毕业设计（论文）-基于PLC和MCGS的自动立体化停车库自动控制系统设计.doc

南通职业大学毕业设计说明书（论文）题目：基于plc和mcgs的自动化立体停车库自动控制系统设计姓 名： 专业名称：机电一体化技术 指导老师： 完成时间： 2010-05 iv南通职业大学毕业设计（论文）摘要随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是随着改革开放以来，我国进入了汽车拥有率迅速上升时候。以往那种单层平面停车场也越来越不能满足市场的需求。对多停车位、少占空间、使用操作简单、安全可靠的“立体停车库”的建设，是解决目前寸土寸金的大都市内停车难的有效办法。立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库，通过可编程控制器(programming logic controller，简称plc)控制车位空间位置的变动,使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。升降横移式立体车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来存取车辆。本文主要通过对升降横移式立体车库原理的研究，探讨了应用可编程控制器plc实现车库的控制系统，介绍了36立体车库模型实现情况。控制系统的监控采用基于windows平台的工控组态软件mcgs，通过对组态软件数据库的构建、动画的连接及控制流程编制、调试，实现了立体车库的监控系统，最后探讨了利用mcgs实现远程控制的网络功能。本文的研究对plc在计算机自动化控制系统中的应用，以及利用mcgs实现工业工程实时监控，提高工业的自动化水平，都具有很重要的实践意义。关键词：立体车库、可编程控制器plc 、mcgs工控软件组态、模拟仿真abstractalong with the our country economy rapid development, the urban populationincreases day by day, specially since along with the reform and open policy, theautomobile total quantity is more and more. formerly that kind of single-layer planeparking lot could not satisfy the demand of the market. to the multi- parking spots, little occupies of the space, the use operation is simple. three-dimensional garage,which is the effective solution of stops difficult in the present big city.the three-dimensional garage, which takes the single-layer plane parking lot asthe core, is the multi-dimensional space parking garage. it uses the programmablecontroller (programming logic controller, also called plc) to realize multiplemonolayer plane stops by controlling the berth space position the change. vertical-horizontal moving underground car parks, which realize multilayer berthfluctuation deposits and withdraws the vehicles by shifting the tray to produce thevertical channel.the article researches the theory of the three-dimensional garage, it hasdiscussed using programmable-controller plc to realizethe garage control system, and introduce the realization situation of 36 three-dimensional garage. the system simulation uses controls configuration software mcgs, which is based onthe windows platform. through establishing the database of configurationsoftware constructs, connecting the animation, preparing the control flow anddebugging the procedures, it has realized the three-dimensional garage monitoringsystem.the article research has the certain practice significance in the area of applyingthe plc in the computer control system as well as using mcgs to achieve real-timemonitoring of industrial projects, which raises the level of industrial automation. keyword:three-dimensional garage, programmable controller, monitor andcontrol generated system(mcgs), simulationabstract:目录摘要iabstractii目录iii第一章 绪论11.1 立体车库的概述11.1.1 概述11.1.2 立体车库的分类及其特点11.2 立体车库的国内外发展状况31.2.1 国外的发展状况31.2.2国内的发展现状41.3 论文的目的与意义6第二章 升降横移式立体停车库82.1 概述82.2升降横移式立体停车库的主要组成部分82.3 升降横移式立体车库车位结构82.4 升降横移式立体停车库的结构及运动规律8第三章 升降横移式立体停车库的控制系统103.1 升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成103.2 升降横移式立体停车库系统的控制形式113.2.1 继电器控制113.2.2 可编程控制器(programmable logiccontroller)113.2.3 单片微机(single chip microcomputer)控制133.3升降横移式立体停车库36控制系统143.3.1 升降横移式立体停车库控制系统的控制任务143.3.2 升降横移式立体停车库控制系统的基本要求163.3.3 升降横移式立体停车库控制系统硬件的确定17第四章 升降横移式立体停车库plc控制的控制程序244.1 软件所要完成的控制任务244.2 控制程序流程图244.3 升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成244.4 升降横移式立体停车库系统的控制形式274.5升降横移类立体车库的梯形图27第五章 基于mcgs对车库控制系统的应用研究365.1 mcgs工控组态软件简介365.2 mcgs的系统需求375.2.1 继电器控制375.2.2可编程控制器(programmable logiccontroller)375.3 基于mcgs仿真实现的意义385.4 mcgs软件研究分析及工程画面的实现385.5 mcgs实时数据库的研究405.5.1数据对象的类型405.5.2 车库控制系统数据库的研究及构造415.6 工程画面的连接及图面仿真研究415.7 控制系统控制流程的研究445.7.1 脚本程序简介445.7.2 脚本程序基本语句445.7.3脚本语言的编辑455.8 mcgs的网络通信51第六章 总结526.1主要总结526.2下一步工作52参考文献致谢南通职业大学毕业设计（论文）第1章 绪论1.1立体车库的概述1.1.1概述机械式立体车库就是以立体化的方式用机构来存取、停放车辆的整个停车设施，即用机械设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位取出的方式。机械式立体停车库是近几十年顺应市场经济发展，在市场需求的迫切影响下应运而生的一种新型停车系统，与传统的自走式停车库不同，在用地紧张，车多位少的状况下，将车辆多层存放，其最大的优点是能够大量节省有限的地表面积，将停车位向空间和地下发展，采用光机电方式存取汽车，自动化程度较高，代表了停车场的发展方向。1.1.2立体车库的分类及其特点机械式立体车库种类较多，运行原理和结构组成各有特点，目前我国把机械式停车设备共分为九大类，代码4d10-4d90，即：升降横移类(psh)，垂直循环类(pcs)、多层循环类(pds)、平面移动类(ppy)、巷道堆垛类(pxd)、水平循环类(psx)、垂直升降类(pcs)、简易升降类(pjs)、汽车专用升降机类(pqs)。上述各种类型的停车设备，采用不同的工作原理和技术，适用于不同的场地条件，各有其特点和优势。(1)升降横移类采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫升降横移机械式车库。升降横移式立体车库采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可采用，能利用多种场地条件，运用多种组合方式，有效利用场地现有空间，也能广泛使用于地下停车场及地面停车场的改造，主要应用在住宅社区的公用停车场、机关单位、商用写字楼、宾馆饭店的地上、地下停车场，如图1-1所示。 图1-1升降横移类立体车库 图1-2垂直循环类立体车库(2)垂直循环类采用垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆的停车设备直循环类立体车库。这种停车库设备动力单一、控制简单、占地面积小，适散地块，小规模停车场，也可用于机关单位及车辆不多、停车区域小又分散车场，如图1-2所示。 (3)水平循环类采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆的机械式设备的存车库叫做水平循环类立体车库，如图1-3所示。图1-3水平循环类立体车库 图1-4多层循环类立体车库(4)多层循环类多层循图环式机械立体车库是通过使载车板作上下循环运动，来实现车辆多层循环式停车的，从而实现减少占地面积，提高存取车自动化程度的机械式立体车库。多层循环式立体车库最适宜建造于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所，如建筑的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面，如图1-4所示。(5)平面移动类采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取停放车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类立体车库，如图1-5所示。图1-5平面移动类立体车库 图1-6巷道堆垛类立体车库 (6)巷道堆垛类巷道堆垛机械式停车库采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。这种停车库的设备是20世纪60年代后欧洲根据自动化立体仓库原理设计的一种专门用于停放小型汽车的立体停车库。该种立体车库的设备采用先进的计算机控制，是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停车库，它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题：全封闭车库，存车安全等特点。巷道堆垛机械式立体车库主要适用于需要大型密集式存车的地方，如图1-6所示。 (7)垂直升降类垂直升降类汽车停车库亦称为塔式机械立体停车库，它是通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。它又称为塔式立体停车库或电梯式立体停车库。垂直升降类停车库在我国发展比较快，特别是一些电梯企业因这类设备的升降机构部件与电梯类似，而对其进行了大量的研发上作，并大量生产，如图1-7所示。 图1-7垂直升降类立体车库图 1-8简易类立体车库 (8)简易升降类将停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机械式停车设备。简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式，如上图1-8所示。(9)汽车专用升降机汽车专用升降机是专门用于处于不同平面汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无自接存取的作用。当前，由于土地资源的稀缺，建设立体车库时，往往会遇到土地狭小而无法采用建设自走式坡道车库的情况，这个时候，就可以采取利用汽车升降机的办法，将汽车自接升降，替代汽车进入车库的斜坡道，大大节省了空间，提高了车库的利用效率。汽车升降机适用于小区、医院、酒店、写字楼、空港等多层车库，替代汽车自走坡道，节省了大量的土地，如上图1-9所示。 图1-9汽车专用升降机 1.2立体车库的国内外发展状况1.2.1国外的发展状况机械立体停车是解决大都市出现的停车难问题的有效方法。土地资源紧张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场都在亚洲的日本、韩国、中国等地。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十几年的历史。目前在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产机械式停车设备的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上。目前全日本已经投入使用机械式停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上。德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较好的公司有：意大利sotefin、interpark、德国palis等。由于欧洲国家土地资源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品，多层升降横移式产品应用很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上。韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。1.2.2国内的发展现状随着我国汽车工业和房地业的快速发展和轿车进入家庭速度的加快，从二十世纪八十年代开始在我国使用机械式停车设备经过近20年的发展，尤其是2000年以后得到了高速发展，机械式停车设备行业已从不为人知到目前已形成朝阳产业。机械停车设备在我国的应用及技术发展状况如下：一、机械停车设备的应用情况总的看，目前全国已有26个省（市）自治区的68个城市建设了机械式车库1000多座，车位数13万多个。具体应用情况如下：(1)从增长速度看：2000年：7345个车位/99个库存比上年增长5.1倍/1.98倍；2001年：10741个车位/121个库比上年增长1.46倍/1.22倍；2002年：24507个车位/196个库比上年增长2.28倍/1.62倍；2003年：33756个车位/303个库比上年增长1.38倍/1.55倍；2004年：51125个车位/393个库比上年增长1.5倍/1.3倍；(2)从城市覆盖情况看：2000年21个省32个城市；2001年23个省34个城市；2002年24个省46个城市；2003年26个省59个城市；2004年26个省68个城市；(3)从设备类型情况看，如下表1-1所示：二、机械式停车设备回顾和展望我国机械停车行业从第一台机械停车设备的建成到现在，已经走过了近二十个年头。从姗姗起步到近几年的高速蓬勃发展，机械式停车设备从最初人们对对它的陌生和排斥使用，到如今在大中城市的现代化建筑、居民小区等场合被大量采用，最终成为解决城市“停车难”的一种有效工具。表1-1全国机械式停车库（泊位）类型分布情况序号设备类型2000年2001年2002年2003年2004年拥有量新增量拥有量新增量拥有量新增量拥有量新增量拥有量1升降横移类（pqs）689064651335920434337892966463453451951086492简易升降类（pqs）3996601059113821979823179220353823巷道堆垛类（pqs）4262658308411364220528474888356314垂直升降类（pqs）1266854212079729181028394699249385平面移动类（pqs）0646474580910131822150533276垂直循环类（pqs）1588015882561844284212828124097多层循环类（pqs）74074074227301163178水平循环类（pqs）7440114011430144511959专用升降类（pqs）2653127585010840148总计1071710741214582450745965337567972151125130846(1)我国机械停车设备的发展二十世纪80年代，我国的国民经济进入了高速发展阶段，人们在修建楼堂馆所和房地产开发中，开始注意到与建筑物配套的停车位的建设。1988年我国第一个采用二层升降横移式机械停车设备的地下车库建成。两年后，首座竖直循环式机械车库建成；这两个机械车库的建成，揭开了我国机械式停车设备行业的开篇，为解决城市停车难的问题开了新的途径。从1999年开始，国内城市的汽车保有量开始大幅增加，再加上国内房地产开发不断的升温，城市停车难的问题日益突出。在此情况下，我国的机械式停车设备行业行到了一个高速发展的机遇，行业年销售机械车位数由1000多个，迅速增加到50000多个；生产企业也由最初的3-4家猛增到100多家，据统计截止到2004年底，已获得国家质量监督局颁发的生产许可证的主机生产厂为52家。市场的需求，推动了行业的发展，同时也促进了产品技术的更新。我国机械停车设备从最初简单的两层升降横移式，发展到现在技术含量最大的平面移动类，已拥有了九大类多种规格的停车设备。机械停车设备是一种机电一体化的产品，根据其使用的场合和数量，分为多种形式，每一种设备其结构不同，动作过程不同，它的控制复杂程度也不同，技术含量也不同。我国机械停车设备技术发展经过了三个阶段，第一个阶段为自主开发阶段，此阶段为行业发展初期，市场较小，主要靠生产企业根据客户要求，自行开发设计，因此种类较少，技术单一；第二阶段是技术引进阶段，当停车设备市场的需求加大时，国内外许多企业都开始看好这个行业，为了弥补各自的不足，开始寻求合作，于是国内出现了许多合资企业，或一些有实力的企业引进国外的技术，利用国外的成熟技术、国内的廉价的生产成本，加入到行业的竞争中；第三阶段就是消化与创新阶段，从2003年开始，市场竞争加剧，各企业为加强自身的竞争力，开始在降低产品成本，提高产品技术水平方面下功夫，对引进的技术，进行充分的消化与分析，并根据国内的实际使用情况进行改造与创新，走上自主开发的道路。我国机械停车设备经过了十多年的研制、开发与使用，现有产品可以说已基本上能够满足国内的需求，而且产品的质量也有很大的提高尤其是变频调速、激光测距、plc、ic卡触摸屏等新兴智能控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用，大大提高了产品的高技术含量和现代化水平。(2)未来机械式停车设备与技术的展望随着社会的发展，人们对城市的交通状况越来越重视。面对各大中城市日益增加的汽车，在解决动态交通问题的同时，也要加强对静态交通的管理。据有关部门统计，2004年，我国城市汽车保有量已突破1000万辆，到2010年将达到2000万辆。就北京市而言，汽车的保有量已超过了230万辆。数量如此众多的汽车停放，将对城市的交通和环境起着重大的影响。而停车难问题的出现，也给我们机械停车设备行业带来了巨大的市场，我国的机械停车设备行业也将从快速发展阶段进入稳定发展阶段。未来市场是巨大的，但对产品的需求，将会向两个极端发展：一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，这一部分的市场份额预计将达到70%-80%；另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。1.3论文的目的与意义随着我国经济持续快速的发展，大中型城市建设的不断加强，城市交通拥堵和停车成了影响城市发展的重要因素，路边停车和传统的自走式停车库已经不能适应城市发展的要求，再加上我国汽车保有量的不断增加，机械式立体车库成为解决这一问题的必然途径。机械式立体停车库在我国出现和使用虽然只有短短十几年，但发展迅速，方兴未艾，成效显著。不仅能够生产造价低廉，原理简单，使用方便的立体车库，而且也向高技术集成的高端立体车库产品发展，本文是研究的立体车库是类似于巷道堆垛式的较高端的立体车库，希望能在立体车库技术的某些方面做一些探索。 第二章 升降横移式立体停车库2. 1概述升降横移式立体停车库由于适应性强而备受青睐，该类车库每个车位均有载车板（即托盘），所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库内地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开出车库，升降由一台电机驱动，通过钢丝绳拖动搬运器垂直升降，横向移动借助导轨，也是利用一台电机便可实现车位的移动，它的主要优点在于同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，缩短了存取车的时间。车库可设在地上，也可设在地下，或一半设在地下一半设在地上。其钢结构框架按一定规格的分格单元进行组合，可纵向延伸、分段集中控制，也可横向并列，分排单独控制。车库组合布置的不同形式可适应不同场地条件的需要，配置非常灵活。2. 2升降横移式立体停车库的主要组成部分升降横移式立体停车库主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护措施五大部分组成。本文主要研究其控制系统。2.3升降横移式立体车库车位结构升降横移立体车库车位结构为nm二维矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为:p=nm一(n一1) 其中:n为二维矩阵的行，即车库的层数 m为二维矩阵的列，即车库的列数由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层(国家规定最高为4层)，以2, 3层者居多，可根据泊车的多少决定停车库的规模。假如要设计一座能提供16车位的三层升降横移式立体车库。由公式可知，n=3, p=16则m6，即设计36立体车库完全可满足要求。本论文就以36地面上布置的升降横移立体车库为例，介绍其运行原理。2.4升降横移式立体停车库的结构及运动规律图2-1是全地上布置型式的36升降横移式立体停车库，共18个车位，16个托盘，最多停16辆车，n号托盘上为n号车。车在库内运行的情况是这样的：图中1、 2、3、4、5号车直接存取车；16号车下降到地面层后存取车；6、7、8、9、10号车需通过1、2、3、4、5号车横移出空位后下降到地面层存取车。11、12、13、14、15、16号车位通过1、2、3、4、5号车位和6、7、8、9、10号车位的横移让出空位后，再下降到地面层存取车。如需在13号车位存取车，则将8、9、10号车位和3、4、5号车位向右移动，13号车位下降即可，如需在6号车位存取车则1、2、3、4、5号车位向右横移，6号车位下降即可。同样n层m排的存取车原理都是相同。图3-1全地上布置型式的psh16d/5k升降横移式立体停车库我们发现地面上布置的升降横移立体车库结构特点为:底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当底层车位要存取车时，无需移动其它托盘就可直接进出车;中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后托盘再上升回到原位置。其运动总原则是:升降复位，平移不复位。地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。 第三章 升降横移式立体停车库的控制系统3. 1升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成升降横移式立体停车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。升降横移式立体停车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。 控制系统车库现场人检测系统执行机构界面 图3-1车库系统控制原理框图升降横移式立体停车库的系统控制原理:操作者(人)要通过控制系统信息交流的平台(界面)把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。其系统控制原理框图，如图3-1所示。广义上来说，车库的控制系统主要有以下几部分组成:控制核心单元、接口、驱动单元和界面。控制核心单元是整个控制系统的“脑件”，它可随着控制形式的不同而不同，可以是继电器组成的逻辑电路，也可以是可编程控制器plc (programmable logic controller)或单片机系统。可编程控制器是现有车库控制系统的首选。接口在车库的控制系统中是必不可少。接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。接口电路大致有三种：开关量接口电路、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。升降横移式立体停车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电路。驱动单元是升降横移式立体停车库控制系统的最后一个环节，其种类及范围也很广。但在车库控制系统中，驱动单元比较单调，其驱动部件只有一个专用减速机(带刹车)。所以，智能控制的车库系统的运动是靠受控的驱动元件来驱动的。界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。操作人员可以通过界面向车库系统发送动作意图，车库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。简单的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机界面。升降横移式立体停车库控制系统的具体组成，要根据具体的控制形式而定，其组成形式也很灵活多样。3. 2升降横移式立体停车库系统的控制形式升降横移式立体停车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:继电器逻辑电路控制、可编程控制器控制、单片机控制。3.2.1继电器控制在升降横移式立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。但对于小型低成本的升降横移式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。 在小型的升降横移式立体停车库中，其控制元件比较少，专用性比较强，利用继电器控制，其电路也相应的简单，电路搭载用时少，成本也很低，适合于家庭用升降横移式立体停车库。继电器控制也有许多不足之处。第一，难以实现智能模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。所以对于大中型升降横移式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。3. 2. 2可编程控制器(programmable logic controller)控制国内外现有的升降横移式立体停车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体停车库中。可编程控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：1.灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。另外 plc产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系列又有低档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。plc还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。2.可靠性高、抗干扰能力强对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。plc的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使plc具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。首先，plc采用微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。另外，plc还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。硬件措施对于电源变压器、cpu和编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰;对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如lc或n型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的互相影响；对cpu这个核心部件所需的+5 v电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；在cpu与i/o电路之间，采用光电隔离措施，有效的隔离了内部电路与i/o间电的联系，减少故障和误动作;采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正常工作。软件措施监控程序定期的监测外界环境，如掉电、钳电压、后备电池电压过低及强干扰信号等:当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作;设置监视定时器wdt，如果程序每次循环执行时间超过了wdt规定时间，表明程序进入死循坏，立即报警;加强对程序的检查和校验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行;对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，确保信息不丢失。由于采取了以上措施，使plc的可靠性、抗干扰能力大大提高，这是plc控制优于单片计算机控制的一大特点。3.编程简单、使用方便用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而plc采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言”编程，容易掌握。例如目前大多数plc采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电器技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电器技术人员所接受。plc易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。它与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在plc内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的停车库控制设备来说，plc的控制速度是足够的。用单片计算机控制，只有在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调试也比较麻烦。而plc的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使用很方便。4.接线简单plc的接线只需将输入设备(如按钮、开关等)与plc输入端子连接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与plc输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。5.功能强现代plc不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成a/d, d/a转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库，又可控制一个车库群。既可现场控制，又可远距离控制。既可控制简单系统，又可控制复杂系统。6.体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于plc采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于plc是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。同样，可编程控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片微机控制;其开发潜力要差于单片微机，不如其功能灵活多样;通用性不好，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用等等。可编程控制器在升降横移式立体停车库的控制系统中被广泛的应用，并在停车库的发展演化中起着非常重要的作用，本文车库系统即采用可编程控制器控制形式。3. 2. 3单片微机(single chip microcomputer)控制单片微机就是我们通常所说的单片机，是将cpu, ram, rom(eprom)、定时器/计数器和1/0接口全部集成在一个硅片上。单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，所以在20世纪80年代以来得到飞速发展。理论上也可用于立体停车库系统，但实际上在立体停车库的控制系统中，单片微机控制却没有得到广泛的推广应用，其原因主要有以下几点：1.单片微机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；2.单片微机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻；3.单片微机自身就是弱电驱动，但是对于停车库系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可靠性就下降了；4.单片微机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。因此，单片微机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还不成熟，也是以后停车库系统研究开发的一个方向。3.3升降横移式立体停车库36控制系统升降横移式立体停车库的控制系统必须确保车库的各运动机构能够在规定的时间内准确无误完成所要求的动作，确保对车库现场的工作状况进行实时监控，并把监控信息反馈至系统的控制核心，由它对系统机构的运作进行修正，保证车库整个系统在稳定正常的状态下进行工作。所以，在确定车库控制系统时，首先应该明确系统的控制任务。3.3.1升降横移式立体停车库控制系统的控制任务制定升降横移式立体停车库控制系统的控制任务，前提是要深入了解被控对象车库的结构、运动规律等，并根据客户提出的控制要求和实际的可能性、必要性来确定其任务。本文均以36升降横移式立体停车库控制系统为例。图3-2 36升降横移式立体车库状态1现在我们在图3-2中的状态下对13号托盘取车,取车完毕后对8号托盘存车。根据车库的运动原则，8号和2号车位位于其垂直下方，必须要横移让出空位，所以就要求8,9,10号车位各向右横移一个车位，同时1,2号托盘各向左移一个车位,然后13号托盘便在提升机构的作用下，降到底层存车，如图3-3所示。图3-3 36升降横移式立体车库状态2现在在8号托盘存车，承接13号托盘取车过程，根据运动原则，8号托盘下必须要求空位，那么13号载车板必须提升到车位架的位置，停放完毕后，3号托盘就可以向左横移一个车位，如图3-4所示图3-4 36升降横移式立体车库状态3这样，8号载车板就可以下降到底层存车，停好车后8号托盘上升方便以后的存取，从图示状态完成13号托盘存取车，8号托盘存车后的状态如图3-5所示。图3-5 36升降横移式立体车库状态4根据运动的规律，不难发现，存取车过程中，涉及最多的就三个方面：一、为了让出空位，托盘需要横移；二、为了存取车，需要托盘的升降；三、托盘左右横移一个准确的停车位行程和升降到准确的位置。由此看出，控制任务主要就是要完成对横移、升降以及定位的控制。在升降横移式立体停车库中，每一个有效车位都有一组独立的横移和升降系统，分别由一个横移专用小型减速电机和一个升降专用减速大电机组成。横移定位靠安装在横移导轨规定位置的行程开关来完成，升降定位则靠安装在地面和车位架规定位置的行程开关来完成。控制横移电机和升降电机可以看作是控制系统的输出(开关量输出)，行程开关可以看作是控制系统的信号输入（开关量输入）。3.3.2升降横移式立体停车库控制系统的基本要求车库现场一般环境比较恶劣(一般为室外)，如高温、粉尘、高湿度、振动、强电设备启动的磁场干扰等，所涉及的控制系统除了要满足控制任务，还需要满足如下的基本要求：1.可靠性高车库控制系统在车库现场应能长期、可靠、稳定地工作。一方面，必须具有很强的抗车库现场干扰能力;系统设计时，就应根据使用环境，考虑合适的抗千扰措施。另一方面，控制系统必须能长期稳定的运行。如用下面公式来衡量，有效度a愈接近1，控制系统长期运行的可靠性就越高，这取决于合理的系统设计、控制电路的设一计、元器件质量、组装调试时严格的工艺规程等。 式中:mtbf平均无故障工作时间 mttr平均修理时问2.操作性能好车库控制系统的操作性能好，表现在它的使用性能和可维护性能两个方面，这是在系统硬件和软件设计时就要考虑和注意的坏节。使用性能方面，硬件设计时要尽量降低操作人员的专业知识要求，如控制界面不要太复杂，操作顺序简单、操作出错不会引起人身设备故障等，使操作人员感到容易学习，使用方便。软件开发时，按照软件工程的要求，尽量使用高级语言开发用户程序，使程序具有较好的开放性并易于再开发。在可维护性能方面，硬件设计时，控制柜应有较大的维修操作空间，硬件采用模块式组合结构，出现故障时，容易采用更换方式进行维修，从而缩短维修时间。软件设计时，应配有查错、故障诊断程序，使故障出现时，易于查找故障部位。3.通用性好工业控制技术发展迅速，更新换代快，而且被控对象的控制要求也会根据生产的发展不断提出新的要求。因此系统设计时，要考虑所设计的控制系统具第三章升降横移式立体停车库的控制系统益。要达到这一目的，系统设计时，主要采用标准化总线设计，输入输出通道设计。电源设计时，预留一定的余量和空间，这样功能扩充时，可以很方便的增加一些输入通道而不需重新更换控制柜，同时，只要更换cpu模块或模块扩展，就可以达到系统升级的目的。4.较高的经济指标设计车库的控制系统时，经济指标是始终要考虑的指标，即要有较高的价格性能比。这要根据实际的控制要求，在车库控制系统核心单元选型、检测传感器与驱动元件的选择、软件开发与运行、一系统组装与调试等费用方面综合进行考虑。3.3.3升降横移式立体停车库控制系统硬件的确定控制系统硬件确定主要包括系统控制形式及控制核心单元的选择、输入参量的检测和传感器的选择、输出驱动方式和驱动元件的选择、人机联系方式的选择，最后生成硬件接线图。一、控制系统控制核心单元的选择升降横移式立体停车库控制系统的控制核心单元确定与控制任务有关，36升降横移式立体停车库有11个提升大电机，10横移小电机，由控制单元的输出点控制，并要求实现正反转，故需要42个输出点；托盘行程开关：横移定位开关20个，升降定位有22个，行程开关的位置监测信号可作为控制系统的输入，即需 42个输入点。此外车库的控制系统要对车库运行进行监控、安全监测等。所以控制系统的输入/输出点至少在100以上，对于如此众多的输入/输出点，继电器和单片微机控制系统很难达到，而对于可编程控制器就显得很简单，它在理论上，可无限制