基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設計

基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設計摘要智能化立體停車庫可以有效地解決城市停車困難的問題，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，并調查當前市面上的立體車庫問題，用以優(yōu)化改進立體車庫，提高立體車庫的建設性價比，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，智能便捷，場景應用廣泛，深受國內外市場青睞，是國內外立體車庫停車場建設的首選車型。隨著城市大規(guī)模立體停車場的建設應用，升降橫移式立體車庫也必將成為“智慧城市智慧交通”建設中的主導產品。關鍵詞：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 前言隨著城市經濟的快速發(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，已經成為了城市規(guī)劃者和建筑師關注的熱點。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度。可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）作為一種工業(yè)控制計算機，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，這對于減少維護成本、提高車庫的經濟效益具有重要意義。此外，結合組態(tài)軟件的監(jiān)控設計，可以實現(xiàn)對立體車庫運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和遠程控制，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。總的來說，基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設計，是實現(xiàn)車庫自動化、智能化管理的關鍵技術之一。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在停車領域的應用，具有廣闊的發(fā)展前景。2車庫控制方案總體設計2.1車庫的車位設計結構車庫的結構設計為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)境適時地進行改造，據(jù)調查研究發(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則須對成為進行移動路徑的最右規(guī)劃，以達到車輛的存放和取出。2.2立體車庫控制系統(tǒng)分析汽車在進入車庫之前，司機首先選擇停車位置，系統(tǒng)將選好的車位移動到車庫入口處，汽車在進入車庫之后，首先對車輛的車長，車高和車重進行檢測，如果檢測目標全部達標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，當檢測無問題后，司機確認車輛已停入安全區(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行檢測，二次確認車輛是否為安全狀態(tài)，車門是否關閉。當檢測結束后，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。在車庫運行時，監(jiān)控單元會對每一步動作進行檢測，并將動作流程序號反饋給WINCC，司機可以非常直觀的看到存車過程。如在車庫運行中出現(xiàn)突發(fā)情況，系統(tǒng)會自動停止運行并發(fā)出報警信號，PC端則通知管理員進行處理。系統(tǒng)在設計程序時，考慮多種方案，如梯形圖設計、功能圖設計、SCL設計，經過多次驗證嘗試，都無法達到最初的控制要求，為確保程序穩(wěn)定運行，最后采用模塊化SCL程序設計，每個車位有單獨的控制模塊，當某一個模塊出現(xiàn)問題時，會立即停止動作不會出現(xiàn)程序混亂運行等問題。這樣可以在程序調試初期快速發(fā)現(xiàn)問題，有利于減少車庫調試時間，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的汽車存放，也要完成便捷、安全、實用等特點。所以，系統(tǒng)應完成以下幾點目標：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)進行安全檢測，在車輛進入載車板后，智能化車庫需要在短時間內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，對車輛四周進行有無物體遮擋檢測:判斷車輛是否關閉車門等等。3)緊急響應措施，當安全檢測無法通過，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、繼電器進行控制，每個控制方式都有獨自的特點，因此，它們的應用場景也各不相同。繼電器控制通俗的講就是日常生活中的開關控制，當達到指定的條件是進行開啟或者關閉，繼電器的開關特性廣泛應用于許多控制系統(tǒng)，特別是離散控制系統(tǒng)。在設計電子電路時，繼電器均會與一些機械設備相鏈接，因此，繼電器也作為系統(tǒng)中電子設備和機械設備的接口。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)的要求越來越復雜，其可靠性要求也越來越高，在實際應用中具有一定的局限性：繼電器在控制系統(tǒng)中使用較為復雜，對人員的專業(yè)性要求較高，并且繼電器控制需要進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。單片機控制是一種微集成電路，可以構成多種應用系統(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)經驗，才能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在控制方面，單片機只是一種芯片，為了直接將單片機用于開發(fā)控制系統(tǒng)，就必須進行系統(tǒng)的軟硬件設計和抗干擾設計，才能投入使用。它包含了大量個性化、有針對性的設計，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、自動控制、通信等技術于一體的新型工業(yè)控制設備。它依靠經典控制器發(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、應用簡單、適用范圍廣、可靠性高、抗干擾能力強等特點，同時還具有以下優(yōu)點。1）先進的技術：PLC是一項新技術。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的結構基于與計算機體系結構相同的原理，因此它不僅能夠執(zhí)行繼電器切換任務，還能夠執(zhí)行其他應用，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)場設備，但強度較低。PLC還提供與固態(tài)組件相關的可靠性。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系由用戶程序確定，而不是它們的互連方式。原始設備制造商只需發(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，除了電力應用。一般來說，如果一個應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設備通信，以執(zhí)行諸如監(jiān)督控制、數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控設備、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準通信協(xié)議。8）更快的響應時間：PLC專為高速和實時應用而設計?？删幊炭刂破鲗崟r運行，這意味著現(xiàn)場發(fā)生的事件將導致操作或輸出的執(zhí)行。每秒處理數(shù)千件物品的機器和在傳感器前只花費幾分之一秒的物體需要PLC的快速響應能力。與替代技術相比，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)境中運行。設計良好的工業(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。由于移動機構非常少，因此出現(xiàn)缺陷/損壞的可能性非常小。11）易于學習和編程：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習的語言進行編程。PLC的程序語言內置于其內存中，并且沒有永久連接的鍵盤、CD驅動器或監(jiān)視器。相反，PLC配備了用于輸入和輸出現(xiàn)場設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用中引起的任何變化。14）模擬功能：PLC編程軟件默認帶有仿真功能。通過在項目開發(fā)的早期進行測試，可以提高整體項目質量。因此，安裝和調試可以更快、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立體車庫硬件設計4.1立體車庫的結構設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)外加鋼結構。1）控制系統(tǒng)?？刂撇糠种饕蒔LC等系列傳感器構成，負責數(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。2）傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)負責車庫的移動，是車庫的執(zhí)行機構，當接受到PLC下發(fā)的指令時，將會遵循指令進行相應的動作。由電機、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軌進行移動。3）鋼結構。鋼結構主要由鋼部件，排水系統(tǒng)，消防系統(tǒng)等相關設備構成，鋼結構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。主要考慮IO點、響應速度、軟件功能、處理器數(shù)量、CPU訪問性能、中間標志、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、后期維護等。經過比較，采用西門子S7-1200PLC，SIMATICS7是模塊化PLC領域創(chuàng)新和質量的代名詞。西門子將數(shù)十年的經驗融入到SIMATICS7模塊化控制器中，從而使產品具有面向未來、模塊化可擴展、抗振、免維護和可擴展的特點，其模塊化PLC控制器系列可為用戶的自動化任務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用程序。4.2.2檢測部件的選擇PLC通過外部輔助設備的幫助可以對車庫進行實時檢測，以此判斷車庫是否處于安全狀態(tài)，是否達到安全運行的標準，在智能立體車庫中，通常采用傳感器作為外部輔助設備，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行范圍，也可以變相的用來檢測車庫載車板是否運行到指定位置，可以輔助PLC做出判斷，程序能否繼續(xù)運行。結合多種類的傳感器實驗，最終選擇對射式關電開關（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，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放置三對傳感器，可以對車輛進行長寬高的檢測，若超出系統(tǒng)設定的安全閥值，則會發(fā)出警報，組織系統(tǒng)運行。②在車庫內部放置兩對傳感器，傳感器的安裝位置呈對角線分布，用來檢測車庫內部是否有車輛駛入，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動到何處，幫助PLC判斷傳動機構何時停止運行，也可以判斷載車板或者傳動機構的工作狀態(tài)。④在每個載車板的兩側安裝傳感器，判斷載車板平移時有沒有運行到指定位置。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，則會造成驅動結構的損壞，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用。4.3傳動結構設計驅動結構是車庫移動的核心機構，主要包括驅動電機、傳動軸、驅動鏈條、以及減速裝置。驅動電機分為直流電機和交流電機，考慮到車庫的實際情況本文采用交流電機，交流電機更適合于大型設備的啟動裝置，功率較大，響應速度快，并帶有安全防護功能。再配合電機運行時，系統(tǒng)同時配備西門子MM440變頻器，此類變頻器功能強大，參數(shù)設置種類多，應用場景廣闊，可以適用于不同的電機，并且配備豐富的選擇性配件，可以適當?shù)脑黾踊蛘邷p少，在通信方面，采用PROFIBUS通信模塊，便于與PLC進行信號傳輸。本套系統(tǒng)工裝有14個電機，1-4車庫，每個裝有一個電機負責上升與下降，5-7號車庫，每個裝有兩個電機，一個負責上升與下降，一個負責橫移，8-10號車庫只裝有橫移電機，車庫機械示意圖如圖4-2所示。圖4-2機械示意圖本系統(tǒng)的升降機構采用鋼絲繩傳動，但由于鋼絲繩傳動易發(fā)生重心偏移，所以對其進行改進，將電機通過聯(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—鋼結構框架2—豎直定滑輪3—轉向定滑輪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—鋼絲繩橫移機構采用，電機加齒輪的的方式，電機位于載車板后方，電機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橫移機構1—三相異步電動機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變頻器設計在電機驅動時，采用變頻器控制方式，為提高系統(tǒng)運行契合度，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)先對電機進行編號，1-4號車庫上升下降電機對應編號1-4，5號車庫上升下降電機對應編號5，5號車庫橫移電機對應編號6，6號車庫上升下降電機對應編號7，6號車庫橫移電機對應編號8，7號車庫上升下降電機對應編號9，7號車庫橫移電機對應編號10，8-10號車庫橫移電機對于編號11-13，同時采用3臺MM440分別對13臺電機進行控制。每個電機上都外接一個接觸器，需要用到哪臺電機，哪臺電機的接觸器就閉合，達到變頻器控制多臺電機的目的。同時MM440具有以下優(yōu)點：1、可以實現(xiàn)0級無級調速，并且加減速時間可以調整。2、可調節(jié)電機每轉的脈沖數(shù)3、可調節(jié)電機每轉的負載位移4、可實時調節(jié)電機轉速下面介紹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，可連接電壓信號（例如0~10V）或電流信號（0~20mA或4~20mA），通過DIP1開關和參數(shù)選擇10、11端子為模擬量輸入2，10正、11負，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，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，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位電機溫度傳感器接口5控制系統(tǒng)詳細設計5.1用WINCC仿真實現(xiàn)的意義WINCC是德國西門子公司開發(fā)的上位機組態(tài)軟件，可以對工作流程進行實時監(jiān)控，通常配合西門子PLC進行使用。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，極大的提高了產品應用性，滿足了不同的使用需求，可以對生產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)網系統(tǒng)，或者接入伺服系統(tǒng)，將生產制造以視覺化展現(xiàn)出來。5.2設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，在項目設備與網絡下，添加新設備，選擇PC系統(tǒng)中的WinCCProfissional，如圖5-1所示圖5-1添加新設備2）在網絡視圖下，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）刷新畫面時間設置，如圖5-4所示。圖5-4刷新畫面時間設置 5）WinCCProfessional添加動畫顯示及按鈕事件及PLC變量地址的關聯(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關聯(lián)PLC變量配置按鈕應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行控制，如圖5-10所示圖5-10變量控制經過多次嘗試充分利用WINCC各種控件，最終完成界面設計，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到相應的界面，而用戶界面則不需要輸入密碼就可以進入對應的界面。圖5-12管理員界面當進入管理員界面以后，可以進行系統(tǒng)操作例如系統(tǒng)啟動，停止，復位，并且可以在此界面跳轉到監(jiān)控界面以及手動界面，畫面的跳轉都是由按鈕實現(xiàn)。圖5-13用戶界面在用戶界面可以進行存車或者取車，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，當停車或者取車結束時，需點擊屏幕上的存取車完成按鈕，系統(tǒng)才會將車位復位，當全部車位已滿是屏幕就會顯示全部車位已滿無法停車，當有剩余車位時，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。當存車或者取車進行時，相對應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到主界面再返回到用戶界面。5.3程序設計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，全程自動運行，無需人工干預，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換程序，用來進行系統(tǒng)信號轉換，用戶存車結束或者取車結束，按下按鈕，程序將信號計時，當按下按鈕時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信號轉換程序初始化復位程序，當程序啟動時Main程序調用子程序進行復位或者初始化，如圖5-21所示。圖5-21初始化復位程序報警以及停止程序，當子程序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號車庫進行程序設計思路說明，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，并進行計時，計時結束，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軸向上運動，當?shù)竭_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軸向左運動，當?shù)?號車庫載車板達指定位置時，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行存車按鈕以及取車按鈕程序設計的說明，以1號車庫為例。1號車庫取車按鈕設計，當按下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取車按鈕設計1號車庫存車按鈕設計，當“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存車設計5.3.4驅動程序設計系統(tǒng)用PLC進行變頻器的控制，此車庫系統(tǒng)所有到電機配置原理相同，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、啟動驅動器、驅動器就緒輸入、上限為開關、下限位開關、以及歸為開關。1-7號車庫升降電機采用縱向擺放，達到垂直升降的目的，而5-10號車庫橫移電機采用橫向擺放達到左右橫移的目的，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，驅動器選擇PTO，測量單位為毫米，再點擊驅動器，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_啟動驅動器，就緒輸入為軸_1_DriveReady,再點擊左側目錄機械，將電機每轉的脈沖數(shù)改為1310，每轉的負載位移改為10.0，旋轉方向為雙向，在動態(tài)限制里啟動硬限位開關，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，回原點開關為I0.1，到此私服軸配置完成，接下來進行私服軸的程序編寫。1）、對工藝軸進行使能，如圖5-32所示。圖5-32使能此段程序將啟用私服軸，前提條件為軸的組態(tài)無誤。2）、將伺服軸進行回原點操作，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，進行正傳或者反轉，用于人工操作車庫，如圖5-34示。圖5-34正反轉4）、進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。然后點擊任務欄開始仿真按鈕，進行WINCC仿真。仿真窗口如圖6-1所示。圖6-1仿真窗口圖當點擊管理員界面時，手動輸入賬號以及密碼，成功進入界面，如圖6-2所示。圖6-2輸入密碼進入管理員界面后，進行存車以及取車車操作，首先點擊，系統(tǒng)復位按鈕，復位完成指示燈亮起，目標車庫號，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復位接下來進行按鈕調試，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，復位完成按鈕熄滅。如圖6-5所示。圖6-4啟動第三進行，存取車調試，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存車調試第四進行取車調試，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取車調試第五進行畫面跳轉調試，通過依次點擊，監(jiān)控界面，手動界面，用戶界面，主界面，均可以成功跳轉到相應的界面視圖。第六進行監(jiān)控界面調試，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行，在PLC端觸發(fā)結束后，監(jiān)控界面均可完成報警，如圖6-7所示。圖6-7安全檢測第六進行手動操作界面的調試，通過手動操作來移動載車板，載車板均可以按照相應指示移動到對應的位置，并且載車板移動到位信號顯示正常如圖6-8所示。圖6-8手動調試第七進行用戶界面調試，通過點擊按鈕都可以完成對應的動作，并且數(shù)據(jù)顯示無誤。如圖6-9所示。圖6-9用戶界面至此調試結束，程序運行沒有問題，WINCC仿真運行也沒有問題，程序可實現(xiàn)立體車庫的任務要求，仿真程序設計成功。結論通過本文的闡述，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)揮著至關重要的作用。立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計不僅提升了停車效率，減少了人工操作的復雜性和出錯率，而且還大幅提高了車庫的安全性和可靠性。通過實時監(jiān)控和遠程控制功能的實現(xiàn)，管理人員可以隨時掌握車庫的運行狀況，及時響應各種緊急情況，確保車庫的正常運行和車輛的安全。此外，該系統(tǒng)的設計還考慮到了用戶體驗，通過人性化的界面設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。這種以用戶為中心的設計理念，進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的不斷進步和創(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在更廣泛領域的應用，為社會的發(fā)展和進步做出更大的貢獻。綜上所述，基于PLC的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設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，隨著技術的不斷成熟和應用的深入，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。

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