基于plc的立体车库控制系统设计和实现-毕业论文

基于plc的立体车库控制系统设计和实现摘 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AbstractWith the advancement of technology and the further 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 rapidly 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 garage 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 basic 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 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 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 speed 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 extension 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 Siemens 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, a detailed design 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 system 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: Stereo Garage; Touch Screen; PLC; Control SystemIII基于plc的立体车库控制系统设计和实现目 录摘 要IAbstractII1 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102.4 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 MM440223.3.4立体车库控制系统PROF 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致谢55参考文献56II基于plc的立体车库控制系统设计和实现1 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，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，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Interpark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。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，然后很对其相应的硬件单元而设计了PLC控制程序和组态程序，最后对其做了相应的调试，给出了调试结果。本文共分为五章，各章节的内容具体如下：第一章对这种车库的研究现状和意义进行了简要论述，对国外此方面的研究情况作了简要论述，分析了本文的研究意义，然后对本文的组织结构作了具体介绍。第二章对本系统的框架结构和工作流程进行了分析，讨论了这种控制系统的控制流程和工作原理。第三章设计了这种系统的框架结果和硬件单元，主要选择了系统的可编程逻辑控制器和触摸屏，进行了系统总线和控制系统设计。第四章设计了其软件单元，主要设计了系统的PLC和触摸屏软件，然后进行了相关程序组态。第五章对系统做了相应的调试，在实验室环境下进行实物测试，给出了调试结论。总结和展望 总结了全文的工作，分析了本系统的性能和不足之处，讨论了未来的改进方向。1.4 本章小节本章主要对立体车库的研究现状进行了论述，讨论了其研究意义，然后简要介绍了本文的主要研究内容和章节结构。4第二章 立体车库结构组成及工作原理2.1立体车库简介在经济发展和民众对交通出行要求不断提高的形势下，城市车辆在不断的增多。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。立体车库有很多种，可以依据不同的标准进行划分，比如依据其规模而分为小型、中型和大型车库，也可以依据结构而划分为机械式、自动式和半机械式三种，或者依据其运行原理而进一步划分为升降横移式、垂直循环式、平面移动式等几种类型15。具体分类如下所示16-17。其中升降横移式的主要特点为结构简单、且可以方便的控制操作，形式灵活多样、空间利用率高、也不需要消耗多少能量，其缺点表现为自动化 程度低。需要通过人工进行一些操作。而垂直升的特点为占地面积少，体积小，可以高效的建设，存车容量大，且智能化程度高，不会对环境产生明显的影响，存取车等待时间少，相应的建设成本也较高。巷道堆垛式车库的特点为可设置于地上或地下，这样空间利用效率显著的提升，且可实现多设备同时工作的目的，相应的车辆存取速度也可以达到较高水平，智能化程度高，但车库成本较高，有一定的应用局限性。本文主要设计了一套立体触摸屏升降式立体停车库。2.2立体车库的结构组成立体车库为对面双开结构，包括两排，中间为一个公共通道。通道 两面分A、B区，1区为1排，每区为总共设置 了18个停车位，车库框架立体结构具体如下图所示。其中设置了两个载车板单元高度的地坑，车库总体上划分为地上三层和地下两 层。车库每列为一个载车模块，存取车操作期间，同一列的三个载车板都会同时升降，且同相应车库结构框架顶部的电机来进行升降控制。载车板起初放置在地坑里，且其中的上层载车板和地面保持平衡，这样可以在载车板停止运行情况下，车库的结构框架不会受到重力影响，而停在三层 的车辆则可以不必经过载车板而直接驶入，有利于降低能耗和取车时间。车库地面1层停车载车板设置了档杆，在车主验证通过之后其会自动打开，车库载车板的结构情况具体如下图2.2。图2.1车库框架立体结构视图图2.2单列的车库载车板布置图车库每区总共有3列，且这三列组成了一个单元，本车库包括四个单元。且各单元保持一定的独立性，且其中给一个单元的故障，对其他单元正常操作不会产生影响。这种设计模式可以更好的零系统资源。各单元通过交流电机进行运动操作。而三列载车板之间的驱动系统主要是通过换向机构进行控制，不相同用到的换向机构组成相对复杂，具体情况如下图。1转轴2步逬电机3 导柱 4齿轮机构5主电机! 6 离合器7变速箱7894568主动齿轮9 牵引轮10 限位开关图2.3 车库基本工原理图 2.3立体车库的工作原理2.3.1立体车库的控制原理这种车库的控制系统结构框具体见图2.5，分析可以看出，本系统的组成较为复杂，主要包括监控计算机、摄像头、打印机、可编程控制器，PROFIBUS-DP触摸屏。输入输出设备，接近开关等。可以依据这些单元的功能，而将系统总体上划分为监控层、控制层和执行层18。各层之间通过相应的数据传输协议来通信。图 2.4 立体车库的控制系统框图监控层中的设备主要包括监控计算机、触摸鮮、摄像头等几个组成部分本系统的监控层选择了工业计算机，其可以通过MPI协议和可编程控制器进行数据通信。触摸屏程序主要选择了SIMATIC Win CC flexible2008软件进行设计。且通过现场总线PROFIBUS-DP与可编程控制器进行指令交换。监控过程中，摄像头将采集的相关数据显示在监控设备上，管理也可以依据监控信息进行相应控制。监控计算机安装在监控室，可以通过其进行相关管理操作；触摸屏 安装在车库入口，可以利用其进行相应的交互操作。监控计算机在系统运行过程中，主要是对车库的整体运行情况进行监控，将全部存取车的流程显示出来，主要有相应电机、指示灯的状态等信息。触摸屏可以在一定的人机交互基础上，对车辆的存取过程中进行控制19_21。控制层主要是选择了西门子的可编程控制器S7-300，还包括相应分布式I/O 设备。控制层是本系统的主要组成部分，其和系统功能的实现有着密切的关系。在工作过程中可编程控制器可以接收相应设备的输入信号，在处理之后发送控制命令而实现一定的功能操作。可编程控制器和触摸屏通过总线进行数据传输，而监控层可以将相应检测数据发送到控制层，为系统控制提供一定的支持作用。执行层是控制系统的末端设施，其主要接收系统的命令，然后执行具体的动作， 执行层中的设备主要变频器、电机、和传感器等，其中伺服电机是最主要的执行器件22。2.3.2立体车库的运行流程这种车库在运行过程中，为了提高车库的自动化程度、提高其管理效率，且更好都满足相应的工作要求，车库设计了在线和离线工作模式。可以通过监控计算机对工作模式进行设定。 车库在线运行状况下，管理员也可对运行模式进行控制和调节。系统在运行过程中可以注册新卡/用户，对原有的用户信息进行注销，更改其中的信息。管理员在管理过程中，可以对发送指令给现场控制器，后者在收到指令之后将其在监控软件上刷新显示。如果处于在线状态，则可以通过密码进行相应的操作。而在离线模式下，监控计算机则不必通过管理员进行监控，主要是通过相应组态软件进行控制。这种模式下，车车辆的正常存取不会受到影响，车主在触摸屏命令控制模式下进行相应 取车过操作，不过无法进行临时停车。车主的身份在验证时，主要是通过输入用户名和刷卡方式进行。而在验证之前车主应该先进行注册，也就是注册新用户，且在其中设置相关参数。在一定的有效期内，注册用户可以通过刷卡或者输入用户名的方式进行取车操作。正常情况下车主存取车时主要是通过刷卡而完成验证操作。而用户名验证的主要目的是防止车主忘带卡时无法存取车。其可以为固定卡刷卡存取车提供一定的补充作用。固定卡用户应该在办卡时向其中缴纳一定的费用，而在其后的停车过程中可以直接扣费，这样可以有效地节约停车时间。若为临时用户停车，主要是通过 人机交互系统实现，车主在触摸屏上按键申请存车，监控计算机是接收到请求之后，判断剩余车位情况，并确定是否发放临时卡。在车位充足情况下，可以发出存车卡，在存车之后，管理系统开 始计时，依据存车时间确定出存车费用。存取车辆过程中需要对车主的身份进行验证，不同用户的验证方式不同。固定卡用户存取车过程具体如下。存取车前，载车板模块停在地坑底部，而车辆驾驶到人机交互系统前， 埋在地面下的传感器线圈接通，然后车主进行刷卡而验证身份，在验证通过后在触摸屏上选择空位，而对应选中的载车板会闪烁，而相应 信号也发送到PLC控制系统，后者将载车板运行到目标位置。之后车库大门大门打开，车辆经过挡车杆时，其正下方的地感线圈接通，车辆离开后，挡 车杆自动降落。之后汽车进入车库，与此同时相应的目标载车板运行到合理位置处，且档杆的提示灯也开始闪烁，提醒车主停车位置。车主加将车按规定停好之后，按下停车完成键，载车板状体恢复，其他单元也复位。而在取车操作时，车主选择刷卡取车，在运行通过之后，载 车板运行到目标位置处，车库档杆打开，然后就可以将车开走。整在此操作过程中全部的信息都是通过计算机软件归档。在线存车流程具体见下图所示。图2.5用户在线存取车流程2.4 本章小节本章主要对立体车库的结构和工作原理进行了就要论述，分析了其控制流程和工作原理，为后文的系统软硬件设计提供支持作用。103立体车库控制系统硬件设计 3.1控制系统总体方案车库的性能和其控制系统性能有着密切的关系，这种车库控制系统主要作用是确保相应车库档杆开闭、地感开关等可以正常工作，且换向 机构、指示灯等的都可靠运行，而不出现故障。且在此基础上对整个立体车库的运行情况进行控制，且实现相应成车库存取车的功能。车库控制系统的类型有很多，主要如继电器控制、単片机控制和PLC控制模式，其各有一定的优缺点，其中第三种控制模式的控制精度高，可靠性强，且有很高的抗干扰能力、使用维护也很方便，可以方便的和其他单元连接。因而PLC控制技术在各种控制领域有着广泛的应用，本文设计过程中，考虑到立体车库的工作特点，而选择了PLC 控制系统。人机交互系统主要是进行相应人和设备的对话，其上一般设置了系统操作界面，也就是显示层，其是车库控制系统的重要单元，在人和车库 的交互中起着重要的作用。人机交互系统设备在工作过程中应该和相应现场设备进行交互才可以满足相应控制要求，为此就要求其具有较高的兼容性，且稳定性较高。工控触摸屏和PLC可以高效的兼容，且相应的通信也很容易进行，利用总线就就可以高效的进行不用设备之间的通信操作，因而本文选择了工控触摸屏来进行人机交互。此系统的硬件部分主要有PLC核心控制模块、触摸屏，输入输出模块、速度调节模块。此系统相应的控制框图具体如下图3.1 。图3.1 PLC现场控制系统系统框图在设计此系统过程中，选择了西门子S7-300可编程控器，而处理器为315-2DP，人机交互单元选择了交互性能很强的 MP270B工控触摸屏，提升选择了可靠性高，功能而丰富的MM440变频器。此系统中的输出点较多，主要包括继电器、接触器等，而相应的输入点则包括传感器、控制按钮、感应线圈等。这些和机架的距离较远，接线的难度较大，且输入输出单元和ET200M和可编程控制器的距离较远。车库运行期间，可以通过可编程控制器的串口模块控制刷卡、语音数输出单元等。而串口模块则选择了扩展模块CP341。 车库外的输入单元则连接在I/O扩展模块SM321 上。在控制过程中，为了满足相应方便、简洁的控制要求，且提高相应设备的控制便利性，此系统的现场总线选择了PROFIBUS-DP。而总线主站则选择LC CPU315-DP，而从站则包括触摸屏MP270B、MM440变频器等几部分，此现场总线网络包含了一个主站和一个触摸屏MP270B从站，变频器为四个，而相应输入输出单元为两个。主从站在网络中通过唯一的站地址进行标识，对不同的设备进行区分。根据功能的差异，而将系统总体上划分为多个层次，主要包括监控层、 控制层和执行层等。3.2 PROFBUS现场总线设计3.2.1 PROFBUS结构和组成目前在现场总线通信中，经常用到ROFIBUS现场总线，这种总线的主要特征表现为不依赖厂家，且有很高的开放性，且具有简洁、高速、稳定。、安全等方面的优点。其在很多自动化设备中都有一定应用。这种总线符合IEC61158标准，可以较好的满足自动控制设备的通信要求。此总线的适用范围广，可以通过其建立起复杂的工业控制网络。其应用领域较广，在车间级控制器网中有广泛应用，且在控制器和与管理计算机的通信链接也有应用；此外在一些生产线内部的现场总线网中也有应用，PLC与各种驱动设备的连接中都可用到。此外其还可以进行实现相应自动化设备中压力、温度等相关信号的传输功能。PROFIBUS可选择多种类型的通信介质，其对应的传输速率可以高达13Mbit/s，可以较好地满足大量数据的传输要求。而DP从站的相关数据传输一般不可超过244B。如果选择双绞线进行通信，则相应的通信距离不超过9.6km情况下，最大可以 接127个从站24。这种总线的数据存取中，应该依据如下原则：各主站之间通过令牌环 网进行相应的交换，在此交换网中，从站只能接收下心，且执行命令操作，而不可发送命令，而其中的各个主站都有相应控制的从站，且不可对其他的从站进行控制，但 可以读取其他从站的数据。PROFIBUS通信协议可以具体划分为三部分，也就是PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS，其中重要的一部分为PROFIBUS-FMS，其在通信过程最后那个，发挥了一定控制的作用25。在控制系统中，也可以依据相应的控制要求而选择设三部分中的一个或者几个，以下对其进行具体介绍。PROFIBUS-DP为分布式外设现场总线标准，其可以为可编程控制器和远程I/O的连接提供支持，此外在可编程控制器和各种驱动装置进行通信时，也用到此标准。此外其也用于PLC与外部控制设备的数据传输，而对比可以看出，其在PROFIBUS中的应用频率最高。此标准的通信控制性能和对应的DP版本存在一定的相关性，在不断的也改进和完善中，其目前已经出现三个版本，且应用领域也在不断的扩大26。PROFIBUS-PA为过程自动化现场总线标准，在集散控制过程中中有着广泛的应用，此外其也为相关压 力、温度等控制设备的通信提供支持，可以通过其组建对应的生产线网络系统。PROFIBUS-FMS为车间监控现场总线标准，其可以为车间内的主从站数据交互提供支持，对各种制造商相应的设备都有一定的支持性。其主要的优点表现为相应FMS协议传输数据可以方便不的转换为相应终端设备对应格式。3.2. 2 PROFIBUS的协议结构依据对应OSI参考模型，在系统总线数据传输过程中，相应总线的存取控制、报文处理等都在数据链路层中进行，而不同的系统总线多选择了相同的总线存取协议。PROFIBUS协议可以很好的满足相应标准化的要求，其具体情况见图3.2。此协议选择了 ISO/OSI为参考模型的相应层次，且添加了相应的用户层。模型中的第36层没有用到，不过这些层中的重要功能都集成在低层接口中27。这样相应些的结构得以显著的简化，提高数据传输效率， 且可以较好的满足相应控制精度的要求。用户FMS行规1rv DP行规vPA行规DP扩展DP基本功能应用层7现场总线数据链路FMS未使用3-6未使用数据链路层2现场总线数据链路FDLIEC 接口物理层1RS485/光纤RS485/光纤IEC1158-2图3.2 PROFIBUS协议结构3. 2.3 PROFBUS协议组成和接口PROFIBUS网络系统的组成结构较为复杂，主要包括生站、从站、网络部件等几个组成部分，以下进行具体论述。主站是这种网络系统中的关键控制器，在总线通信过程中，需要其提供一定的控制功能，而主站也可以和其他各个从站进行相应数据交换，且读取从站工作信息，或者向其中发送相应指令。在各种协议结构下，系统都应设置一定的主站系统。从站在这种系统系统中主要进行数据交换、对信号的输入输入进行控制，从站有很多种，具体如输入输出单元，控制设备，或者系统界面等，从 站配合主站进行相应的信号采集和控制，且还可以接受主站的控制28。网络部件在此种网络中主要进行相应信号传输、网络连接等相关的操作，与此相关的单元主要有，通信媒介、网络转换器等。网络工具主要是进行这种网络的配置和诊断的相关软硬件总和，在相应软件的安装与调试过程中要用到网络工具。3.2.4 PROFIBUS 接口连接各种类型的通信处理器，这种网络总线的硬件接线方式存在明显的差异，可以通过标准RS-485接口进行连接，也可以通过连接器而专门的连接。表3.1 PROFIBUS总线连接针脚功能脚#信号代码作用与功能1Shield屏蔽连接2M24DC24V接地端3B (RXD+/TXD+)数据线正端4RST发送请求5GND5V地6+5VDC5V输出7+24VDC24V输出8A (RXD-/TXD-)数据线负端9NC未定义此总线连接器在RS-485端的各个引脚的功能具体如上图所示，不同类型网络总线连接器的外观存在一定的差异，但相应的内部结构和功能基本相同，具体情况见图3.3 。连接器的连接端A和B和网络节点保持连接。而相应双绞线则大部分为红绿两根信号线，红线为B线，这两种颜色的线不可以接反，且应该保证屏蔽层可靠接地。两只设定开关则主要是对电阻的连接转换进行控制。而对起始两端连接器，应该打开开关，以便接入相应的终端电阻。而中间的连接器则可不比接入终端电阻，并关闭开关。TxD/RxD+TxD/RxD-屏蔽鑛TxD/RxD+TxD/RxD-胂蔽鐵BABARS-485插脚685幵艽位置=OFF 接通终獅備置图3.3 PROFIBUS终端电阻的连接3.3控制系统的主要硬件设备3.3.1 PLC及其模块的选择可编程控制器属于一种常见的控制单元，经过不断地改进和完善，其目前性能已经很强大，在工业控制领域有着广泛的应用。PLC型号不同，则相应的性能指标存在较大的差异，而相应的应用场合与适用人群也有明显的差异。因此，设计初期选型阶段合理选用PLC，可以非常有效地提高PLC控制系 统的技术经济指标。PLC在选择时，主要是考虑其相应的机型、I/O模块、通信性能等。在选择时首先应该考虑满足相关功能要求，且性能要求，如可靠性，维护性，和经济性等都满足要求，且对应的性价比也达到较高水平。在设计时还应该考虑到未来的系统升级和改进相关要求，具有一定的冗余空间，以便在系统需求出现变换情况下，可以通过扩展而满足应用要求。立体车库控制系统中，可编程控制器应该和触摸屏保持同步，此控制器主要是对数字量输入输出，变频器的输出和串口的输出进行控制。而且在控制过程中还应该和相应上位机进行通信。为满足这些功能要求，需要此可编程控制器的功能强大，本文在选择可编程控制器时，综合对比了欧姆龙、三菱、台达等公司的产品，综合考虑相应通用性、可靠性等方面的要求，而选择了西门子公司的。此公司的可编程控制器主要有小型机、中型机和大型机几种，而各型号中也包含多种配置的CPU。这种控制器在选择 CPU之后可进一步确定出对应模块，然后依据相应安装整齐、I/O点选型自由，调试和使用方便等相关要求，而最终选择了西门子的CPU315-2DP处理器。以下对这种控制器的相关情况进行具体论述。S7-300是西门子公司的一种中型控制器，其可以满足中等规模控制要求，且选可以根据需要而进行相应的扩展，；此外其还具有很强的通信功能，可以较好的满足相应系统控制要求。S7-300主要包括电源模块，接口模块，中央处理器、通信模块等几个单元。其中信号模块插槽可以插入数字和模拟量I/O模块，这样可以起到相应数据传输的目的，为系统功能的实现提供一定支持作用，。在设计时可依据相应功能需要进行选择，各种模块主要是通过背板电缆连接起来，组成一个整体29。(1)此控制系统中的模块主要如下；1）电源模块此模块可以将交流电转换为直流电，其为可编程中控制器和传感器等供电。目前大部分可编程控制器选择了开关式稳压电 源，这类电源的稳