基于PLC控制立體車庫電氣控制系統硬件設計的研究

高靜

摘 要：為解決社會停車難及節省空間，研究了立體車庫，本文主要是對立體車庫電氣控制系統硬件設計進行研究。

關鍵詞：立體車庫;電氣控制系統;PLC;硬件設計

一、電氣控制系統整體設計

本文控制系統的核心控制器選擇的是S7-200 PLC。S7-200 PLC是西門子公司開發的，是一款多功能集于一體的控制系統。

輸入部分和輸出部分是在本文硬件系統設計中最重要的組成部分。檢測部分主要是數字量輸入信號包括按鈕、開關等;輸出部分主要是數字量的輸出信號包括報警器、控制傳動電機的正反轉、運行顯示裝置等。車主在存取車時，要先按按鈕啟動控制程序。檢測信號將被傳送到PLC，運行機構如報警燈、電機、蜂鳴器等完成對其各種動作的控制。圖1為立體車庫硬件系統的結構示意圖。

顯然，整個控制系統的穩定性、安全性、快捷性受硬件系統設計的好壞影響。本文主要研究了PLC的選型、硬件電路的設計和繼電器控制線路的設計及說明。

二、PLC的選型

（一）選擇機型

按結構分，PLC主要有整體型、組合型和疊裝型三種。

對本文涉及的控制系統硬件設計的要求，車庫的結構相對簡單，維修售后也不復雜，控制以開關為主，同時需要輸入信號121個、輸出信號147個。鑒于分析可知，疊裝式結構的S7-200具有配置靈活、高可靠性、通信強及高擴展性等特點，所以本文選擇的控制器應當是疊裝型的S7-200型PLC。

（二）選擇CPU

本文CPU型號選擇的是CPU226。選擇CPU主要考慮I/O口的點數、擴展功能和通信接口的個數。

（三）選擇接口模塊

本文設計的控制系統的核心是數字量輸入/輸出，CPU226的I/O口的點數少，這就需要考慮連接使用擴展模塊，才能符合本文的需要。

當前的市場上，S7-200 PLC的擴展模塊主要有EM221輸入模塊、EM222輸出模塊和EM223輸入、輸出混合模塊3種。本文擴展模塊選擇的類型是EM223。

三、 PLC外部電路的研究

PLC外部電路主要有三大模塊：供電模塊、輸入模塊和輸出模塊。

（一）供電模塊

PLC供電模塊由兩部分工作電源組成：CPU的輸入/輸出部分的工作電源和I/O擴展模塊的輸入/輸出部分的工作電源。PLC的動力中心就是電源部分，一旦出現問題，PLC控制的整個系統陷入混亂，不能正常工作，電源部分的性能好壞決定著PLC控制系統能否否正常運行。

PLC供電系統由兩部分組成：第一部分是只給自己單元的輸入部分供電的電源，直流24V的工作電壓的CPU 226;另一個部分是開關的穩壓電源，是CPU 226模塊，擴展模塊的輸入電源和輸出電源都是直流24V。PLC的工作電源是由穩壓電源將電網的輸入電源轉化成符合需要的直流電源。

由以上分析可知：車庫的供電系統的電源是AC380V，采用的是三相斷路器，即L1、L2、L3三相供給380V的電壓。與此同時，開關穩壓電源和火線L21，零線N及保護零線PE連接在一起，這樣就可以給PLC的輸出設備、控制模塊的輸入、輸出設備提供DC24V輸出電壓。所以，車庫的供電系統供電方式是三相五線制的。

（二）輸入模塊

輸入模塊主要是將在現場收集的信號發送到PLC控制器。按鈕、熱保護繼電器及開關量等都是控制系統中的輸入設備。

控制系統的輸入信號有120個點、輸出信號122點，但是CPU226的輸入端口24個，輸出端口16個，CPU226不能滿足系統的要求。所以需要擴展模塊EM223，經過計算需要7片擴展模塊。

（三）輸出模塊

輸出模塊主要是將PLC的信號發送給負載元件，由負載的變化引起電機、報警、顯示裝置將要執行的動作。PLC輸出模塊的控制器選用的是CPU226，交流供電。外部電路將數碼管、運行燈、蜂鳴器報警燈、交流接觸器線圈、延時斷電時間繼電器線圈等連接在一起。

四、立體車庫電氣控制原理及說明

（一）動力電路

動力主電路主要是用來對橫移控制電機的轉動、平移電機以及升降電機的正反轉進行控制的。整個控制系統的設備一共有11臺橫移電機、15臺平移電機和14臺升降電機，在本系統中，傳動電動機應用的都是交流異步電動機。

主電路包括380V進線電源、進線開關、電源指示燈、斷路器、熔斷器 、熱保護繼電器、接觸器和三相交流電動機等。

電源能否正常工作是有一個HL1電源的指示燈檢測的，這個指示燈串聯在斷路器的下面。

在電動機的正反轉電路中，每臺電動機都有2個線圈。一個用來控制電動機的正轉，一個用來控制電動機的反轉。交流接觸器的控制功能主要是控制電機正轉的方向。假設載車板水平左移是正轉，那么反轉就是右移;載車板豎直前進是平移電機正轉，那么載車板豎直后退就是反轉;同理，載車板下降是升降電機正轉轉動，反轉就是電動機上升。

（二）自動控制電路原理說明

存取車的高度安全性主要是由載車板的運行電路、顯示電路和報警電路構成的自動運行控制電路決定。

1.設計控制系統的聯鎖電路

在控制電路系統中，車庫的自動運行控制和手動運行控制的轉換是由開關SA實現的。SA有兩個觸點，當開關按鈕選擇1時，自動控制系統工作;當開關按鈕選擇2時，手動控制系統工作。車庫的工作方式主要是自動運行方式，手動是為自動服務的，一般的手動方式的主要工作就是調試設備。在控制電路中應用了自鎖和互鎖控制，這樣可以提高系統的安全性和可靠性，同時也可以消除一些干擾信號。

2.控制電路的底層停車位

底層一共有6個存車位，1號的存車位和3號的存車位可以直接存取車，其他的停車位4號、6號、7號和9號在存取車時的工作原理大致是相同的。

3.控制電路的中間層存車位

中間層的停車位一共有6個，分別是10、12、13、14、16、18號。10、13和16號，12、14和18號的存車位方向是一致的，但是它們之間的運動方向是相反的。

4.控制電路的頂層存車位

由上述分析可知，頂層和中間層在相同的存車位，它們載車板的要求也是相同的。

5.報警電路

報警電路主要包括按鈕、開關、繼電器、報警燈及蜂鳴器等。只要發生下述一種情況，就會啟動報警裝置。

①一旦車庫有偶然事件發生，或者當出庫遇到某些無法控制的意外時，需按下緊急停止按鈕SB2，啟動報警裝置。

②存車按鈕和車位號按鈕要同時按下，如果車位不是空閑位置，載車板上的光電開關會給出信號，此信號傳送到PLC，啟動報警裝置。

③如果載車板上的車輛停放位置發生錯誤，接近開關上的常開觸點就會閉合，就會啟動報警裝置。

本章從整個系統的基礎上，詳細介紹了控制系統硬件，重點闡述了車庫電氣控制系統整體設計、控制原理及硬件介紹、PLC的選型、I/O分配等。

參考文獻

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