摘 要：采用西门子S7-300 PLC作为控制中心设计而成。同时选取工控触摸屏 TP270 作为人机交换设备，并利用 WinCC flexible 进行软件进行触摸屏组态，用户可以使用触摸屏自主选择停车位置，选用变频器 MM440实现电动机的变频调速，采用 PROFIBUS-DP 现场总线通信网络进行数据通信，使数据传输更高效。立体车库结构合理，操作性能稳定，存取车辆便捷，整个存放流程经认真调试，数据可靠，满足市场各类需求，实用性强。

关键词：立体车库;PLC控制系统;触摸屏

近年随着汽车需求量的不断增加，立体车库需求量也是成倍增加，到 2013 年，立体车库新增项目约1800 个，新增泊位高达 50 万个，2014 年～2016 年，是我国经济平稳发展的几年，国家经济正在尝试转型，不管是增长速度，增长方式，还是结构形式，都在做极大的改变，此种复杂的环境，包括不仅是立体车库，整个制造工业都会受到一定影响，如何在这个改革大潮流下，保持立体车库的优势，是一个值得我们思考的问题[1]。本文主要针对人群密集的商业区和人口密度较大的住宅小区设计。拥有存取车辆车位可选、自动进行存取车辆掉头、存取时间短、建造资金低和安全可靠等特点。

一、堆垛式立体车库的控制原理及运行流程设计

（一）堆垛式立体车库的控制原理

立体车库控制系统可以分为监控层、控制层和执行层三个层次结构，并通过各相应的通信协议完成相互通信，计算机与 PLC 核心控制器通过MPI通信协议完成通信进行控制程序的下载，S7-300PLC 核心控制器主站与各个从站通过 PROFIBUS-DP 总线进行信息传输。其中整个控制系统主要包括监控计算机、打印机、S7-300PLC、TP270、MM440、ET200M 设备以及光电开关等末端控制元件[2]。各个控制元件相互协作，通过已编程序按一定逻辑顺序完成车主的存取车操作，各个控制元件同时又是一个单独的模块，可更加便利的进行更换及维修工作，实现了立体车库的智能化、高效化和模块可更替化。

（二）堆垛式立体车库的运行流程

立体车库存取车操作可以使用刷卡或输入密码两种方式，当车主忘记带卡或卡片意外丢失时刻采取输入密码的方式进行存取车操作，这样能更人性化的为车主服务，同时大大减轻了车库管理员的工作量。车库管理员平时只需进行卡片的发放及注销工作即可，扣费及存取车过程均实现自动化、智能化。

二、堆垛式立体车库控制系统硬件设计

控制系统主要由 PLC 核心控制器、触摸屏人机交互设备、分布式 I/O 接口模块、变频器调速模块、输入/输出模块，传感器等末端控制元件组成。各设备模块通过各相应通讯方式进行信息传递和反馈，进而相互合作，共同保证了立体车库的平稳高效的运行。

（一）堆垛机运行机构电动机的选择

本次立体车库设计共使用 5 台电机，系统中的电机主要有堆垛机横移运行机构电动机 1 台（正反转）、堆垛机垂直升降运行机构电动机 1 台（正反转）、堆垛机托盘平台旋转运行电动机 1 台（正反转）、堆垛机托盘平台横移电动机 1 台（正反转）、车库门专用电动机 1 台（正反转）。其中除车库门电动机其余三台电动机运行时只需带动堆垛机平台运动不需带动整个堆垛机运行，其中 G—堆垛机平台自身净质量（300 kg），计算的 P≥Pst+Pd=2.33+3.15=5.48Kw，为保证安全余量及方便日后维护，故本次设计堆垛机及载车托盘所需电动机均使用三相异步电动机，型号为 Y160L-8。入口处车库门升降电动机采用专用小型交流电动机。

（二）PLC I/0 接口分配

本文研究立体车库拥有较多的输入、输出量，所选用西门子 PLC300 控制器可以扩展较多的 I/O，能够满足设计对 I/O 控制的需求。为了方便安装和维修本文立体车库 I/O采用模块化设计思路，分别扩展两个分布式 I/O 模块 ET200M 用来进行车库内各输入/输出信号的传输。每个ET200M连接2 个16路输入模块SM321和2个输出模块SM322，其作为从站，通过 PROFIBUS-DP 和 S7-300PLC 进行通信。同时为方便日后系统升级扩展及满足车库外辅助设备对 I/O 的需求，需在 PLC300 機架上扩展一个 16 路的数字量SM322 输出模块和一个 16 路的数字量 SM321 输入模块。通过 STEP 7 编程软件利用用户编址的方式进行对 I/O 的编址。

三、堆垛式立体车库控制系统软件设计

（一） PLC 控制系统的组态

进行 PLC 进行程序编译之前需要在 STEP7 中生成一个与实际控制系统所选的硬件完全一样的系统，首先需创建 PLC 机架，然后在机架中插入各相应模块，最后设置和修改所有模块或站点的参数。 硬件组态的目的是合理分配设备的资源，主要包括新建项目、选配机架（RACK）、选配 CPU 型号、选配电源模块、选配功能模块、选配 I/O 模块、选配通信处理器等过程。本课题控制系统设计中，进行组态的有主控元器件为 S7-300CPU315-2DP 主站和 TP270触摸屏、MM440 变频器、ET200M 分布式 I/O 等从站。其中西门子触摸屏 TP270 采用Win CC flexible 进行操作页面的组态，同时需在 PROFIBUS-DP 总线中设置一个中间站HMI，连接 S7-300PLC，以便程序调试仿真。

（二）触摸屏画面的组态

人机界面通过画面中的可视化元件反应实际的工作过程，是 WinCCflexible2008 的主要元素，画面包括静态和动态两个方面，静态部分主要表示静态元件显示，在仿真过程中，它们的状态不会发生变化[3]。而动态部分包括了动态元件，动态元件随变量的改变而改变，可以用图形，字符和棒图等来显示设备当前的工作状态。图1界面，可以选择“输入密码”或在一体机的右下方刷卡进行存车操作，输密码或刷卡完成之后进入图2界面，有车位置表示已被占用“选定”按钮不可以点击，用户可根据自身停车时间长短来点击空白停车位置的“选定”按钮进行停车位置的选择，第一层有共8个车位，若第一层没有合适的车位，点击“下一页”按钮进入车库第二层。

四、结论

本文所研究立体车库的结构组成及工作原理，合理选取并设计了控制系统的硬件部分，并且利用了 STEP 7 软件进行 S7-300 PLC 系统控制程序的编程及硬件组态，利用Win CC flexible 组态软件进行 TP270 触摸屏画面的组态，最后对整个立体车库控制系统进行了调试和改进。满足车主对停车位置的远程选定、提前预约及实时查看等需求。

参考文献：

[1] 潘耀芳.自动化立体车库的库位排列及成本优化[J].上海电力学院学报，2010，17（1）;27-31.

[2] 易倩颖.基于 PLC 的新型智能立体车库的控制系统研究 [D].杭州：浙江大学，2012..

[3] 阳胜峰，吴志敏.西门子 PLC与变频器 触摸屏综合应用教程[M].北京：中国电力出版社，2013.

作者简介：

孙莉（1982-），女，安徽省淮北人，副教授，硕士，研究方向：工业综合自动化

基金项目：省级大学生创新训练项目（编号：S201913324045）