1、 緒論目前隨著我國城市化進程的加快，城市的車輛越來越多，而除了新建的高檔住宅小區外，大多數普通住宅小區的車庫嚴重配套不足，以至于小區內小轎車到處亂停亂放，馬路邊、人行道、甚至草坪上都停車1。因此研究立體停車庫智能控制系統不僅能夠降低成本，帶來經濟效益，更能提高效率、方便人們的日常生活。可編程控制器（ProgrammableLogicController 簡稱PLC）已經成為現代工業控制的重要支柱之一，它是以微處理器為基礎，綜合自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的工業自動控制裝置2；其可靠性高邏輯功能強體積小可在線修改控制程序，具有遠程通信聯網功能易于計算機接口能對模擬量進行控制，具備高速

2、記數與模擬轉換等高性能智能模塊等優異性能3。而基于組態王的PLC立體車庫控制系統通過組態王實現了對立體車庫控制系統現場的實時監測與控制，使其具有適應性強、開放性好、易于擴展等優點4。1.1組態王PLC立體車庫控制系統的背景和意義 隨著社會城鎮化的發展，城市人口日益增多，樓房和車輛也越來越多，特別是隨著改革開放以來，國民經濟的高速發展為汽車工業的振興注入了強勁的動力，家用汽車的數量成倍增長5。而與此同時，汽車停車場地的增長卻不能與之同步，汽車數量遠遠超過傳統汽車場提供的泊位，由此帶來停車難、亂停車的問題。在中國城市土地資源越來越緊缺的情況下，城市住宅小區的停車難問題已經日益突出，于是向空間發展成

3、為解決當前問題的一條重要途徑6。立體停車庫就是在這種背景下發展起來的。近些年，隨著智能控制技術的不斷發展，基于組態王的PLC立體車庫控制系統技術已經引起人們的關注和研究。現從以下幾個方面闡述基于組態王的PLC立體車庫控制系統的意義：一、立體車庫占地空間小，有效的減少車輛占地面積；基于組態王的PLC立體車庫占地空間小，在道路擁擠、車滿為患的城市中可最大限度的利用空間，安全方便。立體車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停車場、地下停車庫和停車樓組合實施。傳統的自然地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據大約38m2的土地面積。假如采用兩層的立體車庫，可使地面的使用率提高

4、 8090，如果采用地上 3 層或更高層的立體車庫，40-50 m2的土地面積上大約可存放幾十臺車輛，這樣不僅可以節省有限的土地資源，而且可以節省開發成本7。二、立體車庫節能環保，安裝靈活；基于組態王的PLC立體車庫一般不做成成套系統，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發揮它的占地面積少、可化整為零的優勢，在住宅區或者大廈的每棟樓下都可以隨機設立自動化立體車庫7。最重要的是立體車庫可以免除采暖通風設施，所以在運行過程中的耗電量比工人管理的傳統自然地下車庫低得多，而且減少了環境的污染。三、立體車庫功能完善，適用性強。基于組態王的PLC立體車庫控制系統具備了PLC所有功能，可以用于各種規模的工業控制

5、場合。該系統用軟件編程取代了硬件接線實現控制功能，使安裝接線工作量大大減小，設計人員只要一臺PLC就可以進行控制系統設計，PLC具備完善的自診斷，履歷情報存儲及監控功能，工作人員通過組態王和PLC可以快速查出故障的原因，便于迅速處理，及時排除故障。使維修方便，從而極大的提高可靠性。綜上所述，在城市化發展寸土寸金的今天，要解決“停車難”的問題，最好的方式就是建造立體車庫。因而對基于組態王的PLC立體車庫控制系統進行研究，具有重要的社會意義和經濟意義。1.2 國內外發展狀況7自動化立體車庫從產生、應用及發展大概已經經歷 50 多年的歷史了。先后出現了針對家庭使用的雙停車設備；利用住宅空地建起的2-

6、4層升降橫移停車設備；適合城市中心商住區使用的停車樓和停車塔。世界上起步較早的國家主要有日本、韓國、德國及意大利等。圖1 國外高容量的立體車庫我國立體車庫的早期研究開發工作是從80年代中期開始，90年代開始引進和生產停車設備7。1998年1月1起執行的國家計委6號令把自動化立體車庫和城市立體停車場列入“國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術”。國家海關總署對自動化立體車庫規定“國內投資項目給予免征進口稅8”。上述措施為我國自動化立體車庫產業的發展提供了良好的條件，也為我國解決城市停車難問題提供了機會。可以預見，自動化立體車庫在我國具有非常廣闊的市場前景。目前，由于國家政策的支持，同時伴隨著國家經濟

7、的快速發展，以及城市化的建設步伐加快所帶來土地的緊張問題，自動化立體車庫行業也發展迅速。目前停車設備生產廠商一發展到幾百家，生產各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口。但是我國的停車產業在發展中還存在很多問題，如沒有統一的技術標準；多數產品是引進國外技術制造，技術水平較低；缺少大規模的企業，生產能力不足；政策不配套等8。圖2 我國廣泛使用的升降橫移立體車庫1.3 課題主要研究內容本文主要根據PLC的功能完善、可靠性高的特點和組態王實時監測和控制的特性，設計了基于組態王的PLC立體車庫控制系統。本文主要研究內容如下：一、先介紹立體車庫的應用范圍，說明PLC和組態王立體車庫控制系統的研究背景和

8、意義，以及國內外發展現狀。并對立體車庫進行概述，包括了對立體車庫的基本結構介紹和立體車庫控制技術介紹。二、系統總體設計，包括系統總體思路設計，PLC和組態的選型、系統主電路設計和系統控制電路設計等。三、軟件設計，主要論述控制系統的軟件實現，包括PLC單元系統設計和PLC編程，組態王單元設計以及組態王編程等。四、系統調試，對基于組態王的PLC立體車庫控制系統功能進行調試和組態王仿真結果分析。最后對該設計進行總結和展望，并提出該系統還需要進一步研究和改善的地方，并給出一些改進方案。2 立體車庫基本結構及其控制基于組態王的PLC立體車庫是指利用電機帶動載車板的升降或橫向平移，從而實現存取車輛操作的機

9、械式停車設備。2.1立體車庫基本結構介紹以三層三列式立體車庫為模型建立研究對象。立體車庫主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統、提升系統、控制系統、安全防護系統六大部分組成9。具體組成及作用如下： 圖3 立體車庫主要組成9一、結構框架立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中我們選用鋼架結構。鋼架結構與其它建筑結構相比，具有如下特點：a.可靠性高；b.材料的強度高，鋼結構自重小；c.材料的塑性和韌性好；d.鋼結構制造簡便，施工工期短；e.鋼結構密閉性好；二、載車盤（載車托盤或載車板）載車盤主要作用是承載車輛，通過其上的橫移電機和升降電機，帶動載車盤作水平橫移運動和上下升降運

10、動，載車盤上的搬運器由4根鋼絲繩與框架連接，可以實現上下升降運動；三、傳動機構傳動機構主要由升降傳動機構和橫移傳動機構組成，它是整個立體車庫關鍵部分，是系統控制的主要執行部分；四、安全裝置上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置；五、控制系統基于組態王的PLC立體車庫控制系統采用PLC 可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態，手動控制應用于調試、維修狀態，復位應用于排除故障場合，急停應用于發現異常的緊急場合。對于本文中所列的7車位立體車庫控制系統，PLC 主要控制中層、上層五個升降電機的正反轉和底層、中層四個橫移電機的正反轉。2.2

11、立體車庫控制技術基于組態王的PLC立體車庫控制系統采用單元鋼架結構，升降、橫移電機驅動，鏈條（或鋼繩）傳動10。車庫中每一個車位單元都配置一個停放車輛的載車板（載車盤），載車板由升降、橫移電動機單獨驅動，可以上下、左右移動。除了最上一層外，每一層全都留有一個空車位，其作用是允許載車板左右移動一個車位位置，為上一層載車板的下移留出一個通道。最上一層的載車板只能上下移動，不能左右移動；最下一層載車板只能左右移動，不能上下移動。因此如果要在任意一個車位上存取車輛，首先必須要把該車位正下方每一層車位的載車板移開，產生一個垂直通道，然后再將該車位的載車板移到最下一層，最后存取車輛。3號123號12111

12、5號5號14號17號7號16號1圖4 立體車庫工作原理圖103系統的總體設計基于組態王的PLC立體車庫控制系統由上、下位機二部分組成，上位機為PLC編程軟件系統和組態王編程系統，主要負責程序的編程、編譯、監控；下位機為PLC硬件運行系統，主要負責接收編譯完的程序，并控制硬件電路的工作。3.1 PLC控制系統設計的基本原則任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本原則：1.最大限度地滿足被控對象的控制要求：充分發揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統的前提。2.保證PLC控制系統安全可靠：

13、保證PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。3.力求簡單、經濟、使用及維修方便：在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。4.適應發展的需要：由于技術的不斷發展，控制系統的要求也將會不斷地提高，設計時要考慮到今后控制系統發展和完善的需要，以滿足今后生產的發展和工藝的改進。3.2系統總體設計結構圖基于組態王的PLC立體車庫控制系統和其他類型的車庫控制系統一樣由信號控制系統和拖動控制系統兩部分組成。圖5 PLC和組態立體車庫控制系統基本結構圖3.3 PLC硬件選擇和組態選擇3.3.1 PLC硬件選擇本設計采用組態和

14、PLC構成簡易的三層七車位立體車庫控制系統，車位的上升和下降由一臺電動機拽引拖動，電動機正轉為車位上升，反轉為車位下降。車位的橫向平移由另一臺電動機門機拖動，電動機的正轉為車位向右移動，反轉為車位向左移動。由于七個車位都要接收存車、取車共兩個信號，即需要2*7=14個輸入端；上層三個車位要響應升、降共兩個信號，中層兩個車位要響應升、降及左移、右移共四個信號，下層兩個車位要響應左移、右移共兩個信號，即需要3*2+2*4+2*2=18 個輸出端。綜上所述，輸入端14個，輸出端18個。實驗室有可編程控制器S7-200的PLC226其輸入、輸出I/O為24/16，外加一個I/O口為8/8的的EM223

15、拓展模塊，即系統共有輸入、輸出I/O為32/24。可滿足本設計要求。3.3.2 組態軟件選擇組態王監控系統軟件是新型的工業自動控制系統。它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統11。它以其逼真再現現場畫面，使控制者在任何時間任何地點均可實時掌控系統每一個細節。它不但實現對現場的實時監測與控制，且還在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用，有利于實驗者對現場實時監控。鑒于組態王的優點，本設計采用市場上廣泛推廣KingView6.55來進行立體車庫控制系統的現場監控。3.4系統的電路設計3.4.1系統的主電路設計根據設計要求，在立體停車庫控制系統中主控單元的主要控

16、制對象首先是車庫內的橫移電機和升降電機，控制系統就是使它們在不同的時間內實現正反轉。由于中層4號車位既要升降也要橫移，所以選取4號車位的電機控制分析，其電機正反轉控制原理圖如圖6所示。圖中M1，M2分別為升降電機和橫移電機，交流接觸器KM1-KM4，通過控制兩臺電動機的運行來控制載車板的升降和橫移。FR1，FR2是起過載保護作用的熱繼電器，用于載車板運行過載時斷開主電路。FU1、FU2為熔斷器，起過電流保護作用。圖6 系統主要控制電路原理圖其主要設計思想為：當手動開關SB1閉合，停止開關SB2處于閉合狀態，如有呼叫信號響應，PLC則按照預先植入的程序執行。1.當IO口Q1.4輸出時，其Q1.4

17、常開觸點閉合，繼電器KM1得電，KM1的常開觸頭閉合，電動機M1正轉，即4號車位向上運行。同時KM1的輔助常閉觸頭斷開，構成互鎖結構防止電機M1正反轉同時運行，即防止車位向下運行，可提高系統運行的可靠性。2.當IO口Q0.4輸出時，其Q0.4常開觸點閉合，繼電器KM2得電，KM2的常開觸頭閉合，電動機M1反轉，即4號車位向下運行。同時KM2的輔助常閉觸頭斷開，構成互鎖結構防止電機M1正反轉同時運行，可提高系統運行的可靠性。3.當IO口Q0.0輸出時，其Q0.0常開觸點閉合，繼電器KM3得電，KM3的常開觸頭閉合，電動機M2正轉，即4號車位右移。同時KM3的輔助常閉觸頭斷開，構成互鎖結構防止電機

18、M2正反轉同時運行，可提高系統運行的可靠性。4.當IO口Q1.0輸出時，其Q1.0常開觸點閉合，繼電器KM4得電，KM4的常開觸頭閉合，電動機M2反轉，即4號車位左移。同時KM4的輔助常閉觸頭斷開，構成互鎖結構防止電機M2正反轉同時運行，可提高系統運行的可靠性。當需要檢修立體車庫控制系統時，則按下停止按鈕SB2，先使車庫各車位復位。再斷開手動開關SB1。隔離電源后再進行檢修，以保證檢修人員安全。3.4.2 PLC的IO分配表基于組態王的PLC立體車庫控制系統中PLC輸出端口接入立體車庫控制系統主控回路圖中的相應位置來控制繼電器，從而控制立體車庫系統的上升和下降以及橫移。PLC的外部輸入和輸出端

19、口作用見表PLC的IO分配表。表1 PLC的IO分配表名稱I/O端口名稱I/O端口一號存車M1.1一號下降Q0.1一號取車M2.1一號上升Q1.1二號存車M1.2二號下降Q0.2二號取車M2.2二號上升Q1.2三號存車M1.3三號下降Q0.3三號取車M2.3三號上升Q1.3四號存車M1.4四號右移Q0.0四號取車M2.4四號左移Q1.0五號存車M1.5四號下降Q0.4五號取車M2.5四號上升Q1.4六號存車M1.6五號右移Q2.0六號取車M2.6五號左移Q2.1七號存車M1.7五號下降Q0.5七號取車M2.7五號上升Q1.5一號存車M1.1六號右移Q0.6一號取車M2.1六號左移Q1.6二號存

20、車M1.2七號右移Q0.7二號取車M2.2七號左移Q1.73.4.3 PLC硬件電路設計基于組態王的立體車庫控制系統共有14個輸入觸頭，18個輸出觸頭，采用了S7-200系列的CPU226和擴展模塊EM223。組態王的PLC立體車庫控制系統的核心CPU PLC226的硬件輸入和輸出接線圖如圖7所示。圖7 PLC226硬件輸入和輸出接線圖4系統軟件設計本課題設計組態王的PLC電梯控制系統，主要以PLC程序設計為主，用軟件程序來替代傳統的繼電器-接觸器控制系統的邏輯運算，順序運算，以提高系統的可靠性，減小控制系統體積，降低能耗及其維修保養費用。4.1 組態王的PLC立體車庫控制系統的優點本設計有如

21、下控制要求：下層的車位只作橫移，不必升降；上層車位需通過中間層及底層橫移出空位，將載車板升或降到地面層，駕駛員才可進入車庫內將汽車開進或開出車庫。采用PLC車庫控制系統能完全滿足上述要求，并且具有如下優點：信號處理均有PLC實現，接線簡單；觸點少、故障少、可靠性高；降低能耗和降低維修保養費用；功能變化靈活，編程簡單；開發周期短，實時監測和控制等。4.2立體車庫邏輯程序設計4.2.1 系統總程序設計方框圖根據車庫的運行控制要求，用編程軟件支持的梯形圖邏輯語言編寫，程序設計方案如下：（1）初始化程序提出系統的控制信息，掃描各到位開關信號；（2）每個載車板運動之前，需要先判斷目的地是否有空位，有空位

22、才可以動作。判斷是否有空位是根據橫移電機所對應的到位行程開關動作信息來確定的。其立體車庫控制系統總程序設計方框圖如圖8所示。 圖8 系統總程序設計方框圖4.2.2 梯形圖程序設計梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語言，梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點， 因此本系統設計PLC程序采用梯形圖編程。立體車庫控制系統中，選取上層1號車位存取車為例PLC部分程序設計如下：1、接收存取信號：當上層1號位接收存車信號I1.1時，1號車位在進行升降操作之前，先要判斷正下方是否有空位，若沒有空位則要等待正下方的車位進行橫移操作，使正下方有空位。其梯形圖如圖9所示;圖9 1號車位存取車信號2

23、、中層空位：其正下方中層的4號車位先響應操作輸出信號Q0.0且5號車位響應操作輸出信號Q2.0，此時4號和5號同時右移一個車位，使1號車位下方的中層讓出空位，其梯形圖如圖10所示； 圖10 4號、5號右移 3、下層空位：其正下方下層的6號車位響應操作輸出信號Q0.6且7號車位響應操作輸出信號Q0.7，此時6號和7號同時右移一個車位，使1號車位下方的下層讓出空位，其梯形圖如圖11所示；圖11 6號、7號右移4、1號車位到達指定點：1號車位正下方已空出車位，此時響應操作輸出信號Q0.1，1號車位開始下降到達底層指定位置，開始進行存取車操作；完成操作后輸出操作信號Q0.1，1號車位上升復位，其梯形圖

24、如圖12所示；此時1號存取車過程已完成。圖12 1號車位升、降4.3 組態王單元系統設計組態王開發監控系統軟件，是新型的工業自動控制系統，它以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統13。4.3.1組態王軟件基本操作和設計建立新組態王工程的一般過程是：1.新建組態王工程;2.設計圖形界面;3.定義設備;4.構造數據庫;5.建立動畫連接。本系統的組態軟件設計步驟如下：1.新建組態王工程。 啟動“組態王”工程管理器，選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕。寫于工程名后，下一步進入新建工程向導之三工程名稱和描述，點擊完成。2.設計圖形界面。第一步：進入新建的組態王工程，選擇

25、工程瀏覽器左側大綱項“文件畫面”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出新畫面“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，如“liticheku”，其它屬性目前不用更改， 點擊“確定”按鈕進入內嵌的組態王畫面開發系統。第二步：在組態王開發系統中從“工具箱”中分別選擇“文本”、“圖形”“矩形”“窗口色”等構建自己的組態畫面。畫面如圖13所示。圖13 組態畫面3.定義設備。繼續上述的工程。選擇工程瀏覽器左側大綱項“設備”在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出運行“設備配置向導”找到PLC中的西門子，找到S7-200系列（USB），下一步，彈出“設備配置向導”，為外部設備取一個名稱，輸入PL

26、C226. 單擊“下一步”，彈出“設備配置向導-地址設置”從PLC中查詢得知地址為“2”請檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成4.構造數據庫：組態王中定義的變量與一般程序設計語言，比如BASIC、C語言，定義的變量有很大的不同，既能滿足程序設計的一般需要，又考慮到工控軟件的特殊需要。在工程瀏覽器中左邊的目錄樹中選擇“數據詞典”項，右側的內容顯示區會顯示當前工程中所定義的變量。在數據詞典中雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”屬性對話框。“確定”按鈕，則工程人員定義的變量有效時保存新建的變量名到數據庫的數據詞典中。若變量名不合法，會彈出提示對話框提醒工程人員修改變量名。單擊“取消”按鈕，則工

27、程人員定義的變量無效，并返回“數據詞典”界面5.建立動畫連接。5系統調試運行5.1 PLC調試本設計采用S7-200系列PLC, 使用STEP 7-Micro/WIN編程軟件，在程序指令輸入完畢后，單擊工具欄中的編譯按鈕進行編譯，編譯通過后狀態欄里的信息提示如圖14所示。將執行編譯好的程序下載到PLC中。 圖14 編譯信息至此，立體車庫控制系統的程序開發過程全部結束，可以進行程序聯機調試。5.2 PLC程序和組態王程序聯機調試將PLC程序下載到PLC中，再次進行編譯并確認程序無誤后，將程序掃描并開啟運行狀態。關閉PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN并且保證PLC是運行狀態,此時等待組

28、態王的運行和調試。PlC下載界面如圖15所示。圖15 PLC下載界面組態王工程已經初步建立起來，進入到運行和調試階段。在組態王開發系統中選擇“文件切換到 View”菜單命令，進入組態王運行系統。在運行系統中選擇“畫面打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇“liticheku”畫面。顯示出組態王運行系統畫面。其基本控制結果如下：1、組態王的PLC立體車庫控制系統在運行時組態王中監控畫面顯示：以上層1號位存取車為例，1號位接收存取車信號時，其正下方中層的4號車位先響應操作輸出信號Q0.0且5號車位響應操作輸出信號Q2.0，此時4號和5號同時右移一個車位，使1號車位下方的中層讓出空位；其正下方下層的6號

29、車位響應操作輸出信號Q0.6且7號車位響應操作輸出信號Q0.7，此時6號和7號同時右移一個車位，使1號車位下方的下層讓出空位；其組態畫面如圖16所示。圖16 1號車位下方空位留出1號車位正下方已空出車位，此時響應操作輸出信號Q0.1，1號車位開始下降到達底層指定位置，開始進行存取車操作；其組態畫面如圖17所示。圖17 1號車位下降存車完成操作后輸出操作信號Q0.1，1號車位上升復位，然后輸出操作信號Q1.0和信號Q2.1，響應控制4號、5號車位左移復位，同時輸出操作信號Q1.6和信號Q1.7，響應控制6號、7號車位左移復位；此時1號存取車過程已完成。如圖18所示。圖18 存車完成后復位總結本文

30、主要以立體車庫為研究對象，參閱了國內外關于立體停車庫的大量實際案例及相關資料，分析了立體車庫的特點，從組合方式、節地、安全性、運行維護等方面與傳統車庫的比較分析，從車庫庫存量、存取車時間、經濟性及運行原理、適用范等方面分析，對立體車庫控制系統進行如下設計：1.設計基于組態王的PLC立體車庫控制系統的總體方案。分別對方案中個各部分關鍵器件進行了分析和選擇。2.在硬件選擇上，為了達到設計要求和控制成本的最佳。方案選擇了應用廣泛，功能完善的PLC編程器。4.在軟件設計部分設計了組態監控畫面、PLC立體車庫控制梯形圖。在做這個設計中，我學到了很多實踐操作知識，也使我的專業理論知識更加扎實，軟件操作更加熟練了。做完這個設計后，也感覺到自己對立體車庫涉及的一些領域相當的貧乏，由于受限于自己當前的能力水平與知識量，論文中立體停車庫所涉及的許多內容都沒能夠深入的闡述分析，僅僅在自己能力有限范圍內對立體停車庫進行探究，導致文章中很多方面缺乏深度和廣度，很多內容方面還需要今后繼續進一步完善。我將僅以本論文為今后研究的開端，日后將結合工作進一步的深入研究。當然論文當中有一些疏漏和片面之處，懇請各位專家老師批評和指正，便于今后更進一步的研究分析。參考文