基于PROFIBUS的电梯式立体车库控制系统的设计

白 金

（安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000）

基于PROFIBUS的电梯式立体车库控制系统的设计

白 金

（安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000）

为了提高立体车库的稳定性和停车效率，文章提出了一种通过PROFIBUS现场总线通信的电梯式立体车库设计，主要针对电梯式立体车库控制系统进行研究，介绍了电梯式立体车库的结构和原理，立体车库控制系统的构成，硬件设计，软件设计以及主从站的PROFIBUS通信系统。

电梯式立体车库；PROFIBUS；PLC

随着人们生活水平的提高，私家车越来越多，而土地资源却是有限的，因此立体车库越来越多的出现在拥挤的城市中心和繁华的住宅小区内，立体车库最大的优势在于节约用地、最大限度地利用空间，有效提高车位利用率，这是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段[1]。本文所研究的电梯式立体车库，占地面积较小，资源利用率较高，是目前较为先进的一种立体车库设计方案。

1 电梯式立体车库的结构和原理

本文所研究的立体车库实验对象为四层八车位立体车库，实际使用时，立体车库产品可以纵横扩展层数和车位数[2]。图1为电梯式立体车库的结构示意图，整个立体车库位于电梯塔楼内，塔楼两侧设置停车位，每一层都装有载车板，电梯升降台在井道里上下运行，将车运输到指定的层数，通过横移电机将车装入每一层的载车板，立体车库的控制室位于塔楼顶部，对整个立体车库系统起到控制作用[3]。

整个系统由机械传动装置、电气传动和控制装置以及各种传感器构成。本文所研究的电梯式立体车库控制系统的主要控制对象为升降台电机、升降横移电机等，通过主站控制器S7-300PLC及从站控制器S7-200对控制对象进行控制，控制系统的输入设备包括各种传感器，如：光电传感器、压力传感器、接近开关、行程开关等设备。存取车时，用户按存车按钮，若触摸屏显示有车位，则允许将车开入升降台上的载车板，用户下车后，按下存车开始按钮，升降台电机运行，载车板上移，到相应位置，传感器动作，横移电机动作，将车送入相应的空车位，载车板电机反转，回到原位，一个存车周期结束。

图1 立体车库的结构

2 硬件设计

2.1 电梯式立体车库系统硬件构成

整个系统分为两层，上层是上位监控系统，主要完成现场设备的数据采集和显示，车库实时数据的监视，运行故障的监视。下层是现场级设备层，由主站S7-300和从站S7-200控制器构成，控制器接收各类检测传感器的信号，对驱动设备升降台电机及横移电机进行控制，完成车辆的存取控制、车辆出入口的检测、车位是否有车的检测等任务。系统结构框图如图所示。

图2 立体车库系统硬件构成

2.2 主站S7-300PLC硬件控制系统设计

在4层8车位电梯式立体车库实验系统中，选取西门子S7-300 CPU314C-2DP PLC作为控制系统主站[4]，该PLC是紧凑型 CPU，适合安装在分布式结构中，也适用于中等规模的应用。集成的数字量和模拟量 I/O可直接与过程连接，PROFIBUS DP主站/从站接口允许连接独立的 I/O单元。因此，CPU 314C-2 DP既可以用作本地单元进行快速预处理，也可以用作带从属现场总线系统的一个高级控制。现场的光电传感器、霍尔传感器、接近开关等输入设备直接与S7-300PLC进行连接，并通过其输入接口控制变频器进而控制升降电机和横移电机，它所具备的DP通信接口可以与S7-200PLC的EM277 DP通信模块连接，与现场的与用户连接的接口IC读卡器、存取按钮、触摸屏等装置通过PROFIBUS总线进行数据的传输。

2.3 从站S7-200PLC控制系统设计

从站选用S7-200 CPU226PLC是西门子小型PLC，它有40个I/O接口，其中24点输入，16点输出，能够满足控制系统的要求。该系统中存取车按钮、IC卡读取装置以及触摸屏显示装置都直接与S7-200连接，S7-200通过PPI电缆直接与触摸屏连接，显示车位空满信息、楼层信息、存取按钮信息等。S7-200作为数据处理的中转站，CPU226PLC通过EM277模块与PROFIBUS总线连接，通过PROFIBUS总线，读取旋转编码器的信息等，并将现场数据送入主站S7-300进行处理。主从站的硬件组态如图3所示。

图3 主从站组态

2.4 从站变频器系统设计

为了使立体车库的升降电机和横移电机更加稳定的运行，本系统采用变频调速，变频调速可以使得电机的运行速度更加平稳，并且在节能方面有很大的优势。本文采用西门子M440变频器，该变频器在控制升降电机和横移电机时，通过对电机控制参数的设置，可以使得电机运行时保持较大的启动转矩，减小启动电流，使得对车的传送更加平稳。

3 软件设计

3.1 主站软件设计流程

图4 主站软件设计流程图

S7-300主站程序采用结构化程序编写，主要完成入口车辆的检测、车辆的存取、对变频器的控制，系统紧急停止、报警、和通信等任务。其中OB100为初始化程序块，主要完成系统的初始化复位工作。OB1为主程序主要完成通信检测、子程序的调用等任务。DB1—DB4存放第一层到第四层车位的信息。FB1功能块为升降电机的运行程序，FB2为横移电机运行程，FB3为入口车辆检测程序，FB4主要存放变频器相关程序。

3.2 主从站PROFIBUS通信系统软件设计

主站通过CPU314-2DP的DP通信接口与从站的EM277模块的DP接口连接。从站主要完成采集旋转编码器的计数信号，存入相应存储器，并通过PROFIBUS总线传送给S7-300进行处理。连接现场设备输入的存取车信号。连接现场的触摸屏，触摸屏和S7-200之间是通过PPI协议进行通信，可以监控S7-200采集到的编码器计数信号、存取车信号以及车位是否空闲信号。从站主要起到收集现场信号，并与S7-300进行通信的作用，是系统的信号中转站。通信时，需要在EM277模块上设置主站已经定义的PROFIBUS-DP的地址。将主站S7-300的数据接收区设置为IB40和IB41，发送区地址设置为QB40和 QB41，S7-200的数据接收区定义为VB200，VB201，发送区地址设置为VB203和VB204，则可在S7-300和S7-200相应的地址区传送数据[5]，主站和从站数据交换如图5所示。

图5 主从站通信数据交换

4 上位监控系统WINCC的设置

上位监控系统主要完成实时数据的采集，通过将WINCC的实时数据库和S7-300的相应存储区连接，监控现场的实时数据。WINCC系统变量中变量类型IN用来从S7-300中读取数据，OUT变量用于将WINCC中的变量写入S7-300,IN和OUT存储区与S7-300的数据存储区一一对应。

5 验证及总结

本文所设计的系统，经过实验室验证，可以准确进行车辆的存取，其存取过程安全可靠。将PROFIBUS控制系统应用于立体车库的控制，用S7-300作为控制系统的主站，S7-200作为控制系统的从站，通过主站和从站的通信，来完成整个电梯式立体车库的控制，该系统设计提高了车库运行的效率，有一定的实用价值。

[1]唐济扬.现场总线与工厂底层自动化及信息集成技术[J].制造业自动化，2000，（3）:14-18.

[2]邢君平.基于PROFIBUS的智能电梯式立体车库控制系统设计[J].保定学院学报，2008，（2）:75-76.

[3]FINTZEL K，BENDAHAN R，VESTRI C，et al.3D Parking Assistant System[J].2004 IEEE Intelligent Vehicles Symposium，2004.

[4]CHOU L D， SHEU C C，CHAN H W.Design and prototype implementation of a novel automatic vehicle parking system[J].2006 International Conference on Hybrid Information Technology，2006.

[5]刘晓娟，潘宏侠.垂直升降式立体车库系统设计与研究[J].机械设计与制造，2011，（5）:48-50.

THE DESIGN OF THE CONTROL SYSTEM OF ELEVATOR-TYPE STEREO GARAGES BASED ON PROFIBUS

BAI Jin
（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering， Wuhu Anhui 241000）

In order to improve the stability of the stereo garages and parking efficiency,this paper proposes a kind of elevatortype stereo garages through PROFIBUS field bus communication.Focusing on the research of control system,the thesis also introduces the structure and principle of elevator-type stereo garages,the composition of the control system of stereo garages,hardware design,software design and the PROFIBUS communication system of master-slave station.

Elevator-type stereo garages； PROFIBUS； PLC

TP273

A

：1672-2868（2017）03-0104-04

责任编辑：陈小举

2017-04-14

白金（1981-），女，甘肃金昌人。安徽机电职业技术学院电气工程系，讲师。研究方向：电气自动化。