張芬 蔚騰

摘 要：針對城市日益凸顯的停車難問題，設(shè)計一種基于 PLC 技術(shù)的2層5車位智能立體停車庫，選用西門子S7-1200 PLC 作為控制器 ，基于TIA博途全集成自動化軟件平臺編制程序，實現(xiàn)對立體車庫的自動化控制，并使用HMI觸摸屏實時顯示車位信息，實現(xiàn)對車庫的自動監(jiān)控控制。通過對系統(tǒng)的仿真測試表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了車庫的智能化管理和實時監(jiān)控，可以有效緩解停車難的問題，并實現(xiàn)泊車的智能化。如果需要建設(shè)更多車位的立體車庫，在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上對應(yīng)的增加輸入輸出信號就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的移植。

關(guān)鍵詞：立體車庫；S7-1200PLC；MCGS；傳感器

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0177-03

Optimization design of intelligent stereo garage based on S7-1200 PLC technology

ZHANG Fen1，WEI Teng2

（1.College of Automation Engineering，Xian Aeronautical Polytechnic Institute ，Xian 710089，China；

2.Avic Xian Aircraft Industry Group Company Co.，Ltd.，Xian 710089，China

）

Abstract：In view of the increasingly prominent parking problem in cities，an intelligent stereo parking garage withtwo floors and five parking spaces was designed based on PLC technology.Siemens S7-1200 was selected as the controller，and the program was programmed based on TIA botu fully integrated automation software platform to realize automatic control of the stereoscopic garage，and the parking space information was displayed in real time with HMI touch screen to realize the automatic monitoring and control of the garage.Through the simulation test of the system，it showed that the system realized the intelligent management and real-time monitoring of the garage，could effectively alleviate the problem of parking difficulty，and realize the intelligent parking.If it is necessary to build a stereo garage with more parking spaces，the corresponding increase of input and output signals on the basis of the system can realize the transplantation of the system.

Key words：stereo garage；S7-1200PLC；MCGS;sensor

立體車庫成為解決城市停車難問題的首要選擇，而其可靠性和安全性關(guān)系到人身及財產(chǎn)安全［1］。在多層停車場的實際應(yīng)用中，停車位的安全性、可靠性以及用戶使用的便捷性都十分重要?；赑LC控制的立體停車系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)有著很高的可靠性，也使得控制系統(tǒng)有較高的運算能力和邏輯分析能力。

1 立體車庫的基本結(jié)構(gòu)

該小型智能立體車庫系統(tǒng)，為了在減輕重量的同時保證強度，整體結(jié)構(gòu)采用雙層框架式結(jié)構(gòu)設(shè)計。該車庫的類型為升降橫移式的立體車庫，分上、下兩層停車層，車庫上層設(shè)置3個載車盤停車位，下層設(shè)置兩個載車盤停車位，一共有5個停車位［2］，所有車位均可以進(jìn)行移位。上層車位可以上下移位方便用戶存取，下層車位可以左右移位，隨時為上層車位空出位置。上層車位使用固定電機(jī)以及固定減速齒輪組帶動定滑輪和鋼纜傳動，從而帶動車位上下移動，車位后方有導(dǎo)軌限制車位的橫向位移保證運行過程的穩(wěn)定性［3］。下層車位動力電機(jī)以及減速齒輪組則與車位本體相固定，且車位支撐點置于滑軌中，車位動力電機(jī)所帶動的傳動齒輪置于齒軌上，帶動車位左右位移［4］。

2 立體車庫的總體方案設(shè)計

該智能立體車庫系統(tǒng)滿足當(dāng)下停車場停車對自動化和智能化的要求，同時兼顧可靠性、安全性、便捷性和可擴(kuò)展性。車庫的主控系統(tǒng)采用西門子S7-1200PLC，主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的運動控制和自動運行邏輯運算，同時負(fù)責(zé)各個車位的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析及運算。上位機(jī)人機(jī)交互界面采用昆侖通態(tài)嵌入版MCGS組態(tài)進(jìn)行開發(fā)，主要負(fù)責(zé)整個車庫車位狀態(tài)的監(jiān)控［5］。

PLC和人機(jī)界面的數(shù)據(jù)通訊采用TCP/IP通訊協(xié)議，保證數(shù)據(jù)交換的效率及穩(wěn)定性。車位的位移驅(qū)動依靠三相異步電動機(jī)以及減速齒輪組完成，上層車位電機(jī)固定，電纜置于鋼架槽中，下層車位電機(jī)驅(qū)動電纜置于可活動線槽中，可隨車位活動。系統(tǒng)中每一個車位都設(shè)置了傳感器，用來采集車位中汽車的的質(zhì)量、車輛高度等［6］。每個車位前后安裝有限位光感傳感器，車位中間上方安裝有限高欄與限高傳感器，車位前后裝有模擬量重量傳感器，車位頂部裝有庫燈和聲光報警裝置。系統(tǒng)中各類傳感器能保證車庫的運行安全［7］。

3 立體車庫系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 主機(jī) PLC 的選擇

經(jīng)分析得知，整個系統(tǒng)需要24個數(shù)字量輸入、20個數(shù)字量輸出以及10路模擬量輸入，PLC需要有輸入輸出端口擴(kuò)展功能，且PLC需要以太網(wǎng)通訊模塊，鑒于上述原因及西門子PLC較高的市場占有率，故選擇西門子工業(yè)自動化領(lǐng)域S7-1200PLC，CPU1214C DC/DC/DC作為核心控制器，使用PORTALV14（博圖）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件組態(tài)［8］。為滿足項目設(shè)計要求，對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，信號板選擇SB1223（2DI/2DQ），數(shù)字量擴(kuò)展模塊選擇SM1223（DI8/DQ 8×24 V，DC），模擬量擴(kuò)展模塊選擇SM1231（AI8×13Bit）。

3.2 上位機(jī)的選擇

上位機(jī)組態(tài)的選擇不僅要滿足人機(jī)交互的需求，還要兼顧后臺腳本程序的編寫，要滿足使用便利、開發(fā)效率高、運行可靠。設(shè)計選擇昆侖通態(tài)有限公司的MCGS觸摸屏作為上位機(jī)人機(jī)界面，型號為TPC1570GI，此型號屏幕分辨率較高，屏幕尺寸較大，系統(tǒng)使用嵌入版 V7.7 作為上位機(jī)開發(fā)軟件［9］。

3.3 系統(tǒng)I/O地址分配

對該智能立體車庫系統(tǒng)工藝過程進(jìn)行需求分析，確定該系統(tǒng)的I/0及其它元件地址分配見表1［10］。

4 系統(tǒng)軟件及人機(jī)界面設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 PLC控制程序設(shè)計需求分析

（1）收集車位的傳感器信號，并且轉(zhuǎn)換信號加以運算再進(jìn)行車位狀態(tài)的分析［11］；

（2）與上位機(jī)進(jìn)行通訊，從上位機(jī)獲取用戶使用的控制信息；

（3）用戶使用上層車位時，車位要自動運行至下層。運行過程中如果下層車位有車，則必須自動進(jìn)行移動讓出位置；

（4）對于存車和取車這兩種使用狀態(tài)，程序應(yīng)給予便于用戶使用的響應(yīng)；

（5）對于單獨車位，在檢修模式下要能夠進(jìn)行單獨的控制；

（6）要自行分析和判斷車位的狀態(tài)，對于非正常的停車狀態(tài)應(yīng)有輸出顯示［12］。

4.2 PLC程序設(shè)計

系統(tǒng)程序整體分為主控程序和功能函數(shù)塊。主控程序決定程序整體的運行邏輯，手動模式和自動模式的切換依靠上位機(jī)［13］，

上位機(jī)未連接只能使用按鍵檢修模式；功能函數(shù)塊可以獨立于自動控制和手動控制之外的最小功能寫為單獨函數(shù)塊［14］，分為6個函數(shù)塊。

（1）車位狀態(tài)實時監(jiān)控程序段，通過函數(shù)實時調(diào)用監(jiān)控每個車位的實際情況；

（2）存取車模式選擇，調(diào)用存取車登記子函數(shù)登記庫位及存?。?/p>

（3）下行車位登記響應(yīng)程序段，調(diào)用庫位下行響應(yīng)函數(shù)，對登記的車位進(jìn)行響應(yīng)，且存取共用；

（4） 存取車進(jìn)度檢測程序段，檢測用戶存取車是否完畢；

（5） 庫位歸位程序段；（6） 手動及復(fù)位程序段。

車位狀態(tài)實時監(jiān)控程序如圖2所示。

4.3 HMI觸摸屏設(shè)計

人機(jī)界面畫面設(shè)計為7個畫面，分別為初始界面、停車入庫界面1、停車入庫界面2、取車出庫界面1、取車出庫界面2、管理員模式界面以及檢修界面。停車入庫界面1中可以查看每一個車位的占用情況，用戶可以隨意選擇空閑車位進(jìn)行存車，在選擇了車位后并且自行設(shè)置取車密碼后，系統(tǒng)會保存密碼并且響應(yīng)車位呼叫［15］。停車入庫界面2為呼叫車位后車位運行移動過程的等待畫面，車位移動到位后畫面中會有提示。取車出庫界面1需要用戶輸入取車碼，系統(tǒng)判斷密碼是否正確，并且自行識別此密碼所對應(yīng)的車位號［16］。取車出庫界面2顯示所取的車位號，是車位運行中的等待畫面，運行結(jié)束后有提示；取車界面如圖3所示。

5 結(jié)語

采用西門子先進(jìn)設(shè)備S7-1200PLC實現(xiàn)兩層五車位智能立體停車庫設(shè)計，滿足車輛存取需求，存取車過程更加靈敏高效，有效緩解了停車難問題，采用MCGS嵌入版V7.7組態(tài)軟件設(shè)計HMI上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了車庫的智能化管理和實時監(jiān)控［17］。經(jīng)系統(tǒng)仿真實驗表明，系統(tǒng)具有操作簡單可靠、運行流暢等特點，有一定的實際應(yīng)用價值。后續(xù)對系統(tǒng)安全保護(hù)措施還需進(jìn)一步完善，可以考慮加入報警等界面設(shè)計［18］，以確保應(yīng)用更加的合理。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 盛 強.升降橫移式立體車庫冗余控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.自動化儀表，2017，38（9）：29-31.

［2］ 黃美蓮，李 彬.基于PLC 的立體車庫控制［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（11）：195-197.

［3］ 顏黃蘋，胡國清.立體停車庫發(fā)展綜述［J］.重慶工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2000（1）：14-16.

［4］ 張啟君.立體車庫的主要型式及技術(shù)特點［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，1999（2）：7-9.

［5］ 陳天勝，傅龍飛，任繼鋒.基于S7-1200升降橫移式三層立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2017（1）：102-105.

［6］ 李德福.基于PLC的智能立體車庫控制系統(tǒng)研究與設(shè)計［D］.贛州：江西理工大學(xué)，2017.

［7］ 李垚，牟智剛.基于西門子S7-1500 PLC的智能立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.機(jī)電信息，2021（23）：48-49.

［8］ 張芬，蔚騰.S7-1200 PLC在物料混合控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電子測量技術(shù)，2021，44（1）：88-91.

［9］ 薛媛麗，張婷.基于PLC的智能車庫控制系統(tǒng)研究［J］.自動化與儀器儀表，2018（12）：54-57.

［10］ 孫彥超，馬幸坤.基于西門子PLC-1200立體停車庫的研究與實現(xiàn)［J］．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2021， 40（5）：92-94.

［11］ 張宏偉，解應(yīng)博.基于PLC的多參數(shù)監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.電子測量技術(shù)，2017，40（9）：246-251.

［12］ 張立明.基于PLC控制器的電力系統(tǒng)機(jī)械手自動化控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.粘接，2022，49（3）：129-134.

［13］ 陳萬武，謝飛，陳觀國，等.一種新型智能立體車庫實踐教學(xué)裝置研發(fā)［J］.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2021，19（1）：6-10.

［14］ 李臣華.智能立體停車庫控制裝置系統(tǒng)研究［J］.微型電腦應(yīng)用，2020，36（9）：97-100.

［15］ 陳良順.基于PLC的地下智能立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，15（1）：92-98.

［16］ 潘曉晶，張能，趙京，等.基于PLC的智能化立體車庫的軟件設(shè)計［J］.蘇州科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，28（2）：50-52.

［17］ 郭藝丹，孟江波.巷道堆垛式立體車庫智能系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.河南工學(xué)院學(xué)報，2023，31（3）：7-12.

［18］ 白雪寧，寧煜，穆龍濤.PLC的化工污水處理自動化控制系統(tǒng)設(shè)計［J］. 粘接，2021，48（12）：146-150.

收稿日期：2023-06-08；修回日期：2023-09-20

作者簡介：張 芬（1980-），女，碩士，副教授，研究方向：PLC控制技術(shù)、組態(tài)控制技術(shù)等；E-mail：346497690@qq.com。

基金項目：

陜西省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題（項目編號：SGH21Y0563）；

2021年度陜西高等職業(yè)教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：21GZ028）。

引文格式：張 芬，蔚 騰.基于S7-1200 PLC技術(shù)的智能立體車庫優(yōu)化設(shè)計［J］.粘接，2023，50（11）：177-179.