基于組態(tài)王的升降橫移式立體車庫的仿真

馬振興，李 寧，趙紅玉，霍大勇

（喀什大學(xué)，新疆 喀什 844006）

在現(xiàn)代社會(huì)中，汽車已經(jīng)成為每個(gè)家庭的剛需，汽車數(shù)量越來越多，導(dǎo)致很多平面停車場(chǎng)已經(jīng)無法滿足社會(huì)需求。隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，各種形式的立體車庫應(yīng)運(yùn)而生。由于立體車庫的建設(shè)條件受場(chǎng)所的影響，因此有很大的變動(dòng)性，不同場(chǎng)所需要用到不同形式的立體車庫，對(duì)立體車庫設(shè)計(jì)和建設(shè)提出了更大的挑戰(zhàn)[1]。

通過聯(lián)合采用組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件與可編程邏輯控制器 （Programmable Logic Controller，PLC）進(jìn)行升降橫移式立體車庫的仿真與模擬，提前發(fā)現(xiàn)程序、軟件等方面的錯(cuò)誤，縮短實(shí)際建設(shè)立體車庫的調(diào)試時(shí)間。主要完成了3 層7 車位立體車庫的存取車位移動(dòng)方案設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過硬件選擇和PLC 軟硬件設(shè)計(jì)，結(jié)合組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，建立了數(shù)據(jù)詞典、監(jiān)控界面、動(dòng)畫連接、腳本編寫、數(shù)據(jù)采集，完成了對(duì)升降橫移式立體車庫的自動(dòng)存取車功能、升降橫移系統(tǒng)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的模擬。

1 升降橫移式立體車庫的總體設(shè)計(jì)方案

1.1 升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 為升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)示意圖。升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)包括控制系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、安全防護(hù)、載車板、橫移系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)框架[2]。

圖1 升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 升降橫移式立體車庫的車位移動(dòng)方案

本次設(shè)計(jì)的升降橫移式立體車庫共7 個(gè)車位，3層 3 列。1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)車位升、降，4 號(hào)、5 號(hào)車位升、降、橫移，6 號(hào)、7 號(hào)車位橫移。第59 頁圖2 為車位示意圖。7 個(gè)車位移動(dòng)方案相似，舉例說明1 號(hào)車位存車與取車方案。

1 號(hào)車位存車時(shí)，4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)載車板各右移一個(gè)車位，1 號(hào)載車板釋放防墜掛鉤后下降兩個(gè)車位，等待一段時(shí)間，車輛進(jìn)入載車板，1號(hào)載車板上升至原位置后防墜掛鉤吸合，4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)車位各左移一個(gè)車位，1 號(hào)車位存車結(jié)束。

圖2 車位示意圖

1號(hào)車位取車時(shí)，4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)載車板各右移一個(gè)車位，1 號(hào)載車板釋放防墜掛鉤后下降兩個(gè)車位，等待一段時(shí)間，車輛駛出載車板，1 號(hào)載車板上升至原位置后防墜掛鉤吸合，4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)車位各左移一個(gè)車位，1 號(hào)車位取車結(jié)束。

1.3 升降橫移式立體車庫的總體控制方案

利用組態(tài)軟件進(jìn)行界面設(shè)計(jì)及動(dòng)畫連接，同時(shí)寫入工程所需的變量、數(shù)據(jù)類型、寄存器、地址和設(shè)備對(duì)應(yīng)連接序列，通過組態(tài)軟件模擬發(fā)出停取車信號(hào)、傳感器信號(hào)。完成以PLC 為核心的控制系統(tǒng)升降橫移式立體車庫的模擬仿真。

2 升降橫移式立體車庫的PLC 程序設(shè)計(jì)

2.1 PLC 的輸入/輸出點(diǎn)分配

PLC 的輸入/輸出點(diǎn)分配見表1。

表1 PLC 的輸入/輸出點(diǎn)分配

2.2 存取車流程的PLC 程序設(shè)計(jì)

圖3 為存取車流程圖。按下存/取車位按鈕，其他車位按鈕鎖定不能動(dòng)作，此時(shí)下方載車板移開，同時(shí)繼電器得電防墜掛鉤收回，上方載車板下降，等待車輛進(jìn)/出結(jié)束，載車板上升繼電器失電彈出防墜掛鉤，下方載車板歸位。結(jié)束存/取車，自動(dòng)復(fù)位，等待下一次存/取車。

3 升降橫移式立體車庫的組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)詞典建立

組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的仿真運(yùn)行需要建立完整的工程數(shù)據(jù)庫。控制人員可以在監(jiān)控屏幕上對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控或者改變工作現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)。下達(dá)的指令可以傳達(dá)給工作現(xiàn)場(chǎng)，立即使工作狀態(tài)發(fā)生變化。要完成這些功能，必須建立數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)詞典，寫入工程所需的變量、數(shù)據(jù)類型、寄存器、地址和設(shè)備對(duì)應(yīng)連接序列是建立數(shù)據(jù)詞典的關(guān)鍵[3]。

3.2 界面設(shè)計(jì)

通過界面設(shè)計(jì)，建立工程后設(shè)置動(dòng)畫屬性，必須按照如下步驟：一是在詞典中，定義變量和設(shè)置參數(shù)；二是進(jìn)入工具箱，選擇相應(yīng)工具；三是進(jìn)入工具箱，選擇不同的工具畫圖。

圖3 存取車流程圖

設(shè)計(jì)的立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)界面見第60 頁圖4。

圖4 立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)界面

3.3 動(dòng)畫連接

動(dòng)畫設(shè)計(jì)可以真實(shí)地還原工作現(xiàn)場(chǎng)與工作狀態(tài)。在不通過畫面連接時(shí)，各個(gè)部分互不相干。當(dāng)通過動(dòng)畫將其連接完成以后，各個(gè)部分便可構(gòu)成一個(gè)相互作用的整體。

3.3.1 車位動(dòng)畫連接

以1 號(hào)車位載車板為例。要使1 號(hào)車位載車板工作，先在詞典中選擇1 號(hào)車位所對(duì)應(yīng)的變量地址，再到動(dòng)畫屬性處選擇上下位移，在彈出的界面框中，采用表達(dá)式連接1 號(hào)車位。1 號(hào)車位動(dòng)畫連接界面見圖5。

圖5 1 號(hào)車位動(dòng)畫連接界面

3.3.2 車位腳本編輯

組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的播放畫面是一個(gè)連續(xù)完整的循環(huán)過程或者是按特定操作運(yùn)行的過程。由于每個(gè)運(yùn)行的步驟和各個(gè)組件之間都有特殊的聯(lián)系并且相互作用，因此需要編寫一個(gè)腳本。腳本是組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的重要部分，腳本功能是將判斷、函數(shù)等各種變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。以1 號(hào)載車板的移動(dòng)腳本為例，車位腳本編輯界面見圖6。

3.3.3 指示燈設(shè)置

在圖庫中找到指示燈，在實(shí)況圖中需要指示燈的位置畫下指示燈。雙擊指示燈使其連接變量，改變指示燈閃爍條件使其符合閃爍要求。指示燈設(shè)置界面見圖7。

3.3.4 按鈕設(shè)置

在工具欄中對(duì)按鈕進(jìn)行編寫。雙擊按鈕，先在動(dòng)畫連接界面中選擇語言命令連接，再在命令語言框中對(duì)程序進(jìn)行編寫。按鈕設(shè)置界面見圖8。

圖6 車位腳本編輯界面

圖7 指示燈設(shè)置界面

圖8 按鈕設(shè)置界面

3.4 組態(tài)仿真電機(jī)控制

通過組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件與PLC通信，先了解9 臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)信息，再控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。該立體車庫設(shè)計(jì)所用的9 臺(tái)電機(jī)為3×3立體形式。電機(jī)安裝位置見第61 頁圖9。

以1 號(hào)車位動(dòng)作為例，模擬1 號(hào)車位的存取車。當(dāng)1 號(hào)車位動(dòng)作時(shí)，電機(jī)6、電機(jī)7、電機(jī)8、電機(jī)9 正轉(zhuǎn)。4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)載車板右移。電機(jī)1 正轉(zhuǎn)，1 號(hào)載車板下降；電機(jī)1 反轉(zhuǎn)，1 號(hào)載車板上升。電機(jī)6、電機(jī)7、電機(jī)8、電機(jī)9 反轉(zhuǎn)，4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、7 號(hào)載車板左移。分別通過模擬動(dòng)畫上的紅色和綠色來模擬電機(jī)啟動(dòng)和電機(jī)停止，紅色為電機(jī)不工作，綠色為電機(jī)正常運(yùn)行[4]。

圖9 電機(jī)安裝位置

4 升降橫移式立體車庫的仿真

4.1 組態(tài)王和PLC 的通信

組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件和PLC 建立通信，先把PLC 設(shè)定為RUN 狀態(tài)，在打開組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)置自定義設(shè)備[5-6]。其步驟如下：一是雙擊已經(jīng)定義的設(shè)備；二是操作西門子S7-200 PLC；三是操作自由口；四是設(shè)置COM 口，與電腦上的PPI 通信線的COM 口一致。

通過這4 個(gè)步驟完成設(shè)置，這時(shí)運(yùn)行組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，查看通信是否成功，同時(shí)注意運(yùn)行程序時(shí)將運(yùn)行的畫面重新保存，可通過這種方式避免畫面不按照命令語言正常運(yùn)行的現(xiàn)象發(fā)生。

4.2 調(diào)試運(yùn)行結(jié)果

將西門子S7-200 PLC 與組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件調(diào)試的系統(tǒng)連接成功，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)開關(guān)會(huì)根據(jù)不同狀況進(jìn)行改變。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)指示燈顯示綠色，系統(tǒng)停止時(shí)指示燈顯示紅色閃爍。

假設(shè)按下1 號(hào)存車按鈕，運(yùn)行存車程序，車位顯示紅燈亮。當(dāng)小車進(jìn)入載車板時(shí)，車位顯示紅色閃爍，示意車輛正在存車。在立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)界面中，模擬電機(jī)使載車板升降橫移。復(fù)位按鈕可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重置。立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)界面可以顯示存取車時(shí)間，以便計(jì)數(shù)。PLC 硬件配有急停系統(tǒng)操作，在實(shí)際使用中急停開關(guān)只能由專業(yè)人員控制。再次啟動(dòng)開始按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行重新開始。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)升降橫移式立體車庫的工作原理，完成了控制過程設(shè)計(jì)，給出了通過西門子S7-200 PLC控制立體車庫的存取車過程的方法，實(shí)現(xiàn)了3 層7 車位立體車庫的存取車位移動(dòng)方案設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原理研究設(shè)計(jì)、硬件選擇、PLC 程序設(shè)計(jì)等，結(jié)合組態(tài)王6.55 工業(yè)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，基于Windows 平臺(tái)的仿真系統(tǒng)，建立了數(shù)據(jù)詞典、監(jiān)控界面、動(dòng)畫連接、腳本編寫、數(shù)據(jù)采集、PLC 通信，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)試，設(shè)計(jì)了組態(tài)仿真系統(tǒng)，完成了對(duì)升降橫移式立體車庫的自動(dòng)存取車功能、升降橫移系統(tǒng)的模擬仿真。未來可通過考慮增加有車無車信息、限位信息、是否車輛超高信息、是否車輛停位置適當(dāng)?shù)刃畔㈤_展更多必要常用功能的模擬仿真。