基于PLC框架式立體車庫模型系統(tǒng)設(shè)計

曾 元， 劉曉強(qiáng)， 鄭智聰

（福建農(nóng)林大學(xué)， 福建 福州 350000）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，城市規(guī)模逐漸擴(kuò)大，城市交通擁堵和停車問題嚴(yán)重影響了城市的發(fā)展。最近十幾年來，我國機(jī)動車增長速度平均在10%～15%[1-3]。但是我國城市機(jī)動車停車位暫時不能適應(yīng)汽車保有量增長的需求，停車位數(shù)量和布局不能滿足現(xiàn)實的需要，因此導(dǎo)致的城市交通問題日益嚴(yán)重[4-6]。面對這些題，立體車庫憑借其突出的特點(diǎn)贏得了人們的青睞。其占地小，對空間使用率極高；運(yùn)行穩(wěn)定，存取時間短還減少了能源的消耗；依靠傳感器來檢測停車狀態(tài)，通過智能化的人機(jī)界面來實現(xiàn)存取車操作，使操作者全過程掌握車輛存取的每一個動作[7-9]。本文以9車位框架式立體車庫模型為例，設(shè)計了一套控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了PLC對框架式升降橫移立體車庫的控制。

1 車庫工作原理

框架式立體車庫模型包含三層九個停車位，車庫結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

框架式立體車庫模型機(jī)械部分由整體框架、升降裝置、橫移裝置、車輛搬運(yùn)裝置、傳感器、梳齒式載車板六大部分組成。

整體框架主要以鋁型材為主，立體車庫的鋁型材構(gòu)架由橫梁、縱梁、支撐柱、導(dǎo)軌等組成，由螺釘連接。升降裝置通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)車輛搬運(yùn)裝置的升降。橫移裝置通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)車輛搬運(yùn)裝置的橫移。車輛搬運(yùn)裝置通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)來控制梳齒式載車板前后移動，從而實現(xiàn)車輛存取。通過傳感器檢測實現(xiàn)車庫的定位。梳齒式載車板用于承載車輛。

圖1 車庫結(jié)構(gòu)簡圖

2 車庫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

車庫控制系統(tǒng)硬件設(shè)計流程如圖2所示。

圖2 硬件設(shè)計流程圖

1）開關(guān)電源：給PLC、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、觸摸屏及GPRSDTU等設(shè)備提供電源。

2）觸摸屏：利用觸摸屏技術(shù)，用戶只需用手指輕輕觸碰顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機(jī)的操作。本論文中的觸摸屏可控制升降裝置、橫移裝置以及車輛搬運(yùn)裝置。同時也可實現(xiàn)一鍵存取車輛。

3）DELTA PLC：本論文中使用的DELTA PLC型號為DVP32ES2。通過編寫程序控制PLC發(fā)出脈沖信號來實現(xiàn)車庫的存取車功能。本系統(tǒng)的PLCI/O分配如下頁表1所示。

4）步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器收到PLC發(fā)出的脈沖信號進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。其中步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)2、步進(jìn)電機(jī)3分別控制車輛搬運(yùn)裝置左右移動、車輛搬運(yùn)裝置上下移動、控制梳齒式載車板前后移動。

表1 PLC I/O分配表

5）GPRS DTU：通過配置可遠(yuǎn)程連接 PLC、GPRS DTU、微信/APP/網(wǎng)頁三者相關(guān)聯(lián)，PLC傳輸數(shù)據(jù)至GPRS DTU，可以在手機(jī)上實時監(jiān)測由PLC控制的設(shè)備運(yùn)行狀況。DTU參數(shù)如表2所示。

表2 GPRS DTU-02參數(shù)表

6）接近開關(guān)和傳感器：主要包括一些接近開關(guān)，用來檢測升降裝置和橫移裝置所到達(dá)樓層及位置、車輛搬運(yùn)裝置的位置以及用來定位車輛位置。

3 車庫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

車庫的軟件設(shè)計包含以PLC為控制核心，觸摸屏為人機(jī)交互界面的PLC程序和以GPRS DTU為物聯(lián)網(wǎng)模塊的手機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計。

3.1 PLC軟件設(shè)計

現(xiàn)場PLC控制車庫車子的停取，PLC程序包含主程序，停車和取車子程序。PLC主程序流程圖如圖3所示。

主程序的功能就是根據(jù)取車和停車需求調(diào)用停車和取車程序，設(shè)備啟動時車輛搬運(yùn)裝置回原點(diǎn)，當(dāng)沒有任務(wù)指令時車輛搬運(yùn)裝置位于原點(diǎn)待命，有任務(wù)時執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。停車子程序流程如圖4所示。

停車程序由6個步驟組成：

第一步：PLC發(fā)送下降脈沖指令，車輛搬運(yùn)裝置下降到上下計數(shù)器為7時（該點(diǎn)為托盤最低點(diǎn)），車輛搬運(yùn)裝置停止下降，等待停車指令。當(dāng)按下停車按鈕時，PLC發(fā)送上升脈沖，此時接近開關(guān)1檢測運(yùn)行過程總的接觸點(diǎn)，同時上下計數(shù)器減1，當(dāng)上下計數(shù)器與縱向車號寄存器相等時停止脈沖發(fā)送并進(jìn)入右移控制。

圖3 主程序流程圖

圖4 停車流程圖

第二步：PLC發(fā)送右脈沖，由接近開關(guān)2檢測過程觸點(diǎn)并且左右計數(shù)加1直至與橫向車號寄存器相等。

第三步：PLC發(fā)送前進(jìn)脈沖，當(dāng)接近開關(guān)3狀態(tài)為1時前進(jìn)到位，關(guān)閉脈沖。

第四步：PLC再一次發(fā)送下降脈沖，接近開關(guān)1檢測到位信號，同時上下計數(shù)器加,1，脈沖發(fā)送停止，完成車子的安放。

第五步：PLC發(fā)送退出指令，接近開關(guān)3檢測到位信號，停止發(fā)送脈沖，設(shè)置車位標(biāo)志，保存被占用車位，退出子程序返回原點(diǎn)。

第六步：PLC發(fā)送下降脈沖，接近開關(guān)1和上下計數(shù)器工作，當(dāng)上下計數(shù)器為7時脈沖結(jié)束，并將車位標(biāo)志清除，退出程序。

取車子程序流程圖如下頁圖5所示。

圖5 取車流程圖

當(dāng)系統(tǒng)接收到取車指令時，進(jìn)入取車子程序，取車程序由六個步驟構(gòu)成：

第一步：PLC發(fā)送下降脈沖，接近開關(guān)1檢測過程觸點(diǎn)，同時上下計數(shù)器計數(shù)加1，當(dāng)上下計數(shù)器與縱向車位相等時，關(guān)閉脈沖進(jìn)入右移程序。

第二步：PLC發(fā)送右脈沖，由接近開關(guān)2檢測過程觸點(diǎn)并且左右計數(shù)加1直至與橫向車號寄存器相等。此時準(zhǔn)備前進(jìn)取車。

第三步：PLC發(fā)送前進(jìn)脈沖，當(dāng)接近開關(guān)3狀態(tài)為1時前進(jìn)到位，關(guān)閉脈沖。

第四步：PLC發(fā)送上升脈沖，接近開關(guān)1檢測到位信號，同時上下計數(shù)器減1。

第五步：PLC發(fā)送退出脈沖，接近開關(guān)3狀態(tài)為1時，退出到位，停止發(fā)送脈沖。

第六步：PLC發(fā)送下降脈沖，接近開關(guān)1和上下計數(shù)器工作，當(dāng)上下計數(shù)器為7時脈沖結(jié)束。退出程序。

3.2 手機(jī)組態(tài)設(shè)計

手機(jī)遠(yuǎn)程控制端的組態(tài)設(shè)計是利用物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行的，本系統(tǒng)使用深圳市拓普瑞電子有限公司生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)模塊GPRSDTU-02進(jìn)行無線通信。在程序設(shè)計上需要完成GPRS DTU-02通過通訊協(xié)議與平臺連接。

第一步：創(chuàng)建設(shè)備，在物聯(lián)網(wǎng)平臺建立一個新設(shè)備。

第二步：創(chuàng)建連接，將之前設(shè)置的傳感器名稱與PLC的modbus地址相連，完成平臺與PLC的對接。

在物聯(lián)網(wǎng)平臺頁面上有一個設(shè)備信息如圖6所示，將該信息填寫在DTU配置軟件上下載到DTU模塊中，就可以建立DTU與平臺的連接，可以在手機(jī)上看到其監(jiān)控界面。手機(jī)監(jiān)控界面如圖7所示。

圖6 設(shè)備信息

圖7 手機(jī)監(jiān)控界面

圖8 觸摸屏界面效果圖

3.3 觸摸屏設(shè)計

觸摸屏使用臺達(dá)DOPsoft軟件設(shè)計界面，界面效果如圖8所示。

1）當(dāng)取車時，按下取車請求，輸入取車號，立體車庫完成取車動作，車輛搬運(yùn)裝置下降到位，最后按下確認(rèn)按鈕取車動作結(jié)束，車輛搬運(yùn)裝置歸位。

2）當(dāng)停車時，輸入停車號，按下停車請求，使車輛搬運(yùn)裝置下降，確認(rèn)按鈕啟動車庫停車，立體車庫完成停車動作后，車輛搬運(yùn)裝置歸位。

3）手動功能是調(diào)試時使用到的，可以點(diǎn)動觸摸屏上下左右前后按鈕對車臺進(jìn)行調(diào)試。

4 結(jié)語

通過對3×3框架式升降橫移式立體車庫的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，使整個系統(tǒng)設(shè)計具備模擬實現(xiàn)基本的自動存取車、組態(tài)畫面實時監(jiān)控等功能。在設(shè)計中，PLC控制和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)需要結(jié)合，以此來搭建整個立體車庫的模擬運(yùn)行過程。通過模擬仿真，完善了基本的功能，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。