【PLC】西门子S7-1200 WINCC：立体车库
目錄
1 工作流程
1.1 存車流程
1.2 取車流程
?1.3 車位規劃
1.4 功能需求
2 硬件系統
2.1 輸入信號
2.2 輸出信號
2.3 總體設計
2.4 地址分配
2.5 外部電路設計
3 軟件系統
PLC程序設計:
硬件組態:
??????自診斷
自動操作頁面設計:
手動操作頁面設計:
4 仿真:
5 說明書:
1 工作流程
1.1 存車流程
用戶選擇存車，通過觸摸屏或者管理員幫助獲得目標車位，移動目標車位下方的所有車輛，形成目標車位的升降通道，目標載車板下降，用戶存車完畢之后，目標載車板上升，車位復位，結束。
1.2 取車流程
用戶選擇取車，通過觸摸屏或者管理員幫助驗證取車憑碼，獲得取車目標車位，移動目標車位下方的所有車輛，形成目標車位的升降通道，目標載車板下降，用戶取車完畢之后，目標載車板上升，車位復位，結束。
?1.3 車位規劃
車庫結構為三層三列，為了后續更方便的分析控制流程，對每一個載車板的位置進行了編碼。
表1 立體車庫的位置坐標
| 第C層 | （3,1） | （3,2） | （3,3） |
| 第B層 | （2,1） | （2,2） | （2,3） |
| 第A層 | （1,1） | （1,2） | （1,3） |
| 第1列 | 第2列 | 第3列 |
表2 載車板的位置坐標
| 第C層 | 301 | 302 | 303 |
| 第B層 | 201 | 空 | 203 |
| 第A層 | 101 | 空 | 103 |
| 第1列 | 第2列 | 第3列 |
本立體車庫一共有9個停車位，其中包括7個有效車位和2個交換車位，頂層車位編號從左到右依次是301、302、303，中間層車位編號從左到右依次是201、空、203,底層車位編號從左到右依次是101、空、103。底層和中間層中間車位為空位。
1.4 功能需求
本升降橫移式立體車庫控制系統的核心功能是完成對小型轎車的存取。而控制系統的使用者主要是普通用戶、操作員和管理員，使用權限不同，其功能需求也不同。
本升降橫移式立體車庫控制系統的功能可以分為四部分：
?自動存取操作：對于普通用戶來說，簡單的操作控制是他們所需要的。因此，普通用戶的功能需求是實現立體車庫的自動存取操作，包括自動入庫和自動提車。
手動控制操作：對于操作者來說，除了能夠和普通用戶一樣實現立體車庫的自動訪問操作，也可以進行手動控制的立體車庫,包括手動控制起重電動機,遍歷電機、安全鉤和每個停車位的安全變速桿。
車庫狀態實時監控：作為管理員,不僅能夠實現對立體車庫進行自動控制和手動控制,還能夠進行對其進行系統管理和實時監控狀態和操作，包括信號的實時檢測并顯示檢測到的傳感器,每個停車位的橫移電機和升降電機,安全鉤和安全變速桿。
無論在何種情況下，當出現故障、危險或用戶誤操作時，立體車庫控制系統應能及時發現故障并發出聲光報警提示，以避免事故的發生。
故障聲光報警：無論在何種情況下，當出現故障、危險或用戶誤操作時，立體車庫控制系統應能及時發現故障并發出聲光報警提示，以避免事故的發生。
2 硬件系統
2.1 輸入信號
因為我們需要實時的監控立體車庫的運行狀態，所以使用了傳感器來實現我們的功能，如使用到限位開關（行程開關）來監控載車板是否越位、是否到達指定位置，安全掛鉤是否動作完成等事宜。
首先，有7個載車板（存取車）啟動按鈕，選擇存車或取車后，點擊要存取的車位。若為存車，該車位綠燈滅，表示存車開始。若為取車，該車位紅燈滅，表示取車開始。
表3-1? 7個載車板（存取車）啟動按鈕
| 201載車板（存取車啟動）按鈕 | %I0.1 |
| 203載車板（存取車啟動）按鈕 | %I0.2 |
| 301載車板（存取車啟動）按鈕 | %I0.3 |
| 302載車板（存取車啟動）按鈕 | %I0.4 |
| 303載車板（存取車啟動）按鈕 | %I0.5 |
| 101載車板（存取車啟動）按鈕 | %I9.7 |
| 103載車板（存取車啟動）按鈕 | %I10.0 |
其次，有7個載車板（手動）上升或確認按鈕，在存取車完成后，按下此按鈕，載車板手動上升，若為存車完成，點亮該車位的紅燈，表示有車，若為取車完成，點亮該車位的綠燈，表示無車。
表3-2? 7個載車板（手動）上升啟動或確認按鈕
| 101手動確認 | %I9.3 |
| 103手動確認 | %I9.6 |
| 201載車板（手動）上升啟動按鈕 | %I0.6 |
| 203載車板（手動）上升啟動按鈕 | %I0.7 |
| 301載車板（手動）上升啟動按鈕 | %I1.0 |
| 302載車板（手動）上升啟動按鈕 | %I1.1 |
| 303載車板（手動）上升啟動按鈕 | %I1.2 |
其次，有16個控制載車板上下左右運動，以防止其到達指定位置后仍然運動的行程開關，若碰到此開關，表示載車板已經運動到指定位置。
表3-3? 16個載車板上下左右移行程開關
| 101載車板 右移行程開關 | %I1.3 |
| 101載車板 左移行程開關 | %I1.4 |
| 103載車板 左移行程開關 | %I1.5 |
| 103載車板 右移行程開關 | %I1.6 |
| 201載車板 右移行程開關 | %I1.7 |
| 201載車板 左移行程開關 | %I2.0 |
| 203載車板 左移行程開關 | %I2.1 |
| 203載車板 右移行程開關 | %I2.2 |
| 201載車板 上移行程開關 | %I2.3 |
| 203載車板 上移行程開關 | %I2.4 |
| 301載車板 上移行程開關 | %I2.5 |
| 302載車板 上移行程開關 | %I2.6 |
| 303載車板 上移行程開關 | %I2.7 |
| 201、301載車板 下移行程開關 | %I3.0 |
| 302載車板 下移行程開關 | %I3.1 |
| 203、303載車板 下移行程開關 | %I3.2 |
其次，有7個安全掛鉤行程開關，此開關兩個記為一組，分別表示掛鉤松開，可以進行載車板運動，以及掛鉤掛住，載車板安全。
表3.4? 7個安全掛鉤行程開關
| 103載車板安全掛鉤行程開關 | %I9.5 |
| 101載車板安全掛鉤行程開關 | %I9.4 |
| 201載車板（安全掛鉤）行程開關 | %I3.3 |
| 203載車板（安全掛鉤）行程開關 | %I3.4 |
| 301載車板（安全掛鉤）行程開關 | %I3.5 |
| 302載車板（安全掛鉤）行程開關 | %I3.6 |
| 303載車板（安全掛鉤）行程開關 | %I3.7 |
其次，有18個手動開關，分別控制載車板的上下左右移動，在發生故障或人為手動操作時載車板執行動作。
表3.5? 18個手動開關
| 101右（手動） | %I4.0 |
| 101左（手動） | %I4.1 |
| 103右（手動） | %I4.2 |
| 103左（手動） | %I4.3 |
| 201右（手動） | %I4.4 |
| 201左（手動） | %I4.5 |
| 201上（手動） | %I4.6 |
| 201下（手動） | %I4.7 |
| 203右（手動） | %I5.0 |
| 203左（手動） | %I5.1 |
| 203上（手動） | %I5.2 |
| 203下（手動） | %I5.3 |
| 301上（手動） | %I5.4 |
| 301下（手動） | %I5.5 |
| 302上（手動） | %I5.6 |
| 302下（手動） | %I5.7 |
| 303上（手動） | %I6.0 |
| 303下（手動） | %I6.1 |
最后，有3個輸入，分別為用戶一開始需要選擇按下的存車開關或取車開關和出現故障時，管理員需要使用的切換手動、自動開關。
表3.6? 3個剩余輸入
| 切換自動、手動 | %I7.0 |
| 存車 | %I8.7 |
| 取車 | %I9.0 |
總之，經過統計分析所有數據，共有58個輸入信號：
表3.7 所有的輸入信號
| 7個載車板（存取車）啟動按鈕 | 7個 |
| 7個載車板（手動）上升啟動或確認按鈕 | 7個 |
| 16個載車板上下左右移行程開關 | 16個 |
| 7個安全掛鉤行程開關 | 7對（每對是一個輸入點） |
| 18個手動開關 | 18個 |
| 3個剩余的輸入 | 3個 |
2.2 輸出信號
首先是18個載車板移動繼電器，即升降或橫移電機正轉或反轉而達到上升、下降、左右移動的目的。
表3.8? 18個載車板移動繼電器
| 201載車板下降繼電器 | %Q0.1 |
| 203載車板下降繼電器 | %Q0.2 |
| 301載車板下降繼電器 | %Q0.3 |
| 302載車板下降繼電器 | %Q0.4 |
| 303載車板下降繼電器 | %Q0.5 |
| 201載車板上升繼電器 | %Q0.6 |
| 203載車板上升繼電器 | %Q0.7 |
| 301載車板上升繼電器 | %Q1.0 |
| 302載車板上升繼電器 | %Q1.1 |
| 303載車板上升繼電器 | %Q1.2 |
| 101載車板右移繼電器 | %Q1.3 |
| 101載車板左移繼電器 | %Q1.4 |
| 103載車板左移繼電器 | %Q1.5 |
| 103載車板右移繼電器 | %Q1.6 |
| 201載車板右移繼電器 | %Q1.7 |
| 201載車板左移繼電器 | %Q2.0 |
| 203載車板左移繼電器 | %Q2.1 |
| 203載車板右移繼電器 | %Q2.2 |
其次，是7個安全掛鉤動作的輸出，一旦載車板開始離開其車位，安全掛鉤動作，隨后載車板移動，或復位回原車位，碰到載車板行程開關之后安全掛鉤開始動作。
表3.9? 7個載車板安全掛鉤動作
| 101載車板安全掛鉤 | %Q9.0 |
| 103載車板安全掛鉤 | %Q9.2 |
| 201載車板（安全掛鉤）動作 | %Q3.3 |
| 202載車板（安全掛鉤）動作 | %Q3.4 |
| 301載車板（安全掛鉤）動作 | %Q3.5 |
| 302載車板（安全掛鉤）動作 | %Q3.6 |
最后，是14個紅綠燈輸出，有車即紅閃，無車即綠閃。
表3.10 所有紅綠燈
| 101紅燈 | %Q7.1 |
| 103紅燈 | %Q7.2 |
| 201紅燈 | %Q7.3 |
| 203紅燈 | %Q7.4 |
| 301紅燈 | %Q7.5 |
| 302紅燈 | %Q7.6 |
| 303紅燈 | %Q7.7 |
| 101綠燈 | %Q8.0 |
| 103綠燈 | %Q8.1 |
| 201綠燈 | %Q8.2 |
| 203綠燈 | %Q8.3 |
| 301綠燈 | %Q8.4 |
| 302綠燈 | %Q8.5 |
| 303綠燈 | %Q8.6 |
總之，經過統計分析所有數據，共有39個輸出信號：
表3.11 所有輸出信號
| 18個載車板移動繼電器 | 18個 |
| 7個載車板安全掛鉤動作 | 7個 |
| 所有紅綠燈 | 14個 |
2.3 總體設計
本設計中，三層三列式立體車庫是由三部分構成的。
PLC控制:輸入傳感器的檢測狀態，得到觸摸屏或上位機允許后再處理數據，輸出執行指令。
上位機監控：管理員可以在監控界面監控信息。
觸摸屏觸控：這是用戶的人機交互界面。
工業領域的PLC種類較多，根據不完全統計，世界有兩百多PLC生產商，四百多種PLC商品，通常分為歐洲、美洲、日本三大類，歐洲以德國的西門子為代表，美洲以美國的AB公司等為代表，日本產品進入中國市場較早的是日本三菱公司為代表，本文選用西門子硬件系統。
表3.12 所用開發環境
| 所用開發環境 | 西門子軟件TIA | |
| 軟件入口 | STEP7 | 程序編寫，硬件組態 |
| WINCC | 畫面設計、人機交互 |
收集來自行程開關等檢測到的立體車庫的信息，通過plc模塊的分析，輸出信號來控制執行模塊，包括指示燈的亮滅，安全掛鉤的狀態以及電機的旋轉等，并把數據通過以太網顯示在觸摸屏上。
系統硬件配置：我們選擇穩定可靠的元器件，提高立體車庫的安全性和可靠性。
PLC硬件配置：可編程邏輯控制器（PLC）20世紀70年代前達到數字集成電路的小規模。1970-1980年擴展，1980-1985年開始解決不同廠家之間通信難的問題，1985年之后通信協議逐漸標準化。
市場上有多種多樣的PLC型號，例如德國西門子SIMENENS,美國羅克韋爾ROCKWELL,法國施耐德SCHEIDER,日本三菱，綜合考慮，使用西門子系列的S7-1200，因為S7-1200自由口通訊使用更簡單，對于國產儀表通訊更方便。
S7-1200PLC功能：極其快速處理指令，微秒級別的處理時間能夠精準控制精密設備。良好的人機交互頁面，使得學習成本更低，對編程要求大大減少。可以自我診斷是否有嚴重錯誤或警告，也能實時監控系統功能。可以通過設置口令來進行技術機密保護，可以阻止他人盜用以及修改程序。
電機：根據所需的功率大小以及載重大小，選擇合適的電機。
限位開關，也叫做行程開關，用行程開關（電感式）來檢測載車板是否運動到位以及安全掛鉤是否安全掛住載車板。接近開關不是安裝在載車板上，而是安裝在車庫的整體框架上，比如用來檢測載車板是否運動到位的接近開關就安裝在載車板的標準位置的3mm上方，接近開關可以檢測到周圍3mm的金屬物體，以此來檢測載車板是否到位。同理可以用來檢測安全掛鉤是否掛住載車板。
它是通過檢測接近程度以及運動物體是否接近來實現對開關的閉合、斷開的控制，以實現系統的動作變化，在本三層三列車庫的設計中，限位開關主要用于保護載車板不會運動到車庫的邊緣，使其在可運行的安全范圍內運行。
2.4 地址分配
對每個I/O地址都進行了手動裝配，對輸入和輸出信號的地址均分別進行了有序的配置，得到了信號的分配表。
輸入、輸出分配表見附錄。
2.5 外部電路設計
此處主要對電機控制電路進行設計，主要是通過升降電機或者是橫移電機的正反轉來實現載車板的上下左右移動，整個裝置共有4臺橫移電機，5臺升降電機，所有低級都是交流異步電機。如圖3.3所示：
3-7載車板上移：通過PLC輸出的指令控制，3-7載車板升降電機繼電器得電，使升降電機正轉或停止。
3-7載車板下移：通過PLC輸出的指令控制，3-7載車板升降電機繼電器得電，使升降電機反轉或停止。
1-4載車板右移：通過PLC輸出的指令控制，1-4載車板升降電機繼電器得電，使升降電機正轉或停止。
1-4載車板左移：通過PLC輸出的指令控制，1-4載車板升降電機繼電器得電，使升降電機反轉或停止。
3 軟件系統
本控制系統程序的編制采用時間順序和存取車的邏輯順序，首先編程所有預先設計好的動作，根據用戶或管理員的輸入，判斷內部車庫的狀態，從而自動，且有秩序著操作，有大量的中間單元用來記憶信息，互鎖或者自鎖
PLC程序設計:
本程序使用博圖V15.1軟件進行設計，編程且仿真。
硬件組態:
打開TIA Portal V15.1軟件，創建新項目，選擇設備與網絡，添加新設備，首先是控制器，選擇SIMATIC S7-1200中CPU1214 DC/DC/DC 編號為6ES7 214-1AG40-0XB0,然后添加6個數字量DI/DQ,DI 8/DQ 8*24DC 編號為6ES7 223-113H32-OXB0。
??????自診斷
系統內部自動進行的查詢行程開關傳感器的信號。
?系統首先查詢傳感器信號，然后判斷檢測到的信號是否和車庫狀態一致，如果一致，就置位“正常運行”標志位，如果不一致，就自動提出故障類型并發出報警，并復位“正常運行”標志位，最后，結束。
復位:
系統內部自動進行的，在所有操作完成后，斷電，再通電時，建立新的初始狀態。開始后，斷電，再通電，判斷載車板是否運行正常，如果運行正常，從上到下自動依次一層一層置位初始值，如果運行不正常，就重復上一步驟，直至所有車位都復位成功，結束。
存取車流程:
存取車時，根據行程開關等傳感器所傳遞的信號，來判斷下降通道是否有空位，若下降通道都是空位，載車板下降們進行存取車操作，若無空位，則根據存取車的車位來左右移動下層載車板騰出下降通道，再進行相應的操作。
?通過七個中間繼電器的使用，依次使101載車板右移，然后掛鉤動作，201載車板下降，停取車，201載車板上升掛鉤動作，101載車板左移，最后完成201車位上車的存取。
如圖4.6，通過7個中間繼電器的使用，依次使103載車板左移，掛鉤動作，203載車板下降，停取車，203載車板上移，掛鉤動作，103載車板右移，最后使203車位上車完成存取操作。
如圖4.7，通過7個中間繼電器的引用，依次執行101、201載車板右移，掛鉤動作，301載車板下降，停取車，301載車板上升，掛鉤動作，101、201載車板左移，最后使301車位上車存取完成。
如圖4.8，通過5個中間繼電器的引用，依次執行掛鉤動作，302載車板下降，停取車，302載車板上升，掛鉤動作，最后使302車位上車存取完成。
通過7個中間繼電器的引用，依次執行103、2033載車板左移，掛鉤動作，303載車板下降，停取車，303載車板上升，掛鉤動作，103、203載車板右移，最后使303車位上車存取完成。
如上圖所示，Totally Integrated Automation Portal V15.1是主程序，打開此軟件，選擇STEP 7 Professional V15.1在其中用進行梯形圖語言的編程,完畢后，選擇WinCC Professional V15.1在其中進行監控頁面的編程。第二個軟件是模擬PLC進行梯形圖編程，第三個軟件是模擬觸摸屏進行監控界面編程，第四個軟件是仿真軟件，使第二個以及第三個軟件生效。
梯形圖比較方便快捷，能夠快速掌握，并且能夠很容易地對控制程序進行添加、修改等操作。確定了編程工具后，根據本系統的控制要求，確定出PLC所需的所有程序塊。
當PLC通電后，在沒有其他指令情況下，將一直循環掃描MAIN程序[OB1],[OB1]可以調用[FB]程序，當被調用時，將執行完子程序所有指令條之后才會返回主程序，程序中FB有手動控制[FB2]、故障報警[FB3]、自動控制[FB4]，在功能塊FB中可以調用FC,FC有手動操作[FC1]、101載車板存取車[FC9]、103載車板存取車[FC8]、201載車板存取車[FC2]、203載車板存取車[FC3]、301載車板存取車[FC4]、302載車板存取車[FC5]、303載車板存取車[FC6]。
添加新設備，選擇SIMATIC精簡系列面板中的KTP700 basic顯示屏，訂單號和版本如上圖所示，然后將顯示屏和PLC連接起來，并在此顯示屏上進行監控程序的編寫。
圖5.2 連接PLC和HMI
如圖所示，將PLC和觸摸屏連接在一起。
圖5.3 總體設計
如圖所示，一共設計兩個畫面，一個是自動畫面，一個是手動畫面，系統初始狀態時候，顯示的是自動畫面，如果要跳轉到手動畫面，按下設計好的手動和自動切換按鍵。且自動畫面為根畫面，手動畫面是新建畫面。
自動操作頁面設計:
在程序中，設置為有車時亮紅燈，無車時亮綠燈，首先選擇動畫中的顯示，添加新動畫，選擇外觀，其次對變量進行選擇，最后0為斷電，1為通電，0時，背景色和邊框顏色均為黑色，不閃爍。1時，背景色為紅色，邊框顏色為黑色，且閃爍
?如上圖，設置完畢自動控制頁面所有的變量，同樣的道理，設置手動控制頁面。
手動操作頁面設計:
?最終得到手動操作界面，如圖所示，當管理員進行手動操作時候，首先按下自動和手動切換按鍵，然后就可以用觸摸屏對車庫狀態和車位位置進行手動調整。
4 仿真:
?啟動仿真，首先確定設備與網絡連接成功，啟動仿真后將禁用所有其他的在線接口，選擇確定。注意PLC和HMI要分別進行仿真。
選擇接口和子網的連接為PN/IE1,搜索目標設備，最終找到模擬的PLC設備，當掃描與信息檢索完成后，下載程序到PLC設備中。
如圖是未組態的PLC[SIM-1200],然后將HMI也仿真之后，再點擊RUN。
下載前要檢查，首先是PLC下載準備就緒，再檢查仿真模塊，將在仿真PLC上執行加載操作。再檢查設備組態，刪除并替換目標中的系統數據，下載組態到設備中，再檢查軟件，將軟件一致性下載到設備中，最后檢查文本庫，將所有警報文本和文本列表文本下載到設備中，并得到下圖的效果。
如圖是對HMI也進行了仿真。
如圖是將PLC和HMI都進行了仿真的截圖，驗證了程序的正確性。
5 說明書:
用戶存車：車主在進入停車場后，用戶首先按下存車按鍵，然后按下車位號，等待載車板下降到底層之后，首先將車停在載車板中，等完成操作后，離開電梯區域，再按下確認或載車板上升按鍵，完成操作。此時，界面會亮紅燈顯示出當前車位車位被占用的狀態，載車板將車運送到相應的位置，存車過程結束。
用戶取車：車主在進入停車場后，用戶首先按下取車按鍵，然后按下車位號，等待載車板下降到底層之后，將車開出載車板，等完成操作后，離開電梯區域，再按下確認或載車板上升按鍵，完成操作。此時，界面會亮率燈顯示出當前車位車位沒有被占用的狀態，載車板將車運送到相應的位置，取車過程結束。
如果出現故障，管理員按下手動自動切換按鍵，然后根據用戶需求，按下相應的載車板移動操作。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【PLC】西门子S7-1200 WINCC：立体车库的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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