立體車庫總體設(shè)計(jì)

PAGEI摘要立體車庫最早誕生在國外，是國外大多數(shù)國家用以停車的一種高科技智能式立體停車場，具有很多的優(yōu)點(diǎn)。針對我國城市存在的停車問題，修建立體車庫是目前解決此問題的一個最有效方法。但國內(nèi)的立體車庫在控制系統(tǒng)和性能方面有很多的不足，其控制速率較為緩慢，且不利于用戶的操作。因此，設(shè)計(jì)出既能提高存取車速率、減少用戶操作時間，又能方便操作管理的立體車庫，對立體車庫的發(fā)展有重大意義。為有效解決上述問題，不僅需要從控制車位數(shù)量、提高停車空間的利用率等方面改進(jìn)，還需要有先進(jìn)的控制系統(tǒng)和監(jiān)控畫面設(shè)備來進(jìn)行管理操作。本文的設(shè)計(jì)立體車庫，其主要控制硬件采用了先進(jìn)的可編程控制器(PLC)，監(jiān)控畫面采用了最新的MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行畫面操作與管理。并用基于PLCS7-300的編程軟件編寫程序和進(jìn)行仿真模擬，通過上位機(jī)與下位機(jī)的配合控制，實(shí)現(xiàn)車位在空間位置上的變動，使車庫具有自動化控制能力。經(jīng)設(shè)計(jì)與調(diào)試后，本文設(shè)計(jì)的立體車庫控制系統(tǒng)控制性能強(qiáng)、操作簡單，能滿足人們存取車的基本需求。這不僅有利于當(dāng)前社會交通建設(shè)的發(fā)展，也為今后立體車庫多方向的發(fā)展提供了一個有效的參考。關(guān)鍵詞：立體車庫；可編程控制器；MCGS；S7-300AbstractThestereogaragewasfirstborninforeigncountries.Itisahigh-techintelligentstereoparkinglotusedforparkinginmostcountries.Ithasmanyadvantages.BuildingastereogarageisthemosteffectivewaytosolvetheproblemofparkinginChina'scities.However,thedomesticstereogaragehasmanyshortcomingsinthecontrolsystemandperformance,anditscontrolrateisslow,whichisnotconducivetotheuser'soperation.Therefore,designingastereogaragethatcanimprovetheaccessspeed,reducetheuser'soperationtime,andfacilitateoperationandmanagementisofgreatsignificancetothedevelopmentofthestereogarage.Inordertoeffectivelysolvetheaboveproblems,itisnotonlynecessarytoimprovethenumberofparkingspacesandimprovetheutilizationofparkingspace,butalsorequiresadvancedcontrolsystemsandmonitoringscreendevicesformanagementoperations.Thedesignofthestereogarageinthispaper,themaincontrolhardwareusesadvancedprogrammableLogiccontroller(PLC),themonitoringscreenusesthelatestMCGSconfigurationsoftwareforscreenoperationandmanagement.TheprogrammingprogrambasedonPLCS7-300isusedtowritetheprogramandsimulatethesimulation.Throughthecooperationcontrolbetweentheuppercomputerandthelowercomputer,theparkingspaceischangedinthespaceposition,sothatthegaragehastheautomaticcontrolability.Afterdesignanddebugging,thestereogaragecontrolsystemdesignedinthispaperhasstrongcontrolperformanceandsimpleoperation,whichcanmeetthebasicneedsofpeopletoaccessthecar.Thisisnotonlyconducivetothedevelopmentofcurrentsocialtransportationconstruction,butalsoprovidesaneffectivereferenceforthedevelopmentofmulti-directionalgaragesinthefuture.

Keywords:StereoGarage;ProgrammableLogicController；MCGS；S7-300

PAGEI目錄1緒論 11.1課題研究的背景和意義 11.2立體車庫國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 21.2.1立體車庫國外發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.2立體車庫國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 31.2.3立體車庫的發(fā)展趨勢 41.3立體車庫的分類 41.4本文主要研究內(nèi)容 82立體車庫總體設(shè)計(jì) 102.1立體車庫的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 102.2立體車庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 102.3立體車庫工作流程 112.3.1存車過程 112.3.2取車過程 122.4本章小結(jié) 123立體車庫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 133.1硬件選型 133.1.1PLC選型 133.1.2檢測部件的選擇 143.1.3驅(qū)動電機(jī)的選擇 143.1.4變頻器的選擇 163.2系統(tǒng)硬件的通信 173.2.1上位機(jī)與下位機(jī)通信 173.2.2下位機(jī)與變頻器的通信 183.2.3下位機(jī)與編碼器的通信 193.3本章小結(jié) 194立體車庫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 204.1PLC接口分配 204.2PLC接線設(shè)計(jì) 214.3PLC程序設(shè)計(jì) 224.3.1參數(shù)設(shè)置 224.3.2程序編寫 234.4PLC仿真運(yùn)行 244.5組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 254.6調(diào)試結(jié)果分析 274.7本章小結(jié) 275結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29PAGE211緒論1.1課題研究的背景和意義隨著我國城市化建設(shè)的高速發(fā)展和城市人口數(shù)量的增加，城市建設(shè)和交通建設(shè)的矛盾越發(fā)地明顯，尤其是城區(qū)內(nèi)找不到停車位的問題最為嚴(yán)重。中國擁有龐大的機(jī)動車數(shù)量，其機(jī)動車數(shù)量增長速率已位居世界前列，并且增長速率還在不斷上升中。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，進(jìn)五年來我國機(jī)動車保有量持續(xù)上升，如圖1-1所示。到2018年全國小型載客汽車和家用汽車的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到3.9億輛，比2017年增加4000萬輛，增長了10.26%。圖1-1近五年汽車保有量情況機(jī)動車數(shù)量的增加不但引起了停車?yán)щy、交通擁堵等一系列問題，還嚴(yán)重阻礙了我國城市建設(shè)的發(fā)展。機(jī)動車數(shù)量的激增的同時也產(chǎn)生許多問題，如汽車停泊困難，交通阻塞等。我國人口較多，停車行業(yè)也還處于初級階段，即使有更多更大的停車場，沒有科學(xué)的設(shè)置和管理，也難以滿足大量車輛的停放要求。在一些大城市，土地資源越來越來緊張，由于停車設(shè)備的嚴(yán)重不足，路邊停車，綠化帶停車的現(xiàn)象時有發(fā)生，給城市交通管理帶來了巨大麻煩。停車位緊缺是城市交通建設(shè)急需解決的問題。雖然國家在停車場所和停車管理方面進(jìn)行了大量的投入，但由于人們早期對停車需求認(rèn)識不足，在城市規(guī)劃時對停車設(shè)施考慮不夠，多為簡單的平面式停車場，停車泊位的現(xiàn)狀和規(guī)模都已無法滿足當(dāng)今社會的需求[1]?；谶@一社會形勢，立體車庫這一新型停車庫應(yīng)時而生。立體車庫是一種放置車輛的機(jī)械式儲運(yùn)設(shè)備，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)搭建的主機(jī)架配以電氣控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)出車庫車輛停放的自動控制。與傳統(tǒng)的停車庫相比，立體車庫有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢，有自動化智能控制、土地及資源利用率高、占地面積小、車位多等特點(diǎn)[1]。立體車庫的產(chǎn)生，可以大大提高空間利用率，在處理停車難和土地資源緊張等問題上有著顯著的優(yōu)勢，對推動我過城市現(xiàn)代化建設(shè)也有很大的幫助作用。也對進(jìn)一步推動車庫行業(yè)的發(fā)展，滿足人們對高品質(zhì)生活水平的追求，也有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。1.2立體車庫國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀1.2.1立體車庫國外發(fā)展現(xiàn)狀立體車庫最早起出現(xiàn)在歐洲。20世紀(jì)時歐洲工業(yè)的繁榮發(fā)展帶動了汽車行業(yè)的進(jìn)步，也因此誕生了最原始的立體車庫。立體車庫的發(fā)展在歐洲已經(jīng)有60多年，歐洲國家對于停車設(shè)備研究和生產(chǎn)的時間也比較早，其中尤其是意大利Sotefin、Interpark、德國Palis公司發(fā)展比較好。歐美國家人口較少，土地資源相對富余，對停車設(shè)備的需求量也不是很大[2]，沒有太多的停車弊端。在歐美國家大多以巷道堆垛式、多層升降橫移式立體車庫為主[3]。日本在歐洲立體車庫發(fā)展之后也開始研究立體車庫，發(fā)展的時間也較早，至今已有40多年的研究歷史。這主要與日本的工業(yè)技術(shù)先進(jìn)、地域狹小、人口密集，相應(yīng)的市場需求較大有關(guān)。此外汽車行業(yè)的發(fā)達(dá)也為推動立體車庫的發(fā)展起到了很大的幫助。日本研究立體車庫多年，在研究立體車庫上已經(jīng)積累了大量的相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，其中以垂直升降類、垂直循環(huán)類為主的立體車庫技術(shù)更是越發(fā)先進(jìn)。此外日本的一些研究者已經(jīng)開始進(jìn)行更為科學(xué)的相應(yīng)豎式自動立體車庫的研究。日本從事立體車庫設(shè)備開發(fā)、制造相關(guān)的企業(yè)多達(dá)二百多家，發(fā)展較好的公司有新明和、石川島、三菱重工等[3]。雖然韓國研究立體車庫時間略晚于日本，但也研究發(fā)展了多年。韓國在引進(jìn)日本技術(shù)時也努力拓展研發(fā)自己的自動化停車設(shè)備，經(jīng)過多年本土化的發(fā)展，于90年代開始在本國內(nèi)大量應(yīng)用。由于在發(fā)展過程中得到了韓國用戶的支持和國家的高度重視，韓國各式立體車庫都得到普遍開發(fā)和運(yùn)用，一些更先進(jìn)的立體車庫也不斷地被研發(fā)出來，并以30%左右的速度持續(xù)生長著?，F(xiàn)在韓國機(jī)械停車設(shè)備處于穩(wěn)步發(fā)展階段。發(fā)展較為著名的大公司有現(xiàn)代集團(tuán)、LG公司等，這些公司目前已經(jīng)發(fā)展至海外?？傮w來說國外立體車庫的發(fā)展有幾個特征：一是能將停車設(shè)備與先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，時刻保持停車設(shè)備技術(shù)的時效性。外國的車庫行業(yè)每研發(fā)一個新的先進(jìn)機(jī)電技術(shù)成果便能快速應(yīng)用和植入到車庫產(chǎn)品中，確保車庫系統(tǒng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使車輛存取速度、存車數(shù)量、安全措施等性能越來越好。二是更多重視停車系統(tǒng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益和性價比能力，廠家在生產(chǎn)產(chǎn)品時根據(jù)國內(nèi)形勢和用戶使用情況進(jìn)行生產(chǎn)，一方面能讓廠家知道如何降低車位和提高產(chǎn)品性能，另一方面又能保障停車設(shè)備的性能質(zhì)量[3]。1.2.2立體車庫國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國在新中國后也開始發(fā)展汽車工業(yè)，并在改革開放后進(jìn)入快速發(fā)展的階段。但我國在立體車庫行業(yè)的研究要晚于其它國家，從開始研究和誕生第一臺機(jī)械式停車設(shè)備距今也才二三十年。在這二三十年里發(fā)展尤為緩慢，每年全國生產(chǎn)銷售和安裝的機(jī)械式停車設(shè)備還不到1000個。我國大多城市還在使用缺陷眾多、車位數(shù)量少、管理繁瑣的普通停車庫，優(yōu)點(diǎn)多的立體車庫反而還沒有得到有效推廣。不過由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和汽車領(lǐng)域的進(jìn)步，購買中小型汽車的家庭用戶也越來越多，普通車庫的缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)出來，人們又開始對立體車庫有了更多的關(guān)注。我國立體車庫行業(yè)發(fā)展也經(jīng)歷了幾個重要的歷程。首先是從上世紀(jì)80年代中期開始的立體車庫的嘗試研發(fā)階段，于1988年在北京修建第一座升降橫移式立體車庫，由于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的不成熟，產(chǎn)品主要是依據(jù)用戶的特定需求開發(fā)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品種類較為單一。第二個歷程為引進(jìn)和合作歷程。從90年代開始，中外貿(mào)易的加強(qiáng)，促使了國內(nèi)外合資企業(yè)的誕生，國內(nèi)開始引進(jìn)用國外停車設(shè)備進(jìn)行研究使用，設(shè)備類型逐漸增多，各種先進(jìn)且性能優(yōu)良的機(jī)械式停車設(shè)備在我國北京、大連、天津、上海、深圳等大城市建成。第三個歷程為拓展創(chuàng)新的歷程。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國企業(yè)為避免過多依賴外國企業(yè)，不斷設(shè)法提高自身的競爭力，于是在引進(jìn)技術(shù)的同時也不忘結(jié)合國內(nèi)外形勢進(jìn)行自主改造和創(chuàng)新，走上自主研發(fā)的道路。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，到目前為止我國立體車庫停車設(shè)備自主生產(chǎn)率已高達(dá)90%，并且還出口到其他國家。近年來，隨著人口和汽車數(shù)量的增多，城市停車?yán)щy的問題越發(fā)嚴(yán)重，促使著立體車庫停車設(shè)備技術(shù)快速進(jìn)步。2011年，全國機(jī)械式停車設(shè)備累計(jì)泊位數(shù)突破100萬個，2013年突破200萬個，2015年突破300萬個，2016年突破400萬個，機(jī)械式停車設(shè)備行業(yè)迎來高速發(fā)展階段[4]。盡管我國在立體車庫領(lǐng)域取得了很多成就，但仍有很多待解決的問題。雖然國內(nèi)修建立體車庫的數(shù)量逐年上升，但在如何節(jié)省修建成本、如何進(jìn)行自動化管理、如何選擇控制方案等很多方面仍然需要考慮。在技術(shù)方面，如何合理利用車庫系統(tǒng)技術(shù)，如何加強(qiáng)車庫監(jiān)控系統(tǒng)的控制和管理能力，如何節(jié)省車庫的修建、維修費(fèi)用等諸多方面還需要更多的研究探索。1.2.3立體車庫的發(fā)展趨勢通過觀察分析中外立體車庫的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，目前立體車庫已經(jīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越規(guī)范，控制性能也越來越完善，逐漸開始應(yīng)用于車輛密集且車位緊張的場所[5]。隨著科技的創(chuàng)新和高新技術(shù)的出現(xiàn)，新型的控制器和最新的電機(jī)拖動技術(shù)極大的提升了立體車庫的運(yùn)行速度，先進(jìn)的智能的控制技術(shù)不斷提高著立體車庫控制系統(tǒng)的自動化能力，立體停車庫的優(yōu)點(diǎn)越來越明顯[6]，現(xiàn)在新發(fā)明創(chuàng)造出的立體車庫已經(jīng)具備的優(yōu)點(diǎn)有操作簡便、適應(yīng)力強(qiáng)、較強(qiáng)的控制能力等等[7]。在將來，隨著立體車庫的普及，立體車庫也將會朝著更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方向發(fā)展?？傊?，智能立體車庫作為一種立體式、智能化的車輛存儲運(yùn)輸系統(tǒng)，集機(jī)械傳動、自動控制、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)為一體[8]。各種高新技術(shù)的不斷研發(fā)創(chuàng)新，立體車庫在向管理智能化、控制自動化、環(huán)境復(fù)雜化、設(shè)計(jì)專業(yè)化、通信網(wǎng)絡(luò)化、交互人性化的趨勢發(fā)展，不難預(yù)測在不久的將來，立體車庫將具有巨大的市場潛力、發(fā)展空間和應(yīng)用前景[9]。1.3立體車庫的分類立體車庫作為目前解決全球城市停車?yán)щy的一個最有效設(shè)備，從誕生以來出現(xiàn)了不同類別的立體車庫。目前為止，按照國際標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其工作形式和結(jié)構(gòu)的不同來劃分可將立體車庫可以分為以下8種類型：垂直升降式：該類車庫特點(diǎn)：空間使用率最高，單個車庫位的面積可以容納幾十個立體車位。圖1-2垂直升降類機(jī)械式停車設(shè)備平面移動式：該類車庫特點(diǎn)：可建在地上，也可建在地下。每一層都有一個升降臺，車輛出入快，車輛容納多，使用更加方便，但易受強(qiáng)磁場的干擾。圖1-3平面移動類機(jī)械式停車設(shè)備巷道堆垛式：該類車庫特點(diǎn)：堆垛機(jī)可安裝在巷道內(nèi)，載車板在上運(yùn)作的同時也在執(zhí)行行走操作。圖1-4巷道堆垛類機(jī)械式停車設(shè)備垂直循環(huán)式：該類車庫特點(diǎn)：雖然有著占地小、智能化控制、能單獨(dú)建立的優(yōu)點(diǎn)。但該車庫最為主要的缺點(diǎn)是耗能較大。每存取一輛車，所有的車就要跟著運(yùn)行一遍，每一組車位數(shù)越多耗能就越高。因?yàn)闆]有檢修通道，沒有防火噴淋設(shè)施，萬一出現(xiàn)故障會造成巨大的問題。不適合推廣和大范圍的使用。圖1-5垂直循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備多層循環(huán)式：該類車庫特點(diǎn)：在上世紀(jì)較為流行，雖然設(shè)置相對簡單，但消耗過大，其中一輛車運(yùn)作時，車庫內(nèi)所有車輛都會跟著移動，存取較為麻煩，不滿足現(xiàn)在社會倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保要求，所以已經(jīng)被大多生產(chǎn)廠家淘汰。圖1-6多層循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備水平循環(huán)式:該類車庫特點(diǎn)：同多層循環(huán)式車庫類似，設(shè)置簡單，但能量消耗大，在運(yùn)作時都有的車輛都要移動，不符合現(xiàn)在社會的倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保要求，也被社會淘汰。圖1-7水平循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備升降橫移式：該類車庫特點(diǎn)：有很快的存取速度，用戶操作也較簡單，是目前用得較多的形式之一。其制造成本也少，比較容易滿足人們的需求，但容錯率低，維修價格較高。圖1-8升降橫移類機(jī)械式停車設(shè)備簡易升降式:該類車庫特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)用，沒有太復(fù)雜的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且沒有嚴(yán)格的修建需求。適合建立在人數(shù)較少的住宅區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等。但缺點(diǎn)是數(shù)量少，不適合人多時使用。圖1-9簡易升降類機(jī)械式停車設(shè)備1.4本文主要研究內(nèi)容基于以上幾種車庫形式，本文經(jīng)過比較，垂直升降式立體車庫不僅具備具有占地小、資源利用率高、建造靈活、安全可靠、操作便捷、維修方便、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，而且該類型車庫也是市場使用率最高的一種，具有良好的市場前景，也比較適合我國近階段的國情。因此，本文將垂直升降式立體車庫的形式來設(shè)計(jì)立體車庫，采用電梯式布局，重點(diǎn)探索該升降式立體停車設(shè)備控制系統(tǒng)主要部分的硬件、軟件的設(shè)計(jì)，并分析設(shè)計(jì)該停車設(shè)備的存取原理和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。立體車庫停車設(shè)備將使用可編程邏輯控制器來實(shí)現(xiàn)車輛的智能存取，采用上位機(jī)對車庫停車位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，這樣不僅凸顯車輛存取操作的便捷性、簡單性，而且還能實(shí)現(xiàn)了整個立體車庫真正智能化控制。論文各章節(jié)具體內(nèi)容如下：第1章：簡述了目前我國的交通發(fā)展問題和研究立體車庫的重大意義；還介紹了立體車庫分別在國內(nèi)外的發(fā)展；最后通過介紹各種立體車庫的類型確定了本文的主要研究內(nèi)容。第2章：本章將對立體車庫的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并設(shè)計(jì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后描述本車庫控制系統(tǒng)的工作流程。第3章：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。本章通過對比選擇了可編程邏輯控制器來控制整個系統(tǒng)，并對部分重要元件如變頻器、電動機(jī)等進(jìn)行了選型。最后還進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的通信。第4章：本章為車庫軟件部分的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)是為本文重點(diǎn)研究的內(nèi)容，主要包括PLC的接口分配、硬件的接線方法和程序設(shè)計(jì)，以及MCGS監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)，并利用PLC軟件自帶的仿真器和監(jiān)控組態(tài)完成了系統(tǒng)的仿真調(diào)試過程。第5章：總結(jié)全文，介紹全文設(shè)計(jì)過程，并闡述本次論文設(shè)計(jì)有待改進(jìn)的地方，并對未來立體車庫的發(fā)展做了一個展望。

2立體車庫總體設(shè)計(jì)2.1立體車庫的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的立體車庫以安全為原則主要采用堅(jiān)固且不易氧化的復(fù)合金屬“鋼”材料來設(shè)計(jì)主體框架，以焊接方式進(jìn)行固定，主體框架結(jié)構(gòu)滿足工業(yè)設(shè)計(jì)的主要要求和規(guī)范。本文以4層8車位為例設(shè)計(jì)立體車庫。車庫為雙面結(jié)構(gòu)，包含兩個停車區(qū)域，每區(qū)各有4個停車位。中間為一個升降臺，負(fù)責(zé)將車運(yùn)放到指定位置。車庫外部總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。圖2-1車庫總體結(jié)構(gòu)示意圖升降裝置為車庫運(yùn)作過程的重要部分，本設(shè)計(jì)主要采用電機(jī)驅(qū)動鋼絲繩的方式來運(yùn)行升降臺，車輛存取時，通過電機(jī)工作使鋼絲繩驅(qū)動升降臺，升降臺到達(dá)停放層后，通過橫移裝置完成車輛的存取。設(shè)計(jì)采用鋼絲繩驅(qū)動不僅能提高立體車庫存取效率以及安全性，且鋼絲繩驅(qū)動運(yùn)行相對較為平穩(wěn)，車輛提升的速度較快。橫移裝置采用叉梳橫向存取的方法來停放車輛，車輛可通過車庫間的庫位中的叉梳與升降臺中的叉梳的交錯運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)車輛的存取。這種方法的關(guān)鍵是庫位叉梳與升降臺叉梳之間無運(yùn)動干涉，簡化了立體車庫的升降裝置，在井道中就能夠?qū)④囕v存取，從而降低立體車庫建筑高度，減少立體車庫的建設(shè)成本[10]。2.2立體車庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個立體車庫的控制系統(tǒng)主要包括兩部分：上位機(jī)的操作與監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)的PLC控制系統(tǒng)。其中，上位機(jī)主要連接立體車庫的操作面板、顯示屏、語音提示等，通過可編程控制器將控制命令輸入到車庫；下位機(jī)PLC接受上位機(jī)和車庫信息，以及連接和執(zhí)行元件。控制系統(tǒng)主要組成框圖如圖2-2所示。圖2-2立體車庫的控制系統(tǒng)主要構(gòu)成控制系統(tǒng)可由網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)、PLC和現(xiàn)場操作機(jī)構(gòu)構(gòu)成，以PC機(jī)為核心，配備有操作按鈕、指示燈和語音提示等。上級總線控制機(jī)或網(wǎng)絡(luò)、操作面板、讀卡設(shè)備等都是可選部分[11]，為進(jìn)一步擴(kuò)展內(nèi)容，具體擴(kuò)展內(nèi)容需要結(jié)合車庫大小和實(shí)際需求做出相應(yīng)的選定。如果車庫的規(guī)模足夠大，我們可以用一個PLC控制一個車庫單元，多個PLC共同構(gòu)成多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)。還可以考慮配備操作面板、觸摸屏和IC卡磁卡機(jī)等來實(shí)現(xiàn)智能化自動控制[11]。2.3立體車庫工作流程2.3.1存車過程用戶存車時，首先需通過刷卡驗(yàn)證身份信息，然后通過車庫外的操作面板查看車庫是否有空停車位。若有停車位則向立體車庫輸入存車的控制命令并選擇車輛需要停放的位置，選擇好停車位并后等待升降臺的到來。當(dāng)升降臺降到指定位置時，車庫門開啟，用戶按照提示將車駛?cè)肷蹬_并停放好，然后離開車庫按存車確認(rèn)鍵確認(rèn)存車，車庫系統(tǒng)則自動車停放到指定位置，存車過程結(jié)束。車輛存車過程如圖2-3所示。圖2-3車輛存車過程圖2-4車輛取車過程2.3.2取車過程用戶取車時，具體操作同取車類似，也需要刷卡驗(yàn)證身份后取車，刷卡時車庫系統(tǒng)會自動讀取用戶對應(yīng)的存車位信息。待用戶確認(rèn)取車后，升降臺將車輛運(yùn)送到零層，用戶等待車庫門打開后，將車駛出，庫門自動關(guān)閉，取車過程結(jié)束。車輛取車過程如圖2-4所示。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了立體車庫的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)了用戶存取車時操作的工作流程。首先畫出了本文設(shè)計(jì)的車庫的外部結(jié)構(gòu)，即確定車庫的大小、停車數(shù)量和各部分裝置，接著介紹了其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存取車流程，為后文的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)提供支持作用。

3立體車庫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1硬件選型在立體車庫中，其主要的硬件設(shè)施包括主控制器PLC、支持系統(tǒng)運(yùn)作的電動機(jī)、檢測和反饋信息的檢測部件傳感器、對通過調(diào)節(jié)電機(jī)工作電源頻率調(diào)速和提供過載保護(hù)的變頻器設(shè)備。立體車庫的性能與控制系統(tǒng)的性能有密不可分的關(guān)系，控制系統(tǒng)最大作用是確保相應(yīng)車庫的各種傳感器控制開關(guān)能夠正常工作，并且保障車庫換向設(shè)備、車位提示燈等都能可靠運(yùn)行，以防出現(xiàn)故障。除此外還要控制整個車庫的運(yùn)行并完成相應(yīng)存取車的操作和能夠?qū)崿F(xiàn)存取車之外的其它相應(yīng)功能的操作。目前國內(nèi)外市場上有很多類型的控制系統(tǒng)，其中以可編程控制器(PLC)、單片機(jī)（Microcontrollers）、繼電器(Relay)為主的控制器在立體車庫控制系統(tǒng)中使用率較多。都各自存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)。繼電器控制是傳統(tǒng)的控制器，能耗比較大、設(shè)備損壞率較高并且維護(hù)麻煩，雖然單片機(jī)控制雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但是它的抗干擾能力弱、設(shè)備損壞率較高并且擴(kuò)展不方便。可編程控制器控制雖然成本可能相對單片機(jī)較高，但經(jīng)過長期發(fā)展,不僅對環(huán)境要求不苛刻,質(zhì)量好,便于檢測維修,易于開發(fā)，而且有很強(qiáng)的抗干擾能力、維護(hù)起來也較方便，還能簡單快捷的和其它單元連接，在各種控制系統(tǒng)中使用較為廣泛。因此本文設(shè)計(jì)過程中結(jié)合時代形式和市場需求，以及可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)，選擇了可編程控制器為本次設(shè)計(jì)的立體車庫的主要控制系統(tǒng)。3.1.1PLC選型PLC在選型要注重它的機(jī)型、I/O模塊、通信性能等，要根據(jù)具體控制系統(tǒng)情況和需要實(shí)現(xiàn)的相關(guān)功能來選擇PLC型號。需要從處理器個數(shù)、I/O點(diǎn)數(shù)、CPU存取器性能等方面進(jìn)行綜合的考慮[12]。一臺PLC有多少個I/O口、存儲器的大小、處理器處理的速度快慢、使用的編程語言、存儲器的種類和數(shù)量、通訊能力、是否配有智能模塊是衡量其性能指標(biāo)高低的主要因素。本課題依據(jù)所設(shè)計(jì)的車庫規(guī)模大小和市場價格，選擇了德國西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC。S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，可滿足中等規(guī)?？刂埔螅哂蟹植际脚渲煤透叱杀?、電磁兼容、抗振性能強(qiáng)等特點(diǎn)，可配不同檔次的CPU，可以擴(kuò)展多達(dá)32個模塊，能根據(jù)具體需求來進(jìn)行合理的擴(kuò)展[13]。此外還具備有強(qiáng)的通信功能，能滿足本車庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。S7-300主要包括中央處理器和電源、接口、通信模塊等部分。其通信模塊插口可以插入數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊，可起到相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，為?shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能給予一定支持幫助。還可在設(shè)計(jì)時根據(jù)相應(yīng)功能需要進(jìn)行選擇，各種模塊主要是通過背板電纜連接起來，組成一個整體[13]。S7-300PLC系列有很多種類的CPU，為了滿足本次設(shè)計(jì)規(guī)模程序量的實(shí)際需求，本文選用了CPU314C-2-DP型CPU。該類型CPU可用于有大規(guī)模程序量應(yīng)用的需求。相比313和315型，314型帶有集成功能和MPI,PROFIBUSDP主/從接口。能將PROFIBUS-DP接口作為拓展功能使用。既能作PROFIBUS主站，也能作PROFIBUS從站，在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中能拓展高達(dá)126個站點(diǎn)[14]。3.1.2檢測部件的選擇按照立體車庫相關(guān)功能對于檢測信息采集等方面的實(shí)際需求，立體車庫檢測設(shè)備需要檢測整個車庫工作過程中各環(huán)節(jié)適時反饋，以完成相應(yīng)的工作。傳感器需要具備長距離檢測和近距離檢測的能力，能夠檢測車庫狀態(tài)是否符合立體車庫停放要求、升降臺操作是否正確等。在本文中涉及到的傳感器主要是車位狀態(tài)的傳感器和車外側(cè)傳感器，安裝在控制面板和庫位內(nèi)，用于檢驗(yàn)用戶操作是否正確和車庫內(nèi)升降系統(tǒng)裝置是否到位。因?yàn)閭鞲衅鹘咏_關(guān)與所檢測的橫移裝置距離較近，檢測更可靠。本文主要選擇光電傳感器，感應(yīng)車庫相應(yīng)位置的操作，光電傳感器檢測后通過發(fā)射器和接收器反饋信息到上位機(jī)，通過上位機(jī)完成下一步的操作。用壓力傳感器檢測屬于接觸測量，能快速完成長距離的檢測和相應(yīng)反饋動作。3.1.3驅(qū)動電機(jī)的選擇驅(qū)動電機(jī)是立體車庫控制系統(tǒng)中驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行的動力設(shè)備，通過將電能轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能為系統(tǒng)提供動力。驅(qū)動電機(jī)若按照工作電源種類可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。交流電動機(jī)比直流電動機(jī)少一個換向器，因此交流電機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡單，制造也較簡單，但其內(nèi)部設(shè)置較為牢固，適合于做成大電流、大容量和高轉(zhuǎn)速、高電壓的電機(jī)。目前市場中主要采用的是交流電機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)按品種分類又可細(xì)分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。異步電機(jī)比之同步電動較容易安裝、使用，不僅價格便宜而且有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，不管在什么情況下都能以穩(wěn)定的速度運(yùn)行，能滿足中小型機(jī)械系統(tǒng)的傳動要求。電動機(jī)按額定功率大小分類還可分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)，與單相電動機(jī)相比，三相電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料，價格便宜。結(jié)合以上內(nèi)容考慮，本系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)方面和車庫需要中小型功率電機(jī)方面最終選定了交流三相異步電動機(jī)。在本立體車庫控制系統(tǒng)當(dāng)中主要應(yīng)用的三相異步電動機(jī)為曳引電機(jī)和橫移電機(jī)，橫移電機(jī)使用一臺24極的電動機(jī)，曳引電機(jī)使用一臺雙繞組6極的電動機(jī)，兩臺交流電動機(jī)的總頻率為12.5KW，分別負(fù)責(zé)升降裝置和橫移裝置的運(yùn)動。升降裝置就是電機(jī)控制升降臺上下移動，橫移裝置則是電機(jī)負(fù)載車輛的左右移動。兩臺電機(jī)都是采用直接啟動的方式，通過主控制器的輸出端口的變化來操作電機(jī)的啟停。兩臺電機(jī)的操作方式和功率計(jì)算如下：（1）曳引電機(jī)。曳引電機(jī)可以通過變頻器進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)對升降臺的驅(qū)動，一般而言，曳引電機(jī)主要在立體車庫頂層進(jìn)行安裝，控制著升降裝置的啟動、制動、加速和減速等，直接關(guān)系到立體車庫在車輛存取方面的效率。對于曳引電機(jī)的選擇，需要結(jié)合曳引電機(jī)的容量進(jìn)行。曳引電動機(jī)功率的計(jì)算方法如3-1所示：PYQv(1)（3-1）102*i在上式當(dāng)中，PY是指曳引電機(jī)的功率；Q是指額定載荷；v是指曳引電機(jī)的提升速度；是指平衡系數(shù)；是指曳引機(jī)械的效率；i是指曳引比。假設(shè)車庫內(nèi)可停放車輛的最大限重為2000kg，升降臺自身重約500kg，因而額定載荷為2500kg；曳引電機(jī)提升速度設(shè)為1m/s；平衡系數(shù)取0.6；曳引機(jī)械效率設(shè)為0.9；曳引比為1.0。按照公式（3-1）進(jìn)行計(jì)算，可知曳引電機(jī)的功額定率為11KW（10.893KW）。（2）橫移電機(jī)。在本系統(tǒng)中用交流三相異步電動機(jī)來作為橫移部分的驅(qū)動電機(jī)，橫移電機(jī)主要是對庫內(nèi)橫移裝置的驅(qū)動，主要設(shè)置在立體車庫每層的停車位當(dāng)中。假設(shè)在本車庫中存取車的速度設(shè)置為20-25m/min，停車位橫移裝置在進(jìn)行車輛操作時要移動到升降通道當(dāng)中，待與升降臺完成操作交換后返回停車位。在這個過程當(dāng)中，停車位橫移叉梳需要完成一次車輛運(yùn)載和一次空載，橫移電機(jī)則需要滿足車輛運(yùn)載的驅(qū)動功率。按照25m/min的橫移速度，橫移電機(jī)的功率約為1.409KW（1.5KW），因而，橫移電機(jī)將選擇額定功率為1.5KW的電機(jī)。3.1.4變頻器的選擇(1)異步電動機(jī)調(diào)速方法：三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n(1s)60f/p（3-2）在三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式中，n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速；s表示轉(zhuǎn)差率；f表示交流電源頻率；p表示磁極對數(shù)。根據(jù)公式(3-2)可以得知，對于三相異步電機(jī)的調(diào)速可以通過三種方法進(jìn)行：第一，對s（轉(zhuǎn)差率）進(jìn)行調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速以及電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等方法實(shí)現(xiàn)對s（轉(zhuǎn)差率）的調(diào)節(jié)。第二，通過調(diào)節(jié)電機(jī)交流電源頻率f實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，具有相對較高的效率，能夠在較廣的范圍進(jìn)行應(yīng)用。第三，對p（磁極對數(shù)）進(jìn)行調(diào)節(jié)。用調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組接線方式的方法實(shí)現(xiàn)變動電機(jī)定子極對數(shù)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度的目的。異步電動機(jī)在變頻器的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)為：異步電動機(jī)在調(diào)速時不會改變其轉(zhuǎn)差率，不僅能容易控制調(diào)速，還能將效率達(dá)到最大，這些都是將來電動機(jī)在調(diào)速領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。（2）變頻器的選擇：變頻器主要是指通過變頻技術(shù)對電機(jī)工作電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)備[15]。本文選用了西門子公式生產(chǎn)的MicroMaster440變頻器（MM440），西門子MM440系列變頻器為多功能的通用型變頻器，其特點(diǎn)是功能性強(qiáng)，靈活性高，可進(jìn)行矢量控制，滿足驅(qū)動裝置的調(diào)速要求，廣泛應(yīng)用于微主站和變速驅(qū)動裝置中。可以輸出一定量的電壓用作控制信號從而改變變頻器的轉(zhuǎn)速[15]。輸入西門子MM440系列有多種型號，根據(jù)本系統(tǒng)電機(jī)配置采用其中的D型規(guī)格，能進(jìn)行三相交流電壓輸出。在此控制系統(tǒng)中，主站控制器可編程控制器PLC通過PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)完成對控制信息的處理，然后驅(qū)動變頻器，并據(jù)此來調(diào)節(jié)載車板的升降[16]。西門子MMM440的具體接線方法如下圖3-1所示：圖3-1變頻器的基本接線方法3.2系統(tǒng)硬件的通信3.2.1上位機(jī)與下位機(jī)通信在系統(tǒng)的整個控制系統(tǒng)中，上位機(jī)與下位機(jī)需要通信方式來連接，在本文中計(jì)算機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、操作設(shè)備等上位機(jī)設(shè)備與PLC間的通信主要采用MPI通信方式通信。MPI是常用于數(shù)量較少的站點(diǎn)間的通信的網(wǎng)絡(luò)，MPI物理層采用了RS-485通信接口標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)責(zé)下位機(jī)和上位機(jī)間的短程通信。S7-300系列的CPU帶有的MPI編程口和通信口，通過PROFIBUS電纜和接頭連接，然后與上位機(jī)編程口通過MPI電纜連接實(shí)現(xiàn)。在西門子S7-200、300、400系列PLC上都集成著PS-485通信接口，能作為MPI連接使用的通信接口，也能作為編程接口來使用。計(jì)算機(jī)可通過MPI接口接入到MPI網(wǎng)絡(luò)，用MPI網(wǎng)絡(luò)不僅能讓PLC與系統(tǒng)中存在的幾個設(shè)備通信，下位機(jī)也可以通過MPI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)同各設(shè)備之間的通信[17]。圖3-2MPI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.2.2下位機(jī)與變頻器的通信一般而言，在控制系統(tǒng)中下位機(jī)有三種方法實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制，第一種是與PLC輸出端一起接變頻器，這種連接方式能快速響應(yīng)，因?yàn)樽冾l器中的多功能端子具有多道速的能力，但這種方法不能調(diào)速；第二種是連接變頻器的通訊接口，用編程通信的方法來控制管理，雖然有了調(diào)速的能力，但是抗干擾能力較弱，易受外界影響；第三種是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊把上位機(jī)同變頻器模擬量控制端子進(jìn)行連接，從而控制變頻器。因?yàn)楸疚乃x用的CPU314-C-2-DP集成有PROFIBUS-DP接口，所以在本系統(tǒng)中下位機(jī)與變頻器間的通信可通過PROFIBUS進(jìn)行通訊，這樣不僅能達(dá)到調(diào)速的目的，還節(jié)省了模塊。PROFIBUS通信（ProcessFieldbus）是一種國際通用性的開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，也是當(dāng)前國際上最通用的現(xiàn)場總線之一[18]。在實(shí)際通訊時，通過PROFIBUS-DP總線連接PLC和變頻器，PLC作為主站，變頻器作為從站。其中主站間通過令牌方式通信。PROFIBUS-DP的設(shè)備中含有三個從站，分別為DPM1、DPM2和DP。其中PLC屬于DPM1，具有交換信息和控制總線通信網(wǎng)絡(luò)和管理的能力[18]。MCGS設(shè)備、上位機(jī)、控制設(shè)備等屬于DPM2，主要作用是形成系統(tǒng)配置，是系統(tǒng)中監(jiān)視工程的重要組成。主站與從站間的工作方式為主-從方式[18]。具體過程如圖3-3所示。圖3-3PROFIBUS-DP令牌總線循環(huán)過程3.2.3下位機(jī)與編碼器的通信一般而言，下位機(jī)PLC與編碼器通訊可以通過使用編碼器模塊來實(shí)現(xiàn)通訊，但本文已經(jīng)選擇PROFIBUS作為下位機(jī)和變頻器之間的主要通訊，因而在本系統(tǒng)中下位機(jī)同編碼器間的通訊也選擇PROFIBUS通訊方式。3.3本章小結(jié)本章主要對車庫控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先選定了S7-300PLC為主控制器，然后對系統(tǒng)檢測部件、電機(jī)和變頻器進(jìn)行了選型。在此基礎(chǔ)上對各部分硬件的通信方式和連接方法也進(jìn)行了描述。4立體車庫控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1PLC接口分配根據(jù)PLC、檢測部件、電機(jī)、變頻器等部件型號的選擇，結(jié)合本文設(shè)計(jì)車庫需實(shí)現(xiàn)的功能需求，需對PLC輸入、輸出口的地址進(jìn)行分配，分配結(jié)果如表4-1、表4-2所示：表4-1輸入口分配操作名稱地址操作名稱地址1車位按鈕2車位按鈕3車位按鈕4車位按鈕5車位按鈕6車位按鈕7車位按鈕8車位按鈕1車位傳感器2車位傳感器3車位傳感器4車位傳感器5車位傳感器6車位傳感器7車位傳感器8車位傳感器I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.71車位外側(cè)傳感器2車位外側(cè)傳感器3車位外側(cè)傳感器4車位外側(cè)傳感器5車位外側(cè)傳感器6車位外側(cè)傳感器7車位外側(cè)傳感器8車位外側(cè)傳感器存車取車確定取消載車板傳感器速度接觸傳感器過載保護(hù)I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7II3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6表4-2輸出口分配操作名稱地址操作名稱地址橫移電機(jī)升降電機(jī)1車位指示燈2車位指示燈3車位指示燈Q4.1Q4.2Q5.0Q5.1Q5.24車位指示燈5車位指示燈6車位指示燈7車位指示燈8車位指示燈Q5.3Q5.4Q5.5Q5.6Q5.74.2PLC接線設(shè)計(jì)在硬件接線時，根據(jù)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的數(shù)量本文分別采用了西門子公式的SM321輸入模塊、SM322輸出模塊。1、數(shù)字量輸入模塊SM321在工作時能將車庫運(yùn)行時發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成PLC識別的內(nèi)部信號。在車庫設(shè)備中的輸入元件，只需要使用開關(guān)觸點(diǎn)[19]。本次設(shè)計(jì)中涉及32個輸入點(diǎn)，所以選擇帶有32點(diǎn)輸入接口的SM321。2、數(shù)字量輸出模塊SM322具有將PLC的輸出信號傳遞于使用者輸出設(shè)備的作用，使PLC內(nèi)部的低電平信號改變成外部所需要的電平輸出信號。本次設(shè)計(jì)中，數(shù)字量輸出驅(qū)動的主要是指示燈和電動機(jī)共涉及10個輸出點(diǎn)，同時考慮到安全性等特性，故選用16點(diǎn)繼電器輸出可直接驅(qū)動接觸器220V的數(shù)字量輸出模塊SM322。硬件接線圖如圖4-1所示:圖4-1硬件接線圖4.3PLC程序設(shè)計(jì)本文在設(shè)計(jì)PLC存取車控制系統(tǒng)的程序仿真時采用了西門子公司的STEP-7編程軟件編程仿真，用于該公司系列工業(yè)控制的產(chǎn)品如SIMATICS7、M7的編程及參數(shù)設(shè)置。該軟件具有強(qiáng)大的編程、測試、診斷等功能。具備含有STL(語句表)、LAD(梯形圖)、FBD(梯形圖)三種相互轉(zhuǎn)換的基本編程語言，本文主要采用其中的LAD梯形圖語言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)。4.3.1參數(shù)設(shè)置編程前首先建立一個新項(xiàng)目，建立SIMATIC300站點(diǎn)，選取CPU類型，添加編程的OB模塊，如圖4-2所示。然后對系統(tǒng)相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，控制程序采用梯形圖語言編寫，電源使用380三相交流電，PLC部分采用S7-300的314C-2-DP型可編程序控制器。參數(shù)設(shè)置如圖4-3所示。圖4-2建立新工程圖4-3S7-300的314C-2-DP型可編程序控制器參數(shù)4.3.2程序編寫本程序主要使用通過STEP7軟件的梯形圖語言編寫程序，打開選擇的程序編輯塊OB1組織塊開始進(jìn)行編程。程序中首先編寫了存取車時所用到的自鎖按鈕程序和編寫了“確定”按鈕的自鎖程序，然后編寫了車停好后按鈕的自動復(fù)位程序和復(fù)位與存車進(jìn)行的機(jī)械互鎖程序。之后編寫了升降電機(jī)的啟動程序、傳感器的聯(lián)動程序和速度傳感器與載車板傳感器的聯(lián)動程序；還有車位外側(cè)傳感器工作時，觸發(fā)對應(yīng)車位指示燈的程序；當(dāng)外側(cè)傳感器動作橫移電機(jī)停止時，內(nèi)側(cè)傳感器動作橫移電機(jī)啟動程序；各車位在取車時，車位外側(cè)傳感器動作車位指示燈亮，車移出燈滅的程序；最后編寫了當(dāng)取車后到達(dá)最底層時該車位的指示燈熄滅的程序。具體編寫的程序梯形圖如附錄中所示。4.4PLC仿真運(yùn)行當(dāng)編程結(jié)束后，需對程序進(jìn)行仿真運(yùn)行，打開SIMATICManager軟件編程的仿真器，插入程序?qū)?yīng)輸入變量和輸出變量，本系統(tǒng)有4個IB位的輸入變量，2個QB位的輸出變量，下載完程序后點(diǎn)擊“RUN”按鈕開始運(yùn)行。首先進(jìn)行存車過程的仿真。載車板傳感器動作（連續(xù)），準(zhǔn)備存車，首先按下1號車位按鈕（點(diǎn)動），然后按下“存車”按鈕（點(diǎn)動）；接著按下“確定”后（點(diǎn)動），升降電機(jī)啟動運(yùn)行；當(dāng)1號車位傳感器動作后，升降電機(jī)停止運(yùn)行，橫移電機(jī)啟動；最后當(dāng)1號車位外側(cè)傳感器動作，1號車位指示燈亮表示車已停好。存車過程結(jié)束，傳感器依次復(fù)位。其過程結(jié)果如圖4-4所示。4-4存車過程仿真模擬然后進(jìn)行取車過程的仿真。載車板傳感器復(fù)位后，可以準(zhǔn)備取車；首先按下“取車”按鈕（點(diǎn)動）；然后按下“確定”按鈕（點(diǎn)動）；接著按下“1號車位按鈕”（連續(xù)），升降電機(jī)開始啟動運(yùn)行；1號車位傳感器開始動作時，升降電機(jī)停止運(yùn)行，橫移電機(jī)啟動運(yùn)行；在車移出車位后，1號車位傳感器復(fù)位，橫移電機(jī)停止，升降電機(jī)運(yùn)行；在速度接觸傳感器動作后，電機(jī)停止動作，車位信號燈熄滅；松下“1號車位按鈕”即可取車駕駛。取車過程結(jié)束。其過程結(jié)果如圖4-5所示。4-5取車過程仿真模擬4.5組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)組態(tài)系統(tǒng)的完成過程和監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)：在立體車庫控制系統(tǒng)當(dāng)中，需要有監(jiān)控畫面，也就是要有人機(jī)交互畫面來讓用戶直觀地對立體車庫操作運(yùn)行。MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)組態(tài)軟件有簡單靈活的操作畫面、監(jiān)控設(shè)計(jì)簡單、畫面感強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)擬采用MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件來實(shí)現(xiàn)用戶的人機(jī)交互操作[20]。MCGS組態(tài)有五個部分，分別為主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略[20]，如圖4-6所示。要建立一個新的組態(tài)工程，就要對這五部分進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。首先設(shè)置主控窗口和設(shè)備窗口，主要作用是設(shè)置構(gòu)件屬性和連接設(shè)備通道，建立相應(yīng)串口父設(shè)備和子設(shè)備。然后在用戶窗口設(shè)計(jì)相應(yīng)的用戶操作畫面，本文設(shè)計(jì)的立體車庫的操作畫面如圖4-7所示。在設(shè)計(jì)用戶窗口時，要對窗口中出現(xiàn)的按鈕、圖片、指示燈等輸入輸出變量進(jìn)行相應(yīng)的屬性設(shè)計(jì)，包括響應(yīng)輸入方式屬性、填充顏色屬性、響應(yīng)動畫屬性等。在設(shè)計(jì)完監(jiān)控畫面后，對系統(tǒng)和用戶窗口中的輸入輸出變量要將其添加到實(shí)時數(shù)據(jù)庫內(nèi)，實(shí)時數(shù)據(jù)庫如同PLC的地址分配，可根據(jù)PLC地址分配設(shè)置實(shí)施數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)分配完后，還需要建立運(yùn)行策略，在運(yùn)行策略中已經(jīng)有系統(tǒng)建立的啟動策略、退出策略、循環(huán)策略，需對其進(jìn)行腳本程序編輯才能使用。除此之外，還可以添加新的策略行。在腳本程序編輯時，本文主要運(yùn)用了MCGS的匯編語言程序中內(nèi)置的類C/Basic語言，程序編寫較為簡單，直觀。在編寫完程序后且無錯誤后，即可下載過程并進(jìn)入到運(yùn)行環(huán)境中，組態(tài)軟件會自動檢測系統(tǒng)有無錯誤，并給予提示和警告。打開MCGS模擬運(yùn)行環(huán)境即可進(jìn)行存取車操作。在實(shí)際操作時，用戶可直接根據(jù)監(jiān)控畫面中設(shè)置好的的提示，自行完成存取車的操作。圖4-6建立MCGS組態(tài)工程4-7用戶存取車操作畫面4.6調(diào)試結(jié)果分析在PLC仿真中存車的過程按鍵都是自鎖，按鍵完成后需要手動復(fù)位，而速度接觸傳感器的工作原理是：當(dāng)快要接觸到物體時速度在短時間內(nèi)降為零，當(dāng)取車完畢后，該車位上的燈會自動熄滅。在監(jiān)控仿真中，由于個人技術(shù)的局限性，橫移裝置和升降裝置并不是自動觸發(fā)，而是需要人為的點(diǎn)擊，但在仿真過程中能直觀地向別人展示升降系統(tǒng)和橫移系統(tǒng)的工作工程。還有也沒有制作出三維的動畫效果，升降系統(tǒng)和橫移系統(tǒng)也只能用提示燈代替，沒有完成最終的橫移和升降動畫過程?？傊?，兩個仿真過程都能實(shí)現(xiàn)基本的存取車過程，基本功能算是實(shí)現(xiàn)了。但總體目標(biāo)要求只有一點(diǎn)沒有達(dá)到，由于個人能力有限和本文中用到的兩個軟件廠家權(quán)限的設(shè)置，沒能將仿真軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件結(jié)合起來，也無法完成實(shí)物的仿真操作。4.7本章小結(jié)本章主要完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主要完成了PLC仿真和監(jiān)控仿真，包括接口分配、接線設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，仿真運(yùn)行等，完成了立體車庫的基本過程，最后還對中仿真過程中存在的問題做了調(diào)試分析。

5結(jié)論本文設(shè)計(jì)立體車庫控制系統(tǒng)目的是緩解當(dāng)前社會上停車不方便的問題，本文根據(jù)現(xiàn)市場較為流行且方便使用的垂直升降式立體車庫設(shè)計(jì)了其控制系統(tǒng)，優(yōu)化了其控制方案。具體研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)過程如下：（1）確定了本文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的立體車庫形式，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合金屬材料設(shè)計(jì)外部結(jié)構(gòu)，升降裝置用電機(jī)驅(qū)動鋼絲繩的方法驅(qū)動，用叉梳式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫移裝置，還為系統(tǒng)思考設(shè)計(jì)出其合理的工作流程。（2）基于車庫控制形式，本文確定了以PLC為主控制器的立體