立體車庫自動控制系統(tǒng)設(shè)計

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1畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）題 目： 立體車庫自動控制系統(tǒng) 函授站點： 山東煤炭技師學(xué)院(臨沂) 學(xué)習(xí)層次： 大專 班級名稱： 姓名： 學(xué)號： 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院2019 年 月 日2中國礦業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計( 論文)指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語(包含①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）；建議成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日1摘 要研究的立體車庫自動控制系統(tǒng)是一體化技術(shù)的典型應(yīng)用,采用計算機控制,含客戶識別，立體升降系統(tǒng)等,具有易于安裝和建造,占地面積小,停車泊位多,存儲智能化、自動化、效率高的特點,對城市交通及建設(shè)都有積極意義。關(guān)鍵詞 立體車庫 自動控制 人機界面(HMI) 可編程控制器(PLC)繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1目 錄1 引言 .11.1 選題目的和意義 11.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 12 立體車庫總體方案設(shè)計 .33 控制系統(tǒng) 33.1 控制系統(tǒng)功能描述 .33.2 橫移裝置的驅(qū)動方式 .53.3 控制系統(tǒng)方案 .63.4 檢測系統(tǒng)與安全措施 .83.5 PLC 控制系統(tǒng) 104 軟件系統(tǒng)設(shè)計 .154.1 通信系統(tǒng) .154.2 PLC 的程序 .18參考文獻 .21謝 辭 .22繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)論文 221 引言1.1 選題目的和意義隨著社會的發(fā)展，汽車數(shù)量日益劇增，無處停車問題日益嚴重，尤其是居民小區(qū)、大型公共消費場所等，寸土如金，停車場向空間發(fā)展，已勢在必行。近年來，隨著通訊技術(shù)、控制技求、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)，CRT 顯示技術(shù)以及軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機更加廣泛的進入工業(yè)的各個領(lǐng)域，并且正在發(fā)揮著越來越大的作用。與此同時，計算機技術(shù)在立體車庫控制領(lǐng)域也得到了快速、廣泛的應(yīng)用，實施機電一體化，進一步提高車量的出入頻率，即提高起重機、運輸機的工作速度。由于速度的提高，自動化調(diào)速技術(shù)、認址技術(shù)、停止精度技術(shù)等也相應(yīng)予以發(fā)展。立體車庫的信息傳遞技術(shù)方面，發(fā)展了紅外通訊技術(shù)、絕對認址技術(shù)、新條形碼技術(shù)、計算機管理技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。除實現(xiàn)了車庫本身車輛存取的計算機記錄和收費管理智能化外，把計算機作為上位機、使其成為更大系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化部分。立體停車庫自動化程度正不斷提高，利用計算機進行實時控制和管理車庫運行成為發(fā)展趨勢[1]。我國的立體車庫控制系統(tǒng)與國際先進水平尚有較大的差距，主要反映在車庫控制系統(tǒng)品種少、設(shè)計制造成本高，自動化程度低，管理水平低、成本費用高等方面，遠遠適應(yīng)不了市場的需要，進一步研究立體車庫自動控制系統(tǒng)有利于車庫自動化程度的提高，實現(xiàn)無人化管理，降低車庫的投資成本，將會對我國的立體車庫工業(yè)發(fā)展起到很好的推動作用。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢立體車庫是作為根據(jù)自動化物流系統(tǒng)物料傳輸原理，采用多層高架式存放車輛的大型停車設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)隨其使用的主控制器智能化程度不斷提高，在國內(nèi)外都經(jīng)過一個半自動化、自動化、智能化發(fā)展過程。1.直接使用電動機與鏈條驅(qū)動的簡易立體車庫該類型車庫一般只有幾個車位且為兩層，不利于規(guī)?；?，智能化發(fā)展繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 33趨勢的要求[2]。2.采用可編程控制器(PLC)控制的立體車庫PLC 是專門為順序生產(chǎn)過程而設(shè)計的控制器，它替代傳統(tǒng)的繼電器，實現(xiàn)順序控制、運動控制、過程控制等具有很強的時序性，抗干擾能力強，安全性高。這類立體車庫是當前國內(nèi)生產(chǎn)制造或已建成的主要形式，但不能實現(xiàn)智能化管理，并且只適合幾個到幾十個泊位的車庫，不適應(yīng)規(guī)?；l(fā)展趨勢。3.采用單片機控制的立體車庫在目前的應(yīng)用研究中，較易于實現(xiàn)數(shù)字控制的方案是使用單片機來實現(xiàn)其功能，尤其是新型的 8 位，16 位單片機具有A/D、PWM、EEPROM 、比較輸出、捕捉輸入、 SPI 接口、異步串行通訊接口、FLASH 程序存儲器等功能。單片機成本低，易開發(fā)，因為單片機價格不斷下降，而其技術(shù)含量卻不斷提高。另外，單片機的應(yīng)用己相當廣泛，有許多可以借鑒的成功應(yīng)用范例與大量的公用程序，并且尺寸小，結(jié)構(gòu)易布置，單片機及其外圍接口電路可以緊湊地放在一塊印刷電路板上，這就為控制器的面板設(shè)計帶來方便，面板形狀與大小都可以在一定程度上隨意設(shè)計。對于一些比較復(fù)雜的控制，其計算量往往很大，這樣，計算速度將直接影響控制精度，一般用于下位機和小型控制; 與此同時，單片機易受外界干擾，單片機系統(tǒng)屬于微電系統(tǒng)，比較容易受到強電，磁場，電脈沖的影響，甚至也容易受惡劣工作環(huán)境的影響，所以必須采取抗干擾措施。為此這類立體車庫也只適用規(guī)模不是很大的車庫，在國內(nèi)已經(jīng)有一些成果[3]。4.采用工控機為上位機的立體車庫相對于單片機和 PLC 來說功能靈活，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它集單片機與 PLC優(yōu)點于一體，具有很強的控制功能。工控機成本高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若和其它控制系統(tǒng)聯(lián)合使用，不僅會降低成本，而且會協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的工作，采用先進的控制模式，實現(xiàn)整個立體車庫的控制的智能化。編程容易，接口簡單，可以采用高級語言編程，設(shè)計友好的工作界面，利用計算機強大繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 44的計算功能，編制復(fù)雜的軟件。另外，其接口都是標準接口，易于與各系統(tǒng)之間進行通訊與連接。工控機有強大的計算、管理及通訊功能，適宜于高性能進行機群調(diào)度和管理適合形成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的上位機。這一類型的立體車庫，智能化程度高，適用于需要建造大型的立體車庫車型，比如巷道堆垛式立體車庫[4]。2 立體車庫總體方案設(shè)計本車庫是針對目前國內(nèi)流行的轎車和小型家庭乘用車而開發(fā)，針對居民小區(qū)安裝在缺乏停車場地的建筑物旁邊，采用工控機為上位機的立體車庫。本車庫設(shè)計容許停車最大外形尺寸為長×寬× 高小于5000mm×1850mm×1550mm，容許最大重量不超過 1750kg。車庫總體規(guī)格長× 寬×高為 9000mm×6000mm×5400mm，分 3 層， 10 個車位。國家對升降橫移式車庫的要求(BJ/T8713 一 1998 機械式停車設(shè)備類別、型式與基本參數(shù)) ，單車最大進出時間即存進或取出一輛車時單純的機械動作時間不允許超過 120 秒[5] 。3控制系統(tǒng)3.1 控制系統(tǒng)功能描述整個車庫設(shè)計由一臺上位機對車庫進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，通過 PLC控制載車托盤縱橫傳動裝置以完成對車輛的存取操作。PLC 還提供 RS 一232 接口與上位機通信，用于顯示上位機車位、車庫運行狀態(tài)，并接收上位機有關(guān)調(diào)車命令。各區(qū)域內(nèi)車輛的調(diào)入調(diào)出由 PLC 根據(jù)調(diào)車命令和各區(qū)域內(nèi)車位的車輛存放情況，按照相應(yīng)的調(diào)度策略調(diào)度車輛進出。繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 55立體車庫的自動存取車控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩套系統(tǒng)。弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的采集、報警與控制輸出。PLC 輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關(guān)斷。強電系統(tǒng)包括載車托盤電機控制線路、控制電機正反轉(zhuǎn)接觸器、到位限位及載車板的上下行程限位。車庫采用層面車位檢測裝置代替人工找位，用升降裝置輸送汽車到位。車庫通過智能卡讀卡機判斷是否允許存取車出:存車時車主只需插卡確認并將車駛?cè)氲讓蛹赫{(diào)出的車位板上，取出卡后即可離開，升降裝置會將車送至車庫內(nèi)存放。取車時，車主將卡插入讀卡機，系統(tǒng)會自動尋找對應(yīng)的車輛并自行將其取出。實現(xiàn)車庫自動控制的關(guān)鍵在于解決車輛的自動存入對位及自動取出問題。同時，為了縮短存取車所用的時間，通過運算自動判斷最優(yōu)停車位與取車路線。系統(tǒng)在面板處設(shè)有急停開關(guān)，當發(fā)生意外時，按下急停開關(guān)，斷掉所有電機的電源，使載車盤無法繼續(xù)運行，以保護人員及設(shè)備的安全。系統(tǒng)輸出控制信號包括控制電機運行方向信號，控制電機運行信號，控制電磁鐵得、失電信號，控制燈光報警信號，控制車庫照明信號。綜合起來立體車庫系統(tǒng)需要解決的問題如下[8]:1.管理立體車庫設(shè)備對車輛停放、進出、收費、讀卡、制卡等作業(yè)。2.自動分配用戶的停泊車位。3.向 PLC 發(fā)送各種作業(yè)指令，監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)和車位使用狀態(tài)。4.接收操作員的工作指令。5.管理數(shù)據(jù)庫，產(chǎn)生各種需要的報表。6.完善的當前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢功能。7.友好的人機界面，使用各種圖形技術(shù)，可以全面顯示車庫各運轉(zhuǎn)設(shè)備，工作位置、設(shè)備工作狀態(tài)、車位占用圖，計算車庫使用效率等各種財務(wù)管理數(shù)據(jù)。繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 663.2 橫移裝置的驅(qū)動方式驅(qū)動裝置指立體車庫用來驅(qū)動工作裝置的動力設(shè)備，是立體車庫最重要的織成部分之一，它在很大程度上決定了立體車庫的工作性能和構(gòu)造特點。共自身質(zhì)量和成本，對于立體車庫的經(jīng)濟指標也有著重大的影響。因此，在設(shè)計立體車庫的時候，合理地選擇驅(qū)動裝置的形式和布置方式，便成為重要問題之一[9]。對于本升降橫移式立體車庫、其設(shè)計承重(轎車自垂)小于 1750kg，托盤自重與托架自重約 1600kg，其橫移速度要求在 0.1~0.2m/s 之間。因此，托盤和轎車的總重為 3350kg 左右。假設(shè)減速器的減速比 B，鏈輪的外徑為 D，電機的輸出轉(zhuǎn)速為 W 有WD/2B=0.1～0.2。又因為電機選為三相交流電機，查表可知橫移電機功率在 0.2～0.4KW 即可。目前國際上流行采用集電機、制動器、減速器于一體的“三合一 ”交流電機，它具有起動轉(zhuǎn)矩大，制動可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕、噪聲低，可頻繁起動等一系列優(yōu)點。根據(jù)立體車庫橫移機構(gòu)的上述參數(shù)(橫移速度、承載錄、結(jié)構(gòu)尺寸)，本立體車庫橫移機構(gòu)的驅(qū)動方式采用一臺“三合一 ”一角單輪驅(qū)動。該方式相當于分別驅(qū)動的一種特例-一單一驅(qū)動，如圖 2 所示:圖 2 單一驅(qū)動它的特點是傳動軸大大縮短，運行驅(qū)動裝置簡化輕巧，占用空間小。布置安裝靈活，維修方便，工作可靠，傳動效率高。在一般情況下，單輪驅(qū)動依靠托架金屬結(jié)構(gòu)的良好剛度，可以實現(xiàn)同步遠行。如果結(jié)構(gòu)剛度不夠，會分致從動輪跑偏、啃軌等現(xiàn)象。由于該驅(qū)動方式結(jié)構(gòu)簡單，目前市場上已有成功使用的例子。Ff ff繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 773.3 控制系統(tǒng)方案控制系統(tǒng)方案如圖 3圖 3 控制系統(tǒng)總體方案上位機的行為描述:1.紅綠黃指示燈指示車庫運行狀態(tài)。紅色指示燈指示有人正在進行操作，請稍候;綠色指示燈指示目前無人操作，可進行操作;黃色指示燈指示有故障發(fā)生，車庫不能工作。2.存車操作司機駕駛車輛從車庫入口進入。在入口處的讀卡機前讀自己的 IC 卡，讀卡過程完畢，超聲探測系統(tǒng)啟動，司機開車進入車庫。車輛進入后，探測系統(tǒng)會探測車輛是否?？康轿?。劃卡的同時，控制器讀取車位號，車庫內(nèi)對應(yīng)的空載車盤按照優(yōu)化的算法自動移動到一層停車位置。司機將車輛停放到載車盤上，如果超出停放位置的范圍，系統(tǒng)將不予接受司機的刷卡操作。同時系統(tǒng)的警示燈點亮，紅燈持續(xù)至車輛到位且司機再次刷卡。3.取車操作司機進入車庫時，在入口處的讀卡機前讀自己的 IC 卡，控制器自動讀取車位號，車庫內(nèi)對應(yīng)的載車盤自動移動到人車交接的位置，司機進入車庫，開車出來，在車庫出口處的讀卡機讀一下自己的 IC 卡，感應(yīng)完畢，讀卡機接受信息，上位控制機自動記錄、扣費，司機開車出場。同時，控制器自動讀取車位號，對應(yīng)的存儲單元置零操作，且此次載車盤恢復(fù)原位，IC 卡卡 IC 卡接口電路微型計算機通信模塊打印機PLC傳送機構(gòu)升降裝置接口電路層面檢測裝置繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 88取車操作完畢。立體車庫作業(yè)過程中，為了便于操作人員根據(jù)需要對各種情況進行靈活的處理，對車庫的控制采取手動，半自動，全自動三種控制方式[10]:1.手動控制:車庫的所有進出車的操作管理均由操作人員在控制面板上操作完成。2.半自動控制:由操作員在上位機界面上或另接控制面板上指定進出車的車位，然后由 PLC 去執(zhí)行響應(yīng)的車位移動判斷并執(zhí)行，這時上位機只起車位狀態(tài)查詢作用。3.全自動方式:由系統(tǒng)自動根據(jù)程序自動分配給用戶車位，根據(jù)用戶所持卡決定進出車操作，自動更新數(shù)據(jù)庫。全自動方式是車庫正常運行下的控制方式，手動方式和半自動方式主要在設(shè)備調(diào)試和故障處理狀態(tài)下使用。3.4 檢測系統(tǒng)與安全措施3.4.1 車頭是否超出檢測當車開進停車托盤時，要對其是否前后停放到位進行檢測，防止車頭或車尾超出車庫所允許的范圍，以免在車位上升過程中對車造成破壞。鑒于超聲波檢測的一些獨特的優(yōu)點，如造價低、非埋設(shè)、無附加反射裝置、免維護、抗靜電干擾等，在本研究設(shè)計中采用超聲波檢測方法，這對設(shè)計檢測系統(tǒng)也是非常有利的。在沒有車時，從發(fā)出超聲波到接收到回波的時間[11]: （ 常 數(shù) ）?vst/20其中:s 為傳感器到托板的距離；v 為超聲波在空氣中的傳播速度，其值為 331.5m/s。當車頭超出允許范圍時(如圖 4 所示)，由于超聲波被車反射回，因此，從發(fā)出到接收回波的時間相對于沒車時會減小，其大小:VHSt/)(20??傳感器S H繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 99圖 4 測距原理圖其中:H 為車頭的高度。通過判斷 t。，就可知道車頭是否超出前限。以上規(guī)則是計算機模糊判斷的基礎(chǔ)。由于系統(tǒng)應(yīng)用中的一些問題，需考慮溫度對超聲波速度的影響。在空氣中，超聲波的傳播速度 v 與空氣的壓力和溫度有關(guān):v=331.5+0.607tm/s式中:t 為環(huán)境溫度，單位 。C0不失一般性，考慮環(huán)境的變化范圍為-55 到 50 ，則由溫度造成0C0的傳播速度變化量: smv /35.067.0???因此，無需再附加硬件溫度補償處理，只需在軟件編制過程中，設(shè)計系統(tǒng)的模糊判斷規(guī)則的時間常數(shù) t 時，將 考慮進去即可。t?3.4.2 托盤平移是否到位檢測采用機械限位開關(guān)。只有下面一、二層托盤有平移運動。在每個車位上分別一對限位開關(guān)，用于檢測托盤平移是否到位。在 3 層由于兩側(cè)位是固定的所以沒有必要安裝平移限位;只有上層和下層托盤有升降運動，在每個托盤垂直運動的軌道上，在載車板上分別安裝一對限位開關(guān)；對下層載車盤，其運行狀態(tài)只有左、右移動動作，載車盤停放位置只有左位或右位，其中一個載車盤右移時，檢測到其右邊的車位信號，則停止運行；左移時，檢測到左邊車位信號，則停止運行。3.4.3 吊鉤與過升降保護控制吊鉤動作的電磁鐵上有一反饋信號，用于指示吊鉤是否已把托盤掛好。掛鉤為兩種狀態(tài)，即掛鉤通電打開和斷電閉合。載車托盤向上運行過程中，觸碰到上行程限位，則自動停止運行，如果上升停止開關(guān)被損壞，系統(tǒng)未檢測到信號，載車托盤會繼續(xù)向上運行，當運行到上行極限限位開繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1010關(guān)處時，PLC 會向上位機發(fā)出報警信號，并使掛鉤閉合，切斷電機電源，無法繼續(xù)運行，起著雙重保險的作用。載車托盤向下運行過程中，首先打開對應(yīng)的掛鉤，系統(tǒng)檢測到掛鉤打開的信號后，系統(tǒng)開始下降，如果掛鉤未打開，載車托盤不會下降，并使 PLC 向上位機發(fā)出報警信號。下降過程中，當觸碰到下降停止信號時，自動停止運行，如果下降停止開關(guān)被損壞，系統(tǒng)未檢測到信號，載車托盤會繼續(xù)向下運行，直至觸碰到下極限限位會發(fā)出停車信號并發(fā)出報警信號，切斷電機電源，使電機停電，無法繼續(xù)運行，起著雙重保險的作用[12]。3.4.4 PLC 延時保護PLC 還設(shè)有延時保護，在載車托盤開始運行的同時，PLC 開始計時，當計時時間到，而載車托盤未運行到位時，載車托盤停止運行，同時系統(tǒng)報警。另外，若兩道停止開關(guān)均被損壞，載車托盤運行到位而無信號返回時，載車托盤會繼續(xù)向上或下運行，從而發(fā)生不可預(yù)料的事故，但通過PLC 的時間保護，則可對載車托盤的運行起到第三層保護的作用[13]。3.4.5 變頻器保護當載車托盤升降或橫移電動機由于機械故障產(chǎn)生了卡死，變頻器會發(fā)出報警信號，這時的系統(tǒng)會輸出掛鉤關(guān)信號，變頻器零電流輸出，可以保證車輛的安全。3.5 PLC 控制系統(tǒng)3.5.1 可編程控制器概述可編程控制器 PLC(programmable Logic Controller)， 60 年代末首先在美國出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，到 70 年代中期以后，PLC 己廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的 PLC 己不再是僅有邏輯(logic) 判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、 PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會頒布的可編程控制器標準草案中為可編程控制器作了如下的定義:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1111統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設(shè)計。PLC 是一種用程序來改變控制功能的計算機，除了能完成各種控制功能外，還有與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能[14]。3.5.2 可編程控制器的特點可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點:可靠性高，抗干擾能力強:可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計的，在硬件和軟件兩個方面采用了屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間達到(3 到5)*l0S 以上。編程方法簡單易學(xué)：考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電器控制線路的特點，它沒有采用微機控制中常用的匯編語言，而是采用了一種面向控制過程的梯形圖語言。梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂。電器工程師和具有一定知識的電工、工藝人員都可以在短時間內(nèi)學(xué)會，使用起來得心應(yīng)手。計算機技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)之間的隔閡在可編程控制器上完全不存在。世界上許多國家的公司生產(chǎn)的可編程控制器把梯形圖語言作為第一用戶語言。功能強，性能價格比高：一臺小型 PLC 內(nèi)有成千上萬個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。PLC 可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制集中管理。適應(yīng)性好:可編程控制器是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當控制要求發(fā)生改變時，只要修改程序即可。由于可編程控制器產(chǎn)品己標準化、系列化、模塊化，因此能靈活方便地進行系統(tǒng)配置.組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)，適應(yīng)能力非常強，所以既可控制一臺單機，一條生產(chǎn)線，又可控制一個復(fù)雜的群控系統(tǒng)。既可現(xiàn)場控制，又可遠距離控制。功能完善:接口功能強:目前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使設(shè)備控制水平大大提高。PLC 還有體積小能耗低的特點，可以節(jié)省大量空間和費用。繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 12123.5.3 可編程控制器機型的選擇與接線在選擇 PLC 機型時，首先對控制對象進行下面估計:1.開關(guān)量輸入數(shù)量與電壓值；2.開關(guān)量輸出數(shù)量與輸出功率;3.模擬量輸入輸出點;4.特殊控制要求，如高速計數(shù)器等;5.機房與現(xiàn)場的最遠距離;6.現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度的要求;本車庫系統(tǒng)屬于單體控制系統(tǒng)，設(shè)備集中，功率較小，使用一臺 PLC就能完成控制任務(wù)。根據(jù) PLC 手冊中給出的以上參數(shù)與本設(shè)計的具體實際，本設(shè)計中采用了日本 MORON(歐姆龍或立石)公司的 C200HPLC。C200HPLC 的特點有:1.最大 I/0 點數(shù)用 8 點的模塊最多可達 240 點。2.處理速度基本指令執(zhí)行時間為 0.75 毫秒/條，復(fù)雜指令執(zhí)行時間一般為 2.25ps/條。3.指令存儲容量最大為 6.6K。C200HPLC 具有內(nèi)存保護功能，具有一個帶有聯(lián)機電池的且易于更換的內(nèi)存模塊和一個寫入保護開關(guān)，以防程序被誤改。4.數(shù)據(jù)存儲容量具有 1000 字(16 位/字)讀/寫存儲器和 1000 字(16 位/ 字)只讀存儲器。5.指令系統(tǒng)其 145 條指令，其中基木指令 12 條，復(fù)雜指令 133 條。6.編程方式可以采用助記符命令語句表、梯形圖及高級語言編程。7.內(nèi)部定時器的計數(shù)器系統(tǒng)提供了 512 內(nèi)部定時器、計數(shù)器供用戶使用。8.1/0 系統(tǒng) C200HPLC 的 I/0 系統(tǒng)相當完善，其基本 I/0 單元配置系統(tǒng)時用模塊化結(jié)構(gòu)，可任意混合輸入和輸出單元，此外還具有多種特殊 I/0單及 智能 I/0 單元。C200HPLC 采用模塊化、總線式結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)以 CUP 單元為核心。繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1313CUP 單元包括系統(tǒng)電源、微處理器、存儲系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、控制邏輯、總線接口及其它接口電路等，是系統(tǒng)的主模塊。其編程器通過接口與 CUP單元相連接。另外，CUP 單元還提供了獨立的用戶程序存儲單元，以利于用戶程序的方便安裝和更換。C2OOHPLC 的 I/O 系統(tǒng)均采用模塊化結(jié)構(gòu)，I/O 模塊的多少視應(yīng)用需要而定，所有的 I/0 模塊均通過標準的總線SYSBUS 與 CUP 單元相連接 [15]。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 5 所示。圖 5C2O0HPLC 的基本組成:一個提供系統(tǒng)總線和模塊插槽的安裝機架(母板)、一個 CPU 模塊（CPU 芯片和存儲器單元）一個編程器及若干個基本I/0 單元或者特殊 I/0 單元。在本系統(tǒng)中，考慮以后可能用戶要求擴展規(guī)模，此時需要的 I/0 單元增多，選用 C200HPLC 還方便 I/0 單元的擴展。C200HPLC 提供了兩種I/O 單元擴展方式:一種是在 CUP 單元所在的安裝機架上用電纜連接 I/O 擴展機架，此時可連接兩個擴展機架，且為串聯(lián)方式，兩機架間最大距離為10m，但 CUP 與的擴展機架之間距離不能超過 12m，擴展機架上不需要安裝 CUP 單元，只需安裝擴展電源單元以給機架供電: 另一種擴展方式是采用遠程 I/O 系統(tǒng)，將擴展機架用雙絞線或其它通信電纜與主機架或其它擴展機架相連，這種連接方式需要在每個機架中增加一個遠程 I/0 單元。每個 CUP 單元最多可配置 2 個遠程 I/0 單元，一個系統(tǒng)最多可配置 5 個遠程I/0 從單元。用戶存儲器單元特殊I/O單元基本I/O單元基本I/O單元CPU 芯片（內(nèi)裝電源）編程器SYSBUS繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1414PLC 的接線如表 1:PLC 接點引出線編號 器件用途 備注Y34 10 變壓器正反轉(zhuǎn) 接變頻器Y35 11 調(diào)速 接變頻器Y36 12 調(diào)速 接變頻器Y37 13 調(diào)速 接變頻器Y40 YXD 總電源顯示Y41 1XD 4 號車位Y42 2XD 5 號車位Y43 3XD 6 號車位PLC 接點引出線編號 器件用途 備注Y44 4XD 7 號車位Y45 5XD 8 號車位Y46 6XD 9 號車位Y47 7XD 10 號車位220V X1 電源0 N 電源RUN RU 接上位機STOP ST 接上位機X0 1KK 手自動轉(zhuǎn)換X1 4K 按鈕開關(guān)X2 5K 按鈕開關(guān)X3 6K 按鈕開關(guān)X4 7K 按鈕開關(guān)X5 8K 按鈕開關(guān)X6 9K 按鈕開關(guān)繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1515X7 10K 按鈕開關(guān)X10 JTX 報警燈X11 1XK 1 號左右X12 2XK 2 號左右X13 3XK 3 號左右X14 4XK 4 號左右X15 5XK 5 號左右X16 6XK 6 號左右X17 7XK 7 號左右X20 8XK 8 號左右X21 9XK 9 號左右X22 10XK 10 號左右X23 11XK 4 號上下X24 12XK 5 號上下X25 13XK 6 號上下X26 14XK 7 號上下X27 15XK 8 號上下X30 16XK 9 號上下X31 17XK 10 號上下X32 18XK 光電開關(guān)X33 19XK 超聲開關(guān)X34 20XK 超聲開關(guān)X35 21XK 超聲開關(guān)X36 22XK 超聲開關(guān)X37 23XK 擴展留存X40 24XK 擴展留存X41 25XK 擴展留存PLC 接 引出線編號 器件用途 備注繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)論文 1616點X42 26XK 手動升X43 27XK 手動降X44 28XK 手動左X45 29XK 手動右X46 手動復(fù)位4軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1 通信系統(tǒng)4.1.1 通信環(huán)境的建立用屏蔽多芯電纜通過串口傳輸數(shù)據(jù)，遵循 RS 一 232 協(xié)議。串行通信的優(yōu)勢在于成本低。編程的難度也相對較低。由于本套系統(tǒng)所用的串口通信的傳輸速率比較低(波特率不超過 192O0bPs)，傳輸距離也比較短( 不超過 25M)，監(jiān)控軟件就是通過串行口的操作完成一系列數(shù)據(jù)傳遞和分析運算的任務(wù)。象這種點對點的數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，選擇串行方式實現(xiàn)上位機與PLC 的通信，這一方案具有教高的性價比。4.1.2 通信協(xié)議 [17]上位機與 PLC 的串行通信是采用典型的主從方式。即 PLC 只對上位機的命令進行響應(yīng)。而不主動發(fā)送數(shù)據(jù)。通信協(xié)議有 PLC 設(shè)定(本套 PLC由 OMRON 生產(chǎn)廠商預(yù)定義)。上位機串行端口的設(shè)置遵循“協(xié)議一致” 的原則，與 PLC 的設(shè)定一致。命令字公開，傳送碼為 ASCII 碼。本文是針對 OMRN 公司的 PLC 的通信協(xié)議來介紹的*命令幀=報頭+ 節(jié)點號十標志碼+ 正文 +FCS+報尾[17]。*應(yīng)答幀=報頭 +節(jié)點號+標志碼+結(jié)束碼+ 正文+FCS+報尾。其中:報頭必須以‘@’符號置于每個命令幀的開頭。由于 IPC 與 PLC 使用 1:1 連接，所以節(jié)點號為 00;標志碼為 2 個字符的命令代碼(如:RR 表示繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1717讀 IR 區(qū));結(jié)束碼( 只有應(yīng)答幀有 )表示命令完成的狀態(tài)，既是否有錯誤發(fā)生 ;正文取決于傳輸?shù)纳衔粰C連接命令，用于設(shè)置相關(guān)命令參數(shù);FCS 是 2 個字符的幀校驗碼;報尾由‘*’和回車兩個字符組成終止符，表示命令結(jié)束。上位機與 PLC 信息交換的過程如圖 6:圖 6如圖 5 所示，上位機與 PLC 通信的交換信息有:任務(wù)信息、應(yīng)答信息、查詢信息等。任務(wù)信息包括作業(yè)指令(存車、取車)和作業(yè)地址(車位號);應(yīng)答信息是 PLC 接收到上位機發(fā)出的命令字后回送給上位機的信息;查詢信息是上位機每隔一定的時間(2 秒)對 PLC 通信標志位區(qū)進行一輪查詢，查詢的主要內(nèi)容有車輛的位置信息、任務(wù)完成信息、故障信息等，每一輪的查詢后車庫的各種相關(guān)信息就會動態(tài)的顯示在上位機的顯示設(shè)備上。上位機發(fā)出的作業(yè)種類包括:(a)允許汽車入庫(b)允許汽車出庫(c)拒絕汽車入庫(d)拒絕汽車出庫上位機發(fā)出的系統(tǒng)控制命令包括:(a)由于突然停電或系統(tǒng)故障等異常原因，系統(tǒng)向主 PLC 發(fā)出的維護停機命令.(b)上位機操作員因某種意外情況發(fā)生，向某設(shè)備發(fā)出的緊急停止指令.(c)控制模式變化.上位機從主 PLC 中讀取的狀態(tài)信息包括:(a)各設(shè)備機作業(yè)指令完成狀態(tài)上位工控機任務(wù)信息 應(yīng)答信息 查詢信息 狀態(tài)信息PLC繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1818(b)各設(shè)備機運行位置和停準位置狀態(tài)(c)各設(shè)備機工作狀態(tài)(運行或待命)(d)各設(shè)備機故障報警信息我們所采用設(shè)計的通信協(xié)議，將上位機與 PLC 按自動系統(tǒng)點到點的形式連就是一個 PLC 與一個上位機相連，把每一個設(shè)備都看作是一個點接，組成一個工控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)上位機與停車設(shè)備間的通信聯(lián)系。針對通信系統(tǒng)的要求，在 PLC 中采用了以下的措施:首先，為了提高通信的可靠性，采用有應(yīng)答的通信方式，由于 PLC 主要是與上位機進行通信，所以將上位機作為通信控制器，同時針對某些信息的高可靠性要求，對每個基本單元另外設(shè)置了信息緩沖區(qū)，以防止信息丟失，保證上位機在各種情況下均能接受到所有必須的信息。其次，因為信息量不大，依次對于一些實時性要求較高的信息采用每次發(fā)送時均附帶發(fā)送的形式。繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 1919通訊系統(tǒng)流程圖如圖 7:圖 7通信端口檢查端口就緒？重發(fā)數(shù)據(jù)？取數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理形成通信頭代碼計算 CRC 校驗碼組成通信數(shù)據(jù)發(fā)送通信數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)為上次發(fā)送的數(shù)據(jù)取上次發(fā)送的通信數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)初始化NNYY繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 20204.2 PLC 的程序PLC 加電后首先對通信端口及通信狀態(tài)進行初始化操作，然后檢測端口狀態(tài)，當端口狀態(tài)就緒后啟動通信處理。通過對通信端口的檢測，當接受到一組數(shù)據(jù)時首先進行頭尾檢測，當檢測到一組具有開始符和結(jié)束符的數(shù)據(jù)時，首先進行車位號的判斷，確定是否是進車還是出車的數(shù)據(jù)，并發(fā)送相應(yīng)車位的數(shù)據(jù)，以便對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理及發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答信息。在車位檢測信號結(jié)束后，再進行通信數(shù)據(jù)校驗，并進行相應(yīng)處理?？刂谱值呐袛嗯c處理主要進行以下的判斷[18]:通信方式，是否應(yīng)答，是否請求重發(fā)，通信控制命令。數(shù)據(jù)處理的目的是取出數(shù)據(jù)并以一定的格式存入通信數(shù)據(jù)表中傳遞給上位機。當有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給上位機或其他設(shè)備時，將啟動發(fā)送程序。首先進行端口檢測及發(fā)送權(quán)的判斷，是否允許發(fā)送。然后從通信數(shù)據(jù)表中取出數(shù)據(jù)，同時根據(jù)要求設(shè)置控制字，通信序號，目的車位，再計算通信校驗碼 CRC,并根據(jù)協(xié)議要求將它們合并成一組數(shù)據(jù)。最后在這組數(shù)據(jù)上加入開始符和結(jié)束符，形成完整的發(fā)送數(shù)據(jù)，傳入發(fā)送緩沖區(qū)，由 PLC 廠家所提供的底層通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)出。實驗證明，采用這種設(shè)計思想所設(shè)計的通信程序，其協(xié)議簡單明了，信息傳輸媒介要求低，有相當高的可靠性和穩(wěn)定性。載車盤移動流程圖如圖 8 所示:繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 2121圖 8上層存取車信息緊急停車停車Y N下車位有托盤？N那邊有空位餓下車位托盤左移下車位托盤左移托盤移開否N托盤上升到達最高點？N移開掛鉤移開掛鉤否？N托盤下降到底層？N發(fā)出存取車信息托盤復(fù)位信號車停好？報警N托盤上升最高點？N掛鉤打開掛好否？等待下次存取命令N繼續(xù)教育學(xué)院專科畢業(yè)論文 2222PLC 程序入車時要完成1.托盤上汽車停放是否到位的檢測；2.托盤平移是否到位的檢測；3.托盤升降是否到位的檢測；4.上層托盤吊鉤是否掛好的檢測；5.車輛外形規(guī)格檢測(是否允許停放)；程序出車時要完成:1.托盤吊鉤松開到位的檢測；2.下方是車位的檢測；參考文獻[1]王鑫，曹志杰，姜雪英，趙利慶，劉紅，王同雷。 基于組態(tài)王的平面移動式立體停車庫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2017,（02）：77-79+59.[2]趙婧琳，楊蘭英，陳桂蘭，趙璐瑤，丁家堅。 基于 PLC 的巷道堆垛式立體車庫實驗平臺控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 工業(yè)控制計算機，2017,（03）：119-121.[3]黃靜怡。 PLC 控制的升降橫移式自動化立體車庫研究[J]. 電子世界，2017,（05）： 55-56.[4]伍春霞，候海。 基于 PLC 升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 智慧工廠，2017,（ 02）：58-60.[5]史勇。 基于 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2016,（36）： 38+61.繼續(xù)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文 2323[6]房漢鳴，宗福興，沈林，路申易，吳宇恒。 車庫門智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 信息技術(shù)，2016, （12）： 194-196.[7]黃燕琴。 基于 PLC 的智能地下停車場控制系統(tǒng)[J]. 漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016,（04）：1-4.[8]沃綠洲。 出入口控制技術(shù)在停車場中的具體應(yīng)用[J]. 中國安防，2016,（12）： 65-67.[9]閆永志，包辛杰，任雪鴻。 基于 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