重要。CPU的性能是選擇可編程控制器的首要指標(biāo)。主要考慮IO點、響應(yīng)速度、軟件功能、處理器數(shù)量、CPU訪問性能、中間標(biāo)志、計時器和計數(shù)器能力、工作環(huán)境要求、使用壽命等。此外，還有成本效益、備件的統(tǒng)一考慮、后期維護(hù)等。經(jīng)過比較，采用西門子S7-1200PLC，SIMATICS7是模塊化PLC領(lǐng)域創(chuàng)新和質(zhì)量的代名詞。西門子將數(shù)十年的經(jīng)驗融入到SIMATICS7模塊化控制器中，從而使產(chǎn)品具有面向未來、模塊化可擴(kuò)展、抗振、免維護(hù)和可擴(kuò)展的特點，其模塊化PLC控制器系列可為用戶的自動化任務(wù)提供完美的解決方案。SISIMATICS7-1200CPU1214C系列緊湊型高性能CPU，具有24個集成輸入和輸出，集成以太網(wǎng)接口，快速計數(shù)器，基本PID控制器，集成實時時鐘，報警輸入，所有模塊上的可拆卸端子可擴(kuò)展：1個信號板(SB)或1個通信板(CB)8個信號模塊(SM)3個通信模塊（CM）。S7-1200plc有20多種CPU，本設(shè)計采用CPU1214C/DC/DC/RLY。此類型的CPU可用于具有大型程序要求的應(yīng)用程序。4.2.2檢測部件的選擇PLC通過外部輔助設(shè)備的幫助可以對車庫進(jìn)行實時檢測，以此判斷車庫是否處于安全狀態(tài)，是否達(dá)到安全運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，在智能立體車庫中，通常采用傳感器作為外部輔助設(shè)備，下面列舉幾處傳感器做出介紹：1）超長超寬檢測超長超寬檢測大多采用光電式傳感器，可以用來檢測車長車寬是否超出安全運(yùn)行范圍，也可以變相的用來檢測車庫載車板是否運(yùn)行到指定位置，可以輔助PLC做出判斷，程序能否繼續(xù)運(yùn)行。結(jié)合多種類的傳感器實驗，最終選擇對射式關(guān)電開關(guān)（如圖4-1所示）。此類傳感器的原理為，傳感器自身發(fā)出一道直線光束，若光束沒有被傳感器的另一部分接收器接收到，就會接通電路，觸發(fā)信號，告知PLC此出有障礙物或者有物體遮擋，PLC則可根據(jù)信號做出反饋。圖4-1車輛限高限長示意圖在本套系統(tǒng)中，車庫的多個位置都安了不同的光電開關(guān)，安裝位置不同，傳感器的作用也不相同，大概具有以下功能：①在車庫入口處的兩側(cè)放置三對傳感器，可以對車輛進(jìn)行長寬高的檢測，若超出系統(tǒng)設(shè)定的安全閥值，則會發(fā)出警報，組織系統(tǒng)運(yùn)行。②在車庫內(nèi)部放置兩對傳感器，傳感器的安裝位置呈對角線分布，用來檢測車庫內(nèi)部是否有車輛駛?cè)?，或者檢測是否有大型物體。③在車庫的每個平層連接處放置傳感器，以此來獲知載車板運(yùn)動到何處，幫助PLC判斷傳動機(jī)構(gòu)何時停止運(yùn)行，也可以判斷載車板或者傳動機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。④在每個載車板的兩側(cè)安裝傳感器，判斷載車板平移時有沒有運(yùn)行到指定位置。2）超重檢測超重檢測是車庫安全移動的核心，若車輛超出安全閾值，則會造成驅(qū)動結(jié)構(gòu)的損壞，車庫無法支撐車子的重量而倒塌，造成重大安全事故，經(jīng)過研究探討，最終選用QSB-ASS-50KLB稱重傳感器，此類傳感器測量范圍大，精度高，可以快速的測出物體重量，并且易于安裝，周圍環(huán)境對其靈敏度影響較低，總體上比較適合智能車庫的應(yīng)用。4.3傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計驅(qū)動結(jié)構(gòu)是車庫移動的核心機(jī)構(gòu)，主要包括驅(qū)動電機(jī)、傳動軸、驅(qū)動鏈條、以及減速裝置。驅(qū)動電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，考慮到車庫的實際情況本文采用交流電機(jī)，交流電機(jī)更適合于大型設(shè)備的啟動裝置，功率較大，響應(yīng)速度快，并帶有安全防護(hù)功能。再配合電機(jī)運(yùn)行時，系統(tǒng)同時配備西門子MM440變頻器，此類變頻器功能強(qiáng)大，參數(shù)設(shè)置種類多，應(yīng)用場景廣闊，可以適用于不同的電機(jī)，并且配備豐富的選擇性配件，可以適當(dāng)?shù)脑黾踊蛘邷p少，在通信方面，采用PROFIBUS通信模塊，便于與PLC進(jìn)行信號傳輸。本套系統(tǒng)工裝有14個電機(jī)，1-4車庫，每個裝有一個電機(jī)負(fù)責(zé)上升與下降，5-7號車庫，每個裝有兩個電機(jī)，一個負(fù)責(zé)上升與下降，一個負(fù)責(zé)橫移，8-10號車庫只裝有橫移電機(jī)，車庫機(jī)械示意圖如圖4-2所示。圖4-2機(jī)械示意圖本系統(tǒng)的升降機(jī)構(gòu)采用鋼絲繩傳動，但由于鋼絲繩傳動易發(fā)生重心偏移，所以對其進(jìn)行改進(jìn)，將電機(jī)通過聯(lián)軸器連接到小鏈輪，再由小齒輪連接到大鏈輪，大鏈輪與升降軸鏈接，升降軸與滾筒鏈接盤鏈接，最后再由鋼絲繩與載車板鏈接，這樣可以避免鋼絲繩的磨損，也同時保證了4個鋼絲繩可以同時上升下降減少誤差，如圖4-3所示.圖4-3傳動示意圖1—鋼結(jié)構(gòu)框架2—豎直定滑輪3—轉(zhuǎn)向定滑輪4—小鏈輪5—擺線針輪減速器6—彈性柱銷聯(lián)軸器7—YZP起重三相異步電動機(jī)8—電磁制動器9—滾筒連接盤10—鋼絲繩滾筒11—升降軸12—大鏈輪13—鋼絲繩橫移機(jī)構(gòu)采用，電機(jī)加齒輪的的方式，電機(jī)位于載車板后方，電機(jī)通過齒輪與傳動軸帶動主動橫移行走輪，實現(xiàn)載車板的橫移，如圖4-4所示。圖4-4橫移機(jī)構(gòu)1—三相異步電動機(jī)2—彈性柱銷聯(lián)軸器3—擺線針輪減速器軸4—小鏈輪5—主動橫移行走輪6—大鏈輪7—橫移軸8—彈性柱銷聯(lián)軸器9—傳動軸4.4變頻器設(shè)計在電機(jī)驅(qū)動時，采用變頻器控制方式，為提高系統(tǒng)運(yùn)行契合度，因系統(tǒng)采用西門子PLC，故變頻器也將采用西門子變頻器，經(jīng)過嘗試研究，發(fā)現(xiàn)西門子MM440更加適用于此套系統(tǒng)，本套系統(tǒng)先對電機(jī)進(jìn)行編號，1-4號車庫上升下降電機(jī)對應(yīng)編號1-4，5號車庫上升下降電機(jī)對應(yīng)編號5，5號車庫橫移電機(jī)對應(yīng)編號6，6號車庫上升下降電機(jī)對應(yīng)編號7，6號車庫橫移電機(jī)對應(yīng)編號8，7號車庫上升下降電機(jī)對應(yīng)編號9，7號車庫橫移電機(jī)對應(yīng)編號10，8-10號車庫橫移電機(jī)對于編號11-13，同時采用3臺MM440分別對13臺電機(jī)進(jìn)行控制。每個電機(jī)上都外接一個接觸器，需要用到哪臺電機(jī)，哪臺電機(jī)的接觸器就閉合，達(dá)到變頻器控制多臺電機(jī)的目的。同時MM440具有以下優(yōu)點：1、可以實現(xiàn)0級無級調(diào)速，并且加減速時間可以調(diào)整。2、可調(diào)節(jié)電機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)3、可調(diào)節(jié)電機(jī)每轉(zhuǎn)的負(fù)載位移4、可實時調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速下面介紹MM440端子接線圖端子示意圖如圖4-5所示。端子接線圖如圖4-6所示。圖4-5端子示意圖圖4-6接線端子圖下面對各端子進(jìn)行說明介紹1、2端子為DC10V電源輸出，1為+10V、2為0V，如果使用該電源給電位器供電，電位器阻值必須大于4700歐姆3、4端子為模擬量輸入1，3正、4負(fù)，可連接電壓信號（例如0~10V）或電流信號（0~20mA或4~20mA），通過DIP1開關(guān)和參數(shù)選擇10、11端子為模擬量輸入2，10正、11負(fù)，可連接電壓信號（例如0~10V）或電流信號（0~20mA或4~20mA），通過DIP2開關(guān)和參數(shù)選擇5、6、7、8、16、17端子為變頻器數(shù)字量輸入9、28端子為DC24V電源輸出，9為+24V、28為0V，該電源最大輸出能力為100mA12、13端子為變頻器模擬量輸出1，12正、13負(fù)，只能輸出電流信號（例如0~20mA或4~20mA）26、27端子為變頻器模擬量輸出2，26正、27負(fù)，只能輸出電流信號（例如0~20mA或4~20mA）18、19、20端子為變頻器繼電器輸出1，該觸點支持DC30V/5A或AC250V/2A負(fù)載，18和20為常閉觸點，19和20為常開觸點21、22端子為變頻器繼電器輸出2，該觸點支持DC30V/5A或AC250V/2A負(fù)載，21和22為常閉觸點23、24、25端子為變頻器繼電器輸出3，該觸點支持DC30V/5A或AC250V/2A負(fù)載，23和25為常閉觸點，24和25為常開觸點29、30端子為變頻器自帶的RS485接口支持USS協(xié)議，29為P+、30為N-14、15位電機(jī)溫度傳感器接口5控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計5.1用WINCC仿真實現(xiàn)的意義WINCC是德國西門子公司開發(fā)的上位機(jī)組態(tài)軟件，可以對工作流程進(jìn)行實時監(jiān)控，通常配合西門子PLC進(jìn)行使用。WINCC具有可視化程度高，帶有豐富的控件，并且可以根據(jù)需求添加C腳本或者VB腳本，極大的提高了產(chǎn)品應(yīng)用性，滿足了不同的使用需求，可以對生產(chǎn)流程實施各種不同類別的監(jiān)控，例如可以接入視覺系統(tǒng)，也可以接入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，或者接入伺服系統(tǒng)，將生產(chǎn)制造以視覺化展現(xiàn)出來。5.2設(shè)計立體車庫控制工程畫面1）打開博圖軟件軟件TIA_Portal_STEP_7_V15，創(chuàng)建新項目，在項目設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)下，添加新設(shè)備，選擇PC系統(tǒng)中的WinCCProfissional，如圖5-1所示圖5-1添加新設(shè)備2）在網(wǎng)絡(luò)視圖下，給添加的模塊配置通信模塊一“常規(guī)IE”，如圖5-2所示。圖5-2配置通信模塊3）添加畫面在項目視圖HMI_RT_1[WinCCProfessional]下“畫面”選項中添加新畫面，如圖5-3所示。圖5-3添加畫面4）刷新畫面時間設(shè)置，如圖5-4所示。圖5-4刷新畫面時間設(shè)置 5）WinCCProfessional添加動畫顯示及按鈕事件及PLC變量地址的關(guān)聯(lián)首先添加基本控件，在基本對象中拉入圓形，如圖5-5所示圖5-5添加基本控件接著雙擊圓形按鈕，彈出屬性框，在“動畫”選項中選擇顯示，添加“外觀”，如圖5-6所示。圖5-6添加外觀然后點擊選擇要關(guān)聯(lián)的PLC變量，更改變量范圍，更改顯示顏色，如圖5-7所示。圖5-7關(guān)聯(lián)PLC變量配置按鈕應(yīng)先在元素庫中插入按鈕，同時可雙擊按鈕更改名稱，如圖5-8所示。圖5-8配置按鈕添加事件，在事件里，選擇單擊方式可添加函數(shù)，如圖5-9所示。圖5-9添加事件在三角形下拉選項，選擇“編輯位”，可選擇不同方式對變量進(jìn)行控制，如圖5-10所示圖5-10變量控制經(jīng)過多次嘗試充分利用WINCC各種控件，最終完成界面設(shè)計，分為登陸界面，管理員界面，用戶界面。WINCC主界面如圖5-11所示，管理員界面如圖5-12所示，用戶界面如圖5-13所示，手動操作界面如圖5-14，監(jiān)控界面如圖5-15。圖5-11主界面在主界面里包含兩個按鈕，分別為管理員界面按鈕，用戶界面按鈕，管理員界面按鈕需要輸入密碼才能跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的界面，而用戶界面則不需要輸入密碼就可以進(jìn)入對應(yīng)的界面。圖5-12管理員界面當(dāng)進(jìn)入管理員界面以后，可以進(jìn)行系統(tǒng)操作例如系統(tǒng)啟動，停止，復(fù)位，并且可以在此界面跳轉(zhuǎn)到監(jiān)控界面以及手動界面，畫面的跳轉(zhuǎn)都是由按鈕實現(xiàn)。圖5-13用戶界面在用戶界面可以進(jìn)行存車或者取車，可以通過畫面看到剩余車位，有車車位顯示紅色，無車車位顯示白色。用戶可以直接點擊按鈕選擇想要停車或者取車的車位，當(dāng)停車或者取車結(jié)束時，需點擊屏幕上的存取車完成按鈕，系統(tǒng)才會將車位復(fù)位，當(dāng)全部車位已滿是屏幕就會顯示全部車位已滿無法停車，當(dāng)有剩余車位時，屏幕就會顯示尚有空位可以停車。并且用戶界面也有返回主界面按鈕，可以由此登錄管理員界面。當(dāng)存車或者取車進(jìn)行時，相對應(yīng)的指示燈也會同步亮起。用戶界面里的狀態(tài)號表示為載車板移動到第幾個步驟，例如1車庫移動到第三步驟則顯示為13，因為每個車庫情況不同，位置不同，因此每個車庫的移動步驟均不相同，有的為5個步驟有的則為1個步驟。圖5-14手動操作界面在手動操作界面可以對各個車庫的載車板進(jìn)行手動操作，通過按鈕來移動載車板，1-4號車庫載車板只存在上下移動，5-7號載車板存在上下移動以及左右移動兩種情況，在上下移動時，按鈕鏈接一個輔助觸點M，通過控制伺服電機(jī)的位置來實現(xiàn)移動，8-10號載車板只存在左右移動，同意都是通過按鈕接入輔助觸點M實現(xiàn)載車板的移動。圖5-15監(jiān)控界面在監(jiān)控界面里可以清楚直觀的看到載車板是否移動到位，以及各個車庫是否為安全狀態(tài)，反之就會報警指示燈亮起，并且監(jiān)控界面手動操作界面均可以通過按鈕跳轉(zhuǎn)到主界面再返回到用戶界面。5.3程序設(shè)計5.3.1PLC組態(tài)此系統(tǒng)共用數(shù)字量輸入輸出點位170個，在硬件配置選用3個華太FR8210作為拓展模塊，其中FR1108為數(shù)字量輸入模塊，每個FR1108具有8個點位，F(xiàn)R2108為數(shù)字量輸出模塊，每個FR2108同樣具有8個點位。硬件配置圖如圖5-16所示，拓展模塊圖如圖5-17所示。圖5-16硬件配置圖圖5-17拓展模塊圖5.2.2IO分配表IO表如圖5-17，5-18所示。圖5-17輸入分配表圖5-18輸出分配表以上為程序的輸入分配表，總計為170個數(shù)字量輸入輸出，考慮到PLC本體無法滿足，因此配置擴(kuò)展IO模塊，采用華泰FR8210拓展模塊，并配置FR1108數(shù)字量輸入組件，該類型模塊可同時滿足數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出模擬量輸入，模擬量輸出控制要求。5.3.3SCL程序的設(shè)計本系統(tǒng)控制要求為，主控程序按照用戶指令，將車庫安全的移動到指定位置，全程自動運(yùn)行，無需人工干預(yù)，首先建立公共仿真脈沖，利用脈沖指令，每秒觸發(fā)十次數(shù)據(jù)塊當(dāng)中的PLS1，以此為子程序提供脈沖信號，如圖5-19所示。圖5-19公共仿真脈沖接著在做一個信號轉(zhuǎn)換程序，用來進(jìn)行系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換，用戶存車結(jié)束或者取車結(jié)束，按下按鈕，程序?qū)⑿盘栍嫊r，當(dāng)按下按鈕時M165.0得電，利用MOVE指令將1賦值給MW160，MW160不等于0時，開始計時12秒，計時結(jié)束時，清除MW160里面的數(shù)據(jù)，等待下次指令，如圖5-20所示。圖5-20信號轉(zhuǎn)換程序初始化復(fù)位程序，當(dāng)程序啟動時Main程序調(diào)用子程序進(jìn)行復(fù)位或者初始化，如圖5-21所示。圖5-21初始化復(fù)位程序報警以及停止程序，當(dāng)子程序FB20滿足條件時，車位已滿報警程序啟動，同時Wincc畫面閃爍提醒車位已滿，F(xiàn)B17為停止程序，當(dāng)Wincc端按下停止按鈕時，就會觸發(fā)FB17，如圖5-22所示圖5-22報警停止程序調(diào)用1-10號車庫子程序，用來控制載車板的移動，如圖5-23所示。圖5-23車庫子程序下面列舉1號車庫進(jìn)行程序設(shè)計思路說明，首先1號車庫載車板移動第一步驟，如果Int型函數(shù)“狀態(tài)”等于10時并且數(shù)據(jù)塊PLS1觸發(fā)時，5號，6號，8號，9號載車板將沿著X軸向右移動，當(dāng)5號載車板移動到指定位置時，將Int型函數(shù)“狀態(tài)”賦值11，如圖5-24所示圖5-24車庫移動第一步驟1號車庫車庫載車板移動第二步驟，當(dāng)Int型函數(shù)“狀態(tài)”等于11時并且數(shù)據(jù)塊PLS1觸發(fā)時，1號車庫載車板沿著Y軸向下移動，當(dāng)1號載車板移動到指定位置時，將Int型函數(shù)“狀態(tài)”賦值12，如圖5-25所示。圖5-25車庫移動第二步驟1號車庫載車板移動第三步驟，當(dāng)Int型函數(shù)“狀態(tài)”等于12時，如果是在執(zhí)行取車程序，1號車庫指示燈變?yōu)榫G色，反之執(zhí)行存車程序，1號車庫指示燈變?yōu)榧t色，并進(jìn)行計時，計時結(jié)束，將Int型函數(shù)“狀態(tài)”賦值13，如圖5-26所示。圖5-26車庫移動第三步驟1號車庫載車板移動第四步驟，當(dāng)Int型函數(shù)“狀態(tài)”等于13時且數(shù)據(jù)塊PLS1觸發(fā)時，用戶按下取車完成按鈕，或者存車完成按鈕，1號車庫載車板將沿著Y軸向上運(yùn)動，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時，將Int型函數(shù)“狀態(tài)”賦值14。如圖5-27所示。圖5-27車庫移動第四步驟1號車庫載車板移動第五步驟，當(dāng)Int型函數(shù)“狀態(tài)”等于14時且數(shù)據(jù)塊PLS1觸發(fā)時，5號，6號，8號，9號車庫載車板將沿著X軸向左運(yùn)動，當(dāng)?shù)?號車庫載車板達(dá)指定位置時，將Int型函數(shù)“狀態(tài)”“取車中”“存車中”賦值為0，將Int型函數(shù)“狀態(tài)”賦值1，如圖5-28所示。圖5-28車庫移動第五步驟下面進(jìn)行存車按鈕以及取車按鈕程序設(shè)計的說明，以1號車庫為例。1號車庫取車按鈕設(shè)計，當(dāng)按下1號車庫取車按鈕時并且1號車庫狀態(tài)為1時，將Int型函數(shù)“取車中”賦值1.“狀態(tài)”賦值10，程序自動跳轉(zhuǎn)到取車流程，將1號車庫按照要求推出，如圖5-29所示。圖5-29取車按鈕設(shè)計1號車庫存車按鈕設(shè)計，當(dāng)“全部車位已滿”狀態(tài)為0，并且按下1號車庫存車按鈕且1號車庫狀態(tài)為0時，將Int型函數(shù)“取車中”賦值1，“狀態(tài)”賦值10，如圖5-30所示。圖5-30存車設(shè)計5.3.4驅(qū)動程序設(shè)計系統(tǒng)用PLC進(jìn)行變頻器的控制，此車庫系統(tǒng)所有到電機(jī)配置原理相同，在工藝軸上的組態(tài)只存在以下IO點配置不同：脈沖輸出、方向輸出、啟動驅(qū)動器、驅(qū)動器就緒輸入、上限為開關(guān)、下限位開關(guān)、以及歸為開關(guān)。1-7號車庫升降電機(jī)采用縱向擺放，達(dá)到垂直升降的目的，而5-10號車庫橫移電機(jī)采用橫向擺放達(dá)到左右橫移的目的，程序流程圖如圖5-31所示。圖5-31程序流程圖首先對伺服軸進(jìn)行組態(tài)。先打開博圖軟件，雙擊工藝對象，在點擊新增對象，添加工藝軸，將名稱命名為軸一，驅(qū)動器選擇PTO，測量單位為毫米，再點擊驅(qū)動器，將脈沖發(fā)生器選為Pulse_1,信號類型選擇為PTO（脈沖A和方向B），脈沖輸出為軸_1_脈沖，方向輸出軸_1_方向，使能輸出為軸_1_啟動驅(qū)動器，就緒輸入為軸_1_DriveReady,再點擊左側(cè)目錄機(jī)械，將電機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)改為1310，每轉(zhuǎn)的負(fù)載位移改為10.0，旋轉(zhuǎn)方向為雙向，在動態(tài)限制里啟動硬限位開關(guān)，下限位為I0.2，上限位為I0.0，回原點方式選擇為主動回原點，回原點開關(guān)為I0.1，到此私服軸配置完成，接下來進(jìn)行私服軸的程序編寫。1）、對工藝軸進(jìn)行使能，如圖5-32所示。圖5-32使能此段程序?qū)⒂盟椒S，前提條件為軸的組態(tài)無誤。2）、將伺服軸進(jìn)行回原點操作，模式選為3，主動回原點。如圖5-33所示。圖5-33回原點3）、伺服軸點動操作，進(jìn)行正傳或者反轉(zhuǎn)，用于人工操作車庫，如圖5-34示。圖5-34正反轉(zhuǎn)4）、進(jìn)行軸的絕對位置控制，用來自動操作，只需輸入位置以及速度即可自動運(yùn)行到指定位置，如圖5-35所示。圖5-35絕對位置控制6程序仿真通過TIA_Portal_STEP_7_V15（64bit）軟件進(jìn)行仿真實驗，以此來驗證程序的邏輯性和可行性分析。首先發(fā)開工程文件，雙擊PC-System_1，再次雙擊HMI_RT_2，最后雙擊，選中登陸界面NewPdl0。然后點擊任務(wù)欄開始仿真按鈕，進(jìn)行WINCC仿真。仿真窗口如圖6-1所示。圖6-1仿真窗口圖當(dāng)點擊管理員界面時，手動輸入賬號以及密碼，成功進(jìn)入界面，如圖6-2所示。圖6-2輸入密碼進(jìn)入管理員界面后，進(jìn)行存車以及取車車操作，首先點擊，系統(tǒng)復(fù)位按鈕，復(fù)位完成指示燈亮起，目標(biāo)車庫號，以及狀態(tài)號顯示正常，尚有空位，可以存車顯示正常，如圖6-3所示。圖6-3復(fù)位接下來進(jìn)行按鈕調(diào)試，首先點擊系統(tǒng)啟動按鈕，按鈕觸發(fā)成功，啟動中按鈕亮起，并且，狀態(tài)號顯示為1，表示為啟動成功，復(fù)位完成按鈕熄滅。如圖6-5所示。圖6-4啟動第三進(jìn)行，存取車調(diào)試，依次點擊1-10號車庫，存車功能正常，并且，無法存車提醒顯示正常，存車期間各個模塊均顯示正常，如圖6-5所示。圖6-5存車調(diào)試第四進(jìn)行取車調(diào)試，依次點擊1-10號車庫，取車功能正常，并且，尚有空位可以停車提醒顯示正常，取車期間各個模塊均顯示正常，如圖6-6所示。圖6-6取車調(diào)試第五進(jìn)行畫面跳轉(zhuǎn)調(diào)試，通過依次點擊，監(jiān)控界面，手動界面，用戶界面，主界面，均可以成功跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的界面視圖。第六進(jìn)行監(jiān)控界面調(diào)試，通過PLC觸發(fā)超重信號，監(jiān)控界面顯示1號載車板安全檢測報警，系統(tǒng)停止運(yùn)行，指示燈亮起，在通過PLC依次觸發(fā)安全警報，以此驗證報警功能是否正常運(yùn)行，在PLC端觸發(fā)結(jié)束后，監(jiān)控界面均可完成報警，如圖6-7所示。圖6-7安全檢測第六進(jìn)行手動操作界面的調(diào)試，通過手動操作來移動載車板，載車板均可以按照相應(yīng)指示移動到對應(yīng)的位置，并且載車板移動到位信號顯示正常如圖6-8所示。圖6-8手動調(diào)試第七進(jìn)行用戶界面調(diào)試，通過點擊按鈕都可以完成對應(yīng)的動作，并且數(shù)據(jù)顯示無誤。如圖6-9所示。圖6-9用戶界面至此調(diào)試結(jié)束，程序運(yùn)行沒有問題，WINCC仿真運(yùn)行也沒有問題，程序可實現(xiàn)立體車庫的任務(wù)要求，仿真程序設(shè)計成功。結(jié)論通過本文的闡述，我們可以清晰地看到基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代城市停車解決方案中的重要地位。該系統(tǒng)利用了PLC強(qiáng)大的控制能力和靈活的編程特性，實現(xiàn)了對立體車庫各個模塊的智能管理與高效監(jiān)控。從車輛的快速存取，到車位的智能分配，再到整個車庫的安全管理，PLC都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計不僅提升了停車效率，減少了人工操作的復(fù)雜性和出錯率，而且還大幅提高了車庫的安全性和可靠性。通過實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制功能的實現(xiàn)，管理人員可以隨時掌握車庫的運(yùn)行狀況，及時響應(yīng)各種緊急情況，確保車庫的正常運(yùn)行和車輛的安全。此外，該系統(tǒng)的設(shè)計還考慮到了用戶體驗，通過人性化的界面設(shè)計和便捷的操作流程，使用戶能夠在使用立體車庫時享受到高效、舒適的服務(wù)。這種以用戶為中心的設(shè)計理念，進(jìn)一步提升了立體車庫的市場競爭力和社會效益。在未來，隨著自動化控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)展，為實現(xiàn)更加智能、高效的停車管理提供更多的可能性。它不僅能夠幫助城市更好地解決停車問題，還能夠推動自動化控制技術(shù)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用，為社會的發(fā)展和進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。綜上所述，基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計是一項具有重要意義的工作，它不僅提高了停車效率和管理水平，也為城市居民提供了更加便捷、安全的停車環(huán)境。我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的深入，這種監(jiān)控系統(tǒng)將會在未來的城市停車管理中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)[1]張毅，王敏.汽車社會來得太快是喜是憂[N].新華每日電訊，2014-01-10.[2