基于PLC控制立体车库电气控制系统硬件设计的研究

高静

摘 要：为解决社会停车难及节省空间，研究了立体车库，本文主要是对立体车库电气控制系统硬件设计进行研究。

关键词：立体车库;电气控制系统;PLC;硬件设计

一、电气控制系统整体设计

本文控制系统的核心控制器选择的是S7-200 PLC。S7-200 PLC是西门子公司开发的，是一款多功能集于一体的控制系统。

输入部分和输出部分是在本文硬件系统设计中最重要的组成部分。检测部分主要是数字量输入信号包括按钮、开关等;输出部分主要是数字量的输出信号包括报警器、控制传动电机的正反转、运行显示装置等。车主在存取车时，要先按按钮启动控制程序。检测信号将被传送到PLC，运行机构如报警灯、电机、蜂鸣器等完成对其各种动作的控制。图1为立体车库硬件系统的结构示意图。

显然，整个控制系统的稳定性、安全性、快捷性受硬件系统设计的好坏影响。本文主要研究了PLC的选型、硬件电路的设计和继电器控制线路的设计及说明。

二、PLC的选型

（一）选择机型

按结构分，PLC主要有整体型、组合型和叠装型三种。

对本文涉及的控制系统硬件设计的要求，车库的结构相对简单，维修售后也不复杂，控制以开关为主，同时需要输入信号121个、输出信号147个。鉴于分析可知，叠装式结构的S7-200具有配置灵活、高可靠性、通信强及高扩展性等特点，所以本文选择的控制器应当是叠装型的S7-200型PLC。

（二）选择CPU

本文CPU型号选择的是CPU226。选择CPU主要考虑I/O口的点数、扩展功能和通信接口的个数。

（三）选择接口模块

本文设计的控制系统的核心是数字量输入/输出，CPU226的I/O口的点数少，这就需要考虑连接使用扩展模块，才能符合本文的需要。

当前的市场上，S7-200 PLC的扩展模块主要有EM221输入模块、EM222输出模块和EM223输入、输出混合模块3种。本文扩展模块选择的类型是EM223。

三、 PLC外部电路的研究

PLC外部电路主要有三大模块：供电模块、输入模块和输出模块。

（一）供电模块

PLC供电模块由两部分工作电源组成：CPU的输入/输出部分的工作电源和I/O扩展模块的输入/输出部分的工作电源。PLC的动力中心就是电源部分，一旦出現问题，PLC控制的整个系统陷入混乱，不能正常工作，电源部分的性能好坏决定着PLC控制系统能否否正常运行。

PLC供电系统由两部分组成：第一部分是只给自己单元的输入部分供电的电源，直流24V的工作电压的CPU 226;另一个部分是开关的稳压电源，是CPU 226模块，扩展模块的输入电源和输出电源都是直流24V。PLC的工作电源是由稳压电源将电网的输入电源转化成符合需要的直流电源。

由以上分析可知：车库的供电系统的电源是AC380V，采用的是三相断路器，即L1、L2、L3三相供给380V的电压。与此同时，开关稳压电源和火线L21，零线N及保护零线PE连接在一起，这样就可以给PLC的输出设备、控制模块的输入、输出设备提供DC24V输出电压。所以，车库的供电系统供电方式是三相五线制的。

（二）输入模块

输入模块主要是将在现场收集的信号发送到PLC控制器。按钮、热保护继电器及开关量等都是控制系统中的输入设备。

控制系统的输入信号有120个点、输出信号122点，但是CPU226的输入端口24个，输出端口16个，CPU226不能满足系统的要求。所以需要扩展模块EM223，经过计算需要7片扩展模块。

（三）输出模块

输出模块主要是将PLC的信号发送给负载元件，由负载的变化引起电机、报警、显示装置将要执行的动作。PLC输出模块的控制器选用的是CPU226，交流供电。外部电路将数码管、运行灯、蜂鸣器报警灯、交流接触器线圈、延时断电时间继电器线圈等连接在一起。

四、立体车库电气控制原理及说明

（一）动力电路

动力主电路主要是用来对横移控制电机的转动、平移电机以及升降电机的正反转进行控制的。整个控制系统的设备一共有11台横移电机、15台平移电机和14台升降电机，在本系统中，传动电动机应用的都是交流异步电动机。

主电路包括380V进线电源、进线开关、电源指示灯、断路器、熔断器 、热保护继电器、接触器和三相交流电动机等。

电源能否正常工作是有一个HL1电源的指示灯检测的，这个指示灯串联在断路器的下面。

在电动机的正反转电路中，每台电动机都有2个线圈。一个用来控制电动机的正转，一个用来控制电动机的反转。交流接触器的控制功能主要是控制电机正转的方向。假设载车板水平左移是正转，那么反转就是右移;载车板竖直前进是平移电机正转，那么载车板竖直后退就是反转;同理，载车板下降是升降电机正转转动，反转就是电动机上升。

（二）自动控制电路原理说明

存取车的高度安全性主要是由载车板的运行电路、显示电路和报警电路构成的自动运行控制电路决定。

1.设计控制系统的联锁电路

在控制电路系统中，车库的自动运行控制和手动运行控制的转换是由开关SA实现的。SA有两个触点，当开关按钮选择1时，自动控制系统工作;当开关按钮选择2时，手动控制系统工作。车库的工作方式主要是自动运行方式，手动是为自动服务的，一般的手动方式的主要工作就是调试设备。在控制电路中应用了自锁和互锁控制，这样可以提高系统的安全性和可靠性，同时也可以消除一些干扰信号。

2.控制电路的底层停车位

底层一共有6个存车位，1号的存车位和3号的存车位可以直接存取车，其他的停车位4号、6号、7号和9号在存取车时的工作原理大致是相同的。

3.控制电路的中间层存车位

中间层的停车位一共有6个，分别是10、12、13、14、16、18号。10、13和16号，12、14和18号的存车位方向是一致的，但是它们之间的运动方向是相反的。

4.控制电路的顶层存车位

由上述分析可知，顶层和中间层在相同的存车位，它们载车板的要求也是相同的。

5.报警电路

报警电路主要包括按钮、开关、继电器、报警灯及蜂鸣器等。只要发生下述一种情况，就会启动报警装置。

①一旦车库有偶然事件发生，或者当出库遇到某些无法控制的意外时，需按下紧急停止按钮SB2，启动报警装置。

②存车按钮和车位号按钮要同时按下，如果车位不是空闲位置，载车板上的光电开关会给出信号，此信号传送到PLC，启动报警装置。

③如果载车板上的车辆停放位置发生错误，接近开关上的常开触点就会闭合，就会启动报警装置。

本章从整个系统的基础上，详细介绍了控制系统硬件，重点阐述了车库电气控制系统整体设计、控制原理及硬件介绍、PLC的选型、I/O分配等。

参考文献

[1] 陈首虹.基于PLC智能化控制的立体车库的研究[J].科技资讯，2011（7）：24-25.

[2] 姜艳华，张连勇.基于PLC的立体车库自动控制系统[J].计算机系统应用，2011（5）： 89-97