基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)研究

李 斌 杜可可 李 鑫

（河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 451191）

基于PLC的立體車庫控制系統(tǒng)研究

李 斌 杜可可 李 鑫

（河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 451191）

提出了一種新型立體車庫控制系統(tǒng)的總體方案。其中，上位機(jī)設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)交互界面，簡化了操作；完善了數(shù)據(jù)庫，加強(qiáng)了功能；制訂了一個(gè)簡單而有效的信息協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊；下位機(jī)以三菱FX2N-64MR-001型PLC為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了各種存取車動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)程序和主程序，滿足了立體車庫的控制要求。

PLC FX2N-64MR-001 立體車庫

立體車庫是解決城市“停車難”最有效的手段之一。實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠的自動(dòng)化立體車庫存取車，一直是立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的主要目標(biāo)，也是立體車庫市場(chǎng)化推廣中急待解決的問題。在自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，PLC以其控制功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、體積小、重量輕以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用[1]。本文以FX2N-64MR-001型PLC為平臺(tái)，針對(duì)2排×7列×5層堆垛式立體車庫[2]，開發(fā)其控制系統(tǒng)，滿足了其控制要求。

立體車庫控制系統(tǒng)由兩大部分組成：PC機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)和PLC下位機(jī)系統(tǒng)。PC機(jī)上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息管理、存取車指令的生成和發(fā)送等工作。PLC下位機(jī)則主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置進(jìn)行具體的操作動(dòng)作。

1 PC機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 界面設(shè)計(jì)

PC機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)既要滿足立體車庫的功能要求，又必須具備良好的與用戶交互的功能[3]。因此，在上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要解決的是用戶界面的友好性。

本系統(tǒng)的用戶界面窗體組成結(jié)構(gòu)，如圖1所示。登錄窗體是為了保證管理系統(tǒng)的安全性。車庫管理員有不同級(jí)別的管理權(quán)限，每個(gè)操作員設(shè)置不同的密碼。普通管理員可以進(jìn)行存、取車，報(bào)修等操作；主管級(jí)員工則可進(jìn)行本系統(tǒng)的所有功能操作。

圖1 用戶界面組成

管理窗體是本系統(tǒng)的主界面，如圖2所示。其他窗體限于篇幅，在這里不再一一敘述。

1.2 Access數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用Access數(shù)據(jù)庫存貯數(shù)據(jù)，根據(jù)上位機(jī)系統(tǒng)的使用要求，共用到了3個(gè)數(shù)據(jù)庫，建立了4張表。

圖2 車庫控制主界面

第一，userpassword數(shù)據(jù)庫。內(nèi)含一張userpassword表，用于記錄和存放管理人員信息，包括用戶名和密碼兩部分。其中，用戶名用的是明碼存放，密碼部分則通過控制系統(tǒng)經(jīng)過加密處理后存放其中。

第二，車庫信息數(shù)據(jù)庫，內(nèi)含車位信息表和存車歷史記錄表。車位信息表的主要功能是記錄車庫中每一個(gè)車位當(dāng)前的狀態(tài)和其中車輛的基本信息。存車歷史記錄表用于記錄歷史存車信息，供必要時(shí)進(jìn)行查詢。

第三，指令順序數(shù)據(jù)庫。內(nèi)含一張指令順序表，存取控制中心對(duì)存取車順序的調(diào)整和向PLC下發(fā)的操作指令都是通過這張表完成。

1.3 存/取控制中心程序設(shè)計(jì)

存取控制中心定時(shí)器是存取控制中心程序的一個(gè)重要組成部分，其主要作用是發(fā)送存取指令和處理存取記錄信息。當(dāng)存取控制中心有控制指令生成時(shí)，定時(shí)器開始工作。定時(shí)器先讀取下位機(jī)的工作情況，若下位機(jī)是空閑狀態(tài)，定時(shí)器則開始發(fā)送操作指令；指令發(fā)出后，定時(shí)器就會(huì)一直監(jiān)視下位機(jī)的工作情況；當(dāng)下位機(jī)再次處于空閑狀態(tài)時(shí)，說明下位機(jī)已經(jīng)按指令操作完成；此時(shí)，定時(shí)器就會(huì)處理要記錄的信息；信息處理完成后，開始進(jìn)行下一輪操作。直到所有指令都發(fā)送完成，定時(shí)器自動(dòng)關(guān)閉，完成其工作的全部過程。

1.4 PLC通訊接口設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，就要建立一定的握手協(xié)議[4]。本系統(tǒng)制訂了一個(gè)簡單而有效的信息協(xié)議，將PLC下位機(jī)數(shù)據(jù)寄存器D1、D2和D3作為通信的信息交換區(qū)。其中，D1是車位信息交換區(qū)；D2是存取命令信息交換區(qū)；D3是PLC狀態(tài)信息交換區(qū)。上位機(jī)系統(tǒng)向下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)送的指令都暫存在D1和D2中，以供下位機(jī)讀?。欢挛粰C(jī)向上位機(jī)時(shí)時(shí)反饋的信息都暫存在D3中，以供上位機(jī)讀取。

車位信息主要是層數(shù)、列數(shù)和排數(shù)，本車庫的規(guī)模為2排×7列×5層。PLC的數(shù)據(jù)寄存器有16位，因此在D1中取第7列一個(gè)數(shù)據(jù)位標(biāo)記排數(shù)；第4、5、6列三個(gè)數(shù)據(jù)位標(biāo)記列數(shù)；第1、2、3列三個(gè)數(shù)據(jù)位標(biāo)記層數(shù)。D2中的存取命令主要是存車命令、取車命令和復(fù)位命令。D3中的PLC狀態(tài)信息主要表達(dá)4個(gè)狀態(tài)：空閑、存車中、取車中、故障。

2 立體車庫下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)I/O點(diǎn)的分配

本系統(tǒng)采用的PLC為FX2N-64MR-001型，輸入點(diǎn)共32點(diǎn)，包括：載車平臺(tái)上下移動(dòng)到某一層時(shí)的層限位開關(guān)（6點(diǎn)）；手動(dòng)操作/自動(dòng)操作切換開關(guān)（1點(diǎn)）；平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的限位開關(guān)（2點(diǎn)）；平臺(tái)左右移動(dòng)時(shí)的列限位開關(guān)（7點(diǎn)）；手動(dòng)操作時(shí)安全欄桿啟/閉開關(guān)（1點(diǎn)）；平臺(tái)進(jìn)出車位限位開關(guān)（2點(diǎn)）；平臺(tái)抬起放下車輛的起降限位開關(guān)（2點(diǎn)）；手動(dòng)存/取車/回初始位置開關(guān)（3點(diǎn)）；存車時(shí)，放置車輛完成開關(guān)（1點(diǎn)，按鈕開關(guān)）；手動(dòng)操作時(shí)，參數(shù)輸入開關(guān)（7點(diǎn)）；取車時(shí)，車輛離開車庫完成開關(guān)（1點(diǎn)，按鈕開關(guān)）。

輸出點(diǎn)共15點(diǎn)，包括：平臺(tái)的左右移動(dòng)電機(jī)（2點(diǎn)）；平臺(tái)的上下移動(dòng)電機(jī)（2點(diǎn)）；平臺(tái)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)（2點(diǎn)）；平臺(tái)進(jìn)出車位電機(jī)（2點(diǎn)）；平臺(tái)抬起放下車輛電機(jī)（2點(diǎn)）；安全欄桿（1點(diǎn)）；信號(hào)燈（4點(diǎn)）。

2.2 主程序設(shè)計(jì)

主程序負(fù)責(zé)與上位機(jī)系統(tǒng)的通信和存取車動(dòng)作的調(diào)度。主程序從寄存器D1和D2中讀取上位機(jī)系統(tǒng)下發(fā)的指令，然后按照指令調(diào)取相應(yīng)的程序，操作車庫系統(tǒng)機(jī)構(gòu)完成存取車動(dòng)作。

程序開始先判斷手動(dòng)操作開關(guān)是否打開，若打開，則程序執(zhí)行手動(dòng)操作程序；如果沒有打開，則程序判斷上位機(jī)系統(tǒng)有沒有下發(fā)操作指令。如果沒有指令的時(shí)間間隔大于30s，則調(diào)用復(fù)位程序，平臺(tái)回到車庫的出入口；如果有操作指令，則再判斷是存車還是取車指令。如果是存車指令，調(diào)用存程序；如果是取車指令，調(diào)用取車程序。

2.3 存車程序設(shè)計(jì)和取車程序設(shè)計(jì)

存車程序控制立體車庫搬運(yùn)平臺(tái)將汽車從出入口位置搬運(yùn)到指定車位。取車程序則是控制立體車庫搬運(yùn)平臺(tái)把車輛從指定的車位取出，并送到車庫出入口。因?yàn)榇孳嚮蛉≤嚥僮鞯膭?dòng)作大致相同，因而針對(duì)存取車操作的分解動(dòng)作：平臺(tái)轉(zhuǎn)向、平臺(tái)位置、車輛抬起及落下、平臺(tái)出入停車位，采用步進(jìn)梯形圖進(jìn)行編寫。其中，平臺(tái)位置控制程序應(yīng)包括指令提取、平臺(tái)位置讀入、數(shù)據(jù)編碼及數(shù)據(jù)比較輸出四個(gè)模塊。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)建立了立體車庫上位機(jī)控制系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)。操作人員通過上位機(jī)程序界面與系統(tǒng)進(jìn)行交互，通過上位機(jī)控制系統(tǒng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，并向下位機(jī)發(fā)送相應(yīng)的控制指令。下位機(jī)系統(tǒng)將接收到的控制指令進(jìn)行處理，再配合自身的梯形圖程序和底層機(jī)械裝置的反饋信號(hào)，最后將相應(yīng)的動(dòng)作控制信號(hào)發(fā)送給底層機(jī)械裝置，完成相應(yīng)操作。上位機(jī)系統(tǒng)在工作過程中，實(shí)時(shí)將車庫的工作狀態(tài)及車庫中每一個(gè)車位的狀態(tài)清晰地展示給用戶，同時(shí)處理車庫中的操作信息，將系統(tǒng)處理后的信息及時(shí)通過數(shù)據(jù)庫接口貯存在Access數(shù)據(jù)庫中。本系統(tǒng)同時(shí)還具有信息查詢、用戶管理、車位報(bào)修等功能，較好地滿足了堆垛式立體車庫的自動(dòng)控制要求。

[1]王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]李斌，張政.新型巷道堆剁式立體車庫的虛擬設(shè)計(jì)[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，（12）：54-56.

[3]華文瀚.立體車庫中存取車機(jī)械裝置及其控制系統(tǒng)的研究開發(fā)[D].成都：西南交通大學(xué)，2010：55-56.

[4]蔣華.三菱FX-PLC通訊動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）使用說明[Z].上海：上海理工大學(xué)信息與控制工程研究所，2003.

Study on the Control System for Stereo Garage based on PLC

LI Bin, DU Keke,LI Xin
(Department of Mechanical Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191)

Put forward a overall scheme of the control system for new type of three-dimensional garage,Designed friendly manmachine interface, simplifies the operation. Improved the database to strengthen the function of the system. Developed a simple and effective information protocol, Realized communication between the PC and PLC.Based on FX2N-64MR-001 PLC, Designd the main program and the driver program, Met the control requirements of stereo garage

PLC, FX2N-64MR-001, stereo garage