基于PLC和MCGS的升降橫移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

汪　嵐

隨著國民收入的提高，私家車的擁有量急劇增加，停車位供不應(yīng)求的情況日益凸顯［1-2］.垂直升降式立體車庫［3-4］以其空間利用率高、占地面積小和建造成本少等優(yōu)點，有效緩解了停車難的問題，具有較好的發(fā)展前景.立體車庫作為一種集機械工程、控制技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)于一體的停車設(shè)施，如何更好地提高車庫控制與監(jiān)測水平已成為當(dāng)前的研究熱點.本文以立體車庫的控制系統(tǒng)為研究對象，提出了一種基于S7-200系列PLC為核心控制器的立體車庫的控制方案，利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計人機監(jiān)控界面，該方案可實現(xiàn)車輛的存取和系統(tǒng)實時監(jiān)控，對減輕工作人員的工作負擔(dān)、降低運行維護費用具有重要意義.

1　立體車庫控制系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1　系統(tǒng)組成

本文以3*3共9車位的升降橫移式立體車庫為例，控制系統(tǒng)主要由上位機（PC機）、PLC、檢測單元、執(zhí)行機構(gòu)組成，如圖1所示.圖1中，檢測單元包含光電開關(guān)和限位開關(guān)，光電開關(guān)分別安裝在車位內(nèi)和升降臺上，用于檢測當(dāng)前車位中是否有車以及更新樓層信息；限位開關(guān)分別安裝在車位左右兩側(cè)和井道頂層的上限位，用于檢測升降和橫移運動是否到位；執(zhí)行元件包含升降電機、橫移電機、進出電機和旋轉(zhuǎn)電機，均采用三相異步電機，用于控制載車板左右及上下等移動，變頻器用于調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，從而控制升降速度.上位機發(fā)送命令給PLC，PLC根據(jù)檢測元件檢測到的信號，控制電機正反轉(zhuǎn)，執(zhí)行相關(guān)動作.

圖1　車庫控制系統(tǒng)組成框圖

1.2　系統(tǒng)原理

控制系統(tǒng)默認(rèn)為自動模式，具體工作原理為：用戶在車庫門外PC機上選擇存車或取車，并指定目標(biāo)車位.①若為存車狀態(tài)，升降臺降到最底層，擋車桿抬起，車主將小車停放在升降臺后離開，擋車桿落下，降臺自動將車存到指定車位.存車結(jié)束后，人機界面上相應(yīng)車位的車出現(xiàn)，相應(yīng)車庫的有車指示燈亮.②若為取車狀態(tài)，升降臺從指定車位取車，降到最底層后，通過旋轉(zhuǎn)臺自動完成掉頭動作.擋車桿抬起，車主將小車駛離，擋車桿落下.取車結(jié)束后，人機界面上相應(yīng)車位的車消失，相應(yīng)車庫的有車指示燈滅.③上位機可實時監(jiān)控車庫存取車過程及狀態(tài)，若有突發(fā)故障等緊急情況出現(xiàn)，監(jiān)控人員可切換至手動模式進行相關(guān)處理；或直接發(fā)送命令給下位機進行緊急處理.

2　下位機設(shè)計

2.1　硬件設(shè)計

目前常用的控制方式有單片機控制、繼電器控制和PLC控制，與前兩者相比，PLC具有更豐富的工業(yè)控制通信接口、更簡單易上手的編程語言、更強的抗干擾能力和易擴展等優(yōu)點，故本文選擇PLC作為車庫控制系統(tǒng)的控制器.考慮到西門子S7-200系列運算能力強、配置靈活，但輸入輸出端點數(shù)較少，本文選用西門子S7-200 CPU226 PLC為核心控制單元，以及3個EM223擴展模塊.CPU226有24個DI、16個DO，而EM223有8個DI、8個DO，足以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求.具體I/O分配如表1和表2所示.

表1　系統(tǒng)輸入地址分配表

表2　系統(tǒng)輸出地址分配表

2.2　軟件設(shè)計

本系統(tǒng)是使用西門子公司的Step7編程平臺進行軟件編程.編程思路為：系統(tǒng)啟動，默認(rèn)控制模式為自動控制.當(dāng)接收到上位機發(fā)出存車命令，如果車庫未停滿車，車主可在上位機上選擇要存放的目標(biāo)空車位，并將車停放在載車板上后離開.載車板即會按照存車策略，調(diào)動相應(yīng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)進行升降和橫移，完成存車操作.當(dāng)接收到上位機發(fā)出的取車命令時，載車板按照取車策略，調(diào)動相應(yīng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)進行升降和橫移，完成取車操作，并在旋轉(zhuǎn)臺調(diào)轉(zhuǎn)車頭，以便車主能原路將車輛駛離車庫.自動模式下的程序流程圖如圖2所示.

圖2　“自動模式”系統(tǒng)程序流程圖

3　上位機軟件設(shè)計

立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)上位機組態(tài)使用MCGS軟件設(shè)計完成，它是北京昆侖自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要實現(xiàn)系統(tǒng)與設(shè)備的運行狀態(tài)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控.它綜合了直接的處理方式、透明性和靈活性等特點，有強大的組態(tài)功能，帶有豐富的圖庫和操作對象，方便用戶快速地生成各種美觀的畫面，且支持用戶自定義對象，支持多種通信類型，簡單、高效、易于上手.

3.1PLC與MCGS通訊

PLC與MCGS通訊步驟［5］為：通過MCGS軟件的“設(shè)備工具箱”打開設(shè)備管理窗口，選擇西門子S7-200PPI，以及通用串口父設(shè)備，雙擊將其添加到設(shè)備窗口中.首先，對通用串口父設(shè)備設(shè)置內(nèi)部屬性，選擇默認(rèn)波特率9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位等屬性，修改數(shù)據(jù)校驗方式為偶校驗.在西門子S7-200PPI的設(shè)備屬性設(shè)置窗口，根據(jù)表1和表2的I/O分配，在默認(rèn)輸入通道的基礎(chǔ)上，增加40個輸入通道和28個輸出通道，并選擇通道的類型、地址和操作方式等相關(guān)信息.最后，將PLC的I/O端口與MCGS的實時數(shù)據(jù)變量連接，實現(xiàn)上下位機通信.

3.2　監(jiān)控畫面組態(tài)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，完成包括創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)變量、組態(tài)車庫監(jiān)控界面和腳本編寫等工作.最終，本系統(tǒng)車庫外的組態(tài)界面如圖3所示，立體車庫內(nèi)部的整體構(gòu)架和控制面板組態(tài)界面如圖4所示.

圖3形象地模擬了車輛進出立體倉庫行駛過程和自動門的移動過程，并顯示了當(dāng)前立體車庫內(nèi)剩余的車位數(shù)量，方便用戶判斷此處是否還能停車.圖4分別顯示了“系統(tǒng)待機”“車庫滿”“存車”和“取車”的監(jiān)控畫面，直觀地體現(xiàn)了系統(tǒng)對整個車庫存取車過程的監(jiān)控功能，并將PLC在車庫現(xiàn)場檢測到的傳感器信號和控制模式等信息一一呈現(xiàn)，如當(dāng)前處于存車或取車狀態(tài)、車位是否有車、手動控制或自動控制、運行狀態(tài)正?；蚴枪收?除此之外，相關(guān)數(shù)據(jù)及監(jiān)控畫面也可通過網(wǎng)絡(luò)傳送至主監(jiān)控室，監(jiān)控人員可根據(jù)實際需要，通過上位機的控制面板對PLC發(fā)送控制命令，控制車庫實際運作，有效地提高了工作效率.

圖3　車庫外監(jiān)控界面

圖4　車庫內(nèi)監(jiān)控界面

4　結(jié)論

基于S7-200 PLC和EM223擴展模塊進行升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)下位機的軟硬件設(shè)計，利用MCGS軟件合成了上位機的監(jiān)控組態(tài)界面，最終設(shè)計并實現(xiàn)了升降橫移式立體車庫監(jiān)控系統(tǒng).本系統(tǒng)真實地反映了立體車庫的運行情況、現(xiàn)場的相關(guān)信號和信息，工作人員可實時監(jiān)測和控制車庫，提高了車庫控制的智能化水平和運行效率，且人機界面良好、操作簡單方便，對于緩解城市停車難的問題具有很好的實用意義.

參考文獻：

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