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文檔簡介
1、<p><b> 1 引言</b></p><p> 自從1994年國家制定了汽車產(chǎn)業(yè)政策,將汽車產(chǎn)業(yè)作為國家的支柱產(chǎn)業(yè)以來,有效地刺激了汽車工業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展,特別是近年來人們經(jīng)濟收入的快速增長和生活水平的不斷改善,轎車急增使城市停車難問題日益突出,不僅影響了道路交通順暢,破壞了城市的綠化和美化,而且污染了城市觀瞻,隨著中國加入WTO之后,這些問題將會越來越嚴重, 從新加坡、
2、日本等許多經(jīng)濟發(fā)達國家的成功經(jīng)驗可以看出,建立立體停車庫不失為解決城市“停車難”的理想手段,而且必將成為一個獨具特色的陽光產(chǎn)業(yè)[1]。</p><p> 目前常見的機械式立體停車庫有升降橫移式、垂直循環(huán)式、多層循環(huán)式、水平循環(huán)式、平面移動式、巷道堆垛式、垂直升降類和簡易升降式8種,其中升降橫移類以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價低等優(yōu)點,在國內(nèi)車庫市場占有83%的市場份額??删幊炭刂破?PLC)集微機技術(shù)、
3、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)為一體,可靠性強、性價比高、設(shè)計緊湊、擴展性好、操作方便,因此在自動停車系統(tǒng)中通常作為電控核心。對于規(guī)模較大的系統(tǒng),還可使用工業(yè)現(xiàn)場總線構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)自動控制[2]。</p><p> 1.1 立體車庫概述</p><p> 立體停車庫的主要型式有:電梯式(升降機式)、垂直循環(huán)式、多層升降橫移式、多層平面循環(huán)式、多層液壓式、多層角循環(huán)式、多層中間循環(huán)式和二層
4、水平循環(huán)式等, 它們的類型眾多,設(shè)計各有不同,庫容量變化比較大,可滿足不同用戶要求, 但都具有建筑面積小,停車層數(shù)多,地上和地下空間利用率高的優(yōu)點,停相同數(shù)量的車,在車輛流量大的繁華地段建一座立體停車庫比建一地面停車場節(jié)省將近50%~70%的投資, 嚴格的車庫管理還保證了車庫安全運行的可靠性和車輛的自身保護,為存車人提供了最大的方便,存車人只需把車開到指定位置,下面的事都可由立體停車庫來完成,多層升降橫移式立體停車庫是中小型車庫的一種典
5、型機電一體化產(chǎn)品,由于占地面積小且動作靈活、易操作、造價低,因此是公司及單位在建造立體停車庫時的理想選擇[3]。</p><p> 1.2 立體車庫的特點</p><p> 1.模塊化設(shè)計,車位數(shù)從幾個到上百個均可采用??梢栽诘孛婕暗叵峦\噲鍪褂?,也可設(shè)計成半地下形式,使用形式靈活,造價較低。 </p><p> 2.充分利用空間,可成倍增加停車數(shù)量。<
6、;/p><p> 3.系列化、標準化設(shè)計,結(jié)構(gòu)合理,多種保護裝置,安全可靠。</p><p> 4.布局靈活,組合方便,可采用多種型式,形成大型停車場。 </p><p> 5.適應(yīng)性強,地上、地下均可建造,可作2-6層,可多種單元組合,既有單列式,又有重列式。 </p><p> 6.電動鋼索(或鏈條)式升降驅(qū)動系統(tǒng),運行平衡可靠。&l
7、t;/p><p> 7.操作方式采用類似電子儲物柜的存取方式,(即存車時按存車按鈕打印憑條,取車時把憑條的信息掃入系統(tǒng)取車)。</p><p> 8.廣泛適用于辦公寫字樓、居民集中住宅區(qū)等處的地下室停放車輛, 可充分利用地下室的有效空間高度和柱間距寬度來布置停車位。 </p><p> 9.多層升降橫移式停車設(shè)備,可以創(chuàng)造多層停車位,就同類型設(shè)備而言,空間利用率最
8、高。 </p><p> 10.直接于地面空地架設(shè),布置較為簡單,工期施工短。 </p><p> 11.整體設(shè)計與樓面容為一體,美觀大方。 </p><p> 12.安全系數(shù)大,系統(tǒng)具有以下安全保護裝置:防墜落裝置、緊急停止按鈕、光電檢測開關(guān)、離車保護、斷電保護、超長報警裝置等。</p><p> 2 可編程控制器(PLC)簡介&
9、lt;/p><p> 可編程序控制器( Programmable Logic Controller),簡稱PLC。是微機技術(shù)與繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物,是一種工業(yè)控制用的專用計算機[4]。其定義為:可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程序的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)運算等操作的面向的用戶的指令,并通過數(shù)字式或模擬式輸入
10、/輸出控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程??删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計[5]。</p><p> 2.1 可編程序控制器的產(chǎn)生</p><p> 20世紀60年代末,隨著數(shù)字電路的發(fā)展和小型計算機的出現(xiàn),人們開始設(shè)想用小型計算機替代傳統(tǒng)的繼電接觸器來實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動控制。美國通用汽車公司(GM)為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝的不斷更新
11、和汽車產(chǎn)品不斷變化的需要,向傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)設(shè)備的控制方法挑戰(zhàn),增強企業(yè)在汽車制造工業(yè)中的競爭力,于1968年公開提出汽車生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)的10項技術(shù)要求,并在社會上公開招標。這10項技術(shù)的要求是:</p><p> 1.編程簡單方便,可在現(xiàn)場修改程序;</p><p> 2.配件維護方便,最好是插件式結(jié)構(gòu);</p><p> 3.可靠性高于繼電器控制柜;&l
12、t;/p><p> 4.體積小于繼電器控制柜;</p><p> 5.可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機;</p><p> 6.在成本上可與繼電接觸器控制設(shè)備競爭;</p><p> 7.輸入可以是交流115V;</p><p> 8.輸出為交流115V,2A以上,能直接驅(qū)動電磁閥;</p><p&
13、gt; 9.在擴展時,原有系統(tǒng)只需很小改動;</p><p> 10.用戶程序存儲器容量至少可擴展到4KB。</p><p> 1969年,美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出能滿足上述10條要求的可編程控制器樣機,安裝在美國通用汽車公司的汽車裝配線上,并獲得成功應(yīng)用,由此誕生了世界上第一臺可編程控制器(programmable logic controller-PLC)[6]。<
14、/p><p> 2.2 可編程控制器的特點</p><p> 可編程序控制器得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的原因是由于它具有繼電接觸器控制裝置和通用計算機以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點:</p><p> 1.編程方法簡單易學。</p><p> 2.功能強,性能價格比高。</p><p> 3.硬件配套齊全,用戶使用
15、方便,適應(yīng)性強。</p><p> 4.運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強。</p><p> 5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少。</p><p> 6.維修工作量小,維修方便。</p><p> 7.與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合。</p><p> 8.體積小、質(zhì)量輕、能耗低[7]。</p><p&
16、gt; 2.3 可編程控制器的分類</p><p> 2.3.1 按結(jié)構(gòu)分</p><p><b> 1.整體式</b></p><p> 將中央處理器CPU、電源部件、輸入輸出單元集中制造在一起,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,價格低,小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。</p><p><b> 2.模塊式</
17、b></p><p> 將各部分模塊(CPU模塊、電源模塊、I/O模塊等)分開制造,使用時將這些模塊分別插入機架底座的插槽中,像積木一樣組合起來,系統(tǒng)配置靈活方便、易于擴展,大中型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。</p><p><b> 3.單板式</b></p><p> 松下電工的單板式PLC在編程上完全與整體式或模塊式的PLC相同,
18、只是結(jié)構(gòu)更加緊湊,體積更加小巧,價格也相對便宜,是松下公司功能完備而且獨特的產(chǎn)品。</p><p> 2.3.2 按I/O點數(shù)分</p><p><b> 1.超小型機</b></p><p> I/O點數(shù)在64點以下,程序容量在256~1000B。</p><p><b> 2.小型機</b&
19、gt;</p><p> I/O點數(shù)在64~256點之間,程序容量在1~3.6KB之間,具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能,適用于開關(guān)量控制的場合。</p><p><b> 3.中型機</b></p><p> I/O點數(shù)在256~2048點之間,程序容量在3.6~13KB之間,除具有小型機的功能外,還增加了數(shù)據(jù)處理功能,并可配置模擬輸入輸
20、出模塊,適用于小規(guī)??刂葡到y(tǒng)。</p><p><b> 4.大型機</b></p><p> I/O點數(shù)在2048點以上,程序容量在13KB以上。大型PLC功能更加完善,具有數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、存儲、打印等功能,可以進行中斷控制、智能控制、遠程控制等。還可以采用高級語言(如BASIC語言等)編寫用戶程序,也可以擴展成冗余系統(tǒng),從而進一步提高了系統(tǒng)
21、的可靠性[8]。</p><p> 2.4 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p> PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在很多的工業(yè)部門,隨著其性能價格比的不斷提高,PLC的應(yīng)用范圍不斷擴大,主要有以下幾個方面:</p><p> 1. 邏輯控制功能。用PLC的與、或、非指令取代繼電器觸電串聯(lián)、并聯(lián)和其他邏輯連接,進行開關(guān)控制。</p><p>
22、 2. 定時/計數(shù)控制功能。用PLC提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或計數(shù)控制。</p><p> 3. 順序控制功能。用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中,只有前一道工序完成后,才能進行下一道工序操作的控制。</p><p> 4. 數(shù)據(jù)處理功能。PLC能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算與邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。</p><p&g
23、t; 5. 數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能。通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。</p><p> 6. 運動控制功能。通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸控制。</p><p> 7. 過程控制功能。通過PLC的PID控制模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理量進行閉環(huán)控制。</p><p> 8.擴展功能。通過連接輸入輸出擴展單元模塊來
24、增加輸入輸出點數(shù),也可以通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制能力。</p><p> 9.遠程控制功能。通過遠程I/O單元將分散在遠距離的各種輸入輸出設(shè)備與PLC主機相連接,進行遠程控制。</p><p> 10. 通信聯(lián)網(wǎng)功能。通過PLC之間或與主控計算機的聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)較大規(guī)模的系統(tǒng)控制。</p><p> 11. 監(jiān)控功能。PLC能夠監(jiān)視系統(tǒng)
25、運行的狀態(tài),對異常情況進行報警、顯示、故障診斷以及自動終止運行[9]。</p><p> 2.5 可編程控制器的發(fā)展趨勢</p><p> 1.在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個方向發(fā)展</p><p> 發(fā)展小型(超小型)化、專用化、模塊化、低成本PLC,以真正替代最小的繼電器系統(tǒng);發(fā)展大容量、高速度、多功能、高性能價格比的PLC,以滿足現(xiàn)代化企業(yè)中那些大規(guī)模、
26、復(fù)雜系統(tǒng)自動化的需要。</p><p> 2.功能不斷增強,各種應(yīng)用模塊不斷推出</p><p> 大力加強過程控制和數(shù)據(jù)處理功能,提高組網(wǎng)和通信能力,開發(fā)多功能模塊,以使各種規(guī)模的自動化系統(tǒng)功能更強、更可靠,組成和維護更加靈活方便,使PLC應(yīng)用范圍更加擴大。</p><p> 3.產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化</p><p> PLC廠家
27、在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時,日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏,并使PLC基本部件,如輸入/輸出模塊、接線端子、通信協(xié)議、編程語言和工具等方面的技術(shù)規(guī)格規(guī)范化、標準化,使不同產(chǎn)品間能相互兼容、易于組網(wǎng),以方便用戶真正利用PLC來實現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動化[10]。</p><p> 3 可編程控制器(PLC)的硬件及工作原理</p><p> 3.1 PLC的基本
28、結(jié)構(gòu)</p><p> PLC主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成,其中CPU是PLC的核心,I/O部件是連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間的接口電路,通信接口用于與編程器和上位機連接(見圖3.1)。對于整體式PLC,所有部件都裝在同一機殼內(nèi);對于模塊式PLC,各功能部件獨立封裝,稱為模塊或模板,各模塊通過總線連接,安裝在機架或?qū)к壣稀2煌瑥S商生產(chǎn)的不同系列產(chǎn)品在每個機架上可插放的模塊數(shù)是不同的,一
29、般為3-10塊。可擴展的機架數(shù)也不同,一般為2-8個機架?;緳C架與擴展機架之間的距離不宜太長,一般不超過10M[11]。</p><p> 圖3.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)</p><p> 1.中央處理單元CPU</p><p> CPU模塊主要由微處理器(CPU芯片)和存儲器組成。CPU通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài),由用戶程序去處理,并根據(jù)處理結(jié)果通過輸出裝置去控
30、制外設(shè)。一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng),一個是字處理器,它是主處理器,由它處理字節(jié)操作指令,控制系統(tǒng)總線,內(nèi)部計數(shù)器,內(nèi)部定時器,監(jiān)視掃描時間,統(tǒng)一管理編程接口,同時協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。另一個為位處理器,也稱布爾處理器,它是從處理器,它的主要作用是處理位操作指令和在機器操作系統(tǒng)的管理下實現(xiàn)PLC編程語言向機器語言轉(zhuǎn)換。CPU處理速度是指PLC執(zhí)行1000條基本指令所花費的時間[12]。</p><p&g
31、t;<b> 2.存儲器</b></p><p> 存儲器主要存放系統(tǒng)程序,用戶程序及工作數(shù)據(jù)。PLC所用的存儲器基本上由PROM,EPROM,EEPROM及RAM等組成。</p><p><b> 3.I/O模塊</b></p><p> 輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊,是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。
32、PLC通過I/O接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù),以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的信息依據(jù)。同時PLC又通過I/O接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程,以實現(xiàn)控制。</p><p><b> 4.電源部件</b></p><p> PLC的電源包括系統(tǒng)電源和后備電池。PLC一般使用AC220V電源,電源模塊的作用就是將外部輸入的交流電經(jīng)
33、過整流、濾波、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成PLC的CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電路所需要的直流電源。PLC大多使用開關(guān)型穩(wěn)壓電源,其穩(wěn)壓性能好,抗干擾能力強,內(nèi)部的開關(guān)電源為各個模塊提供和不同的電壓等級的直流電源。</p><p><b> 5.編程器</b></p><p> 編程器是人機對話工具,用來輸入、修改和調(diào)試用戶程序、監(jiān)控PLC的運行情況、調(diào)整內(nèi)部寄存器的參數(shù)等
34、。編程器可分為建議編程器和圖形編輯器兩種:簡易編程器只能輸入助記符程序;而圖形編程器可直接輸入梯形圖。</p><p><b> 6.其他接口電路</b></p><p> 為了擴展PLC的功能,出I/O接口外,PLC還配置了其他一些接口,主要有:</p><p> ?。?)I/O擴展接口</p><p> ?。?)
35、智能I/O接口</p><p><b> ?。?)通信接口</b></p><p> (4)A/D、D/A接口</p><p><b> 7.PLC外部設(shè)備</b></p><p> 外部設(shè)備包括編程器、打印機、外存儲器、EPROM寫入器等[13]。</p><p>
36、 3.2 PLC的工作原理</p><p> PLC的CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、完成控制功能是以掃描工作方式進行的。所謂掃描工作方式,即CPU從程序段的第一句順序讀取順序執(zhí)行,直至最后一句。CPU在掃描周期中,要完成以下任務(wù):</p><p><b> 1.輸入處理階段</b></p><p> 每次掃描周期開始時,先讀數(shù)字輸入點的當前值
37、,然后把這些值寫到輸入映像寄存器中。</p><p> CPU以8位(1個字節(jié))為增量的方法來保留輸入映像寄存器。在每次掃描開始時,CPU會將映像寄存器中未使用的輸入位清零。</p><p><b> 2.執(zhí)行程序</b></p><p> 在掃描周期的執(zhí)行程序階段里,CPU執(zhí)行程序是從第一條指令開始,直到最后一條指令結(jié)束。不論在主程序或
38、中斷程序執(zhí)行過程中,直接I/O指令允許對輸入點和輸出點直接存取。</p><p> 如果在程序中使用了中斷,與中斷事件相關(guān)的中斷程序就作為程序的一部分存儲下來。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來執(zhí)行,而是當中斷事件發(fā)生時才執(zhí)行。</p><p><b> 3.處理通訊請求</b></p><p> 在掃描周期的信息處理階段,CPU處理
39、從通訊端口接收到的任何信息。</p><p> 4.執(zhí)行CPU的自診斷測試</p><p> 在掃描周期中,CPU檢查其硬件,以及用戶存儲器(僅在RUN模式下),它也檢查所有的I/O模塊的狀態(tài)。</p><p><b> 5.輸出處理階段</b></p><p> 在每個掃描周期的結(jié)尾,CPU把存在輸出映像寄存器
40、中的數(shù)據(jù)輸送給數(shù)字輸出點。CPU以1個字節(jié)為增量來保留輸出影響寄存器。當CPU操作模式從RUN切換到STOP,數(shù)字輸出設(shè)置為輸出表中定義的值,或保持當前狀態(tài),模擬輸出保持最后寫入的值。</p><p><b> 6.掃描周期中斷</b></p><p> 當中斷事件發(fā)生時,CPU以異步掃描方式,根據(jù)中斷優(yōu)先級來處理中斷。</p><p>
41、 7.輸入輸出映像寄存器</p><p> 輸入輸出映像寄存器是PLC的RAM工作區(qū)中將一特定區(qū)域的存儲單元作為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的存儲區(qū)。</p><p> 輸入映像寄存器存儲著對應(yīng)位輸入“繼電器”的通/斷狀態(tài),高電平1為通,低電平0為斷。輸入映像寄存器的內(nèi)容只能被PLC的CPU讀出,而不能被改寫。</p><p> 輸出映像寄存器單元存儲著對應(yīng)
42、位輸出“寄存器”的狀態(tài)。在執(zhí)行用戶程序時,輸出映像寄存器既可以被PLC的CPU讀取,也可以被CPU改寫[14]。</p><p><b> 8.立即I/O</b></p><p> 立即I/O指令允許對實際輸入輸出點直接存取。盡管通常用映像寄存器作為I/O的源操作數(shù)或目的操作數(shù),但執(zhí)行立即I/O指令對輸入輸出映像寄存器的影響是不同的。當使用立即I/O指令來存取輸入
43、點的值時,輸入映像寄存器的值尚未更新,而使用立即I/O指令來存取輸出點的同時,相應(yīng)的輸出映像寄存器被更新了。</p><p> PLC在執(zhí)行程序是存在I/O滯后現(xiàn)象,造成I/O響應(yīng)滯后的原因:</p><p><b> 1)掃描方式</b></p><p> 2)電路慣性--輸入濾波時間常數(shù)和輸出繼電器觸點的機械滯后</p>
44、<p> 3)與程序設(shè)計安排有關(guān)</p><p> 3.3 PLC的編程語言</p><p> PLC的用戶程序是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求,通過PLC編程語言的編制設(shè)計的。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準(IEC1131-3)。PLC的編程語言包括以下五種:梯形圖語言(LD)、指令表語言(IL)、功能模塊圖語言(FBD)、順序功能流程圖語言(SFC
45、)及結(jié)構(gòu)化文本語言(ST)[15]。</p><p> 3.3.1 梯形圖語言(LD)</p><p> 梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉,因此,梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。</p><p> 梯形圖編程語言的特點是:與電氣操作原理圖相對應(yīng),具有直觀性和對應(yīng)性;與
46、原有繼電器控制相一致,電氣設(shè)計人員易于掌握。</p><p> 梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是,梯形圖中的能流不是實際意義的電流,內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器,應(yīng)用時,需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。</p><p> 3.3.2 指令表語言(IL)</p><p> 指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言,和匯編語言一樣由
47、操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下,適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時,指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng),在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。</p><p> 指令表表編程語言的特點是:采用助記符來表示操作功能,具有容易記憶,便于掌握;在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示,便于操作,可在無計算機的場合進行編程設(shè)計;梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致[16]。</p>
48、;<p> 3.3.3 功能模塊圖語言(FBD)</p><p> 功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能,不同的功能模塊有不同的功能。</p><p> 功能模塊圖編程語言的特點:功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點是:以功能模塊為單位,分析理解控制方案簡單容易;功能模塊是用圖形的形式表達功能,直觀性強,對于具有數(shù)
49、字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員很容易掌握的編程;對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng),由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關(guān)系,使編程調(diào)試時間大大減少。</p><p> 3.3.4 順序功能流程圖語言(SFC)</p><p> 順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件,根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進行分配,一步一步的按照順序
50、動作。每一步代表一個控制功能任務(wù),用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰,易于閱讀及維護,大大減輕編程的工作量,縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大,程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。</p><p> 順序功能流程圖編程語言的特點:以功能為主線,按照功能流程的順序分配,條理清楚,便于對用戶程序理解;避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷,同時也避免了用梯形圖語言對順序動
51、作編程時,由于機械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷;用戶程序掃描時間也大大縮短[17]。</p><p> 3.3.5 結(jié)構(gòu)化文本語言(ST)</p><p> 結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中,常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程序編制。<
52、;/p><p> 結(jié)構(gòu)化文本編程語言采用計算機的描述方式來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運算關(guān)系,完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相類似,但為了應(yīng)用方便,在語句的表達方法及語句的種類等方面都進行了簡化。</p><p> 結(jié)構(gòu)化文本編程語言的特點:采用高級語言進行編程,可以完成較復(fù)雜的控制運算;需要有一定的計
53、算機高級語言的知識和編程技巧,對工程設(shè)計人員要求較高。直觀性和操作性較差。</p><p> 不同型號的PLC編程軟件對以上五種編程語言的支持種類是不同的,早期的PLC僅僅支持梯形圖編程語言和指令表編程語言。目前的PLC對梯形圖(LD)、指令表(STL)、功能模塊圖(FBD)編程語言都以支持。比如,SIMATIC STEP7 MicroWIN V3.2。</p><p> 在PLC控制
54、系統(tǒng)設(shè)計中,要求設(shè)計人員不但對PLC的硬件性能了解外,也要了解PLC對編程語言支持的種類[18]。</p><p> 4 立體車庫硬件設(shè)計</p><p> 4.1 硬件器件簡介</p><p> 4.1.1 松下FP1型PLC</p><p> FP1是一種功能強大的小型機,在設(shè)計過程中采用先進的方法及組件,使其具有通常大型P
55、LC中才具備的功能。雖然是小型機,但其功能較完善,性能價格比高,適用于工業(yè)現(xiàn)場的單機控制,特別適合在輕工業(yè)中、小型企業(yè)中使用。</p><p> FP1主機控制單元內(nèi)有高速計數(shù)器,可輸入頻率高達10kHz的脈沖,并可同時輸入兩路脈沖。另外還可輸出頻率可調(diào)的脈沖信號,具有8個中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理。通過主機上配有的RS-422或RS-232接口,可實現(xiàn)PLC與PC之間的通信,將PC上的梯形圖程序直接傳送到可編程控
56、制器中去。 FP系列可編程控制器無論采用的是手持編程器還是編程工具軟件,其編程及監(jiān)控功能都很強,從而為用戶提供了方便的軟件開發(fā)環(huán)境。</p><p> FP1系列的硬件配置較全,主機可通過外接I/O擴展單元(擴展單元位一些擴展I/O點數(shù)的模塊,由E8~E40系列組成)擴展I/O點。FP1的智能單元主要有A/D、D/A模塊。當需要對模擬量進行測量和控制時,可以連接智能單元。</p><p>
57、; FP1的指令功能也較強,有近200條指令,除能進行基本邏輯運算外,還可以進行加、減、乘、除四則運算;數(shù)據(jù)處理功能也比一般小型機強,除處理8位、16位數(shù)據(jù)外,還可以處理32位數(shù)據(jù),并能進行多種碼制變換。除一般PLC常用的指令外,還有中斷和子程序調(diào)用、凸輪控制、高速計數(shù)、字符打印以及步進指令等特殊功能指令。由于指令非常豐富,功能較強,故給用戶提供了極大方便。此外,F(xiàn)P1的監(jiān)控和邏輯功能也很強,有幾十條監(jiān)控命令、多種監(jiān)控方式[19]。&
58、lt;/p><p> 4.1.2 傳感器(BEN5M-MDT)</p><p> 它是一種測距的光電傳感器,具有測距遠(最遠可達到5米),采用反射鏡反射的檢測方式,DC12-24V供電,NPN/PNP同時輸出,遮光ON/入光ON選擇。</p><p> 4.1.3 行程開關(guān)(YKXX1-111(T))</p><p> 又稱限位開關(guān),
59、可以安裝在相對靜止的物體(如固定架、門框等,簡稱靜物)上或者運動的物體(如行車、門等,簡稱動物)上。當動物接近靜物時,開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。適用于操動機構(gòu)交流電壓380V、直流220V,發(fā)熱電流為5A的控制電路中。</p><p> 4.1.4 轉(zhuǎn)換開關(guān)(YKXH28)</p><p> 具有體
60、積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、操作靈活可靠、外形美觀等優(yōu)點,該開關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計,材料選用于傳統(tǒng)開關(guān)有著較大差別,具有很高的技術(shù)含量,可與國外最先進的藍系列開關(guān)相媲美,對于提高成套設(shè)備的可靠性及產(chǎn)品檔次有著重要的意義。主要用于交流50Hz,額定電壓至380V及以下, 直流額定電壓至220V及以下的電路中作接通、分段和轉(zhuǎn)換電路之用,也可直接控制小容量電動機和作主令控制之用。</p><p> 4.1.5 按鈕(YKX
61、Y6)</p><p> 主要用于交流50Hz-60Hz工作電壓至380V和直流工作電壓至220V的控制電路中,作控制、信號、聯(lián)鎖之用。</p><p> 4.1.6 指示燈(AD16-16DS)</p><p> AD16系列指示燈均采用LED發(fā)光芯片為光源,燈罩采用高強度聚碳酸脂制成具有良好的抗沖擊性,壽命可達到5萬~10萬小時,能耗低、體積小、重量輕。
62、</p><p> 4.1.7 升降電機</p><p> 載車板升降所需功率較大,故選用交流大電機。載車板的升降由電機的正反轉(zhuǎn)控制。</p><p> 4.1.8 橫移電機</p><p> 載車板的橫移所需功率較小,使用小型交流電機,通過橫移電機的正反轉(zhuǎn)控制載車板的橫移運動。</p><p><b
63、> 4.2 硬件設(shè)計</b></p><p> 4.2.1 升降橫移立體車庫簡介</p><p> 升降橫移立體停車庫車位結(jié)構(gòu)為2維矩陣形式,可設(shè)計為多層、多列。由于受收鏈裝置及進出車時間的限制,一般為2~4層(國家規(guī)定最高為4層),以2、3層者居多,可根據(jù)泊車的多少決定停車庫的規(guī)模。車庫可設(shè)在地上,也可設(shè)在地下,或一半設(shè)在地下一半設(shè)在地上。其鋼結(jié)構(gòu)框架按一定規(guī)
64、格的分格單元進行組合,可縱向延伸、分段集中控制,也可橫向并列,分排單獨控制。車庫組合布置的不同形式可適應(yīng)不同場地條件的需要,配置非常靈活。</p><p> 結(jié)構(gòu)特點是:底層只能平移,頂層只能升降,中間層既可平移又可升降。除頂層外,中間層和底層都必須預(yù)留一個空車位,供進出車升降之用。當?shù)讓榆囄贿M出車時,無需移動其他托盤就可直接進出車;中間層、頂層進出車時,先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空,不為空時要進行相應(yīng)的平
65、移處理,直到下方為空才可進行下降和進出車動作,進出車后再上升回到原位置。</p><p> 升降橫移停車庫利用載車板移位產(chǎn)生垂直通道,實現(xiàn)高層車位升降存取車輛,全部邏輯過程均由PLC進行控制。地面以上布置的升降橫移立體車庫結(jié)構(gòu)特點:底層只能平移,頂層只能升降,中間層既可平移又可升降。除頂層外,中間層和底層必須預(yù)留一個空車位,供進出車升降之用。當?shù)讓榆囄贿M出車時,無需移動其他托盤就可直接進出車;中間層、頂層進出車
66、時,先要判斷其對應(yīng)的下方位置是否為空,不為空時要進行相應(yīng)的平移處理,直到下方為空才可進行下降和進出車動作,進出車后再上升回到原位置。其運動總原則是:升降復(fù)位,平移不復(fù)位[20]。</p><p> 4.2.2 車庫外觀圖設(shè)計</p><p> 本次設(shè)計要求設(shè)計一個雙層8車位升降橫移式立體車庫,根據(jù)車庫的特點,設(shè)計車庫的車位如圖所示:</p><p> 圖4.
67、1 車庫外觀圖</p><p> 其中0號車位僅做一層車位橫移用,不用來存放車輛。車庫運行規(guī)則:1~4號車位只能左右移動,不能上下移動;5~8號車位只能上下移動,不能左右移動。下排車位上的汽車可以直接開出;上排車位的汽車需要先降到下排車位才能開出,若下排車位有車,需要先讓出車位給上排車位。</p><p> 4.2.3 PLC原理圖設(shè)計</p><p>
68、PLC是車庫控制系統(tǒng)的核心,根據(jù)設(shè)計要求,其輸入大致有:電源按鈕、傳感器、行程開關(guān)、光電開關(guān)、操作面板按鈕;輸出大致有:指示燈、數(shù)碼管、閘門、升降電機、橫移電機。根據(jù)輸入、輸出要求,PLC的控制原理圖如圖所示:</p><p> 圖4.2 PLC控制原理圖</p><p> 該系統(tǒng)中PLC主要完成對載車板、車輛位置及運行狀態(tài)的檢測和存取車的操作。用各種光電開關(guān)、行程開關(guān)檢測位置狀態(tài),
69、用接觸器、繼電器控制拖動電機的起停。</p><p> 對車位的操作即控制橫移小電機和升降大電機,使它們在不同時間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。而且上層升降動作和以下各層的橫移動作必須是互鎖的,即當上層泊位在升降時,下面各層泊位不能移動,反之亦然。并且上層泊位每次只能有一個泊位進行上下升降運動。</p><p> 為了保證存取車可靠安全,系統(tǒng)要精確定位。行程開關(guān)的設(shè)置保證了載車板能平移到預(yù)定位置以及載車
70、板能上升或下降到準確位置,但行程開關(guān)邏輯要嚴格互鎖。例如1、2號車位水平限位開關(guān)在靜態(tài)情況下只能有一個是斷開的,如果2個以上開關(guān)閉合即表示載車板不到位。</p><p> 安裝在進口處的光電開關(guān)可以檢測車輛的到來,如果車位已滿,閘門將拒絕打開;安裝在出口的光電開關(guān)可以檢測車輛的到來,并自動打開閘門,讓車輛出去。安裝在各個車位的光電開關(guān),可以檢測車位上車輛的有無[21]。</p><p>
71、 4.2.4 控制面板設(shè)計</p><p> 根據(jù)設(shè)計要求,對控制面板的設(shè)計如圖所示:</p><p> 圖4.3 控制面板圖</p><p> 控制面板上的數(shù)碼管,可以準確顯示車庫車輛的存放情況,顯示出車輛將要存放的車位號,若車庫已經(jīng)存滿車輛,數(shù)碼管將不顯示任何數(shù)字。紅、綠、黃、粉四個指示等能顯示出車庫的運行情況:紅燈閃爍代表進車模式,綠燈閃爍代表取車
72、模式,黃燈代表手動控制模式,粉紅色燈閃爍代表系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài),紅色燈在系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài)時能代表車位已經(jīng)滿,綠色燈則代表車位還有剩余。手/自動切換開關(guān)可以切換車庫的運行狀態(tài)[22]。</p><p> 控制面板上各按鈕功能如下表所示:</p><p> 表4.1 控制面板按鈕功能表</p><p> 5 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p>&
73、lt;p> 5.1 PLC型號的選擇</p><p> 5.1.1 I/O點數(shù)的確定</p><p> 根據(jù)設(shè)計要求,其輸入大致有:傳感器、行程開關(guān)、光電開關(guān)、操作面板按鈕;輸出有:指示燈、數(shù)碼管、閘門、升降電機、橫移電機。經(jīng)過計算,輸入點大致需要30個左右,輸出點需要30個左右。</p><p> 5.1.2 選定PLC</p>
74、<p> FP1系列PLC的I/O地址分配表如下所示:</p><p> 表5.1 FP1系列PLC的I/O地址分配表</p><p> 根據(jù)控制系統(tǒng)的需求,選定PLC型號為FP1—C72[23]。</p><p> 5.1.3 控制系統(tǒng)I/O地址分配</p><p> 根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計的要求及選定的PLC型號,確定系統(tǒng)
75、的I/O地址分配如下表所示:</p><p> 表5.2 輸入I/O地址分配</p><p> 續(xù)表5.2 輸入I/O地址分配</p><p> 續(xù)表5.2 輸入I/O地址分配</p><p> 表5.3 輸出I/O地址分配</p><p> 續(xù)表5.3 輸出I/O地址分配</p><p&
76、gt; I/O控制原理圖見附錄B。</p><p> 5.2 PLC控制程序設(shè)計</p><p> 5.2.1 控制程序流程圖</p><p> 該系統(tǒng)存取車控制只針對上層(2層)車位,而對于下層車位,存取車直接開進開出即可??刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫。程序流程見下圖。</p><p> 在設(shè)計不同層進出車程序時運用了“并行分支
77、與匯合”的技巧,所謂并行分支指的是各分支流程可同時執(zhí)行,待各流程動作全部結(jié)束后,根據(jù)相應(yīng)執(zhí)行條件,匯合狀態(tài)動作。即選擇第2層進出車,可以使一層同時平移(左移或右移),這樣,控制系統(tǒng)能自動處理設(shè)備動作順序之間的聯(lián)鎖或雙重輸出,而且控制系統(tǒng)的試運行及故障檢查非常方便,可節(jié)約大量時間,提高工作效率。</p><p><b> 存取車流程圖:</b></p><p> 5
78、.2.2 閘門控制程序</p><p> 設(shè)計要求:當汽車到達閘門前時,若車庫內(nèi)有空車位,系統(tǒng)自動打開閘門讓車輛進入動作平臺;如果停車位已滿,系統(tǒng)將拒絕打開停車場閘門。在車庫進出口處各裝有一個傳感器X23、X24。當有車進入車庫時,X23檢測到實現(xiàn)加1運算;當有車出去時,X24檢測到實現(xiàn)減1運算。這樣,當車庫內(nèi)車輛未達到8輛時,系統(tǒng)會在檢測到車輛時自動打開進口閘門;當車庫內(nèi)車輛達到8輛時,系統(tǒng)將拒絕打開進口閘
79、門。程序如圖5.1所示:</p><p> 圖5.1 進口閘門控制程序</p><p> 5.2.3 指示燈控制程序</p><p> 設(shè)計要求:紅色燈在系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時能代表車位已經(jīng)滿,綠色燈則代表車位還有剩余。利用閘門控制程序檢測到的車位情況即可實現(xiàn)該顯示。程序入圖5.2所示:</p><p> 圖5.2 紅綠燈控制程序&
80、lt;/p><p> 設(shè)計要求:停車場的指示燈能夠自動分辨系統(tǒng)當前處于的控制狀態(tài)(紅燈閃爍代表進車模式,綠燈閃爍代表取車模式,黃燈代表手動控制模式,粉紅色燈閃爍代表系統(tǒng)處于等待選擇狀態(tài))。程序如圖5.3所示:</p><p> 圖5.3 指示燈控制程序</p><p> 5.2.4 數(shù)碼管顯示程序</p><p> 設(shè)計要求:停車場的
81、七段數(shù)碼管,能準確顯示閘門前的車輛將要被停放到的空位的號碼。若車位已滿,七段數(shù)碼管將不再顯示數(shù)字。利用進出口閘門處檢測的車位情況,即可很輕松地實現(xiàn)。程序如圖5.4所示:</p><p> 圖5.4 數(shù)碼管顯示控制程序</p><p> 5.2.5 存取車程序</p><p> 因為1層存取車時可以直接開進、開出,所以存取車程序的設(shè)計只針對2層車位。存取2層
82、車位車時,需要保證其正下方車位無車,如果正下方車位有車,需要首先將該車位的車移開,然后才能完成存取車。當車位的車輛存放情況如圖5.5所示時,取7號車位車的動作為:3號車位車左移,7號車位車下降,開出7號車位的車,3號車位車復(fù)位。其程序如圖5.6所示:</p><p> 圖5.5 車庫存車情況1</p><p> 完整的車庫梯形圖程序見附錄A。</p><p>
83、<b> 6 結(jié)論</b></p><p> 經(jīng)過近三個月的研究工作,通過查閱大量相關(guān)資料,我了解了立體車庫的產(chǎn)生和發(fā)展歷程,并且熟悉了立體車庫的運行過程,加深了對控制系統(tǒng)的認識。同時,在程序設(shè)計的過程中,加深了對松下電工系列可編程序控制器(PLC)的了解,并能夠?qū)⑵溥\用到立體車庫控制系統(tǒng)中。在所學知識的基礎(chǔ)上,根據(jù)自己對立體車庫的認識,我設(shè)計出了雙層8車位立體車庫,并且為其編寫了PL
84、C程序,實現(xiàn)了車庫的自動化控制。同時,并用AutoCad 繪制出了PLC的I/O控制原理圖電路,進一步熟悉了CAD軟件的應(yīng)用。</p><p> 通過這次畢業(yè)設(shè)計,我了解了PLC控制的立體車庫的工作原理,熟悉了PLC系統(tǒng)的設(shè)計步驟,鍛煉了我的工程設(shè)計實踐能力,為今后的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。同時,也是對我大學四年所學知識的一次檢驗和鞏固,是對大學四年所學知識的一次總結(jié),使我認識到了自己的不足。這次畢設(shè)使我對所學知
85、識有了一個更加系統(tǒng)化的認識,對今后的工作將產(chǎn)生深遠的影響。由于編寫水平有限,難免有不足之處,敬請諒解!</p><p> 附錄A 立體車庫運行梯形圖</p><p> 附錄B I/O控制原理圖</p><p><b> 參 考 文 獻</b></p><p> [1] 高麗麗. 立體倉庫PLC控制系統(tǒng)設(shè)計.學
86、士學位論文.山東:山東科技大學,2002.6</p><p> [2] 宋伯生.PLC編程實用指南.北京:機械工業(yè)出版社.2007.7</p><p> [3] 錢銳, 徐峰. PLC應(yīng)用技術(shù).北京: 科學出版社,2005.1</p><p> [4] 王衛(wèi)兵. 可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社.2002.4</p><p&g
87、t; [5] 于慶廣. 可編程序控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京:清華大學出版社,2004.2</p><p> [6] 常斗南,李全利. 可編程序控制器原理、應(yīng)用、實驗.第二版.北京:機械工業(yè)出版社.2003.1</p><p> [7] 賈德勝. PLC應(yīng)用開發(fā)實用子程序.北京:人民郵電出版社.2006.17</p><p> [8] 張漢杰.現(xiàn)代電梯控制技術(shù)
88、. 哈爾濱工業(yè)大學.2001.3</p><p> [9] 周美蘭,周封. PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計.第二版.北京:科學出版社.2004.8</p><p> [10] 袁任光.可編程程序控制器應(yīng)用與實例.廣州:華南理工大學出版社.2001.16</p><p> [11] 許志軍. 工業(yè)控制組態(tài)軟件及應(yīng)用. 北京:機械工業(yè)出版社.2005.4</p&g
89、t;<p> [12] 嚴盈富,羅海洋. 監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門.北京:人民郵電出版社.2006.1</p><p> [13] 張鳳珊. 電氣控制及可編程序控制器.北京:中國輕工業(yè)出版社.2002.1</p><p> [14] 周美蘭. 組態(tài)技術(shù)在PLC實驗教學中的應(yīng)用.北京:科學出版社.2001.6</p><p> [15] 張萬忠.
90、 可編程控制器入門與實例.北京:中國電力出版社.2005.5</p><p> [16] 呂衛(wèi)陽,徐昌榮,等.PLC工程應(yīng)用實例解析.北京:中國電力出版社.2007.</p><p> [17] 徐德,孫同景,陳桂友. 可編程控制器(PLC)應(yīng)用技術(shù).濟南:山東科學技術(shù)出版社.2003.204</p><p> [18] 周云水. 跟我學PLC編程. 北京:中
91、國電力出版社.2009.8</p><p> [19] 張學銘,邸書玉. 松下PLC編程與應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社.2009.8</p><p> [20] 余雷聲.電氣控制與PLC 應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社.1996.6</p><p> [21] 王偉.可編程控制器的實用和維護.北京:中國林業(yè)出版社.2000</p><p>
92、 [22] 宋伯生.PLC編程理論·算法及技巧.北京:機械工業(yè)出版社.2005</p><p> [23] 吳曉軍,楊向民.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用.北京:中國建材工業(yè)出版社.2004</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 在老師的指導(dǎo)、同學的幫助以及自己的努力下,經(jīng)過幾周的努力,畢業(yè)設(shè)計終于完成。通
93、過這次畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己對知識的理解還不夠透徹,要學習的東西還很多,畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗,也是對自己能力的一種提高。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中,我首先要感謝我的指導(dǎo)老師***,從課題分析、查資料,設(shè)計計算,整理說明書到最后完成,我的設(shè)計可以如此順利地進行,與他的鼓勵和悉心指導(dǎo)是分不開的。*老師對于我在設(shè)計過程中遇到的問題耐心講解,教會了我怎樣把握整體思路,進而有條不紊的進行設(shè)計,使我不致因為一些細枝末節(jié)的問題影響整個設(shè)計。這對
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