基于PLC电子技术的智能车库管理系统设计

2021-06-28鹿玉风

电子测试 2021年2期

鹿玉风

（江苏省沛县中等专业学校，江苏徐州，221600）

0 引言

城市私家车数量的急剧增加，城市土地资源紧张，造成了停车位少、停车费高的问题。为了解决这一普遍城市问题，业界开始尝试引入立体车库，采用智能系统实现立体车库的自动化存取控制，将平面停车空间转变为立体停车空间，大大提高了土地资源利用率。但是由于我国立体智能车库投入使用时间较短，智能化控制系统技术成熟度不够，导致立体车库的车辆存取效率过低，且适用车型较少，立体车库日常运作维护成本较高，制约了立体智能车库的普及发展。鉴于这一情况，本文基于S7—1200PLC自动化控制系统为主题，尝试设计立体车库智能控制系统，期望能够解决目前业界立体智能车库操作效率低下、运作维护成本较高等问题。

1 智能车库管理系统总体设计思路

立体车库是一个集合了多种机械设备的车辆存取系统。按照立体车库的业务运作特点，可以将立体车库的车辆存放功能实现模块细分为升降横移模块、多层循环模块、想到堆垛模块以及垂直循环模块等多个类型。其中应用技术相对更加成熟，适用范围相对更广，因此在居民建筑以及商务建筑的停车库中的应用最为广泛。因此，本文将升降横移类立体车库作为研究对象。

按照升降横移式立体车库的车辆存取特点，要实现车辆的升降和平移，并维持车辆升降平移控制秩序，可以确定升降横移类的立体车库车辆存取操作流程，如图1和图2所示。

图1 升降横移类立体智能车库存车流程

图2 升降横移类立体智能车库取车流程

在梳理了立体智能车库的自动化车辆存取业务流程以后，就可以依据业务流程明确车辆存取功能的功能子模块和基本的智能控制组织结构。具体智能车库日常操作可以分为账户管理、安全监管、手动控制、自动控制和故障报警维护五个子功能模块，分别负责实现车库日常运作过程中的各个功能需求。具体功能模块设计关系图如图3所示。

图3 立体智能车库系统的功能模块

根据立体智能车库系统的功能需求模块，本文使用PLC主控制器，利用以太网PROFINET 和触摸屏来实现系统数据的交换，建立一个集合管理员、操作员、用户操作系统的智能化立体车库管理系统。PLC智能车库管理系统主要通过传感器设备实时监控车库各功能设备的运作状态和功能实现情况，并将这些监控数据传播到PLC主控制器，PLC按照上图的功能实现关系图，将需要操作的数据分为手动控制数据、自动控制数据和故障报警数据，然后将这些数据录入操作系统，通过触摸屏反馈给管理员操作平台、操作员控制平台和用户自助操作平台，用户通过触摸屏录入操作数据，操作数据再由PLC主控系统按照功能模块关系图，传达给执行设备，完成对车辆存取业务的智能操作。其具体管理系统结构图如图4所示。

图4 PLC立体智能车库管理系统结构图

按照PLC立体智能车库管理系统结构图，可以将智能管理系统分为控制系统、上位机系统、触摸屏系统三个子系统。首先，控制系统包括由I/O系统实现的信号的收集和校验以及由CPU主控器实现的数据识别、分析和处理。并再由I/O系统负责将执行命令下达给各个自动化机械设备。其次，上位机系统主要实现自动化机械设备的运作状态实时监控。该系统以PC机为主要硬件设备，通过以太网实现PC机实现与CPU控制器之间的数据交换。最后，触摸屏系统主要实现了智能车库管理系统的操作界面，将机械设备的运作控制经由上位机、CPU控制器将操作权限反馈到触摸屏上，并由管理员和操作员通过实时操作触摸屏来实现对机械设备的远程无线控制。同时故障报警功能模块也可以通过实时监控、CPU预警模块分析，触摸屏系统报警，对机械设备的异常运行状态进行故障分析，并将分析结果反馈到管理员处，管理员能从触摸屏系统及时获取系统故障状态，锁定故障部位，简单了解故障原因，能够及时安排操作员和检修人员对故障部位进行手动校正操作和调试，对故障设备进行维护检修。

2 管理系统硬件配置

管理系统硬件的选择要以稳定性和安全性为基本原则，本文按照一般规模的立体智能车库标准选用西门子PMI1207作为电源设备，为整个智能管理系统提供稳定电能供应。选用西门子SIMATIC S7-1200作为CPU主控系统。选用PROFINET通信模式实现上位机、控制系统、触摸屏系统的信息交互，因此需要选用PROFINET通信交换机来组建智能系统的以太网通信网络。最后，本文选用西门子KTP600的触摸屏设备作为管理系统人机交互操作设备。在上位机系统的传感器模块，选用直流三线NPN常开型光电传感器来检测车位状态和车位升降通道状态。选用直流二线常开型接触传感器，检测车位归位状态以及安全挂钩的复位状态。

3 管理系统软件设计

PLC管理系统的软件模块主要实现PLC管理系统的自动远程控制、手动远程控制、故障预警诊断这三个主要日常管理操作功能。首先，需要设计PLC管理系统的初始化程序，本文以Startup（OB100）作为初始化程序编程框架，在PLC管理系统启动之初，直接自动执行OB100初始程序，将针对各设备的监控PC机中的寄存器赋初始值，并清空各类上次数据传输以及数据处理产生的中间变量和输出信号。在没有接收操作指令之前，一直循环运行OB100程序，在接收指令时，由OB1程序调用FB程序制定各类操作指令的操作程序，当FB程序运行一个周期以后，再由FB程序返回一个方法，继续启动OB100程序。FB程序下辖可以建立几个具体的操作程序组，按照手动操作、自动操作、传感器信号控制以及故障预警诊断功能特点，建立任务组、设计编程对象和程序方法，有FB程序分配各功能模块任务组程序线程。例如系统程序实现自动存车取车功能，就需要建立各个车位的状态变量，将车位归位状态设置为变量M1.0，使用状态设置为M2.0，运行状态设置为M1.5，并将各个车位对象设置编号属性、存储车辆编号属性、位置属性，实现对车位的自动化升级操作、存车时的车位选择、取车时的车位查找以及车位归位状态监测等自动化运作。

4 管理系统仿真检测

本文则完成升降横移式立体车库PLC S7-1200智能管理系统的硬件选用配置以及软件编程以后，组装了管理系统各个功能模块的调试设备，运作软件程序。借助博图V13软件进行PLC控制系统的仿真功能实现检测。在输入针对各类功能模块的操作指令够，对PLC上位机系统、CPU主控制系统、I/O系统、触摸屏系统的运行状态进行编译，结果如图5所示。

通过改变车位的变量，检测系统自动化车位状态识别、位置查找、升降操作、归位操作等自动化操作状态，对PLC智能管理系统进行功能实现仿真检测。总结立体智能车库PLC管理系统能够稳定、高效地实现车辆的自动化存取功能。