基于PLC控制的立体车库系统设计

基于PLC控制的立体车库系统设计

张连壮  赵淑萍

山东协和学院  工学院，山东  济南  250109

【摘要】本文分析了目前立体式停车库的种类，从中选取了垂直循环式停车库作为本次研究的方向，分析了垂直循环式停车库需要实现的功能，在此基础上进行整体的设计方案，主要包括：控制系统、驱动机构、传感器感知系统、人机交互系统。其次对设备零部件进行选择。可通过人机界面实现车库的安全、高效的运行。

【关键词】西门子PLC  循环式立体车库人机交互

1立体车库总体方案设计

1.1整体设计方案

本设计采用自动循环立体车库，综合考虑，设计六个载车板，每个载车板为一个车位，每个立体车库最多存放6辆车。设计一个车库口，适用于小区、商场等场所的边缘处，不会对建筑设备产生较大的影响，同时减少了车库控制系统编程的难度。驱动装置采用三相异步电动机提供动力，并搭配减速器使用。

本设计采用光电传感器检测载车板中车辆的有无，避免后期取车出现取空车的情况，并保证再次存车时避免存车重复的问题，利用程序的编程实现对每个载车板进行编号，并搭配电磁感应传感器实时确认每个车库的位置。采用三相电源，分别利用继电器和交流接触器作为控制电路和主回路中的开关。

硬件设计要综合考虑自动循环立体车库的工作环境，选择的硬件设备要能满足正常使用的需求，并保证在恶劣天气下稳定的运行。通过软件的编程，对硬件进行控制，使自动循环立体车库能够实现手、自动存、取车，并且保证其安全可靠。通过综合考虑，本设计选用西门子S7-200 Smart系列PLC，利用STEP7-MicroWINSMART软件，对PLC进行软件编程实现自动循环立体车库的整体控制。

1.2  机械系统的组成

驱动系统和钢材结构骨架共同组成了机械系统，驱动系统包括：电动机、制动器、链轮、链条、传动链条。钢材结构骨架包括：载车板、立柱、梁。

1.2.1载车板设计

载车板结构包括横轴、底板，底板是一体式的，无法拆分，载车板做了磨砂设计，提高车轮和载车板的摩擦，防止车辆在存取车过程中出现车辆的滑动。定位装置是由光电传感器和灯组成，并结合凸起结构设计，传感器检测到车辆，灯亮，表示车辆正确停放到了指定位置。为了保证安全性，在定位处设计凸起结构，进一步保证车辆停放在指定位置。

1.2.2驱动系统

机械驱动系统安装在钢材结构骨架上，主要由驱动装置、传动系统。

驱动装置由三相异步电动机和制动器组成，是设备进行循环运动的基本条件。

传动系统由链条、齿轮、传动链条组合而成。齿轮之间使用链条进行连接传动链条带动载车板做循环运动。

三相异步电动机通过联轴器带动齿轮1转动，齿轮1通过链条带动齿轮2进行第一次减速，链轮2带动同轴心齿轮3进而带动传送链条进行转动，载车板固定在传送连条上，从而实现车厢的循环运动。

为了适应恶劣环境，传动链条选择工程钢链，该链条安全可靠，可以在恶劣的环境中应用。它们由热轧钢制成，经过热处理以增加强度。

2立体车库硬件设计

2.1触摸屏的选择

触屏技术是指一般人在通过键盘、鼠标、笔板、语音输入后，可以非常方便的的一种计算机输入输出方式。利用该技术,用户只需用指尖在计算机屏幕上轻轻一触图形和文字，就能对主机进行操作,使人机互动变得更加简单。该技术为用户提供了极大的便利,是一种全新的多媒体互动设备，极具魅力。触控屏实质上是一种传感器，由触控屏(TouchScreen)和触控屏控制器(TouchScreenCont)两部分组成，在监视器前端安装触控屏检查元件，对用户的触摸位置进行检查和接收，然后向监视器发送触控屏控制器。

触摸屏系统一般由两部分组成：触摸屏和触摸屏控制器(TouchController)。在监视器前端安装触控屏侦测装置,测量使用者的接触部位，并向触控屏控制器传送此部份讯号。触控屏控制器的主要功能是接收触点讯号，由触控定位装置转换为触控坐标，判断触点的意义发送到PLC，也可以接收PLC,像开关数、模拟数一样动态执行命令。

综上考虑，采用直流24V的Smart 700 IE触摸屏作为人机交互界面。

2.2传感器的选择

2.2.1  光电传感器

本设计采用E3F-DS10P1型光电传感器，检测距离为6cm-50cm，其检测精度高，价格便宜。

此类光电传感器安装在载车板前端，检测车辆是否开到指定位置，到指定位置，光电开关闭合，指示灯亮，提示载车板存在车辆。

2.2.2  电感式传感器

本设计选择LJ18A3-8-Z/AX型号电感式传感器，检查距离为8mm。

此类传感器安装在顶部骨架上，每经过一个载车板，传感器响应一次，与程序相互配合，实现对载车板的编号。

2.3PLC的选择

本设计的控制模块选择西门子S7-200 Smart系列PLC进行控制，考虑到使用的I/O点数，采用SR60型号，I/O点数36/24。

3立体车库的软件设计

3.1  程序流程

通过人机交互界面选择存、取车。取车时需要手动选取车位号，存车时系统自动选择存车位。

判断存、取车是否符合条件，符合，实现对应功能，不符合，结束操作。

3.2  程序设计

实现功能如下：

1、实现启动、急停保护功能。

2、通过限位判断载车板是否存在车辆，满载情况，存车功能不能使用，载车板无车，对应取车功能无法使用。

3、通过人机交互界面选择存取车，存车系统自动判断储存在那个载车板，取车按下对应载车板按键号。

3.2.1  判断每个载车板的位置

在运行过程中如何判断每个载车板的位置，是车库能否正常运行中的重点。通过查阅资料和分析，最终决定在程序上下功夫，设定VW1、VW3、VW5、VW7、VW9、VW11六个寄存器，分别对应载车板1-6号，通过电感式传感器增加寄存器的数值，数值达到6时自动转换为0。通过读取数值判断载车板的位置。设定VW1、VW3、VW5、VW7、VW9、VW11初始化数值为0~5。

3.2.2  判断是否存在空车位

每个载车板前端有一个光电传感器，通过光电传感器检测是否有障碍物，判断是否存在车辆，存在车辆对应指示灯亮，从而判断是否存在空车位。

3.2.3  取车

取车的基本条件是指定载车板有车，按下取车按键，随后选取载车板1~6取车按钮进行取车，自动判断选取车位是否存在车辆，若该载车板存在车辆，三相异步电动机运行同时常闭制动器松开，到达取车位置，三相异步电动机停止同时常闭制动器进行制动。例：取车时按下取车按键，选取1号载车板按键，判断1号载车板是否存在车辆，有车，电机启动进行取车。

4.2.4  存车

存车时系统自动判断车库是否有空车位，六个载车板全部存车时，限位全部断开，无法运行。有空车位时，按照载车板6~1顺序进行存车。例如：载车板6、5有车，存车时存在载车板4号。

3.3  人机交互界面设计

想要建立一个完善的人机交互界面，需要提前进行分析和规划。操作者能够通过人机交互界面监控、操作车库等功能。而且可以通过画面来显示不同编号载车板的具体位置，并且能够联网实时监测车库的运行状态。

利用Wincc flexible SMART软件，对人机交互界面进行绘制，实现存车、取车和实时监控功能。

3.4  仿真

使用Smart version V4.0仿真软件对程序进行仿真实验，该程序可达到使用要求。

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