自動(dòng)立體車庫PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【三層十車位升降橫溢式自動(dòng)立體車庫】

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With the increasing of urban car ownership, parking problem has become a common phenomenon of large and medium-sized cities. Mechanical stereo garage can make full use of land resources, give full play to the advantage of the play maximum parking vehicles becoming the important way to slow the problem of urban static traffic. This topic was typical to lift move transversely type parking equipment as the research object, considering the three- dimensional garage dual factors of manufacturing cost and operation efficiency. In the garage at home and abroad present situation and the development trend on the basis of investigation and choose three layers of ten parking type automatic stereoscopic garage structure as the research model. Lifting and moving type stereo garage in terms of their component parts, can be divided into three parts: the garage structural parts, transmission parts and control system. This article simply introduces the main structural characteristics and transmission mechanism parts of the garage. In three-dimensional garage for lifting and moving the design of control system, adopt advanced PLC control, using Siemens programming software of the control system of three-dimensional garage for lifting and moving type, and the debugging and running, prove that using programmable controller (PLC) as control system is simple. Its stable, reliable, rapid, cost-effective features makes the control system very perfect. In order to make the parking equipment meets the requirement, according to the state of mechanical parking equipment general safety standards, lift the lateral movement type parking equipment and actual using some necessary safety technology in the lift move transversely, so that ensures the complete safety of the vehicle, make the whole garage can be safe and smooth operation. Keywords：automatic stereoscopic garage；control system；PLC. 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 自動(dòng)立體車庫的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .1 1.1.1 自動(dòng)立體車庫的研究現(xiàn)狀 .1 1.1.2 自動(dòng)立體車庫的發(fā)展趨勢(shì) .1 1.2 課題設(shè)計(jì)的目的和意義 .2 1.3 課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .2 1.4 自動(dòng)立體車庫的定義與簡介 .3 1.5 動(dòng)立體車庫的結(jié)構(gòu)及組成部件 .5 2 總體方案設(shè)計(jì) .7 2.1 整體方案設(shè)計(jì) .7 2.1.1 確定自動(dòng)立體車庫的架構(gòu) .7 2.1.2 三層十車位升降橫溢式自動(dòng)立體車庫工作原理 .7 2.1.3 整體設(shè)計(jì)方案 .8 2.2 控制方式選擇 .8 2.3 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) .8 3 可編程控制器概述 .9 3.1 可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展 .9 3.2 可編程控制器的定義及特點(diǎn) .9 3.3 可編程控制器的結(jié)構(gòu) .11 3.4 可編程控制器的組成及其工作原理 .12 3.4.1 可編程控制器的組成 .12 3.4.2 可編程控制器的工作原理 .13 4 自動(dòng)立體車庫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .15 4.1 控制系統(tǒng)總體架構(gòu) .15 4.2 自動(dòng)立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 .16 4.3 輸入輸出點(diǎn)分配 .16 4.4 載車板的參數(shù) .19 4.5 電機(jī)的選擇 .19 4.5.1 升級(jí)電機(jī)的選擇： .19 4.5.2 橫移電機(jī)的選擇 .19 4.6 自動(dòng)立體車庫主電路圖 .19 5 自動(dòng)立體車庫可編程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .21 5.1 自動(dòng)立體車庫運(yùn)行流程圖 .21 5.2 PLC 梯形圖 .21 I 5.2.1 PLC 仿真軟件的選擇 .21 5.2.2 PLC 梯形圖的繪制 .21 6 結(jié)論與展望 .30 6.1 結(jié)論 .30 6.2 不足之處及未來展望 .30 致謝 .31 參考文獻(xiàn) .32 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 自動(dòng)立體車庫的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 自動(dòng)立體車庫作為現(xiàn)代城市存放汽車的工具，在人們生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用， 為此，催生了自動(dòng)立體車庫控制技術(shù)的發(fā)展。自動(dòng)立體車庫控制技術(shù)中出現(xiàn)過繼電器邏 輯控制、計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制等方式，由于可編程控制器（PLC）是利用計(jì) 算機(jī)技術(shù)專門針對(duì)機(jī)電控制而開發(fā)的一種控制器，其組成的控制系統(tǒng)內(nèi)的軟邏輯開關(guān)可 以替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，而且運(yùn)行非常可靠又由于它可現(xiàn)場(chǎng)編程控制且編程易學(xué)， 故其具有使用靈活及產(chǎn)品開發(fā)周期短，在實(shí)際應(yīng)用中維修方便，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)越性。 現(xiàn)代可編程控制器組成的控制系統(tǒng)己成為目前自動(dòng)立體車庫控制的發(fā)展方向之一。 1.1.1 自動(dòng)立體車庫的研究現(xiàn)狀 早在 50 多年前，自動(dòng)立體停車在國外就已經(jīng)有所發(fā)展，先后分別出現(xiàn)了針對(duì)家庭使 用的雙層停車設(shè)備；利用住宅空地建起 2-4 層升降橫移停車設(shè)備；適合城市中心商住區(qū)使 用的停車樓和停車塔；利用廣場(chǎng)、建筑物下面的空間建設(shè)地下車庫。自 70 年代末起，世 界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū) 和一些發(fā)達(dá)國家積極開展了機(jī)械式停車技術(shù)的研究開發(fā)和制造應(yīng)用。以美國、德國和日 本等為代表的發(fā)達(dá)國家在停車技術(shù)領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先水平，韓國和我國的港、澳、 臺(tái)區(qū)域的停車業(yè)也通過引進(jìn)移植制造，得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了停車難的問題， 并開始向外輸出技術(shù)和出口產(chǎn)品 1。 我國自動(dòng)立體車庫的研發(fā)工作是從上世紀(jì) 80 年代中期開始，90 年代開始引進(jìn)和生產(chǎn) 停車設(shè)備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照德國等國標(biāo)準(zhǔn)制定的我國行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也于近幾年出臺(tái)，目前停車設(shè)備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾百家，生產(chǎn)各種類型的停車設(shè) 備，有些停車設(shè)備已開始出口。機(jī)械式立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含 了機(jī)械停車設(shè)備，其規(guī)劃建設(shè)涉及到區(qū)域整體景觀、交通疏導(dǎo)、建筑結(jié)構(gòu)、供電照明、 通訊監(jiān)視、通風(fēng)排水、環(huán)境保護(hù)、安全消防、收費(fèi)管理等各學(xué)科領(lǐng)域，就停車設(shè)備本身 而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已形成了停車設(shè)備獨(dú)有的技術(shù)特征，需要多學(xué)科、多專業(yè)的復(fù) 合型人才積極參與，把國外停車技術(shù)和各領(lǐng)域的成熟技術(shù)移植到我國停車產(chǎn)業(yè)，開發(fā)出 安全、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)外市場(chǎng)的需求 2。 1.1.2 自動(dòng)立體車庫的發(fā)展趨勢(shì) 隨著自動(dòng)立體車庫技術(shù)的發(fā)展，綠色化、低能耗和智能化將成為一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展 趨勢(shì)。 （1）綠色化。綠色理念是自動(dòng)立體車庫的發(fā)展總趨勢(shì)。不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 環(huán)保型低能耗、低噪聲、無漏油、無漏水、無電磁干擾、無井道導(dǎo)軌油漬污染的自動(dòng)立 體車庫。 （2）降低能耗。減少自動(dòng)立體車庫能耗的措施是多方面的。主要包括：選擇減小電 梯機(jī)械系統(tǒng)的慣性和磨擦阻力；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用永磁同步無齒輪曳引機(jī)等技術(shù)?？梢岳?太陽能作為自動(dòng)立體車庫的補(bǔ)充能源也將是新的研究課題。 （3）智能化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，訊技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展使大廈的智能化成為現(xiàn)實(shí)。 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1.2 課題設(shè)計(jì)的目的和意義 伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及汽車數(shù)量的明顯增加， “停車難”的問題日益突出起來， 尤其是以國土面積小且經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)特別顯著（例如日本、臺(tái)灣等） ，在我國的 一些大中城市情況也不容樂觀，如圖 1.1 所示。在城市化發(fā)展寸土寸金的今天，要解決 “停車難”的問題，最好的方式就是建造自動(dòng)化立體車庫。自動(dòng)化立體車庫與傳統(tǒng)的自 然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，立體車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。 以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均每輛車要占據(jù) 40 平方米的面積，而如 果采用雙層的立體車庫，可以使地面效率提高將近 90%，如果采用地面上多層（20 層以 上）立體車庫的話，五十平米左右便可存放至少 40 輛的車，這樣可以大大的節(jié)省我們有 限的土地資源。其次，與地下車庫相比，自動(dòng)立體車庫可更加有效地保證人和車輛的安 全，人在自動(dòng)立體車庫內(nèi)或者汽車沒有停準(zhǔn)位置，由可編程控制器控制的整個(gè)設(shè)備就會(huì) 停止運(yùn)轉(zhuǎn)。從某種意義上說，立體車庫從管理上已經(jīng)徹底的做到人車分流。 圖 1.1 城市停車?yán)щy 1.3 課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 （1）主要包括以下幾個(gè)方面 （2）自動(dòng)立體車庫基本機(jī)構(gòu)及工作原理，簡明介紹電梯基本結(jié)構(gòu)和工作原理。 （3）可編程控制器結(jié)構(gòu)及原理。 （4）重點(diǎn)分析了可編程控制器自動(dòng)立體車庫的硬件設(shè)計(jì)。 （5）重點(diǎn)分析了可編程控制器自動(dòng)立體車庫的軟件設(shè)計(jì)。 （6）結(jié)合以上設(shè)計(jì)思想，提出自動(dòng)立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 1.4 自動(dòng)立體車庫的定義與簡介 一種用來存取儲(chǔ)放車輛的機(jī)械或者機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)，俗稱立體車庫。自動(dòng)立體車庫是 機(jī)電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品，機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電器部分相當(dāng)于人的神經(jīng)。機(jī)與 電的高度合一，使自動(dòng)化停車庫成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)品。 目前市面上常見的機(jī)械式立體停車庫有:升降橫移類、垂直循環(huán)類、多層循環(huán)類、水 平循環(huán)類、平面移動(dòng)類、巷道堆垛類、垂直升降類和簡易升降類等 8 種，這些類型中升 降橫移類自動(dòng)立體車庫以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)自 動(dòng)立體車庫市場(chǎng)上占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)就升降橫移類自動(dòng)立體車庫的控制系統(tǒng)，采 用可編程控制器設(shè)計(jì)自動(dòng)立體車庫，實(shí)現(xiàn) PLC 系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)立體車庫的運(yùn)行狀態(tài)的控制效 果 3。 （1）升降橫移式 升降橫移式立體車庫采用模塊化設(shè)計(jì)，每單元可設(shè)計(jì)成兩層、三層、四層、五層、 半地下等多種形式，車位數(shù)量也隨層的數(shù)增加而增加。這種立體車庫節(jié)省占地，配置靈 活，建設(shè)周期短；價(jià)格低廉，消防、外裝修、土建地基等投資少；可采用自動(dòng)控制，構(gòu) 造簡單，安全可靠；并且存取車迅速，等候時(shí)間短；運(yùn)行平穩(wěn)，工作噪聲低；適用于商 業(yè)、機(jī)關(guān)、住宅小區(qū)配套停車場(chǎng)的使用。圖 1.2 是升降橫移式自動(dòng)立體車庫。 圖 1.2 升降橫移式自動(dòng)立體車庫 （2）垂直循環(huán)式 垂直循環(huán)式自動(dòng)立體車庫是采用垂直方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的停車系統(tǒng)來存取車輛的停車 設(shè)備。這種停車設(shè)備的工作原理是電機(jī)通過減速機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在牽引機(jī)構(gòu)鏈條上， 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 每隔一定距離安裝一個(gè)存車托架，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，存車托架隨鏈條起做循環(huán)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到 存取車的目的。圖 1.3 是垂直循環(huán)式自動(dòng)立體車庫。 圖 1.3 垂直循環(huán)式自動(dòng)立體車庫 （3）水平循環(huán)式 采用一個(gè)水平循環(huán)運(yùn)動(dòng)的車位系統(tǒng)來存取停放車輛的停車庫叫水平循環(huán)類停車庫。 其工作原理是存取停放車輛的車位系統(tǒng)在水平面上作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，將所需存取車輛的載車 板移到出入口處，駕駛員再將汽車存入或取出。圖 1.4 是水平循環(huán)式自動(dòng)立體車庫。 圖 1.4 水平循環(huán)式自動(dòng)立體車庫 （4）多層循環(huán)式 多層循環(huán)式停車庫是通過使載車板作上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)車輛多層存放的多層循 環(huán)式停車設(shè)備，減少了占地面積，提高了存取車的自動(dòng)化程度。圖 1.5 是多層循環(huán)式自動(dòng) 立體車庫。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 1.5 多層循環(huán)式自動(dòng)立體車庫 （5）巷道堆垛式 巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機(jī)作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機(jī)進(jìn)行存 取，因此對(duì)堆垛機(jī)的技術(shù)要求較高，單臺(tái)堆垛機(jī)成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適 用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。圖 1.6 是巷道堆垛是自動(dòng)立體車庫。 圖 1.6 巷道堆垛式自動(dòng)立體車庫 1.5 動(dòng)立體車庫的結(jié)構(gòu)及組成部件 升降橫移類自動(dòng)立體車庫通過操作面板或上位機(jī)操控載車盤（載車盤或者載車板） 的升降或橫移來存取車輛，它的主要結(jié)構(gòu)是由主體框架、載車盤、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng) 及安全防護(hù)設(shè)備等部分組成。具體組成及作用如下： （1）主體框架 主體框架式自動(dòng)立體車庫的支撐結(jié)構(gòu)，通常采用鋼結(jié)構(gòu)。 （2）載車盤（載車盤或載車板） 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 載車盤主要作用是承載車輛，通過其上的橫移電機(jī)和升降電機(jī)，帶動(dòng)載車盤作水平 橫移運(yùn)動(dòng)和上下升降運(yùn)動(dòng)，載車盤上的搬運(yùn)器由 4 根鋼絲繩與框架連接，可以實(shí)現(xiàn)上下 升降運(yùn)動(dòng)。 （3）傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，它是整個(gè)自動(dòng)化立體車庫的關(guān) 鍵部分，是系統(tǒng)控制的主要執(zhí)行部分。 （4）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是車庫系統(tǒng)大腦部分，可以采用可編程控制器（PLC） 、單片機(jī)等硬件控制 器控制繼電器或接觸器完成升降、橫移動(dòng)作，通過下位機(jī)控制器不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的 控制，而且可以將現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備狀態(tài)傳送到上位機(jī)，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理。 （5）安全設(shè)備 安全設(shè)備主要有急停開關(guān)、超限裝置、車長檢測(cè)、阻車裝置、防墜裝置、報(bào)警裝置 等，以便使車庫能安全、可靠運(yùn)行。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 整體方案設(shè)計(jì) 2.1.1 確定自動(dòng)立體車庫的架構(gòu) 此論文是針對(duì)三層十車位升降橫移式自動(dòng)立體車庫進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)， 如圖 2.1 所示。 圖 2.1 三層十車位升降橫移式自動(dòng)立體車庫 2.1.2 三層十車位升降橫溢式自動(dòng)立體車庫工作原理 自動(dòng)立體車庫的每個(gè)車位都有一個(gè)載車板，所需要存取車輛的載車板通過升降橫移 到達(dá)第一層，然后由司機(jī)進(jìn)入汽車，完成存取車輛的操作。此車庫的第一層載車板只做 橫移運(yùn)動(dòng)，第二層和第三層的車位載車板需要升降橫移。整個(gè)車庫需要兩臺(tái)電機(jī)，分別 提供升降動(dòng)力和橫移動(dòng)力。具體存取車方案如下：圖 2.1 中 1、2、3 號(hào)車位直接存取車， 10 號(hào)車下降到地面層后存取車；4，5，6 號(hào)車位須通過 1, 2, 3 號(hào)車位進(jìn)行橫移操作留出 空位，然后再下降到地面層存取車。7，8，9，10 號(hào)車位通過 4，5，6 號(hào)車位和 1，2，3 號(hào)車位的橫移讓出空位后，再下降到地面層存取車。如需在 7 號(hào)車位存取車，則將 4，5，6 號(hào)車位和 1，2，3 號(hào)車位向右移動(dòng)，7 號(hào)車位下降即可，如需在 5 號(hào)車位存取車， 則 2，3 號(hào)車位向右橫移，5 號(hào)車位下降即可。同樣 n 層 m 排的存取車原理都是相同。除 最上層外，每層均留有一個(gè)空車位，允許載車板左右移動(dòng)一個(gè)車位位置，為上層托板下 移留出通道。 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2.1.3 整體設(shè)計(jì)方案 整體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)如圖 2.2 所示 圖 2.2 整體設(shè)計(jì)方案 2.2 控制方式選擇 自動(dòng)立體車庫的控制方式有： （1）電磁繼電控制系統(tǒng) （2）微機(jī)（PC）控制系統(tǒng) （3）可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng) （4）單片機(jī)控制系統(tǒng)等。 本次課程設(shè)計(jì)采用可編程控制器（PLC）作為控制方式。 2.3 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 自動(dòng)立體車庫 PLC 的控制系統(tǒng)主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成，主 要硬件包括 PLC 主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)等。 系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機(jī)、操縱盤，安全保護(hù)信號(hào)通過接口送入 PLC，存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號(hào)，向拖動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3 可編程控制器概述 3.1 可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展 在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位。 通過有關(guān)電氣控制知識(shí)的學(xué)習(xí)可知，繼電器接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn) 控制邏輯，如果生產(chǎn)任務(wù)或工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造成 時(shí)間和資金的浪費(fèi)。另外，大型控制系統(tǒng)用繼電器接觸器控制，使用的繼電器數(shù)量多， 控制系統(tǒng)的體積大，耗電多，且繼電器觸點(diǎn)為機(jī)械觸點(diǎn)，工作頻率低，在頻繁動(dòng)作情況 下壽命較短，造成系統(tǒng)故障，系統(tǒng)的可靠性差 4。隨著工業(yè)的發(fā)展，設(shè)備和生產(chǎn)過程越來 越復(fù)雜。復(fù)雜的系統(tǒng)可能使用成百上千種各式各樣的繼電器，并用成千上萬根導(dǎo)線以復(fù) 雜的方式連接起來，執(zhí)行相應(yīng)的復(fù)雜的控制任務(wù)。作單臺(tái)裝置，繼電器本身是比較可靠。 但是，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，繼電器控制系統(tǒng)存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一是可靠性差；二是靈活 性差?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)要求做出迅速的反應(yīng)生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、 低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，傳統(tǒng)的繼電器已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的障礙。 在世界性工業(yè)技術(shù)改造浪潮的沖擊下，美國公司率先研制出世界上第一臺(tái)可編程序 控制器，并在 GM 公司汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。其后，在日本，德國等相繼 引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此迅速發(fā)展起來。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)， 可編程控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC）,現(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。 PLC 的功能不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷 發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC 在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制 等功能。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分 重要的作用 5。 PLC 在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長率 保持為 20% 30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和 PLC 市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大， 近年來 PLC 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家 PLC 的增長十 分迅速。綜合相關(guān)資料，2004 年全球 PLC 的銷售收入為 100 億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域 占據(jù)著十分重要的位置 6。 近 10 年來，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的持續(xù)增長，越來越多的中小設(shè)備 開始采用 PLC 進(jìn)行控制， PLC 在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和 基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC 在我國仍將保持高速增長勢(shì)頭。 3.2 可編程控制器的定義及特點(diǎn) 在可編程序控制器發(fā)展初期，不同的開發(fā)商對(duì)PLC有不同的定義。為使這一新型的工 業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化，國際電工委員會(huì)曾于1982年11月頒發(fā)了可編程序控制 器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月又發(fā)表了第二稿，1987年2月頒布了第三稿。該草案中對(duì) 可編程序控制器的定義是：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工 業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、 順序控制、定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出， 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系 統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC 是綜合了繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和 發(fā)展起來的，這就是 PLC 具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。 （1）行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng) PLC 是專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，因此人們?cè)谠O(shè)計(jì) PLC 時(shí)，從硬件和軟件上 都采取了抗干擾的措施，提高了其可靠性。 對(duì)于硬件措施，PLC 的電源變壓器、內(nèi)部 CPU、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁 良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界的電磁干擾；輸入輸出線路采用了多種形式的濾波，以 消除或抑制高頻干擾；內(nèi)部的微處理器和輸入輸出電路之間，采用了光電隔離措施，有 效地隔離了輸入輸出間電的聯(lián)系，減少了故障和誤動(dòng)作；采用模塊式結(jié)構(gòu)，有助于在故 障情況下短時(shí)修復(fù)，一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。 對(duì)于軟件措施，PLC 設(shè)計(jì)了故障檢測(cè)軟件定期地檢測(cè)外界壞境。如掉電、欠電壓、 強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)進(jìn)行處理；信息保護(hù)和恢復(fù)軟件使 PLC 偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)， 將 PLC 內(nèi)部信息進(jìn)行保護(hù)，不遭破壞。一旦故障條件消失，恢復(fù)原來的信息，使之正常 工作。如果 PLC 程序每次循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了 WDT 規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示程序進(jìn)入死循環(huán)， 立即報(bào)警。對(duì)程序進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)，一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行，這樣可使 一般 PLC 的平均無故障時(shí)間達(dá)到幾萬小時(shí)以上。 （2）通用性強(qiáng)，使用方便 PLC 產(chǎn)品已經(jīng)系列化和模塊化，PLC 的開發(fā)制造商為用戶提供了品種齊全的 I/O 模 塊和配套部件。用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，不需要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只需 根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊的配置。用戶所做的工作只是設(shè)計(jì)滿足控制對(duì)象的控制要求的應(yīng) 用程序。對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求改變時(shí)，只需修改程序，就能變更控制功能。 （3）采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個(gè)部件，均采用模塊化設(shè)計(jì)、各模塊之間可由機(jī)架和電纜連接。系統(tǒng)的功 能和規(guī)模可根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行組合，使系統(tǒng)的性能價(jià)格更容易趨于合理。 （4）編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握 PLC 是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。其主 要的使用對(duì)象是廣大的電氣技術(shù)人員。PLC 的開發(fā)制造商為了便于工程技術(shù)人員方便學(xué) 習(xí)和掌握 PLC 的編程，采取了與繼電器接觸器控制原理相似的梯形圖語言，易學(xué)、易懂。 （5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是根據(jù)對(duì)象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要去設(shè) 計(jì)具體的接口電路，這樣大大縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè)工作的進(jìn)程。 （6）對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng) PLC 的核心部件是微處理器，它實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其控制功能是通過 軟件編程來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，不必改變 PLC 硬件設(shè)備，只需改變 PLC 中 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 的程序。這對(duì)現(xiàn)代化的小批量、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合。 （7）安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 PLC 控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器接觸器控制系統(tǒng)少的多，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各 種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連。PLC 軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試大多可在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，用模擬 實(shí)驗(yàn)開關(guān)代替輸入信號(hào)，其輸出狀態(tài)可以觀察 PLC 上的相應(yīng)發(fā)光二極管，也可以另接輸 出模擬實(shí)驗(yàn)板。模擬調(diào)試好后，再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，這樣既 省時(shí)間又很方便。由于 PLC 本身的可靠性高，又有完善的自診斷能力，一旦發(fā)生故障， 可以根據(jù)報(bào)警信息，迅速查明原因。如果是 PLC 本身，則可用更換模塊的方法排除故障。 這樣提高了維護(hù)的工作效率，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 3.3 可編程控制器的結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。 （1）中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存 儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并 能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸 入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映像區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程 序 7，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄 存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器 內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行 8。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)， 或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 （2）存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序 存儲(chǔ)器。 （3）電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源 系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流 電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 （4）編程器及其他選件 編程器是編制、編輯、調(diào)試、監(jiān)控 PLC 的用戶程序的必備設(shè)備。小型 PLC 的程序編 制可直接使用簡易的手持式編程器來完成，較為復(fù)雜的編程一般使用專門的編程軟件。 PLC 還可以選配其他設(shè)備，如盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)、EPROM 寫入器、人機(jī)接口單元、網(wǎng) 絡(luò)連接設(shè)備等，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置。 （5）PLC 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 3.1 所示： 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 電源 輸 入 單 元 微機(jī)處理 （ C P U ） 運(yùn)算器 控制器 輸 出 單 元 外 設(shè) 接 口 擴(kuò) 展 接 口 存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序 用戶程序 擴(kuò) 展 單 元 主機(jī) 輸 出 設(shè) 備 輸 入 設(shè) 備 其 他 設(shè) 備 圖 3.1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)框圖 3.4 可編程控制器的組成及其工作原理 3.4.1 可編程控制器的組成 （1）CPU 模塊 同一般的微處理機(jī)一樣，中央處理單元是可編程控制器的主要部分，是系統(tǒng)的運(yùn)算 和控制中心。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，完成以下任務(wù)： a：接受并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)； b：檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò) 誤； c: 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，已掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)； d: 讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算； e: 根據(jù)用戶程序的執(zhí)行結(jié)果，更新有關(guān)狀態(tài)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容， 實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 小型 PLC 一般采用 8 位微處理器，而大、中型 PLC 一般采用 16 或 32 位微處理器。 一般中型可編程控制器多為雙處理器系統(tǒng)，即字處理器和位處理器，其中字處理器是主 處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線、內(nèi)部計(jì)數(shù)器、內(nèi)部定時(shí)器、監(jiān)視掃描 時(shí)間、統(tǒng)一管理編程接口，同時(shí)協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。位處理器也稱從處理器，主 要作用是處理位操作指令和在機(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)編程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換 9。 （2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序和應(yīng)用軟件?；旧嫌?ROM(Read Only Memory 只讀 存儲(chǔ)器) 、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory,可擦除的只讀存儲(chǔ)器) 及 RAM(Random Assess Memory,隨機(jī)存儲(chǔ)器)種組成，存儲(chǔ)能力的大小隨機(jī)器的性能而變化。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 根據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，PLC 的存儲(chǔ)器空間一般分為以下 3 個(gè)區(qū)域： a:統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，用于存放 PLC 的系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序是由控制器的制造廠家在研 制系統(tǒng)時(shí)確定的，它和機(jī)器的硬件組成有關(guān)，并在機(jī)器使用過程種是不變動(dòng)的。 b:用戶程序存儲(chǔ)區(qū)，用于存放用戶應(yīng)用程序。用戶應(yīng)用程序是隨控制器的使用環(huán)境 而定的，隨著控制對(duì)象的不同而變動(dòng)，一般存放在 EPROM 存儲(chǔ)器中。 c:系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)器，用于存放控制器在運(yùn)行中發(fā)生變化和需要進(jìn)行存取的一些數(shù)據(jù)。 該存儲(chǔ)區(qū)中存放的數(shù)據(jù)一般不需要保存很長時(shí)間，所以該部分的存儲(chǔ)器我們一般都選用 RAM，來適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，在 PLC 的系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū) 中，除存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)外，還劃分有輸入輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)及計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的設(shè)定值與當(dāng) 前值的數(shù)據(jù)存放區(qū)。 （3）底板及電源模塊 對(duì)于分體式結(jié)構(gòu)的 PLC，一般都做成總線模板框架式結(jié)構(gòu)。裝有 CPU 模塊的框架稱 為基本框架，其他為擴(kuò)展框架，框架之間通過電纜連接。在一個(gè)框架中，CPU 模塊等模 板插裝在一塊底板上。底板為總線式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有總線控制器的印刷電路板，提供總 線插槽和擴(kuò)展底板接口。根據(jù)底板上插槽數(shù)目的不同，有 3 槽、8 槽、18 槽等不同的規(guī) 格。 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，用來對(duì) PLC 的內(nèi)部電路供電。PLC 通常使用交流 220V 或直流 24V 工作電源。它的電源模塊為其他各模塊提供 DC5V、12V 、24V 等各種內(nèi)部直 流工作電源。許多 PLC 都可以為輸入電路和外部的傳感器提供直流 24V 的工作電源，但 是驅(qū)動(dòng) PLC 負(fù)載的直流電源及交流電源一般由用戶提供。 （4）I/O 模塊及特殊 I/O 模塊 I/O 模塊是 PLC 的 CPU 與現(xiàn)場(chǎng)用戶設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系的橋梁?？删幊炭刂破飨到y(tǒng)通過其 I/O 接口模板檢測(cè)被控對(duì)象的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控 制的信息。同時(shí)，控制器通過 I/O 模板將控制器的處理結(jié)果送給被控對(duì)象，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí) 行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制 10。 從信號(hào)類型上看，PLC 的 I/O 模塊通常包括：開關(guān)量輸入模塊、模擬量輸入模塊、開 關(guān)量輸出模塊和模擬量輸出模塊等類型，這些模板又有直流和交流、電壓和電流類型之 分，每個(gè)類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，分別用于聯(lián)系不同類型及大小的外部信號(hào)。 一般 PLC 均配置 I/O 電平轉(zhuǎn)換及電氣隔離： a:入電平轉(zhuǎn)換 將輸入端的不同電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接受的低電平信號(hào)。 b:出電平轉(zhuǎn)換 將微處理器控制的低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制設(shè)備所需要的電壓和電流信 號(hào)。 c:電氣隔離 指在 CPU 與 I/O 回路之間采用的防干擾措施，以隔離 CPU 與 I/O 回 路之間的聯(lián)系，在強(qiáng)的外部干擾情況下防止 PLC 故障或誤動(dòng)作。大型 PLC 中還有一類特 殊 I/O 模板，如高速計(jì)數(shù)模板、PID 控制模板、中斷控制模板等，它們一般是為了提高 PLC 的實(shí)時(shí)控制功能和過程控制功能而專門設(shè)計(jì)的。 （5）通信接口模塊 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 幾乎所有的 PLC 都具備聯(lián)網(wǎng)通信能力。在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，由于控制對(duì)象的增加、 控制功能的復(fù)雜，就可能由兩臺(tái)或多臺(tái) PLC 組成的控制系統(tǒng)；在有些情況下，也需要由 PLC 和其他的計(jì)算機(jī)組成控制系統(tǒng)。 3.4.2 可編程控制器的工作原理 PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱 為掃描。CPU 對(duì)用戶程序的執(zhí)行過程是 CUP 的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中 輸出的方式來完成的。一個(gè)掃描周期主要可分為： （1）讀輸入階段。每次掃描周期的開始，先讀取輸入點(diǎn)的當(dāng)前值,然后寫到輸入映像 寄存器區(qū)域。在之后的用戶程序執(zhí)行的過程中，CPU 訪問輸入映像寄存器區(qū)域,而并非讀 取輸入端口的狀態(tài)，輸入信號(hào)的變化并不會(huì)影響到輸入映像寄存器的狀態(tài)，通常要求輸 入信號(hào)有足夠的脈沖寬度，才能被響應(yīng) 11。 （2）執(zhí)行程序階段。用戶程序執(zhí)行階段,PLC 按照梯形圖的順序，自左而右，自上而 下的逐行掃描，在這一階段 CPU 從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結(jié) 束，程序運(yùn)行結(jié)果放入輸出映像寄存器區(qū)域。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量 I/O 指令和不設(shè)置 數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進(jìn)行處理，在掃描周期的，各個(gè)部分，均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響 應(yīng) （3）處理通信請(qǐng)求階段。是掃描周期的信息處理階段，CPU 處理從通信端口接收到 的信息。 （4）執(zhí)行 CPU 自診斷廁試階段。在此階段 CPU 檢查其硬件，用戶程序存儲(chǔ)器和所有 I/O 模塊的狀態(tài)。 （5）寫輸出階段。每個(gè)掃描周期的結(jié)尾，CPU 把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出 給數(shù)字量輸出端點(diǎn)（寫入輸出鎖存器中） ，更新輸出狀態(tài)。然后 PLC 進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期， 重新執(zhí)行輸入采樣階段，周而復(fù)始。 如果程序運(yùn)行中使用了中斷，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)立即運(yùn)行這個(gè)程序，并且中斷程序可 以在掃描周期內(nèi)的任意點(diǎn)被執(zhí)行。 如果程序中使用了立即 I/O 指令，可以直接存取 I/O 點(diǎn)。用立即指令讀輸入點(diǎn)值時(shí)， 相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改，用立即 I/O 指令寫輸出點(diǎn)值時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄 存器的值被修改 12。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 4 自動(dòng)立體車庫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4.1 控制系統(tǒng)總體架構(gòu) 整個(gè)自動(dòng)立體車庫設(shè)計(jì)由可編程控制器對(duì)車庫進(jìn)行統(tǒng)一的控制盒管理，通過可編程控 制器控制載車板升降橫移以完成對(duì)車輛的存取操作。各車位內(nèi)車輛的存取由可編程控制 器根據(jù)當(dāng)前各車位的車輛存放情況，按照相應(yīng)的程序進(jìn)行選擇，調(diào)度車輛進(jìn)出。 升降橫移式立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(tái)(界 面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識(shí)別的控制信息通過輔助設(shè)備 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成車庫現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖 4.1 所示。 圖 4.1 自動(dòng)立體車庫系統(tǒng)控制原理圖框 在升降橫移式立體車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對(duì)象首先是車庫內(nèi)的橫 移電機(jī)和升降電機(jī)，控制系統(tǒng)就是使它們?cè)诓煌臅r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn);其次是車庫內(nèi)的各 種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設(shè)施等 13。為了確保載車板能橫移到預(yù)定位置以及 載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關(guān)。小型車庫一般選用按鈕操作，界面 清楚，易于操作。 自動(dòng)立體車庫硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要有下列部分構(gòu)成： （1）可編程控制器：處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)起信號(hào)，同時(shí)變頻 器也將工作狀態(tài)信號(hào)送給 PLC 形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系是系統(tǒng)的核心。 （2）輸入輸出單元為 PLC 的 I/O 接口部分，主要由電源開關(guān)，復(fù)位按鈕，急停按鈕 等單元構(gòu)成 14。 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 4.2 自動(dòng)立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 西門子 S7-200 一共有 5 種 CPU 模塊，CPU226 模塊具有 24 輸入、16 輸出，并且具 有擴(kuò)展功能和較強(qiáng)的控制功能，所以此次自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)采用 CPU226 模塊 為基本單元。由于此次論文設(shè)計(jì)的自動(dòng)立體車庫為 3 層 10 車位，需要 40 個(gè)輸入和 332 個(gè)輸出。CPU226 基本單元不能夠滿足輸入輸出的基本要求，所以需要增加擴(kuò)展模塊。所 選的擴(kuò)展模塊是 16 入 16 出的 EM223 擴(kuò)展模塊和具有 8 個(gè)輸出的 EM222 模塊。 4.3 輸入輸出點(diǎn)分配 該系統(tǒng)占用 PLC 的 110 個(gè) I/O 口，44 個(gè)輸入點(diǎn)，26 個(gè)輸出點(diǎn)，具體的 I/O 分配表如 表 4-1 所示。 表 4-1 I/O 分配表 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 自動(dòng)工作方式按鈕 I0.0 1 號(hào)車位左移 Q0.0 手動(dòng)工作方式按鈕 I0.1 1 號(hào)車位右移 Q0.1 總停開關(guān) I0.2 2 號(hào)車位左移 Q0.2 車位左行按鈕 I0.3 2 號(hào)車位右移 Q0.3 車位右行按鈕 I0.4 3 號(hào)車位左移 Q0.4 車位上升按鈕 I0.5 3 號(hào)車位右移 Q0.5 車位下降按鈕 I0.6 4 號(hào)車位左移 Q0.6 1 號(hào)車位選擇按鈕 I0.7 4 號(hào)車位右移 Q0.7 2 號(hào)車位選擇按鈕 I1.0 4 號(hào)車位上移 Q1.0 3 號(hào)車位選擇按鈕 I1.1 4 號(hào)車位下移 Q1.1 4 號(hào)車位選擇按鈕 I1.2 5 號(hào)車位左移 Q1.2 5 號(hào)車位選擇按鈕 I1.3 5 號(hào)車位右移 Q1.3 6 號(hào)車位選擇按鈕 I1.4 5 號(hào)車位上移 Q1.4 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 7 號(hào)車位選擇按鈕 I1.5 5 號(hào)車位下移 Q1.5 8 號(hào)車位選擇按鈕 I1.6 6 號(hào)車位左移 Q1.6 9 號(hào)車位選擇按鈕 I1.7 6 號(hào)車位右移 Q1.7 10 號(hào)車位選擇按鈕 I2.0 6 號(hào)車位上移 Q2.0 續(xù)表 4-1 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 1 號(hào)車位左限位開關(guān) I2.1 6 號(hào)車位下移 Q2.1 1 號(hào)車位右限位開關(guān) I2.2 7 號(hào)車位上移 Q2.2 2 號(hào)車位左限位開關(guān) I2.3 7 號(hào)車位下移 Q2.3 2 號(hào)車位右限位開關(guān) I2.4 8 號(hào)車位上移 Q2.4 3 號(hào)車位左限位開關(guān) I2.5 8 號(hào)車位下移 Q2.5 3 號(hào)車位右限位開關(guān) I2.6 9 號(hào)車位上移 Q2.6 4 號(hào)車位左限位開關(guān) I2.7 9 號(hào)車位下移 Q2.7 4 號(hào)車位右限位開關(guān) I3.0 10 號(hào)車位上移 Q3.0 4 號(hào)車位上限為開關(guān) I3.1 10 號(hào)車位下移 Q3.1 4 號(hào)車位下限位開關(guān) I3.2 5 號(hào)車位左限位開關(guān) I3.3 5 號(hào)車位右限位開關(guān) I3.4 5 號(hào)車位上限位開關(guān) I3.5 5 號(hào)車位下限位開關(guān) I3.6 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 6 號(hào)車位左限位開關(guān) I3.7 6 號(hào)車位右限位開關(guān) I4.0 6 號(hào)車位上限位開關(guān) I4.1 6 號(hào)車位下限位開關(guān) I4.2 續(xù)表 4-1 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 7 號(hào)車位上限位開關(guān) I4.3 7 號(hào)車位下限位開關(guān) I4.4 8 號(hào)車位上限位開關(guān) I4.5 8 號(hào)車位下限位開關(guān) I4.6 9 號(hào)車位上限位開關(guān) I4.7 9 號(hào)車位下限位開關(guān) I5.0 10 號(hào)車位上限位開 關(guān) I5.1 10 號(hào)車位下限位開 關(guān) I5.2 復(fù)位開關(guān) I5.3 I/O 接線圖如 4.2 所示： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4.2 I/O 接線圖 4.4 載車板的參數(shù) 由于現(xiàn)在市面上各類轎車包括一些全尺寸 SUV 的尺寸都不超過 5000mm1850mm1550mm 左右，所以每個(gè)車位的尺寸是 600025001800，載車板 的尺寸則為 60002500150。材料選擇具有高強(qiáng)度、韌性好、易于加工的熱軋鋼。一塊 載車板的質(zhì)量為 1800Kg 左右。 4.5 電機(jī)的選擇 在升降橫移式自動(dòng)立體車庫的控制系統(tǒng)中，分為兩個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，為升降傳動(dòng)系統(tǒng)和 橫移傳動(dòng)系統(tǒng)。所有需要存取的車輛都是通過升降和橫移兩個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)到達(dá)預(yù)定的位置， 然后進(jìn)行存取。 4.5.1 升級(jí)電機(jī)的選擇： 一般汽車質(zhì)量都不超過 1800Kg。根據(jù) GB 179071999機(jī)械式停車設(shè)備 通用安全 存取車時(shí)間不超過 120 秒?？梢怨浪阏麄€(gè)升降電機(jī)的功率為： KW.P KW.TSF額總額 819066124503 （4.1） 通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范選擇 Y132S-8 型三相異步電動(dòng)機(jī)， 轉(zhuǎn)速 750r/min，功率為 2.2kW。 4.5.2 橫移電機(jī)的選擇 橫移電機(jī)采用功率為 0.2kW。 4.6 自動(dòng)立體車庫主電路圖 主電路圖如圖 4.3 所示： 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 圖 4.3 自動(dòng)立體車庫主電路圖 5 自動(dòng)立體車庫可編程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 5.1 自動(dòng)立體車庫運(yùn)行流程圖 （1）自動(dòng)立體車庫運(yùn)行流程圖如圖 5.1 所示 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 5.1 自動(dòng)立體車庫運(yùn)行流程圖 5.2 PLC 梯形圖 5.2.1 PLC 仿真軟件的選擇 本次論文里選擇西門子的STEP 7作為自動(dòng)立體車庫PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真的軟件。 STEP 7具有硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn) 行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對(duì)象， 按F1可以得到該對(duì)象的相關(guān)幫助。另外，在STEP 7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的 硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S7、M7、C7和 WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具 都集成在STEP 7中 15。 5.2.2 PLC 梯形圖的繪制 梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電器 控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適 用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)， 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解 算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值， 而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的 16。 （1）自動(dòng)手動(dòng)工作方式選擇模塊： 手動(dòng)自動(dòng)工作方式選擇模塊如圖 5.2 所示。I0.0 為常閉開關(guān)，通電后閉合，M0.0 通電， I0.1 和 I0.2 斷開，即選擇自動(dòng)工作方式。同理，I0.1 為常閉開關(guān)，通電后閉合，M0.1 通 電，I0.0 和 I0.2 斷開，即選擇手動(dòng)工作方式。 圖 5.2 自動(dòng)手動(dòng)工作方式模塊選擇 （2）自動(dòng)工作方式選擇車位模塊： 自動(dòng)工作方式選擇車位模塊如圖 5.3 所示。首先自動(dòng)工作方式接通，I1.0 為常閉開關(guān)， 通電閉合，I1.0、I1.1 、I1.2 、I1.3 、I1.4、I1.5、I1.6 、I1.7、I2.0 都閉合，也就是不能選擇 2、3、4、5、6、7、8、9、10 號(hào)車位，所以自動(dòng)選擇 1 號(hào)車位。同理，可以說明其它車 位的自動(dòng)選擇。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 5.3 自動(dòng)工作方式選擇車位模塊 （3）手動(dòng)工作方式選擇車位模塊： 手動(dòng)工作方式選擇車位模塊如圖 5.4 所示。首先手動(dòng)工作方式接通，I1.0 為常閉開關(guān)， 通電閉合，I1.0、I1.1 、I1.2 、I1.3 、I1.4、I1.5、I1.6 、I1.7、I2.0 都閉合，也就是不能選擇 2、3、4、5、6、7、8、9、10 號(hào)車位，所以手動(dòng)選擇 1 號(hào)車位。同理，可以說明其它車 位的手動(dòng)選擇。 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 圖 5.4 手動(dòng)工作方式選擇車位模塊 （4）手動(dòng)方式車位位移模塊 手動(dòng)方式車位位移模塊如圖 5.5 所示。在此模塊里面，通電后，首先手動(dòng)模式打開， I0.3 接通， I0.4、I0.5、I0.6 都閉合，表示選擇的是車位左移，然后 M1.4 接通，即選擇了 1 號(hào)車位，I2.1 斷開，說明 1 號(hào)車位右左移的空間，最后 1 號(hào)車位左移輸出。1、2、3 號(hào) 車位只能橫移，沒有升降，4、5、6 號(hào)車位既可以橫移，也可以升降，7、8、9、10 號(hào)車 位只能升降，不能橫移。同理，可以說明其余車位的手動(dòng)升降橫移。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 5.5 手動(dòng)方式車位位移模塊 自動(dòng)立體車庫 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 （5）復(fù)位模塊 復(fù)位模塊如圖 5.6 所示。電源接通，復(fù)位開關(guān)閉合，系統(tǒng)選擇車位，并且判斷車位具 有哪個(gè)方向橫移的空間，然后再進(jìn)行復(fù)位操作。 圖 5.6 復(fù)位模塊 （7）車位下降模塊 a：4 號(hào)車位下降模塊 4 號(hào)車位下降模塊如圖 5.7 所示。通電后，自動(dòng)選擇 4 號(hào)車位，如果 1 號(hào)車位左限位 開關(guān)斷開，則 4 號(hào)車位直接下降，如果 1 號(hào)車位左限位開關(guān)閉合，則將 1 號(hào)車位右移， 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)