基于PLC的立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：基于PLC的立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所屬系部：電氣與汽車工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 機(jī)電一體化114班學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2013年 月 日中文摘要隨著汽車的日益增多，尤其是在人口密集的大都市，解決停車難的問(wèn)題顯得尤為迫切。全自動(dòng)立體車庫(kù)作為智能建筑的一部分以其高效、快速、安全等特點(diǎn)成為解決都市停車難問(wèn)題最有效的途徑。立體車庫(kù)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)車庫(kù)安全、高效率運(yùn)行的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)了立體車庫(kù)分布式控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了車庫(kù)控制軟件，并就其可靠性和控制策略、方法進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下： 1在分析立體車庫(kù)運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，得出了立體車庫(kù)的分級(jí)分布式控制的控制思路，設(shè)計(jì)了立體車庫(kù)分布式控制系統(tǒng)。

2、2結(jié)合車庫(kù)系統(tǒng)的功能及運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了各層的子控制器，設(shè)計(jì)了收費(fèi)管理模式，確定了主機(jī)與子機(jī)之間的通訊過(guò)程和通訊協(xié)議。 3對(duì)車庫(kù)控制系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯分析，提出了確定車庫(kù)系統(tǒng)可靠性的系統(tǒng)模型及計(jì)算方法并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析，確保了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 4根據(jù)車庫(kù)車流的特點(diǎn)，對(duì)車庫(kù)在不同控制策略下能耗及存取總時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化。 5設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)仿真方案和控制策略仿真軟件，離線及在線邏輯調(diào)試，并對(duì)存車過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室。本文設(shè)計(jì)了一種垂直提升平移式立體車庫(kù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、軟件實(shí)現(xiàn)和四角平層控制方案，分析了系統(tǒng)的控制流程和PLC控制的梯

3、形圖。本系統(tǒng)采用PLC、計(jì)算機(jī)結(jié)合組態(tài)畫(huà)面監(jiān)控，按動(dòng)按鈕或控制組態(tài)畫(huà)面即可完成汽車存取過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，存取方便?？刂齐娐凡糠植捎媒涣鹘佑|器傳統(tǒng)方式，使運(yùn)行安全可靠。設(shè)計(jì)采用可分組合，模塊式安裝，方便靈活，具備維護(hù)使用方便，造價(jià)低等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：立體車庫(kù) 可編程控制器 組態(tài)監(jiān)控目 錄 中文摘要21 引言32.概述521可編程控制器概述5211 PLC的產(chǎn)生52.1.2 PLC的用途62.2.2 PLC的特點(diǎn)62.2.3 PLC的分類62.3.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理73PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則93.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則93.1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟93.1

4、.3 程序設(shè)計(jì)的步驟94三菱plc簡(jiǎn)介114.1 三菱FX2N 系列PLC的性能指標(biāo)和分類114.2可編程序控制器的工作方式及編程語(yǔ)言125觸摸屏介紹135.1觸摸屏的功能145.2觸摸屏的特點(diǎn)145.3系統(tǒng)設(shè)置146.雙層立體車庫(kù)功能介紹146.1立體車庫(kù)系統(tǒng)組成146.2 PLC核心控制部分156.3 立體車庫(kù)控制要求157 .立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)167.1 PLC選擇167.2 I/O口分配167.3 PLC外部接線端口圖177.4車位檢測(cè)部分1875手動(dòng)控制部分187.6 軟件設(shè)計(jì)188. 小結(jié)36參考文獻(xiàn)381 引言 車輛無(wú)處停放的問(wèn)題是城市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立

5、體停車設(shè)備的發(fā)展在國(guó)外，尤其在日本已有近3040年的歷史，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均已獲得了成功。我國(guó)也于90年代初開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)機(jī)械立體停車設(shè)備，距今已將近二十年的歷程。由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機(jī)械停車設(shè)備以其平均單車占地面積小的獨(dú)特特性，已被廣大用戶接受。目前，立體車庫(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。立體車庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)代大型建筑的主流是智能化大廈和小區(qū)，因此自動(dòng)化立體停車設(shè)備或車庫(kù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)將成為智能化大廈和小區(qū)的一個(gè)重要組成部分。操作簡(jiǎn)單、迅速，使

6、用方便，安全可靠，維護(hù)量小，為用戶提供一個(gè)安全、簡(jiǎn)易的使用環(huán)境，這是自動(dòng)化立體停車設(shè)備的基本特點(diǎn)。停車設(shè)備的一切運(yùn)行狀況，車輛停放的時(shí)間，車輛存放交費(fèi)情況，車庫(kù)庫(kù)容量，車輛存放高、低峰情況，等信息均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到智能化控制中心，通過(guò)智能化控制中心運(yùn)算處理，與廣播系統(tǒng)和各分部管理辦公室相連，達(dá)到提前發(fā)布相關(guān)控制、管理信息，從而全部實(shí)現(xiàn)智能化管理。通過(guò)大廈和小區(qū)的智能化控制中心還可與社會(huì)相關(guān)職能部門聯(lián)網(wǎng)，將有關(guān)信息發(fā)布出去或收集進(jìn)來(lái)，擴(kuò)大車庫(kù)的社會(huì)利用率和經(jīng)濟(jì)效益。這將是自動(dòng)化車庫(kù)的方向。立體車庫(kù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包含以下五個(gè)子系統(tǒng)：自動(dòng)收費(fèi)管理系統(tǒng)，自動(dòng)存取車系統(tǒng)，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，自動(dòng)道閘， 監(jiān)

7、控安保系統(tǒng)。以上子系統(tǒng)均由中央控制室統(tǒng)一控制，可為客戶規(guī)劃停車庫(kù)管理形式，發(fā)布車庫(kù)庫(kù)存容量，控制車流方案。（一）自動(dòng)收費(fèi)管理系統(tǒng)自動(dòng)收費(fèi)采用非接觸式IC卡。IC卡分長(zhǎng)期卡與儲(chǔ)值卡兩種。對(duì)固定用戶，發(fā)行長(zhǎng)期卡，費(fèi)用可在固定用戶交納管理費(fèi)用時(shí)一并交納；對(duì)臨時(shí)用戶，發(fā)行儲(chǔ)值卡，即：用戶交納的費(fèi)用存在卡內(nèi)，每次停車讀卡自動(dòng)從卡中扣除費(fèi)用。（二） 自動(dòng)存取車系統(tǒng)自動(dòng)存取車系統(tǒng)一般由小型可編程控制器PLC控制，包括卡號(hào)識(shí)別與移動(dòng)載車盤兩個(gè)過(guò)程。用戶進(jìn)入車庫(kù)時(shí)，在門口刷卡進(jìn)入，讀卡機(jī)自動(dòng)把數(shù)據(jù)傳送到PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)通過(guò)判斷卡號(hào)，自動(dòng)把對(duì)應(yīng)的載車盤移動(dòng)到人車交接的位置，開(kāi)啟車庫(kù)門，縮短存取車的時(shí)間。

8、存車時(shí)，司機(jī)按照指示燈信號(hào)指引入庫(kù)，只有當(dāng)車輛停放在安全位置后，停車正常指示燈才會(huì)亮啟。存取車完成后，車庫(kù)門自動(dòng)關(guān)閉。移動(dòng)載車盤時(shí)，系統(tǒng)嚴(yán)格按照各種檢測(cè)信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行移動(dòng)，檢測(cè)信號(hào)包括超長(zhǎng)檢測(cè)、到位檢測(cè)、極限位置檢測(cè)、人員誤入檢測(cè)、急停信號(hào)檢測(cè)等。若有載車盤運(yùn)行不到位或車輛長(zhǎng)度超出車庫(kù)允許的長(zhǎng)度，所有載車盤將不進(jìn)行動(dòng)作，若檢測(cè)到急停信號(hào)，將停止一切動(dòng)作，直至急停信號(hào)消失。以上信號(hào)均為硬件信號(hào)，除此之外，還可從控制軟件中設(shè)置保護(hù)信號(hào)，比如時(shí)間保護(hù)，以保證因硬件損壞而導(dǎo)致信號(hào)失靈時(shí)保證主體設(shè)備及車輛的安全。（三）遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制器可以通過(guò)網(wǎng)卡、Hub等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與控制中心的局域網(wǎng)相連接，可以通過(guò)

9、MODEN實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，在控制中心即可進(jìn)行解決，方便管理人員、安保人員異地辦公。（四）自動(dòng)道閘在車庫(kù)出入口處各設(shè)非接觸式讀卡器、感應(yīng)線圈及道閘，用戶在車庫(kù)出入口處刷卡后，系統(tǒng)自動(dòng)判別該卡是否有效，若有效，則道閘自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)感應(yīng)線圈后，自動(dòng)?xùn)艡谧詣?dòng)關(guān)閉；若無(wú)效，則道閘不開(kāi)啟，同時(shí)聲光報(bào)警。2.概述21可編程控制器概述可編程控制器的英文縮寫使PC，容易同個(gè)人計(jì)算機(jī)混淆，因此通常都稱其為PLC。PLC是在繼電器控制基礎(chǔ)上以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。特別是由于PLC采用了依據(jù)繼電器控制原理而開(kāi)發(fā)的

10、梯形圖形作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的機(jī)電設(shè)計(jì)人員和工人中的技師均能較快的掌握梯形圖的編程方法，極大地促進(jìn)了PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。目前PLC基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。211 PLC的產(chǎn)生 在PLC出現(xiàn)之前，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器控制系統(tǒng)。雖然繼電器控制系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、維護(hù)技術(shù)要求低的優(yōu)點(diǎn)，但該系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是很明顯的：繼電器控制系統(tǒng)設(shè)備體積大，觸點(diǎn)壽命低，可靠性差；對(duì)于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)來(lái)講，維護(hù)不便，排除故障困難。這種用硬件實(shí)

11、現(xiàn)的控制程序，智能化程度很低，當(dāng)產(chǎn)品更新、生產(chǎn)工藝和流程變化時(shí)，必須改變相應(yīng)的器件和接線。這種變動(dòng)的工作量大，工期長(zhǎng)，因而使得生產(chǎn)成本提高。繼電器控制系統(tǒng)只適用于工作模式固定、控制要求簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。現(xiàn)代社會(huì)制造工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，迫切需要一種新的更先進(jìn)的“柔性”的控制系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。 20世紀(jì)60年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管和中小規(guī)模集成電路。利用它們的開(kāi)關(guān)特性來(lái)替代繼電器等構(gòu)成的邏輯控制系統(tǒng)，體積將更小，改變器件和接線的工作量也隨之減少；更重要的特點(diǎn)是，由這些數(shù)字器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)是無(wú)觸點(diǎn)的，因而可靠性就更高。但是這種由中小規(guī)模集成電路控制的電氣控制柜，其控制

12、規(guī)模較小，輸入/輸出點(diǎn)數(shù)只有幾十點(diǎn)，編程也不夠靈活。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始用于工業(yè)控制領(lǐng)域，人們嘗試用小型計(jì)算機(jī)取代繼電器控制系統(tǒng)。但是，由于小型計(jì)算機(jī)價(jià)格高昂，對(duì)惡劣的工業(yè)環(huán)境難以適應(yīng)，其輸入輸出信號(hào)與被控電路不匹配，再加上控制編程的程序編制困難，不像現(xiàn)時(shí)的梯形圖易于被操作人員掌握，這一“瓶頸”阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用。2.1.2 PLC的用途PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造

13、紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：（1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，（3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Deri

14、vative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國(guó)GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年

15、CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。2.2.2 PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活（3）編程方便，易于使用 （4）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便 （6）結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于以上特點(diǎn)，使得PLC獲得極為廣泛的應(yīng)用。2.2.3 PLC的分類1.按

16、I/O點(diǎn)數(shù)容量分類一般來(lái)說(shuō)，PLC處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量比較大，要求PLC的指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將PLC分為三類。公司的SLC500系列等整式PLC等產(chǎn)品。（2）中型機(jī) 中型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256-2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到2-8K字。中型機(jī)PLC不僅具有開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制場(chǎng)合。典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S-300系列、OM

17、RON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模塊式PLC等產(chǎn)品。（3）大型機(jī) 大型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8-6K字。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，他具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力。他的監(jiān)視采用CRT顯示，能夠表示過(guò)程動(dòng)態(tài)流程，紀(jì)錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖；他配備多種智能板，構(gòu)成一個(gè)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的PLC互聯(lián)，和上位機(jī)相連，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過(guò)程自動(dòng)化控制和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-4

18、00系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產(chǎn)品。上述劃分沒(méi)有嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型PLC也具備中型機(jī)和大型機(jī)的功能，這也是PLC的發(fā)展趨勢(shì)。2按結(jié)構(gòu)形式分類 按PLC物理結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。（1）整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、電源、通信端口、I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。內(nèi)外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元等通過(guò)擴(kuò)展電纜與主機(jī)上的擴(kuò)展端口相連，以構(gòu)成PLC不同配置與主機(jī)配合使用。整體式結(jié)構(gòu)的PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型

19、機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。（2）組合式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O單元，通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板和擴(kuò)展模塊。組合式的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)的數(shù)量可以自由選擇，各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型PLC常用組合式結(jié)構(gòu)。2.3.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理1. PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總

20、線結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見(jiàn)，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。2. PLC的選型原則當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來(lái)完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常

21、關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要

22、求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。（2）價(jià)格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。3PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則3.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

23、任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：(1) 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。(2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。3.1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。（2）根據(jù)控制要

24、求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。（4）分配PLC餓I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖。（5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制太的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。3.1.3 程序設(shè)計(jì)的步驟（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。（2）設(shè)計(jì)梯形圖。這程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。（6）待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，直

25、到滿足為止。（7）編寫技術(shù)文件。（8）交付使用。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖如圖4所示。圖4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟4三菱plc簡(jiǎn)介4.1 三菱FX2N 系列PLC的性能指標(biāo)和分類1) PLC的主要性能指標(biāo)l 輸入輸出點(diǎn)數(shù)（IO點(diǎn)數(shù)）IO點(diǎn)數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開(kāi)關(guān)、按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。l 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)器容量，一般以步為單位，二進(jìn)制16位即一個(gè)字為一步。l 掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來(lái)衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時(shí)間來(lái)計(jì)算的，單位用s/步。l 功能擴(kuò)展能力可編程序控制

26、器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊應(yīng)用的需要，如AD模塊、DA模塊、位置控制模塊等。l 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。2) PLC的分類通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。按結(jié)構(gòu)形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。1. PLC系統(tǒng)的組成PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。1) PLC的硬件結(jié)構(gòu)一套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處

27、理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、IO擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖2-1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖。輸入電路CPUEPROMRAM輸出電路基本單元內(nèi)部電源擴(kuò)展I/O接口各種外設(shè)接口輸出信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)主機(jī)編程器打印機(jī)PC機(jī)輸入電路輸出電路擴(kuò)展單元輸出信號(hào)擴(kuò)展連接電纜至其他擴(kuò)展單元現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)圖2-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖圖2-2為三菱FX2N小型PLC產(chǎn)品主機(jī)示意圖。本課題中FX2N48MR為基本單元，(24入、16出)，M表示主機(jī)、R表示該單元為繼電器輸出型。4.2可編程序控制器的工作方式及編程語(yǔ)言1. PLC的工作方式開(kāi)始內(nèi)部處理通信處理RUN方式？輸入掃描程序執(zhí)行輸出處理NY1) PLC的

28、掃描工作方式 圖2-3 PLC的掃描過(guò)程可編程序控制器在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重要進(jìn)行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r(shí)的掃描過(guò)程如圖2-3所示，包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過(guò)程所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)度和掃描速度有關(guān)。2) PLC的程序執(zhí)行過(guò)程輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入 .輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X00

29、1Y001Y001M1讀讀PLC的程序的執(zhí)行過(guò)程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段，如圖2-4所示。圖2-4 PLC的程序執(zhí)行過(guò)程3) PLC的掃描周期在PLC的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時(shí)間。4) PLC的IO響應(yīng)時(shí)間PLC采用集中IO刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變，還會(huì)影響本次循環(huán)的掃描結(jié)果。輸出信號(hào)的變化滯后于輸入信號(hào)的變化，這產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯

30、后現(xiàn)象，最大滯后時(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。5觸摸屏介紹GOT圖形操作終端設(shè)備，即以前用操作面板進(jìn)行的開(kāi)關(guān)操作，燈顯示，數(shù)據(jù)顯示，信息顯示全部用監(jiān)控畫(huà)面替代。5.1觸摸屏的功能監(jiān)控PLC系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程：1） 將制作的畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)紾OT中；2） GOT與PLC連接進(jìn)行監(jiān)控：傳輸裝置-變行-透明傳輸功能（電腦與PLC直接連接，無(wú)需直線）三菱GOT系列GT10超小型機(jī)；GT11、GT12基本功能；GT15、GT16 定位高性能機(jī)5.2觸摸屏的特點(diǎn)1）色彩鮮明的畫(huà)面2）標(biāo)配USB接口3）支持各種連接形式4）豐富的畫(huà)面顯示5）透明傳輸系統(tǒng)6）多國(guó)語(yǔ)言7）一對(duì)多連接功能（可最多同時(shí)連接4個(gè)通道，最多可以監(jiān)控4個(gè)

31、FA設(shè)備，即PLC、伺服放大器、變頻器）5.3系統(tǒng)設(shè)置1）通信設(shè)置2）GOT寫入（寫入數(shù)據(jù)，初次使用GOT時(shí)，先寫入boots寫入模式：選擇寫入數(shù)據(jù)，TureType數(shù)字字體：黑體）3）GOT的讀取6.雙層立體車庫(kù)功能介紹6.1立體車庫(kù)系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由：PLC、組態(tài)監(jiān)控部分、電氣傳動(dòng)部分、檢測(cè)部分、手動(dòng)控制部分、支架模型系統(tǒng)圖見(jiàn)(2.1-1)：圖2.1-16.2 PLC核心控制部分系統(tǒng)核心部分采用三菱FX2N-48MR為控制元件，它是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了很多大型可編程控制器。它功能強(qiáng)大實(shí)用，價(jià)格便宜，工作穩(wěn)定可靠，2

32、4點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，采用繼電器輸出形式，可驅(qū)動(dòng)交直流負(fù)載，負(fù)載電流在2A左右。220V AC供電。并且輸入端內(nèi)部自帶24V直流電源，還可為負(fù)載提供直流電源。6.3 立體車庫(kù)控制要求 本系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)車位運(yùn)行狀態(tài)和其它參數(shù)，控制電機(jī)輪流工作，合理調(diào)度電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)以圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等方式，直觀、形象、實(shí)時(shí)地 反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及車位位置等 參數(shù)，并通過(guò)PLC通訊模塊與監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便 、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。如圖2.3-1圖3.1-1 號(hào)車位、2號(hào)車位、3號(hào)車位只能上下移動(dòng)，不能左右移動(dòng)； 4號(hào)車位、5號(hào)車位只能左右移動(dòng)，不能上下移動(dòng)； 下排車

33、位上的汽車可以直接開(kāi)出； 上排車位的汽車，要想開(kāi)出需要先按下相應(yīng)車位標(biāo)號(hào)呼叫按鍵，再按下叫車按鍵，然后下排車位先左右移動(dòng)，讓出位置，上排車位降至下層，再進(jìn)出車輛。 7 .立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1 PLC選擇本系統(tǒng)采用三菱公司的型號(hào)為FX2N-48MR的PLC,是一種具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便、同類產(chǎn)品價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。隨著電子科技發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之需要，PLC的功能也日益強(qiáng)大，例如位置控制及網(wǎng)絡(luò)功能等。7.2 I/O口分配針對(duì)本課題要求，我們規(guī)定了PLC輸入點(diǎn)分配。其中，X0到X2為呼叫開(kāi)關(guān)；X3到X6為功能開(kāi)關(guān)；X10至X20為限位開(kāi)關(guān)。1號(hào)車位上限開(kāi)關(guān)X103號(hào)車位下限開(kāi)關(guān)X202號(hào)車

34、位上限開(kāi)關(guān)X111號(hào)車位呼叫開(kāi)關(guān)X03號(hào)車位上限開(kāi)關(guān)X122號(hào)車位呼叫開(kāi)關(guān)X14號(hào)車位上限開(kāi)關(guān)X133號(hào)車位呼叫開(kāi)關(guān)X25號(hào)車位上限開(kāi)關(guān)X14 復(fù)位開(kāi)關(guān)X36號(hào)車位上限開(kāi)關(guān)X15叫車開(kāi)關(guān)X41號(hào)車位下限開(kāi)關(guān)X16停止開(kāi)關(guān)X62號(hào)車位下限開(kāi)關(guān)X17關(guān)于輸出點(diǎn)的定義，它們兩兩成對(duì)，構(gòu)成控制交流接觸器吸合條件。1號(hào)車平臺(tái)上升Y01號(hào)車平臺(tái)下降Y12號(hào)車平臺(tái)上升Y22號(hào)車平臺(tái)下降Y33號(hào)車平臺(tái)上升Y43號(hào)車平臺(tái)下降Y54號(hào)車平臺(tái)左移Y64號(hào)車平臺(tái)右移Y75號(hào)車平臺(tái)左移Y105號(hào)車平臺(tái)右移Y117.3 PLC外部接線端口圖系統(tǒng)外部接線如圖：:圖4.3-1根據(jù)I/O分配,及電路原理圖：7.4車位檢測(cè)部分F

35、X2N-48MR可編程控制器采用直流輸入形式，車庫(kù)所有車位到位及限位檢測(cè)采用了光電對(duì)管，檢測(cè)電路電源使用PLC內(nèi)部提供的24V直流電源，其最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)400mA.光電對(duì)管的導(dǎo)通電流在30mA左右，內(nèi)阻為600，為滿足光電對(duì)管的性能指標(biāo)，我們將可編程控制器的內(nèi)置24V直流電源上串聯(lián)了一個(gè)200/1W的大功率電阻。立體車庫(kù)共有6個(gè)上下到位檢測(cè)光電對(duì)管和3個(gè)左右到位檢測(cè)光電對(duì)管，總驅(qū)動(dòng)電流為9*30mA=270mA，小于可編程控制器24V直流電源的最大輸出電流，滿足設(shè)計(jì)要求。光電對(duì)管，也叫光電開(kāi)關(guān)，其實(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏三極管，分為反射式和直射的，都是通過(guò)集聚光線來(lái)控制光敏三極管的導(dǎo)通與截止。 無(wú)論如何，原理都是光電的轉(zhuǎn)化光電開(kāi)關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測(cè)物在小范圍內(nèi)晃動(dòng)也不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時(shí)，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時(shí)監(jiān)視光電開(kāi)關(guān)的工作。75手動(dòng)控制部分程序所用狀態(tài)元件、定時(shí)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均選用具有掉電保護(hù)功能的元件,當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)元件保持掉電前的狀態(tài),以保存現(xiàn)場(chǎng)信息,待上電后繼續(xù)完成被中斷的動(dòng)作;當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí),按下急停按鈕中止系統(tǒng)的運(yùn)行并保存現(xiàn)場(chǎng)斷點(diǎn)信息;當(dāng)出現(xiàn)如電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱電氣或機(jī)械故障時(shí),自動(dòng)中止系統(tǒng)的運(yùn)