基于PLC的立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,PLC,立體車(chē)庫(kù),控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 基于基于PLC的立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名姓名姓名姓名:畢業(yè)答辯畢業(yè)答辯設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容課題研究背景及意義課題研究背景及意義立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）一二三四五小結(jié)小結(jié)一、課題研究背景及意義一、課題研究背景及意義 隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)工業(yè)隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車(chē)的家庭越的迅速發(fā)展，擁有私家車(chē)的家庭越來(lái)越多，特別是私家車(chē)的數(shù)量迅速來(lái)越多，特別是私家車(chē)的數(shù)量迅速增長(zhǎng)，一些大型城市面臨增長(zhǎng)，一些大型城市面臨“車(chē)多位車(chē)多位少少”的困境，對(duì)于渴望的困境，對(duì)于渴望“車(chē)者有其車(chē)者有其位位”的車(chē)主來(lái)說(shuō)成為了一種奢侈，的車(chē)主來(lái)說(shuō)成為了一種奢侈，而與此相對(duì)應(yīng)的是城市停車(chē)狀況的而與此相對(duì)應(yīng)的是城市停車(chē)狀況的尷尬。因此立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)尷尬。因此立體停車(chē)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)將不容忽視。將不容忽視。二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 一樓的車(chē)庫(kù)是直接存取車(chē)的；10號(hào)車(chē)在初始狀態(tài)下可以直接下降到地面層后存取車(chē)輛；其他的車(chē)庫(kù)則需要通過(guò)一樓的車(chē)庫(kù)載車(chē)板橫移出空位后下降到地面層存取車(chē)輛。如需在6號(hào)車(chē)位存取車(chē)，則要將1、2、3、4號(hào)車(chē)庫(kù)的載車(chē)板向右依次移動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)移動(dòng)到位后，6號(hào)車(chē)位下降即可。同樣n層m列的存取車(chē)原理都是大同小異的。1.1.升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.2.升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的傳動(dòng)原理升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的傳動(dòng)原理 上載車(chē)板及其提升系統(tǒng) 1車(chē)位高層橫移導(dǎo)輪 2定長(zhǎng)鏈條 3載車(chē)板 4鏈輪 5地面橫移導(dǎo)輪 6、9車(chē)位架 7升降鏈條 8升降電機(jī)圖2.1 鏈條傳動(dòng)型式升降機(jī)構(gòu)示意圖 每塊上載車(chē)板都配有一個(gè)自己獨(dú)立的電機(jī)與鏈傳動(dòng)組合的傳動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，載車(chē)板上升；電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，載車(chē)板下降。二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)下載車(chē)板及其橫移系統(tǒng) 1橫移導(dǎo)軌 2橫移行走輪 3軸 4伺服電機(jī) 5交流異步電機(jī) 6測(cè)速器 7鏈條、鏈輪 8制動(dòng)器圖2.2 橫移傳動(dòng)系統(tǒng) 在下載車(chē)板的底部裝有四只鋼輪，可以在導(dǎo)軌上行走，其中兩個(gè)為主動(dòng)輪，裝于長(zhǎng)傳動(dòng)軸的兩端，另外兩個(gè)為獨(dú)立安裝的從動(dòng)輪。電機(jī)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，長(zhǎng)傳動(dòng)軸上的主動(dòng)鋼輪在導(dǎo)軌上滾動(dòng)行走從而使下載車(chē)板可以作橫移運(yùn)動(dòng)。二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)二、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.3.系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)采用下位機(jī)PLC控制車(chē)庫(kù)存取流程，上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.控制程序流程圖控制程序流程圖存車(chē)程序流程：三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)取車(chē)程序流程：三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.系統(tǒng)的工作過(guò)程系統(tǒng)的工作過(guò)程（1）PLC上電，程序開(kāi)始進(jìn)入初始化狀態(tài)；（2）當(dāng)有人按下操作面板上的車(chē)庫(kù)號(hào)按鈕時(shí)，PLC就進(jìn)入相應(yīng)的子程序，就執(zhí)行該車(chē)庫(kù)相應(yīng)的動(dòng)作；（3）按下按鈕的同時(shí)顯示相應(yīng)的車(chē)庫(kù)號(hào)，并且顯示剩余車(chē)庫(kù)號(hào)，當(dāng)存車(chē)到位后安全掛鉤會(huì)動(dòng)作；（4）當(dāng)執(zhí)行完相應(yīng)的存取車(chē)程序后，會(huì)有對(duì)應(yīng)的指示燈顯示車(chē)庫(kù)的有無(wú)車(chē)情況（綠燈代表無(wú)車(chē)，紅燈代表有車(chē)）。四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）1.完成的效果完成的效果 一層車(chē)庫(kù)只需按下車(chē)庫(kù)號(hào)就可完成小車(chē)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；當(dāng)選好二層車(chē)庫(kù)號(hào)時(shí)，按下存車(chē)按鈕，操作面板上會(huì)顯示所選車(chē)庫(kù)號(hào)與剩余車(chē)庫(kù)數(shù)，存車(chē)指示燈閃爍，與此同時(shí)車(chē)庫(kù)阻擋桿打開(kāi)，小車(chē)運(yùn)行到指定的車(chē)庫(kù)下，一層載車(chē)板同時(shí)也移動(dòng)到指定位置，然后二層載車(chē)板下降，到達(dá)一層限位時(shí)小車(chē)移動(dòng)上去，然后隨著載車(chē)板一起運(yùn)動(dòng)到二層，待車(chē)停好，防墜安全掛鉤下降鎖住載車(chē)板，存車(chē)指示燈復(fù)位，操作面板上對(duì)應(yīng)指示燈亮。四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）2.立體立體車(chē)庫(kù)監(jiān)控畫(huà)面控畫(huà)面四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（組態(tài)王）3.系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真五、小結(jié)五、小結(jié) 在本次在本次設(shè)計(jì)中也存在很多的不足，中也存在很多的不足，還有好多有好多內(nèi)容沒(méi)有考內(nèi)容沒(méi)有考慮進(jìn)去，程序的去，程序的編程也有些不程也有些不嚴(yán)謹(jǐn)，組態(tài)畫(huà)面的效果也有待改善，如果有機(jī)會(huì)在以后畫(huà)面的效果也有待改善，如果有機(jī)會(huì)在以后的工作中的工作中還能能繼續(xù)接觸到立體接觸到立體車(chē)庫(kù)，我會(huì)去，我會(huì)去對(duì)其其深入的了解，深入的了解，為以后的立體以后的立體車(chē)庫(kù)發(fā)展出一份力。展出一份力。設(shè)計(jì)還存在很多不足之存在很多不足之處，我會(huì)虛心接受各，我會(huì)虛心接受各位老位老師的指正批的指正批評(píng)。PLC 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)論文題目基于 PLC 控制的立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名專(zhuān)業(yè)、年級(jí)指導(dǎo)教師任務(wù)下達(dá)日期2016.6/30一.實(shí)訓(xùn)的主要內(nèi)容根據(jù)實(shí)際要求，以 S7-200 型 PLC 為核心，設(shè)計(jì)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件電路，編寫(xiě)軟件控制系統(tǒng)程序，目的是掌握 PLC 控制的基本原理、直流電機(jī)、傳感器等器件的原理及使用。 二.實(shí)訓(xùn)報(bào)告任務(wù)車(chē)庫(kù)模型以 205 實(shí)驗(yàn)室的立體車(chē)庫(kù)模型為準(zhǔn)立體停車(chē)庫(kù)實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的主要結(jié)構(gòu)分為控制柜和停車(chē)庫(kù)模型兩部分。控制柜部分由按鍵顯示板、信號(hào)接口板電氣控制板幾部分組成停車(chē)庫(kù)模型部分由停車(chē)層模型和停車(chē)盤(pán)模型組成。 停車(chē)層分為上中下三層上層有四個(gè)車(chē)位共有四個(gè)車(chē)盤(pán)可停放四輛汽車(chē)模型從左到右分別是 1 號(hào)位2 號(hào)位3 號(hào)位4 號(hào)位簡(jiǎn)記符為 3-1、3-2、3-3、3-4中層有四個(gè)車(chē)位共有三個(gè)車(chē)盤(pán)可停放三輛汽車(chē)模型從左到右分別是 2-1 車(chē)盤(pán)2-2 車(chē)盤(pán)2-3 車(chē)盤(pán)下層有四個(gè)車(chē)位共有三個(gè)車(chē)盤(pán)可停放三輛汽車(chē)模型從左到右分別是 1-1 車(chē)盤(pán)1-2 車(chē)盤(pán)1-3 車(chē)盤(pán)。 對(duì)立體車(chē)庫(kù)的控制可以有兩種方法 第一種是由現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過(guò)相應(yīng)的按鈕控制立體車(chē)庫(kù)設(shè)備的動(dòng)作 第二種是根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)工藝要求編制出控制程序按照現(xiàn)場(chǎng)要求來(lái)控制立體車(chē)庫(kù)設(shè)備的動(dòng)作。 按下存車(chē)按鈕選擇存車(chē)位置。如果選擇的車(chē)位上已有車(chē)停放將發(fā)出警示信息。該警示信息可以通過(guò)控制系統(tǒng)點(diǎn)亮警示燈或發(fā)出警示聲來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果選擇的車(chē)位上無(wú)車(chē)系統(tǒng)將做如下動(dòng)作 如果選擇存放 1-1 號(hào)車(chē)位汽車(chē)進(jìn)入車(chē)庫(kù)。當(dāng)檢測(cè)到光電開(kāi)關(guān)的信號(hào)后表明車(chē)輛己經(jīng)進(jìn)庫(kù)。如果選擇存放 1-2 號(hào)車(chē)位載車(chē)盤(pán) 1-1 右移載車(chē)盤(pán) 1-2 下移到第一層汽車(chē)進(jìn)入車(chē)庫(kù)。1-2 號(hào)車(chē)位上移到第二層原位停止。 按下取車(chē)按鈕選擇取車(chē)位置。如果選擇的車(chē)位上沒(méi)有車(chē)停放將發(fā)出警示信息。如果選擇的車(chē)位上有車(chē)系統(tǒng)將做如下動(dòng)作 如果選擇取 1-1 號(hào)車(chē)位的車(chē)此時(shí)車(chē)輛可以離開(kāi)車(chē)庫(kù)。當(dāng)檢測(cè)到限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)后表明車(chē)輛已經(jīng)出庫(kù)車(chē)位 1-1 車(chē)輛出庫(kù)過(guò)程完成。如果選擇取 1-2 號(hào)車(chē)位的車(chē)載車(chē)盤(pán) 1-1 右移載車(chē)盤(pán) 1-2 下移到第一層汽車(chē)出庫(kù)。車(chē)位 1-2 車(chē)輛出庫(kù)過(guò)程完成上移回原位車(chē)位 1-2 車(chē)輛出庫(kù)過(guò)程完成。 三. 實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求（1）寫(xiě)完整實(shí)訓(xùn)報(bào)告說(shuō)明書(shū)（3000字）。（2）完成系統(tǒng)硬件配置，合理進(jìn)行地址分配，列出I/O表，畫(huà)出接線(xiàn)圖。（3）設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，并在仿真軟件上調(diào)試。（4）軟件仿真調(diào)試成功后，到實(shí)驗(yàn)室接線(xiàn)調(diào)試。四、實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求進(jìn)度安排日期時(shí)間內(nèi)容備注查資料確定 I/O 數(shù)量和配置畫(huà)程序流程圖并軟件仿真實(shí)驗(yàn)室調(diào)試實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 指導(dǎo)老師簽字：摘 要立體車(chē)庫(kù)是專(zhuān)門(mén)實(shí)現(xiàn)各種車(chē)輛的自動(dòng)停放及科學(xué)寄存的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施。隨著城市汽車(chē)保有量的不斷增加，停車(chē)難問(wèn)題己經(jīng)成為大中型城市的一個(gè)普遍現(xiàn)象。機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)可充分利用上地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢(shì)，最大限度地停放車(chē)輛，成為解決城市靜態(tài)交通問(wèn)題的重要途徑。本課題以較為典型的升降橫移式立體車(chē)庫(kù)為研究對(duì)象，綜合考慮立體車(chē)庫(kù)制造成本和運(yùn)行效率的雙重因素。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外車(chē)庫(kù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)做了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇四層三列式車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)為研究模型。升降橫移式立體車(chē)庫(kù)就其組成部分而言，可分為三大部分：車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分和控制系統(tǒng)部分。本文簡(jiǎn)單介紹了車(chē)庫(kù)的主體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，對(duì)車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)也作了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。在對(duì)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用了先進(jìn)的可編程序控制器(PLC)控制，運(yùn)用西門(mén)子公司的編程軟件編制了升降橫移式立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的程序，并經(jīng)調(diào)試、運(yùn)行，證明采用 PLC 作為控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行。其穩(wěn)定、可靠、快速、性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)使得控制系統(tǒng)非常完美。為了使停車(chē)設(shè)備滿(mǎn)足使用要求，根據(jù)國(guó)家關(guān)于機(jī)械式停車(chē)設(shè)備通用安全要求的標(biāo)準(zhǔn)、升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的實(shí)際，在升降橫移式立體車(chē)庫(kù)中使用了一些必要的安全技術(shù)，這樣保證了車(chē)輛的絕對(duì)安全，使得整個(gè)車(chē)庫(kù)可以安全平穩(wěn)的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：立體車(chē)庫(kù)；控制系統(tǒng)；可編程序控制器ABSTRACTStereo garage is the storage which is used for automatic parking and scientific storage of kinds of automobile. As the quantity of urban automobile has increased continuously in nowadays, the hard-to-Park Problem has become a common phenomenon. Mechanical stereo garage can use land resource sufficiently and bring space advantage into play, and maximize the number of parking cars. It has become an important way for static traffic problem of cities. The issue studies the type mechanical parking system which named up-down and translation stereo garage, and regards of the two factors of cost of manufacture and operational efficiency synthetically.On the basis of investigation on current situation and developing trend of garage in domestic and abroad, we choose four-layer and three-formulistic garage structure as the research model. According to the form of the dragging-forms of multi player up-down and translation ear-base, it is made of three parts: part of ear-base structure、part of driving-framework and part of control system. The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The paper adopted PLC as control system in designing the up-down and translation stereo garage, PLC software of SIEMENS company was used to weave the program of control system, through debugging running. The result proved that adopted PLC as control system is simple and easy to realize. The characteristic of stabilization, credibility, speediness and high capability made the control system very perfection. In order to satisfy using demand in design stereo garage, according to criterion of mechanical parking systems-general safety requirement and the facts of the up-down and translation stereo garage the Paper introduced some safety technique which was used in the up-down and translation stereo garage. This can ensure absolute safety for Car and make the whole stereo garage safety and running smooth.Keywords：Stereo garage; Control system; PLC目 錄第 1 章 緒論11.1 本題設(shè)計(jì)的背景 11.2 本題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 21.3 本題設(shè)計(jì)的目的及意義 2第 2 章 系統(tǒng)控制方案的設(shè)定 3 2.1 自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)的描述 3 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 3第 3 章 立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)硬件方面的設(shè)計(jì) 4 3.1 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)4 3.2 PLC 控制模塊的設(shè)計(jì)9 3.3 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)10 3.4 絲桿驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)14 3.5 電氣原理圖的設(shè)計(jì)14第 4 章 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計(jì)15 4.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)15 4.2 系統(tǒng)子程序的設(shè)計(jì)16參考文獻(xiàn) 22附錄 1: 電氣原理圖設(shè)計(jì) 23附錄 2: PLC 梯形圖設(shè)計(jì) 2第 1 章 緒論1.1 本題設(shè)計(jì)的背景隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，擁有私家車(chē)的家庭越來(lái)越多，截至2011 年 8 月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到 2.19 億輛。其中，汽車(chē)保有量首次突破 1 億輛。而早在 2000 年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量?jī)H為 1249 萬(wàn)輛，汽車(chē)保有量為 625 萬(wàn)輛。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，短短 10 年里，中國(guó)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛增加了 17 倍，汽車(chē)增加了 16 倍。而與此相對(duì)應(yīng)的是城市停車(chē)狀況的尷尬。以北京市為例，截止 2007 年底，市區(qū)僅有公共停車(chē)場(chǎng) 828 處，共計(jì)車(chē)位 5.7 萬(wàn)個(gè)，僅占市區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量的 8.6，停車(chē)環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無(wú)法樂(lè)觀，僅有的 229 個(gè)地下車(chē)庫(kù)使用面積不足 60 萬(wàn)平方米，只能滿(mǎn)足 1.3 萬(wàn)輛機(jī)動(dòng)車(chē)停放的要求，路邊停車(chē)漸呈泛濫之勢(shì)，比例高達(dá) 64，而且還有繼續(xù)上升之勢(shì)。據(jù)建設(shè)部城市交通工程技術(shù)中心對(duì)全國(guó) 15 個(gè)大城市停車(chē)現(xiàn)狀的調(diào)查，城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量與停車(chē)位之比平均為 4：84：1，這一比值對(duì)于渴望“車(chē)者有其位”的車(chē)主來(lái)說(shuō)，形式不容樂(lè)觀。停車(chē)難產(chǎn)生最主要的原因是城市建設(shè)規(guī)劃上的準(zhǔn)備不足。上世紀(jì) 80 年代初期，北京市權(quán)威部門(mén)對(duì) 2000 年北京汽車(chē)發(fā)展數(shù)的預(yù)測(cè)僅僅是 70 萬(wàn)80 萬(wàn)輛，而事實(shí)上到新世紀(jì)鐘聲敲響之前，北京市汽車(chē)總量則足足比預(yù)期多了 100 萬(wàn)輛，其中私人小客車(chē)的數(shù)量就高達(dá) 45 萬(wàn)輛。面對(duì)迅速發(fā)展的城市車(chē)流，停車(chē)設(shè)施建設(shè)的落后也就不足為奇。據(jù)建設(shè)部停車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)推廣中心介紹，北京市停車(chē)設(shè)施的“欠賬”最保守估計(jì)應(yīng)為 2030。停車(chē)問(wèn)題是城市在發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通問(wèn)題，靜態(tài)交通是相對(duì)于動(dòng)態(tài)交通而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車(chē)設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車(chē)輛的不斷增加，對(duì)停車(chē)設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會(huì)出現(xiàn)停車(chē)難的一系列問(wèn)題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車(chē)輛平均增長(zhǎng)速度在 15%-20%，而同時(shí)期城市停車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長(zhǎng)速度只有 2%-3%，特別是大城市的機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)停車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施的增長(zhǎng)速度，因此，我們必須重視城市停車(chē)難的問(wèn)題，并積極探求解決的措施。專(zhuān)家們指出，解決城市靜態(tài)交通問(wèn)題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過(guò)政策法規(guī)，限制路面停車(chē)，提高停車(chē)場(chǎng)利用效率，使部分車(chē)主更愿意改乘公共交通工具，以減少機(jī)動(dòng)車(chē)對(duì)停車(chē)場(chǎng)的需求。而硬措施，主要包括增建停車(chē)場(chǎng)，建設(shè)地下及立體停車(chē)場(chǎng)、利用其它空間滿(mǎn)足停車(chē)需求。1.2 本題設(shè)計(jì)的內(nèi)容本課題的主要內(nèi)容是基于西門(mén)子 S-200 系列 PLC 的立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，升降橫移類(lèi)機(jī)械停車(chē)庫(kù)利用托盤(pán)移位產(chǎn)生垂直通道,實(shí)現(xiàn)高層車(chē)位升降存取車(chē)輛。其車(chē)位結(jié)構(gòu)為 2 維矩陣形式,可設(shè)計(jì)為多層和多列。由于受收鏈裝置及進(jìn)出車(chē)時(shí)間的限制,一般為 24 層(國(guó)家規(guī)定最高為 4 層),2 層、3 層者居多,現(xiàn)以典型的地上 43 升降橫移式為例,說(shuō)明停車(chē)庫(kù)的運(yùn)行原理。立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：底層只能平移,頂層只能升降。除頂層外,底層都必須預(yù)留一個(gè)空車(chē)位,供進(jìn)出車(chē)升降之用。當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí),無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接進(jìn)出車(chē);頂層進(jìn)出車(chē)時(shí),先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空,不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理,直到下方為空才可進(jìn)行下降動(dòng)作,進(jìn)出車(chē)完成后再上升回到原位置。其運(yùn)動(dòng)的總原則是：升降復(fù)位,平移不復(fù)位。1.3 本題設(shè)計(jì)的目的及意義作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車(chē)滿(mǎn)為患已成為當(dāng)今快節(jié)奏社會(huì)中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車(chē)已成為人們的共識(shí)。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展時(shí)期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車(chē)進(jìn)入家庭的步伐正在加快，停車(chē)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊。機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)既可以大面積使用，也可以見(jiàn)縫插針設(shè)置，還能與地面停車(chē)場(chǎng)、地下車(chē)庫(kù)和停車(chē)樓組合實(shí)施，是解決城市停車(chē)難最有效的手段，機(jī)械車(chē)庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車(chē)庫(kù)相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車(chē)庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的地下車(chē)庫(kù)由于要留出足夠的行車(chē)通道，平均一輛車(chē)就要占據(jù) 40 平方米的面積，而如果采用雙層機(jī)械車(chē)庫(kù)，可使地面的使用率提高 8090，如果采用地上 21 層立體式車(chē)庫(kù)的話(huà)，50 平方米的土地面積上便可存放 40 輛車(chē)，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開(kāi)發(fā)成本。機(jī)械車(chē)庫(kù)與地下車(chē)庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車(chē)輛的安全，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說(shuō)，機(jī)械車(chē)庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車(chē)分流。在地下車(chē)庫(kù)中采用機(jī)械存車(chē)，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車(chē)庫(kù)低得多。機(jī)械車(chē)庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車(chē)樓。這對(duì)眼下車(chē)庫(kù)短缺的小區(qū)解決停車(chē)難的問(wèn)題提供了方便條件。當(dāng)以往的路邊、人行道上停車(chē)、地下或地面停車(chē)場(chǎng)均解決不了上述問(wèn)題時(shí)，采用機(jī)械式立體停車(chē)設(shè)備是一個(gè)非常有效的措施。機(jī)械式立體停車(chē)設(shè)備又名立體車(chē)庫(kù)，它占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)目的：是解決城市用地緊張，緩解停車(chē)難的一個(gè)有效手段。可以預(yù)見(jiàn)立體車(chē)庫(kù)具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。第 2 章 系統(tǒng)控制方案的設(shè)定2.1 自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)的描述目前，立體車(chē)庫(kù)主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式等。在對(duì)國(guó)內(nèi)外各種同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，再結(jié)合造價(jià)、技術(shù)難度以及用戶(hù)需求等各個(gè)方面的因素，可以發(fā)現(xiàn)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)形式比較多，規(guī)模可大可小，而且對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，同時(shí)采用這類(lèi)設(shè)備的車(chē)庫(kù)十分普遍。因此，最終確定研究對(duì)象為升降橫移式立體車(chē)庫(kù)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟，如圖 1 所示 圖 1 立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的修訂步驟在本次課題設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮以下幾點(diǎn)：1深入的了解和分析立體車(chē)庫(kù)的工藝條件和控制要求。2根據(jù)立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3根據(jù)所設(shè)計(jì)的場(chǎng)所，選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型。4根據(jù) I/O 的點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 的類(lèi)型。5分配 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入、輸出點(diǎn)。6設(shè)計(jì)立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì)。7將程序輸入 PLC 程序進(jìn)行調(diào)試，查出錯(cuò)誤，讓程序更加完善。第 3 章 立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)硬件方面的設(shè)計(jì)3.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)立體倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)主要由PLC控制模塊、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊、絲桿驅(qū)動(dòng)模塊、工件推出模塊、立體倉(cāng)庫(kù)、氣源處理組件等部件組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。圖 2 立體車(chē)庫(kù)模型3.1.2 精確定位原理精確定位原理 PLC每發(fā)出一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角度，X軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)X軸絲桿做左右直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或Z軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)Z軸絲桿做上下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載物臺(tái)的上、下、左、右運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制X軸、Z軸步進(jìn)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)，就可以控制載物臺(tái)在X軸、Z軸上移動(dòng)的距離，實(shí)現(xiàn)載物臺(tái)在XZ軸平面的精確定位，從而把物體放到倉(cāng)庫(kù)的指定位置。當(dāng)PLC輸出5000個(gè)脈沖時(shí)，平移距離為3.125cm（平移距離=步距角脈沖個(gè)數(shù)螺距/360o），輸出脈沖10000時(shí)平移距離理論值為6.25cm。3.2 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)升降橫移式立體車(chē)庫(kù)由底盤(pán)、四層十二車(chē)位停車(chē)場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)機(jī)械及電氣控制等四部分組成。機(jī)械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機(jī)械元件組成，采用步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)作為拖動(dòng)元件。電氣控制是由西門(mén)子 S-200 系列可編程序控制器(PLC)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源模塊、開(kāi)關(guān)電源、位置傳感器等器件組成。本系統(tǒng)采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，其關(guān)鍵部分是堆垛機(jī)，它由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流電機(jī)來(lái)控制。它分為上下兩層，上層為貨臺(tái)，可前后伸縮，低層裝有絲杠等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，伸叉電機(jī)驅(qū)動(dòng)貨臺(tái)向前伸出可將貨物取出或送入，當(dāng)取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個(gè)系統(tǒng)需要三維的位置控制?？刂泼姘迳系拈_(kāi)關(guān)、按鈕功能及車(chē)位號(hào)如圖 3 所示 圖 3 控制面板上的開(kāi)關(guān)、按鈕功能及車(chē)位號(hào)控制面板上的按鈕功能如表 1 所示表 1 控制面板上的按鈕功能表具體的操作步驟如下：1手動(dòng)操作（1）接通電源。（2）將選擇開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置（此時(shí) 16 號(hào)有效）（3）分別點(diǎn)動(dòng)按鍵1、2、3、4、5、6，觀察水平（X 軸） 、垂直（Y 軸） 、前后（Z 軸）各絲杠運(yùn)行情況，運(yùn)行應(yīng)平穩(wěn)，在接近極限位置時(shí)，應(yīng)執(zhí)行限位保護(hù)（運(yùn)行自動(dòng)停止） 。注意：只有 X、Y 軸運(yùn)行到相應(yīng)位置（左側(cè)數(shù)碼管顯示“ ” ）時(shí)，伸叉機(jī)構(gòu)方可運(yùn)行。2自動(dòng)運(yùn)行（1）將程序下載到 PLC（2）將選擇開(kāi)關(guān)置“自動(dòng)”位置（通電狀態(tài)下，各機(jī)構(gòu)復(fù)位，即返回零位） 。（3）將一帶托盤(pán)汽車(chē)模型置零號(hào)倉(cāng)位，放置模型時(shí)，入位要準(zhǔn)確，并注意到倉(cāng)位底部檢測(cè)開(kāi)關(guān)已動(dòng)作。（4）執(zhí)行“送”指令a、選擇欲送倉(cāng)位號(hào)，按動(dòng)倉(cāng)位號(hào)對(duì)應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。b、按動(dòng)送指令按鈕，觀察送入動(dòng)作（若被選擇倉(cāng)位內(nèi)已有汽車(chē)，則該指令不被執(zhí)行）。c、指令完成后，機(jī)械自動(dòng)返回。按鍵號(hào)手動(dòng)自動(dòng)1 1機(jī)構(gòu)水平向左移動(dòng)選擇 1 號(hào)倉(cāng)位2 2機(jī)構(gòu)垂直向下移動(dòng)選擇 2 號(hào)倉(cāng)位3 3機(jī)構(gòu)水平向右移動(dòng)選擇 3 號(hào)倉(cāng)位4 4機(jī)構(gòu)水平向后移動(dòng)選擇 4 號(hào)倉(cāng)位5 5機(jī)構(gòu)垂直向上移動(dòng)選擇 5 號(hào)倉(cāng)位6 6機(jī)構(gòu)水平向前移動(dòng)選擇 6 號(hào)倉(cāng)位7 7無(wú)意義選擇 7 號(hào)倉(cāng)位8 8無(wú)意義選擇 8 號(hào)倉(cāng)位9 9無(wú)意義選擇 9 號(hào)倉(cāng)位1010無(wú)意義選擇 10 號(hào)倉(cāng)位1111無(wú)意義選擇 11 號(hào)倉(cāng)位1212無(wú)意義選擇 12 號(hào)倉(cāng)位d、零號(hào)倉(cāng)位已無(wú)汽車(chē)，則下一個(gè)“送”指令（誤操作）將不被執(zhí)行。（5）執(zhí)行“取”指令a、選擇欲取倉(cāng)位號(hào)，按動(dòng)倉(cāng)位號(hào)對(duì)應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。b、按動(dòng)“取”按鈕，觀察取出動(dòng)作（若被選擇倉(cāng)位內(nèi)無(wú)汽車(chē)，則該指令不被執(zhí)行） 。c、指令完成后，機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位。d、零號(hào)倉(cāng)位已有汽車(chē)，則下一個(gè)“取”指令（誤操作） ，將不被執(zhí)行。（6）演示程序中的其它內(nèi)容當(dāng) 0#倉(cāng)位上有貨物時(shí)，若無(wú)外部操作指令， “就緒”燈亮，延時(shí) 15 秒后，自動(dòng)將貨物放在倉(cāng)庫(kù)號(hào)最小的空位上，依次類(lèi)推。如 1#、2#、3#、4#都已有貨物，程序延時(shí)15 秒，15 秒內(nèi)若無(wú)外部操作指令，自動(dòng)將貨物放在 5#倉(cāng)庫(kù)。如 1#、3#、4#都已存放貨物， 15 秒內(nèi)若無(wú)外部操作指令，自動(dòng)將貨物放在 2#倉(cāng)庫(kù)。在延時(shí)的 15 秒內(nèi)，若按下數(shù)字 5#，然后按下“送”鍵，則運(yùn)行機(jī)構(gòu)將貨物放入 5#庫(kù)，若按下 5#鍵后，想取消此操作，可按下“放棄”鍵。此時(shí)，程序又處在待命狀態(tài)， “就緒”燈亮，又可進(jìn)行其它操作。當(dāng) 0#倉(cāng)位上無(wú)貨物時(shí)，若無(wú)人操作， “就緒”燈亮 15 秒后，程序?qū)褦?shù)值最大倉(cāng)庫(kù)號(hào)里的物品轉(zhuǎn)運(yùn)至沒(méi)有放貨物的倉(cāng)號(hào)比它小的倉(cāng)庫(kù)里。如 1#、2#、5#有物，該程序?qū)⒆詣?dòng)把 5#物品轉(zhuǎn)至 3#倉(cāng)庫(kù)。操作步驟如下：“就緒”燈亮?xí)r，延時(shí) 15 秒后，程序?qū)⒆詣?dòng)把 5#物品先轉(zhuǎn)至 0#倉(cāng)庫(kù)，再延時(shí) 15 秒后，自動(dòng)將貨物放在 3#倉(cāng)庫(kù)。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，貨臺(tái)上已經(jīng)貨物時(shí)，在 5 秒后，程序?qū)沿浥_(tái)上的物品自動(dòng)運(yùn)至沒(méi)有放貨物的最小倉(cāng)號(hào)的倉(cāng)庫(kù)里。3.2 PLC 控制模塊的設(shè)計(jì)3.2.1 PLC 的概述 PLC 英文全稱(chēng) Programmable Logic Controller ,中文全稱(chēng)為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 可編程序控制器是六十年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，由此日本稱(chēng)它為順序控制器（Sequence Controller)。 提出 PLC 概念的是美國(guó)通用汽車(chē)公司。當(dāng)時(shí)，根據(jù)汽車(chē)制造業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制盤(pán)，以減少汽車(chē)改型時(shí)，重新設(shè)計(jì)制造繼電器控制盤(pán)的成本和時(shí)間。隨著半導(dǎo)體技術(shù)尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到七十年代中期以后，PLC 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件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(shí)的“PLC”已不再是僅有邏輯（Logic）判斷功能了，同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通訊功能。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) NEMA（ National Electrical Manu-factory Association）從1976 年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查，于 1980 年把它正式命名為可編程序控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)“PC”.可編程序控制器硬件由六部分構(gòu)成:中央處理器（ Central Processor Unit 簡(jiǎn)稱(chēng) CPU）：它是可編程序控制器的心臟部分。CPU 由微處理器（Microproce-ssor）存儲(chǔ)實(shí)際控制邏輯的程序存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲(chǔ)器構(gòu)成。電源（Power Supply）：給中央處理器提供必需的工作電源。輸入組件（Inputs）：輸入組件的功能是將操作開(kāi)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)送給中央處理器?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)可能是開(kāi)關(guān)量、模擬量或針對(duì)某一特定目的使用的特殊變量。輸出組件（Outputs）：輸出組件接收 CPU 的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成電壓或電流等現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接收的信號(hào)后，傳送控制命令給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的執(zhí)行器。輸入輸出（簡(jiǎn)稱(chēng) I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統(tǒng)的“眼睛”和“視覺(jué)” 。輸入信號(hào)包括按扭開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)和編碼器等。輸出信號(hào)包括繼電器、指示燈、顯示器、電機(jī)啟動(dòng)等直流和交流設(shè)備。編程器（Programmer）：在正常情況下，編程器用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對(duì)系統(tǒng)操作。編程器也可用于控制程序的調(diào)試和控制系統(tǒng)故障時(shí)作為檢查故障的有效工具。3.2.2 PLC 的選型及特點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （2）各輸入端均采用 R-C 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 1020ms。 （3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 （5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 （6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 （7）大型 PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。2.通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿(mǎn)足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶(hù)不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶(hù)在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿(mǎn)足要求。因此，PLC 除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話(huà)、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線(xiàn)，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。4.編程簡(jiǎn)單，容易掌握目前，大多數(shù) PLC 仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式” 。既繼承了傳統(tǒng)控制線(xiàn)路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過(guò)閱讀 PLC 的用戶(hù)手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于 PLC 采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線(xiàn)工作量大為減少。同時(shí)，PLC 的用戶(hù)程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低，具有強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。綜上所述，本課題系統(tǒng)核心部分采用西門(mén)子 S-200 系列中的 CPU224 為控制元件，CPU224 本機(jī)集成了 14 點(diǎn)輸入10 點(diǎn)輸出，共有 24 個(gè)數(shù)字量 I/O。它可連接個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。CPU224 有 13字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空間，個(gè)獨(dú)立的 30KH高速計(jì)數(shù)器，路獨(dú)立的 20KH高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。CPU224 配有個(gè) RS-485 通訊編程口，具有 PPI 通訊、MPI 通訊和自由方式通訊能力，是具有較強(qiáng)控制能力的小型控制器。3.2.3 I/O 口分配表立體車(chē)庫(kù) I/O 分配表如表 2 所示表 2 立體車(chē)庫(kù) I/O 分配表輸入口 名稱(chēng)輸出口 名稱(chēng)I0.0貨臺(tái)到位限位Q0.0橫軸脈沖I0.1貨臺(tái)回位限位Q0.1豎軸脈沖I0.2貨臺(tái)是否有物Q0.2橫軸方向 I0I0.3自動(dòng)手動(dòng)Q0.3豎軸方向 I0I0.4鍵盤(pán)值 1 位Q0.4貨臺(tái)前升I0.5鍵盤(pán)值 2 位Q0.5貨臺(tái)退回I0.6鍵盤(pán)值 3 位Q0.6就緒I0.7鍵盤(pán)值 4 位Q0.7取I1.0橫軸右限位Q1.0放I1.1橫軸左限位Q1.1十位顯示I1.2豎軸上限位Q2.0BCD 碼 1 位I1.3豎軸下限位Q2.1BCD 碼 2 位Q2.2BCD 碼 3 位Q2.3BCD 碼 4 位注：PLC 主機(jī)輸出的 1L、2L、輸入 1M、2M、3M、4M 分別與電源 L+相連 輸出的 3L、4L、5L、6L、1M、2M 與電源 M 相連3.3 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)3.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)。它受驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路的控制，將代表進(jìn)給脈沖的電平信號(hào)直接變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移，并通過(guò)齒輪和絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)沒(méi)有反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。但它的結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合具有一定的使用價(jià)值。步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。3.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型選擇，其次是具體的品種選擇，在該立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機(jī)構(gòu)的定位裝置，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用 2 相 8 拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比 i、軸向力 Tt、額定轉(zhuǎn)矩 Tn 和運(yùn)行頻率 Fy，以確定不進(jìn)電動(dòng)機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)： a、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此,當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后,沒(méi)有累計(jì)誤差,具有良好的跟隨性。b、由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng),既簡(jiǎn)單、廉價(jià),叉非?？煽?。同時(shí),它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。c、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。d、速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整,低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩,因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。e、步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行,不能直接使用交流電源和直流電源。f、步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象,必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。3.3.3 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊由步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器組成。倉(cāng)庫(kù)立體存儲(chǔ)系統(tǒng)有兩套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊，分別控制 X 軸、Y 軸的絲桿運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收 PLC 發(fā)出的高速脈沖信號(hào)及方向電平信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向由方向電平控制,步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度由脈沖信號(hào)頻率控制,步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)度由脈沖信號(hào)的數(shù)目控制。用四相步進(jìn)電機(jī) 42J1834-810，與之配套的驅(qū)動(dòng)器選用美國(guó) IMS 公司生產(chǎn)的 M415B細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其細(xì)分功能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度提高，振動(dòng)減小，雜訊降低，且具有光隔離信號(hào)輸入（抗干擾），靜止時(shí)電流減半，電源接反保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。42J1834-810 步進(jìn)電機(jī)步距角為 1.8o，即在無(wú)細(xì)分的條件下，200 個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈（2001.8=360o）。通過(guò)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置細(xì)分精度，最高可以達(dá)到 12800 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 M415B 細(xì)分設(shè)定由撥碼開(kāi)關(guān) SW4、SW5、SW6 設(shè)定，如表 1 所示。設(shè)置 SW4=ON、SW5= OFF、SW6=ON，細(xì)分設(shè)置為 800 步數(shù)/圈，即 800 個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，此時(shí)步距角為（8000.45=360o）。步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)組件采用聯(lián)軸器直接帶動(dòng)螺旋絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋絲杠的螺距為 5mm，即步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，載物臺(tái)位移5mm。通過(guò)控制載物臺(tái)在 X-Z 軸平面的運(yùn)動(dòng)，從而把工件運(yùn)送到倉(cāng)庫(kù)的指定位置。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 M415B 輸出相電流設(shè)定由撥碼開(kāi)關(guān) SW1、SW2、SW3 設(shè)定，如表 5 所示。設(shè)置 SW1=OFF、SW2=ON、SW3=OFF，輸出相電流為 1.05A。1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下列圖表所示表 3 電氣規(guī)格說(shuō)明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時(shí)間51s表 4 電流設(shè)定電流值SW1SW2SW3 0.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFOFF表 5 細(xì)分設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部確定動(dòng)態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF表 6 接線(xiàn)信號(hào)描述信號(hào)功能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL 平驅(qū)動(dòng)OPTO光耦驅(qū)動(dòng)電源ENA使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機(jī) A 相A-電機(jī) A 相B+電機(jī) B 相B-電機(jī) B 相PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作原理如圖 4 所示：圖 4 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作原理圖2步進(jìn)電機(jī)采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī),型號(hào)為 42J1834-810，主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣圖如下圖 5 所示：圖 5 二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)串聯(lián)型接法3.4 絲桿驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)絲桿驅(qū)動(dòng)模塊是將步進(jìn)電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩套絲桿驅(qū)動(dòng)模塊成90度垂直安裝，形成一個(gè)X-Y軸的平面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。在兩個(gè)絲桿驅(qū)動(dòng)模塊上均設(shè)有一個(gè)零點(diǎn)，用以校正位置及提供一個(gè)位置參考點(diǎn)。同時(shí)為了防止絲杠驅(qū)動(dòng)模塊過(guò)沖而產(chǎn)生機(jī)械物理?yè)p傷 ，在絲桿驅(qū)動(dòng)模塊的極限位置均裝有碰撞保護(hù)開(kāi)關(guān)，用來(lái)防止絲桿驅(qū)動(dòng)模塊過(guò)沖。工件推出模塊采用直流電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，型號(hào)為32ZYC2503.5 硬件接線(xiàn)圖的設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄第 4 章 升降橫移式立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)4.1.1 主程序流程框圖主程序流程框圖如圖 6 所示圖 6 主程序流程框圖4.1.2 主程序梯形圖見(jiàn)附錄開(kāi)始系統(tǒng)初始化首次接通裝入脈沖串初值：500000分別裝入VD300、VD400調(diào)用Q0.0控制X軸脈沖輸出子程序調(diào)用Q0.1控制Y軸脈沖輸出子程序X軸運(yùn)動(dòng)、Y軸運(yùn)動(dòng)子程序返回脈沖輸出完成？定位完成？程序結(jié)束YYNN4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)4.2.1 X 軸、Y 軸脈沖輸出子程序流程框圖 X 軸、Y 軸脈沖輸出子程序流程框圖分別如圖 7、圖 8 所示。 圖 7 X 軸脈沖輸出子程序流程框圖 圖 8 Y 軸脈沖輸出子程序流程框圖4.2.2X 軸、Y 軸脈沖輸出子程序梯形圖 X 軸、Y 軸脈沖輸出子程序梯形圖見(jiàn)附錄開(kāi)始設(shè)置包絡(luò)段數(shù)：4裝入VB500設(shè)定初始周期：1050微秒裝入VW501設(shè)定脈沖的周期增量設(shè)定X軸輸出脈沖數(shù)Q0.0輸出脈沖子程序返回設(shè)定PTO0控制寄存器SMB67設(shè)置包絡(luò)表的起始位置：500裝入SMW168允許中斷：ENI執(zhí)行PLS指令Q0.0輸出脈沖串開(kāi)始設(shè)置包絡(luò)段數(shù)：4裝入VB600設(shè)定初始周期：1050微秒裝入VW601設(shè)定脈沖的周期增量設(shè)定Y軸輸出脈沖數(shù)Q0.1輸出脈沖子程序返回設(shè)定PTO0控制寄存器SMB77設(shè)置包絡(luò)表的起始位置：500裝入SMW178允許中斷：ENI執(zhí)行PLS指令Q0.1輸出脈沖串參考文獻(xiàn)1 常斗南PLC 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)例及解析.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010Dounan Chang. PLC motion control instance and analysis M . Beijing: Mechanical Industry Press,2010 2 呂景泉可編程控制器技術(shù)教程.北京：高等教育出版社，2001 Jingquan Lv. The programmable controller technology ( M ). Beijing: Higher Education Press,20013 王永華.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002 Yonghua Wang. Modern electric and PLC control technology M . Beijing: Beihang University press,20024 張培志.電氣控制與可編程序控制器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 Peizhi Zhang. Electrical control and PLC M . Beijing: Chemical Industry Press,20075 陽(yáng)勝峰西門(mén)子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程.北京：中國(guó)電力出版社，2009 Sheng Feng Yang. Siemens PLC and frequency converter, touch screen integrated application guide ( M ). Beijing: China Electric Power Press,2009附錄 1硬件接線(xiàn)圖圖設(shè)計(jì)附錄 2PLC 主程序圖 X 軸脈沖輸出子程序梯形圖Y 軸脈沖輸出子程序梯形圖對(duì)應(yīng)倉(cāng)庫(kù)定位子程序中轉(zhuǎn)位置定位控制子程序貨臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制子程序