1、基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现I摘 要伴随着科技的进步和生活水平的提高，民众对交通出行工具的要求也在不断的提高，这也对汽车行业的发展起到很的促进作用。汽车的增多带来了诸多的社会问题，主要表现为汽车会排出大量尾气而导致环境污染，同时汽车停放要占用大量的土地资源，且导致停车难的问题日益凸显。为了解决此问题，立体车库开始被研发出来。立体车库可以很好的解决城市停车难问题，且可以根据需要进行改进而满足不同层次用户的需求。这就要设计出硬件可靠、控制系统稳定、性能强大，操作方便的一体化立体车库。本文就是考虑到这种需求，而设计和实现了一套基于触摸屏的 PLC 立体车库控制系统。这种控制系统兼容了
2、PLC 和触摸屏的优点，可以很好的满足用户车库控制的要求 。此系统选择了 PROFIBUS-DP 现场总线通信网络，且利用 CPU315-2DP 作为系统主站，触摸屏，输出输入单元和变频器当做通信网络的从站。系统以触摸屏进行交互操作，在车主控制下，实现车辆的存储目的。这种系统可以及时的更新车库状态信息，且通过变频器对载车板升降的速度进行控制；车库的输入输出设备 ET200M 上，将系统自工作过程中，可以将采集到的车库状态信号发送到 CPU，而实现一定的状态监控目的。PLC 通过扩展模块控制车库的换向机构，并通过电机对升降设备进行控制。主要是通过 STEP7 编程软件，来编写 PLC 系统硬件网
3、络的组态、同时对总线和 DP 主从站的参数进行了设置，主要有设备的站地址，通信协议等。同时还设计了变频器和 PLC 通信程序。通过 WinCC flexible 软件平台设计了触摸屏程序。在设计完系统总体结构和各个功能单元之后，本文仿真分析了设计的立体车库控制系统，给家分析结果进行了实验室实物调试。 调试结果表明，本系统设计结构合理、操作方便，存取车效率较高、系统开发的目标顺利实现。关键字：立体车库；触摸屏；PLC; 控制系统 论文类型：应用研究基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现IIAbstractWith the advancement of technology and the f
4、urther development of auto industry, the level of social productive forces increased significantly, car gradually became an integral vehicle of peoples daily life. Increased car bring many prominent social problems, one of which is the contradiction between the shortages of land resources and rapidl
5、y increasing number of cars more and more serious. Parking problems become prominent increasingly. Stereo garage came into being in the environment. The establishment of stereo garage is an effective measure to solve the parking problem in the city. Depending on the size of market demand, stereo gar
6、age needs to diversify to meet the needs of users at different levels, so in-depth study of stereo garage, design hardware reliability, control systems stability, HMI interface friendly, storage and retrieval operation of the stereo garage easily is a very meaningful work.This paper analyzes the bas
7、ic framework，structure and operation of the stereo garage, designs a stereo garage control system based on Siemens touch screen and PLC. The visibility of the touch screen and the stability of PLC meanwhile the compatibility between them are fully used in the control system. The whole control system
8、 apply PLC as core control equipment to control normal operation of the stereo garage, establishing a PROFEBUS-DP field bus communication networks, S7-300 series PLC CPU315-2DP as a master station of the communications network, touch screen MP270B，frequency converter MM440 and distribution type I/O
9、devices ET200M as slave stations of communication network. Touch screen is used for interface, completing storage and retrieval car with the help of owners operation, it real-time updates and display stereo garage status; through frequency converter to achieve the three-phase asynchronous motor spee
10、d control, controlling stereo garage lift speed of car carrier board; inputs and outputs in stereo garage are connected to distributed I/O devices ET200M. The garage state signal collected and control commands will be sent via the field bus to complete the exchange of information with the CPU. By ex
11、tension module CP341, PLC control the garage electronically commutated agencies, depending on requirement to transfer the motor power to lifting equipment of target car carrier board unit.Network hardware configuration of PLC system, user programs written and system programs called is done in Siemen
12、s programming software STEP 7. In the process of the hardware configuration, set the bus, DP master and slave station parameters, including the station address of each device, bus communication protocol, input and output device address. Meanwhile, in this paper, 基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现IIIa detailed de
13、sign of PLC control drive through the DP bus and PLC PtP communication program is designed. Human-machine interface programming software via WinCC flexible completed design, including touch screen and PLC connection, the screen, the connection variables.In this paper, the stereo garage control syste
14、m designed is simulated and debugged, and then conducted a laboratory kind debugging. The stereo garage control system designed structure reasonable, human-machine interface friendly，storage and retrieval car higher efficiency, system reliability, and it has a certain application value.Keywords: Ste
15、reo Garage; Touch Screen; PLC; Control System基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 立体车库的国内外研究现状和意义 .21.2.1 立体车库国外发展现状 .21.2.2 立体车库国内发展现状 .31.3 本文的研究内容和章节安排 .31.4 本章小节 .5第二章 立体车库结构组成及工作原理 .62.1 立体车库简介 .62.2 立体车库的结构组成 .62.3 立体车库的工作原理 .82.3.1 立体车库的控制原理 .82.3.2 立体车库的运行流程 .10
16、2.4 本章小节 .113 立体车库控制系统硬件设计 .123.1 控制系统总体方案 .123.2 PROFBUS 现场总线设计 .133.2.1 PROFBUS 结构和组成 .133.2.2 PROFIBUS 的协议结构 .143.2.3 PROFBUS 协议组成和接口 .153.2.4 PROFIBUS 接口连接 .153.3 控制系统的主要硬件设备 .163.3.1 PLC 及其模块的选择 .163.3.2 触摸屏的选择 .183.3.3 分布式 I/O 模块简介 .213.3.4 变频器 MM440 .22基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现I3.3.4 立体车库控制系统 PRO
17、F I BUS 网络组态 .233.4 控制电路设计 .243.4.1 载车板传感器位置设计 .243.4.2 变频调速设计 .263.4.3 PLC I/O 资源分配 .323.4.4 PLC 系统电路设计 .333.5 本章小节 .33第四章 立体车库控制系统软件设计 .344.1. PLC 和触摸屏编程软件简介 .344.1.1 PLC 编程软件简介 .344.1.2 触摸屏编程软件介绍 .354. 2 PLC 程序设计 .364.2.1 车库 PLC 控制系统的硬件组态 .364.2.2 PLC 控制流程设计 .394.2.3 PLC 和变频器通信设计 .394. 2.4 PLC 串口
18、程序设计 .404.3 触摸屏组态程序设计 .444.3.1 触摸屏和 PLC 的连接 .444.3.2 触摸屏画面的组态 .444.3.3 触摸屏变量的组态 .464.4 本章小节 .47第五章 立体车库控制系统调试 .485.1 系统模块化调试 .485.1.1 PLC 部分的模块化调试 .485.1.2 触摸屏部分的调试 .495.2 实验室实物调试 .505.2.1 实验室调试基本情况 .505.2.2 实验室调试 .515.3 调试结论与分析 .515.4 本章小节 .52结论与展望 .53基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现II致谢 .55参考文献 .56基于 plc 的立体
19、车库控制系统设计和实现01 绪论1.1 课题研究的背景随着经济和社会的迅速发展，我国汽车行业也开始进入高速发展阶段，私家车也开始在日常生活中得到广泛的应用。也有很多家庭开始出现多辆车。 以家庭为单位的私人汽车保有量开始呈现出不断增加的趋势。私家车作为对人们的生活也产生了多方面的影响。相关统计结果表明，截至 2013 年底， 我国汽车保有量为 1.2 亿辆，是 2003 年的十多倍。 最近两年，私家车市场的增速达到了年均 1400 多万辆，增长速度在迅速提高。十年前我国汽车保有量超过了 100 万辆的城市仅有北京市，十年后我国有将近 30 个城市的汽车超过了百万辆，有的发达大城市的汽车保有量都超
20、过了二百万辆。2013 年我国汽车销售量达到了 2100 万辆，居全世界第一 1。中国开始进入汽车社会，但和汽车相关的配套产业还没有来得及发展，比如我国的停车行业还处于初级 阶段，无法满足大量车辆的停放要求。此外交通堵塞问题也表现的很严重。目前在一些大城市，停车设备严重不足的问题开始明显的表现出来。停车位紧缺成为很多城市需要迫切解决的问。目前虽然有很逗城市管理部门在停车场所和停车管理方面进行了大量的投入，不过依然无法有效的满足市场需求，路边停车，绿化带停车的现象也屡见不鲜。为此一些学者对停车难的问题进行了研究，传统的方法就是建立大型 的地上停车场，不过在城市化高速发展的形势下，城市可用的土地资
21、源正在不断 的减少，而在车辆不断增加的形势下，城市中心、 住宅小区内建立地上停车场的方法的局限性开始表现出来 2。由于停车位 的供应量严重不足，很多城市的不能方便的停车，这也降低了人民的生活品质。在此形势下，建立立体车库的想法开始被提出来，立体车库因占地面积少， 可以高效的利用立体空间，在解决停车难和土地资源紧张矛盾方面意者明显的优势，且对推进城市现代化建设水平也有一定的帮助作用 3_4。立体车库目前己经开始在城市商业、娱乐中心附近大量修建，而随着私家车种类的不断增多，立体车库就需要满足不同人群的要求，且能根据市场的需求进行产品多样化拓展。立体车库在改善停车环境的同时，还存在一些问题需要解决，
22、主要如造价高、维护成本高操作复杂，不方便管理、，取车时间长等。这对其进一步发展应用造成了一定影响。这也影响了其在住宅小区、办公单位等场所的应用。为此就就需要建设一些维护运行成本小、高度可靠稳定的立体车库来满足此方面要求，为小面积停车场的发展提供支持可编程控制器使用一种应用范围很广的控制元件，其是装备自动化领域的关键设备，其主要的特点表现为简单、稳定、可靠，可以高效的控制，可以很好的满足自动控制相关的要基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现1求 5。PLC 已经在汽车装配、数控机床、机械加工，冶金钢铁等领域得到广泛应用，对现代设备自动化技术的发展起着很强的支撑作用 6。为了增加人机交互的友好
23、性，很多工控触摸屏也开始被研发出来，且在 PLC 控制中得到应用，可以很好的满足相应现场被控相关的要求。现场控制中，一般要求控制系统具有一定的人机界面功能，可以方便的进行人机信息交流，且通过触摸屏将各种系统信息显示出来，且接收相关指令并发送给可编程控制。触摸屏装置的可靠性和 PLC 的基本一致 7_8。变频调速技术已经广泛应用于交流电机转速的调节。在立体车 库中，应该控制载车板的空载满载运行速度不一致，以便提升取车效率。这可以通过变频器来调节电机转速实现，在大范 围内的功率和速度调节都要用到变频器。本文主要研究了应用于事业单位的一种垂直升降式立体车库，这车库的主要特点表现为制造方便，控制简单，
24、且存取车耗费时间短、人机交互操作也很容易可以很好打满足相应民众存车要求。在解决停车难问题方面有一定帮助作用。1.2 立体车库的国内外研究现状和意义1.2.1 立体车库国外发展现状立体车库最早是在产生于美国，1918 年在美国出现了全球第一个立体车库，随后其他国家也进行了立体车库的研究，如日本、 韩国、德国等，经过这些年的不断改进和完善，目前立体车库技术已经很成熟。由于立体车库的迅速发展，这些国家停车难的问题而已顺利解决，且开始将相关技术和设备输出到其他国家，目前日本和韩国是亚洲使用这种车库最多的国家9。欧洲国家国家则从上世纪六十年代开始进行这方面的研究，比如意大利 1967 年建立了Inter
25、park 立体车库，德国则则 1970 年建立了一个 Palis 立体车库。不过欧洲相对土地资源比较充足，其对立体车库的需求不是很高，且这种车库的建立和运行成本很高，因而欧洲国家主要选择了巷道堆垛式和多层升降横移式车库。德国的立体车库发展较为迅速，著名的厂商为 OTTO。对比可以看出，欧洲的巷道堆垛类停车设备技术相对发达 。日本研究立体车库的时间也较早，这主要和日本的技术先进，人口分布密集，相应的试产需求较大有关。此外日本的 汽车工业非常发达，这也为立体车库的发展起到了很多促进作用。日本从 1950 年起开始研究立体车库，目前已经积累了大量的立体车库相关 的经验，且从立体车库设备开发、制造相关
26、对企业也有二百多架。其中著名的如新明和、石川岛等。日本在机械停车泊位上的她投入也很大，相应 立体车库的品种也非常广泛，且产生了一些多样化的立体车库。此外很多相关立体车库管理体制、技术标准等也不断的被建立起来 。日本在多层垂直升降类、垂直循环类、简易升降类立体车库 技术方面积累了大量的经验。目前一些研究者开始进行相应竖式自 动立体车库（的研究。基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现2韩国的立体停车库相关研究也较早，不过和日本的技术存在一定的差异，其从上世纪八十年代开始引进外国的先进技术，其对引进的日本立体车库技术进行吸收和本土化改进之后，研发出一些新的立体车库。目前韩国制造立体车库的著名大公
27、司有现代集团、LG 公司，且这些公司生产的立体车库还出口到海外。这种车库可以高效的解决停车难的问题因而受到韩国各界的重视，各种机械停车设备也不断的被研发出来，且立体车库市场也从上世纪八十年代起开始迅速发展。目前韩国立体车库行业发展稳定，一些更先进的立体车库也不断的被研发出来。1.2.2 立体车库国内发展现状立体车库从上世纪八十年代起开始在我国出现，不过其后很长一段时间都发展较为缓慢，其原因主要为我国 汽车工业不发达，且当时汽车的保有量还不高，没有多少市场需求。到上世纪九十年代一些企业开始从国外引进和生产立体车库，经过这二十多年的发展，相关的技术依据很成熟。2003 年以来，在市场需求的大力推动
28、下，的我国机械式立体停车库的功能出现了明显的变化，很多现先进的立体车库也不断的被研发出来，且出现了明显的市场分化。目前国内有立体车库相关的生产厂家大约有二百家。其生产的立体车库产品类型丰富，与此相关的行业标准也被制定出来。立体车库在我国的发展历史还不长，不过由于我国人口众多，车辆保有量也在不断增加，因而很有必要研发出一种多功能立体车库。总体上看我国立体车库行业一直处于迅速发展状态。我国台湾省立体车库在发展过程中大量的引进了日本的技术，其很多配件而是采用日本的相。到七十年代，台湾开始引入日本双层式立体 车库，且在很多商业中心区得到应用。80年代以后，台湾自行研发的停车设备开始不断的增多去，相应的
29、技术含量也在不断的提升。与此同时很多相关 生产制造企业也加入到立体车库的制造中来，随着此类企业的增加，企业竞争也日趋明显，很多企业为了提高自身的竞争力，开始采用新技术来降低生产成本。到上世纪九十年代立体停车场协会开始成立，很多大型的停车设备公司也开始加入其中，主要的如台湾新明和、 盟立等。经过十多年的安放在，台湾的立体车库的类型也已经很多，其中主要如升降横移类、垂直升降类、平面移动类、和仓储类。且这些设备的技术都较为先进，综合应用了电子、光学、磁控多方面的技术， 也有的则选择了可编程控制和 总线控制技术;而在车库设计方面，则选择了模块化设计模式，这样产品的使用安装和维护的难度都显著的降低，能有
30、效的缩短施 工周期；同时加入了声光引导、定位装置，这其安全性也显著的提升。1.3 本文的研究内容和章节安排1 本文研究主要内容基于 plc 的立体车库控制系统设计和实现3本课题主要研究了一套立体车库，这种车库有着多方面的应用价值，其仅能使有限的土地面积上停放更多的车辆，且可以有效的减少车主在寻找车位消耗的时间，城市居民的生活品质，由于解决相应的乱停车、路边停车问题，对提升社会文明有着积极的意义。这种车库在建设中可以带动一批其他产业的兴起，对提升城市的交通状况都有多方面的意义。立体车库的控制系统有较高的科技含量，设计具有知识产权的产品，综合引进一些先进的设计理念和控制技术，在此基础上设计制作出出
31、高性能的立体车库，这是未来此方面的发展重点12。本文在研究过程中首先分析了国内外立体停车库发展现状，在分析这种系统需求基础上，具体设计和实现了此种车库。在研究过程中，选择了 S7-300PLC 作为立体车库的控制核心，而 MP270B 触摸屏则主要是进行相应的人机交互，而 MM440 变频器则主要是丢车库的升降速度进行调节。这种车库可以较好地满足维护成本低、存取车时间短、人机交互操作方便等方面的性能要求，同时还具有很高的存取安全性。系统中应用的 MP270B 触摸屏可以高效的进行人机交互，且和 PLC 可方便的组合起来。而 MM440 变频器的主要特性为调速方便，且稳定性高，方便控制13。这套
32、控制系统可以很好的满足 垂直升降式立体车库相关控制要求，在提升控制安全性方面有着重要的意义14。这种立体车库的研究有着多方面的意义，可有效的解决相应停车难问题，减少了停车和寻找车位的时间，且适当的减轻了城市 道路的交通压力，在促进城市现代化建设方面也有重要的意义。大力发展这种车库对提升我国装备制造业发展水平也有多方面的意义。2 本文章节结构安排本文主要是设计了一套垂直升降式立体停车库。在研究过程中先对立 体车库的框架、工作原理等进行分析之后，接着依据相关市场需要，而给出了这种车库控制系统的设计方案。也就是通过 PROFIBUS-DP 总线 进行网络控制，选择 S7-300PLC 主芯片作为系统 主站，触摸屏选择了 MP270B。系统性选择了 SIMATIC STEP7 软件进行网络组态。本文在研究过程中先分析了立体车库总体框架和工作原理，接着设计了其硬件系统，然后很对其相
