基于PROFIBUS的電梯式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

白 金

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

基于PROFIBUS的電梯式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

白 金

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

為了提高立體車庫(kù)的穩(wěn)定性和停車效率，文章提出了一種通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信的電梯式立體車庫(kù)設(shè)計(jì)，主要針對(duì)電梯式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，介紹了電梯式立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)和原理，立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)以及主從站的PROFIBUS通信系統(tǒng)。

電梯式立體車庫(kù)；PROFIBUS；PLC

隨著人們生活水平的提高，私家車越來(lái)越多，而土地資源卻是有限的，因此立體車庫(kù)越來(lái)越多的出現(xiàn)在擁擠的城市中心和繁華的住宅小區(qū)內(nèi)，立體車庫(kù)最大的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約用地、最大限度地利用空間，有效提高車位利用率，這是解決城市用地緊張、緩解停車難的一個(gè)有效手段[1]。本文所研究的電梯式立體車庫(kù)，占地面積較小，資源利用率較高，是目前較為先進(jìn)的一種立體車庫(kù)設(shè)計(jì)方案。

1 電梯式立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)和原理

本文所研究的立體車庫(kù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象為四層八車位立體車庫(kù)，實(shí)際使用時(shí)，立體車庫(kù)產(chǎn)品可以縱橫擴(kuò)展層數(shù)和車位數(shù)[2]。圖1為電梯式立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)立體車庫(kù)位于電梯塔樓內(nèi)，塔樓兩側(cè)設(shè)置停車位，每一層都裝有載車板，電梯升降臺(tái)在井道里上下運(yùn)行，將車運(yùn)輸?shù)街付ǖ膶訑?shù)，通過(guò)橫移電機(jī)將車裝入每一層的載車板，立體車庫(kù)的控制室位于塔樓頂部，對(duì)整個(gè)立體車庫(kù)系統(tǒng)起到控制作用[3]。

整個(gè)系統(tǒng)由機(jī)械傳動(dòng)裝置、電氣傳動(dòng)和控制裝置以及各種傳感器構(gòu)成。本文所研究的電梯式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象為升降臺(tái)電機(jī)、升降橫移電機(jī)等，通過(guò)主站控制器S7-300PLC及從站控制器S7-200對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)的輸入設(shè)備包括各種傳感器，如：光電傳感器、壓力傳感器、接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等設(shè)備。存取車時(shí)，用戶按存車按鈕，若觸摸屏顯示有車位，則允許將車開(kāi)入升降臺(tái)上的載車板，用戶下車后，按下存車開(kāi)始按鈕，升降臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，載車板上移，到相應(yīng)位置，傳感器動(dòng)作，橫移電機(jī)動(dòng)作，將車送入相應(yīng)的空車位，載車板電機(jī)反轉(zhuǎn)，回到原位，一個(gè)存車周期結(jié)束。

圖1 立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電梯式立體車庫(kù)系統(tǒng)硬件構(gòu)成

整個(gè)系統(tǒng)分為兩層，上層是上位監(jiān)控系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和顯示，車庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)視，運(yùn)行故障的監(jiān)視。下層是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備層，由主站S7-300和從站S7-200控制器構(gòu)成，控制器接收各類檢測(cè)傳感器的信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備升降臺(tái)電機(jī)及橫移電機(jī)進(jìn)行控制，完成車輛的存取控制、車輛出入口的檢測(cè)、車位是否有車的檢測(cè)等任務(wù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

圖2 立體車庫(kù)系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2.2 主站S7-300PLC硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在4層8車位電梯式立體車庫(kù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，選取西門子S7-300 CPU314C-2DP PLC作為控制系統(tǒng)主站[4]，該P(yáng)LC是緊湊型 CPU，適合安裝在分布式結(jié)構(gòu)中，也適用于中等規(guī)模的應(yīng)用。集成的數(shù)字量和模擬量 I/O可直接與過(guò)程連接，PROFIBUS DP主站/從站接口允許連接獨(dú)立的 I/O單元。因此，CPU 314C-2 DP既可以用作本地單元進(jìn)行快速預(yù)處理，也可以用作帶從屬現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的一個(gè)高級(jí)控制?，F(xiàn)場(chǎng)的光電傳感器、霍爾傳感器、接近開(kāi)關(guān)等輸入設(shè)備直接與S7-300PLC進(jìn)行連接，并通過(guò)其輸入接口控制變頻器進(jìn)而控制升降電機(jī)和橫移電機(jī)，它所具備的DP通信接口可以與S7-200PLC的EM277 DP通信模塊連接，與現(xiàn)場(chǎng)的與用戶連接的接口IC讀卡器、存取按鈕、觸摸屏等裝置通過(guò)PROFIBUS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

2.3 從站S7-200PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從站選用S7-200 CPU226PLC是西門子小型PLC，它有40個(gè)I/O接口，其中24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。該系統(tǒng)中存取車按鈕、IC卡讀取裝置以及觸摸屏顯示裝置都直接與S7-200連接，S7-200通過(guò)PPI電纜直接與觸摸屏連接，顯示車位空滿信息、樓層信息、存取按鈕信息等。S7-200作為數(shù)據(jù)處理的中轉(zhuǎn)站，CPU226PLC通過(guò)EM277模塊與PROFIBUS總線連接，通過(guò)PROFIBUS總線，讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的信息等，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送入主站S7-300進(jìn)行處理。主從站的硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3 主從站組態(tài)

2.4 從站變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了使立體車庫(kù)的升降電機(jī)和橫移電機(jī)更加穩(wěn)定的運(yùn)行，本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速，變頻調(diào)速可以使得電機(jī)的運(yùn)行速度更加平穩(wěn)，并且在節(jié)能方面有很大的優(yōu)勢(shì)。本文采用西門子M440變頻器，該變頻器在控制升降電機(jī)和橫移電機(jī)時(shí)，通過(guò)對(duì)電機(jī)控制參數(shù)的設(shè)置，可以使得電機(jī)運(yùn)行時(shí)保持較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小啟動(dòng)電流，使得對(duì)車的傳送更加平穩(wěn)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主站軟件設(shè)計(jì)流程

圖4 主站軟件設(shè)計(jì)流程圖

S7-300主站程序采用結(jié)構(gòu)化程序編寫，主要完成入口車輛的檢測(cè)、車輛的存取、對(duì)變頻器的控制，系統(tǒng)緊急停止、報(bào)警、和通信等任務(wù)。其中OB100為初始化程序塊，主要完成系統(tǒng)的初始化復(fù)位工作。OB1為主程序主要完成通信檢測(cè)、子程序的調(diào)用等任務(wù)。DB1—DB4存放第一層到第四層車位的信息。FB1功能塊為升降電機(jī)的運(yùn)行程序，F(xiàn)B2為橫移電機(jī)運(yùn)行程，F(xiàn)B3為入口車輛檢測(cè)程序，F(xiàn)B4主要存放變頻器相關(guān)程序。

3.2 主從站PROFIBUS通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主站通過(guò)CPU314-2DP的DP通信接口與從站的EM277模塊的DP接口連接。從站主要完成采集旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)信號(hào)，存入相應(yīng)存儲(chǔ)器，并通過(guò)PROFIBUS總線傳送給S7-300進(jìn)行處理。連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸入的存取車信號(hào)。連接現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏，觸摸屏和S7-200之間是通過(guò)PPI協(xié)議進(jìn)行通信，可以監(jiān)控S7-200采集到的編碼器計(jì)數(shù)信號(hào)、存取車信號(hào)以及車位是否空閑信號(hào)。從站主要起到收集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并與S7-300進(jìn)行通信的作用，是系統(tǒng)的信號(hào)中轉(zhuǎn)站。通信時(shí)，需要在EM277模塊上設(shè)置主站已經(jīng)定義的PROFIBUS-DP的地址。將主站S7-300的數(shù)據(jù)接收區(qū)設(shè)置為IB40和IB41，發(fā)送區(qū)地址設(shè)置為QB40和 QB41，S7-200的數(shù)據(jù)接收區(qū)定義為VB200，VB201，發(fā)送區(qū)地址設(shè)置為VB203和VB204，則可在S7-300和S7-200相應(yīng)的地址區(qū)傳送數(shù)據(jù)[5]，主站和從站數(shù)據(jù)交換如圖5所示。

圖5 主從站通信數(shù)據(jù)交換

4 上位監(jiān)控系統(tǒng)WINCC的設(shè)置

上位監(jiān)控系統(tǒng)主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)將WINCC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和S7-300的相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)連接，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。WINCC系統(tǒng)變量中變量類型IN用來(lái)從S7-300中讀取數(shù)據(jù)，OUT變量用于將WINCC中的變量寫入S7-300,IN和OUT存儲(chǔ)區(qū)與S7-300的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)一一對(duì)應(yīng)。

5 驗(yàn)證及總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，可以準(zhǔn)確進(jìn)行車輛的存取，其存取過(guò)程安全可靠。將PROFIBUS控制系統(tǒng)應(yīng)用于立體車庫(kù)的控制，用S7-300作為控制系統(tǒng)的主站，S7-200作為控制系統(tǒng)的從站，通過(guò)主站和從站的通信，來(lái)完成整個(gè)電梯式立體車庫(kù)的控制，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)提高了車庫(kù)運(yùn)行的效率，有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1]唐濟(jì)揚(yáng).現(xiàn)場(chǎng)總線與工廠底層自動(dòng)化及信息集成技術(shù)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2000，（3）:14-18.

[2]邢君平.基于PROFIBUS的智能電梯式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].保定學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，（2）:75-76.

[3]FINTZEL K，BENDAHAN R，VESTRI C，et al.3D Parking Assistant System[J].2004 IEEE Intelligent Vehicles Symposium，2004.

[4]CHOU L D， SHEU C C，CHAN H W.Design and prototype implementation of a novel automatic vehicle parking system[J].2006 International Conference on Hybrid Information Technology，2006.

[5]劉曉娟，潘宏俠.垂直升降式立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，（5）:48-50.

THE DESIGN OF THE CONTROL SYSTEM OF ELEVATOR-TYPE STEREO GARAGES BASED ON PROFIBUS

BAI Jin
（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering， Wuhu Anhui 241000）

In order to improve the stability of the stereo garages and parking efficiency,this paper proposes a kind of elevatortype stereo garages through PROFIBUS field bus communication.Focusing on the research of control system,the thesis also introduces the structure and principle of elevator-type stereo garages,the composition of the control system of stereo garages,hardware design,software design and the PROFIBUS communication system of master-slave station.

Elevator-type stereo garages； PROFIBUS； PLC

TP273

A

：1672-2868（2017）03-0104-04

責(zé)任編輯：陳小舉

2017-04-14

白金（1981-），女，甘肅金昌人。安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，講師。研究方向：電氣自動(dòng)化。