摘要：随着社会的发展，人们生活品质不断地提高，对汽车的需求也大大增加，汽车保有量逐年增加，而停车位有限，随之而来的问就是停车难。为此本文设计了一种小型立体停车库，主要利用西门子PLC-1200编写程序，通过变频器控制码垛机，实现车辆的自动停车和取车，缓解了停车难的问题，也节约了停车时间，有一定的应用价值。
关键词：西门子PLC-1200；码垛机；变频器；立体停车库
Research and Analysis of Siemens PLC-1200 Stereo Parking Garage
Ma Xingkun Sun Yanchao Bi Jiandi Cao Zheng
Yangzhou Polytechnic Institute, Jiangsu Yangzhou 225127
Abstract：With the development of society, people's quality of life has continuously improved, and people's demand for cars has also greatly increased. Therefore, the number of cars has increased year by year. However, parking spaces are limited, so there has been a problem of difficult parking. For this reason, a small three-dimensional parking garage is designed, which mainly uses Siemens PLC-1200 to write a program, through the frequency converter control stacker, to achieve the automatic parking and picking up vehicles, to ease the problem of parking difficulties. At the same time, it also saves parking time and has a certain application value.
Keywords：Siemens PLC-1200 ；Stacker ；Frequency converter；Three-dimensional parking garage.
引言
随着社会的发展，人们对生活品质的要求不断地提高，汽车作为代步工具正成为高品质生活的标配，汽车的需求也大大增加，汽车保有量逐年增加，而停车位有限，所以出现了停车难的问题。为解决这个问题，本文设计了一种可以扩展的小型立体停车库，占地面积小使用灵活。它是一种基于S7-1200PLC容量为5*8的立体停车库自动控制系统。该系统利用西门子S7-1200PLC实现对码垛机的移动速度和方向进行控制，并使用HMI触摸屏实时显示车位信息，同时实现车辆无需人工驾驶就可以入库和出库，从而缓解了停车难的问题，也节约了停车时间。
1立体车库码垛机的控制系统设计
1.1 立体停车库整体部分
立体车库系统主要由立体停车库和码垛机组成。
（1）立体停车库
立体车库由立体结构框架和载车板构成，各部分模块化，方面拆卸和安装。立体车库的每个车位均设有光电检测开关，用来检测车位有无车辆。该立体停车库设计有5行8列共40个车位，后期可以根据需要进行扩展。
（2）码垛机
码垛机是整个立体停车库的核心部分，是整体控制系统的执行部件，负责车辆的出库和入库。码垛机的方向移动分为：水平移动的水平轴，上下移动的升降轴，车叉前后移动的车叉轴。在水平轴和升降轴上分别安装了3个接近式的传感器，用来判断对应轴的运行实时位置，到位检测，和加减速的检测。车叉轴装有2个传感器和2个光电开关，其中一个传感器和对应的一个光电开关用于缩回到位检测，另一组用于检测车库入库放车伸出到位和出库取车到位。水平轴和升降轴方向运动都采用了高精度涡轮减速装置，防撞装置。车叉轴方向的运动采用了齿条行程倍增结构使结构紧凑提升了定位精度，并且三轴带有防撞装置，保证断电后立即停止，进一步确保了设备的运行安全和稳定性。
1.2立体车库的主机电气控制
主机电气控制主要由PLC及其拓展展单元模块、HMI触摸屏模块、变频器模块，以及其他电气元件组成。PLC使用西门子PLC-1200控制整个立体车库系统的运行。HMI触摸屏是用户与计算机之间传递信息和交换信息的媒介，通过HMI触摸屏可以实现人机对话，同时可以直观的显示系统信息，实时查看车位情况。还可以通过其设定系统运行指数，控制操作运行，与PLC进行通讯等。变频器通过改变电机工作电源频率控制交流电动机的电力控制设备，本论文的水平轴、升降轴、车叉轴由3个变频器控制的三个电机进行方向移动和速度控制，并在程序中设计加减速节约停车取车时间。其他电器元件包括交换机、电源、发电机、继电器、连接器、接触器、急停开关、报警灯等共同组成整个立体车库控制系统。
2立体车库控制系统的硬件设计
2.1 PLC型号的选择
立体车库系统选用西门子S7-1200PLC，控制器高达6个高速计数器，其中3个输入为100kHz，3个为30kHz，用于计数和测量。并且集成了2个100kHz高速脉冲输出，用于步进电机和伺服驱动器的速度和位置。并且多达8个信号模块可连接到拓展能力最高的CPU，以支持更多的数字和模拟输入输出信号。该控制系统中集成了两个PROFINET接口，用于对PLC的编程，HMI的通讯和PLC与PLC之间的通讯。本设计码垛机控制系统拓展了两个16位的DI 16x24VDC和一个8位的DI 8x24VDC输入模块。如图1所示：
图1 S7-1200PLC和拓展模块
2.2立体车库变频器的选择和参数设置
变频器选用西门子G120系列中SINAMICS G120 CU240E-2 PN(-F) V4.5的模块化变频器，G120变频器使用灵活，维护方面，对硬件模块热插拔，可以拆接卸线端子，对系统的安全保护等级也高，可以直接安装在码垛机的控制柜中。
三台变频器的参数设置如表1所示
表1 G120变频器参数设置
2.3立体车库S7-1200PLC的I/O地址分配
立体车库控制系统的PLC I/O地址分配表如表2所示。
表2 西门子S7-1200PLC I/O地址分配表
3立体车库的软件和人机界面的设计与实现
3.1控制系统的硬件组态
控制系统的程序采用博图V15软件进行编程，分别对PLC1200、三个变频器和HMI触摸屏进行组态。PLC的IP地址为198.162.8.112，水平轴、升降轴、车叉轴三轴的变频器IP地址分别为198.162.8.14，198.162.8.15，198.162.8.16，HMI触摸屏的IP地址为198.162.8.12。
硬件组态的网络视图如图2所示：
图2 立体车库控制系统硬件组态视图
3.4 HMI触摸屏设计
立体车库系统车辆出库码垛机与出库画面如图3所示，主要包含系统设备状态，车位信息，车位按钮和出库、入库的数目记录。立体车库设备状态：显示车库系统的当前状态。码垛机复位：立体车库系统复位启动。码垛机停止：立体出库系统停止控制。
图3 立体车库车位信息和控制码垛机画面
3.4.1立体停车库车辆出库和入库的程序设计
（1）入库：在人机界面按下车位按钮，点击入库启动，码垛机从入库停车点将车辆托起送到指定车位。入库部分程序如图4所示：
（1）出库：在人机界面按下要取走车位按钮，点击出库启动按钮，码垛机从立体车库将车辆取出送到出库点。出库部分程序如图5所示：
图4 立体车库入库部分程序图
图5 立体车库出库部分程序图
4立体车库安全实时定位控制的设计与实现
（1）立体车库限位停止开关。立体车库在水平轴和升降轴设有限位开关，在系统运行中若出现意外并且未收到报警时，码垛机在到达最极限位置会碰到限位开关系统立即停止运行，这样为立体车库系统的安全提供了双重保障。（2）仓位所属位置的实时识别。立体车库的水平轴和升降轴都设有3个传感器，车库的每一列每一行在对应轴设有对应挡板，码垛机移动时传感器对挡板有光电检测，这样PLC就能准确获取到码垛机的位置，从而实现了对码垛机的实时定位。（3）立体车库整体系统运行的加减速控制。为了使整体系统运行更平稳，定位更准确，停取车时间更短，设计如下：当码垛机在水平轴和升降轴移动时，对传感器经过的挡板数计数，变频器以低速起步，低速移动过一个挡板后开始加速，当要到达目标车位时，即当目标经过的挡板数减1等于已经经过的挡板数时切换为低速，这样既提高了安全性又能对电机对系统起到保护作用。
5结后语
本文设计的立体停车库满足车辆的存取需求，即减少了停车库使用的占地面积缓解了停车难的问题，又节省了停车时间和存取车的便利，加强了使用的安全性和自动化程度，有一定的实际应用价值，当然本设计也存在一些不足之处，后续还需要更进一步的改进和加强。
参考文献
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作者简介
马幸坤（1998-），男，安徽淮北人，在读专科，主要从事机械制造及其自动化研究。
孙彦超（1986-），男，山东枣庄人，硕士，讲师，研究方向：PLC，控制理论与控制工程。
基金项目
江苏省高等职业教育高水平骨干专业建设项目（苏教高〔2017〕17号，序号62）。
论文作者:马幸坤,孙彦超,毕建迪,曹政
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：立体车库论文; 变频器论文; 车位论文; 控制系统论文; 系统论文; 停车库论文; 触摸屏论文; 《基层建设》2019年第26期论文;