毕业设计99徐州建筑职业技术学院基于PLC控制的立体车库设计

毕 业 设 计 设计题目名称： 基于 PLC 控制的立体车库 学 生 姓 名： 余艳波 专业名称： 机电一体化 班 级： 机 电 04-2 学 制： 三 年 学 号： 0450053251 学历层次： 专 科 指导教师： 王 冬 梅 评 阅 人： 论文（设计）提交日期 2007 年 06 月 5 日 论文（设计）答辩日期 2007 年 06 月 19 日 徐 州 建 筑 职 业 技 术 学 院 二 七 年 六 月 五 日 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 2 毕业设计成绩评定书 专业、班级： 机电一体化 04-2 姓名 :余艳波 日期 : 1、设计题目： 基于 PLC 控制的立体车库 2、设计指导教师（签名）： 3、设计评阅人（签名） 评阅日期 4、评定意见及成绩 年 月 日徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 3 摘 要 :介绍了 PLC 在立体停车库中的应用，详细讨论了整个控制系统的功能以及硬件和软件设计。 关键词 : PLC 停车 控制 Abstract: The application of FP1 PLC in multi-layer parking system is described. The function of control system and the design of hardware and software are discussed in detail. Keywords: PLC Parking Control 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 4 引言 随着城市经济的腾飞，停车难已到了刻不容缓的地步。在寸土寸金的市中心，特别是宾馆、商场、购物中心等车辆集中的地区，只有向空中、向地下发展，建造相当数量的立体停车库已是必不可少。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 5 目录 第一章 概述 一节 PLC 的概术 （ 6 页 -8 页） 二节 PLC 的 结构和基本配置以及控制要点 （ 9 页 -18 页） 三节 立体车库的概述 （ 19 页 -22 页） 第二章 立体车库控制系统的设计 （ 22 页 -25 页） 第三章 系统的调试 （ 25 页 - 34 页） 第四章 系统的功能评价及现实意义 （ 35 页 -36 页） 致谢 . （ 37 页 -37 页） 参考文献 （ 38 页 -38 页） 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 6 第一章 概术 第一节 PLC 的概术 一、 PLC 的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控 制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC），现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（ IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 可编程控制器（ PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称 PC）。与个人计算机的 PC 相区别，用 PLC 表示。 PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（ IEC）颁布了对 PLC 的规定：可徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 7 编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其 有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中， PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流 PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 二 、 可编程控制器基本应用 最初， PLC 主要用于开关量的逻辑控制。随着 PLC 技术的进步，它的应用领域不断扩大。 如今， PLC 不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。 PLC 已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。 用于开关量控制 PLC 控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。 所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的；即时的、延时的；不需计数的，需要计数的；固定顺序的，随机工作的；等等，都可进行。 PLC 的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。 用 PLC 进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。目前， PLC 首用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。 用于模拟量控制 模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。 作为一种工业控制电子装置， PLC 若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各 PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。 PLC 进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的 A D、 D A 单元。它也是 I/O单元，不过是特殊的 I/O 单元。 A/D 单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入 PLC。 D/A 单元，是把 PLC 的数徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 8 字量转换成模拟量，再送给外电路。 作为一种特殊的 I/O 单元，它仍具有 I/O 电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是 PLC 工作内存的一个区。可读写）交换信息等等特点。 这里的 A/D 中的 A，多为电流，或电压，也有为温度。 D/A 中的 A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为 0 5V， 0 10V， 4 20mA。有的还可处理正负值的。 这里的 D，小型机多为 8 位二进制数，中、大型多为 12 位二进制数。 A/D、 D/A 有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。 有了 A/D、 D/A 单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的 PLC 并不难。中、大型 PLC 处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运 算。有的还有 PID 指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。计算机能算的它几乎都能算。 这样，用 PLC 实现模拟量控制是完全可能的。控制的单位值可小到 212 分之一的测量程值，多数也是足够的。 PLC 进行模拟量控制，还有 A/D、 D/A 组合在一起的单元，并可用 PID 或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。 用 PLC 进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如 PLC 方便。 当然，若纯为模拟量的系统，用 PLC 可能在性能价 格比上不如用调节器。这也是应当看到的。 用于数字量控制 实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有数字量。如机床部件的位移，常以数字量表示。 字量的控制，有效的办法是 NC，即数字控制技术。这是 50 年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过 40 80，有的甚至更高。 PLC 也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也完全可以用于数字量控制。 PLC 可接收计数脉冲，频率可高达几 k 到几十 k 赫兹。可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的 PLC 还有脉 冲输出功能，脉冲频率也可达几十 k。有了这两种功能，加上 PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），则完全可以依 NC 的原理实现种种控制。 高、中档的 PLC，还开发有 NC 单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 9 曲线插补，可控制曲线运动。所以，若 PLC 配置了这种单元，则完全可以用 NC 的办法，进行数字量的控制。 新开发的运动单元，甚至还发行了 NC 技术的编程语言，为更好地用 PLC 进行数字控制提供了方便。 第二节 PLC 的结构和基本 配置以及控制要点 一 、 PLC 的结构 一般讲， PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC，有一块 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。 PLC 的基本结构框图如下： 接受 驱动 驱动 现场信号 受控元件 1 CPU 的构成 PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指 令输入接口部件 中央处理单元 CPU 板 电 源 部 件 接口部件输出 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 10 规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路， 与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控 制器指挥下工作。 CPU 虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU 内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC 中的功能与性能，能正确地使用它就够了。 CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲， CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式 PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接 I/O 模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。 CPU 模块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、内存区等。 2、 I/O 模块： PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，按 I/O 点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 3、电源模块： 有些 PLC 中的电源，是与 CPU 模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。同 时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流 220VAC 或 110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为 24V。 4、底板或机架： 大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 5、 PLC 的外部设备 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 11 外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类 1） 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC及 PLC 所控制的 系统的工作状况。编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 2） 监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 3） 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、 EEPROM 写入器等。 4） 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。 6、 PLC 的 通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的 重要性越来越显著，甚至有人提出 网络就是控制器 的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC 的通信，还未实现互操作性， IEC 规定了多种现场总线标准， PLC 各厂家均有采用。 对于一个自动化工程 (特别是中大规模控制系统 )来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其 次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间 、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 RS-232 接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 当然， PLC 之间的通讯网络是各厂家专用的， PLC 与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的 PLC 之间、 PLC 与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 了解了 PLC 的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 12 又合理，尽可能发挥 PLC 所提供的最佳功能。 二 、 可编程控制器实现控制的要点 1、 入出信息变换、可靠物理实现，可以说是 PLC 实现控制的两个基本要点。 入出信息变换靠运行存储于 PLC 内存中的程序实现。 PLC 程序既有生产厂家的系统程序 (不可更改 )，又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。可靠物理实现主要靠输人（ INPUT）及输出（ OUTPUT）电路。 PLC 的 I/O 电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业 控制元器件，如电磁阀、接触器等等。 I/O 电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个 I 或 O 电路。 PLC 有多 I/O 用点，一般也就有多少个 I/O 用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。 输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的 这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是 PLC 处理器 I/O 口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系 统程序实现。把输人暂存器的信息读到 PLC 的内存中，称输入刷新。 PLC 内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（ bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成 1，表示接点通，置成 0 为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。 输出锁存器与 PLC 内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（ bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行系统程序，输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这 样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于 PLC 有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。 图片： 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 13 2 可编程控制器实现控制的过程 简单地说， PLC 实现控制的过程一般是： (如图 1-1-1 PLC 典型开机流程 ) 输入刷新 -再运行用户程序 -再输出刷新 -再输入刷新 -再运行用户程序 -再输出刷新 永不停止地循环反复地进行着。 图 1 1 1 所示的流程图反映的就是上述过程。它也反映了信息的时间关系。 有了上述过程，用 PLC 实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 14 得到的输入信息存入 PLC 的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着，所以，输出总是 反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。 为此， PLC 的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是 PLC 实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。 图 1 1 1 所示的过程是简化的过程，实际的 PLC 工作过程还要复杂些。除了 I/O 刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。 公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。 监控循环 时间的目的是避免 死循环 ，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用 看门狗 （ Watching dog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理 . 外设服务是让 PLC 可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据 . 通讯处理是实现 PLC 与 PLC，或 PLC 与计算机，或 PLC 与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强 PLC 控制能力的需要。 也就是说，实际的 PLC 工作过程总是：公共处理 -I/O 刷新 -运行用户程序 -再公共处理 -反复不停地重复着。 3、 可编程控制器实现控制的方式 用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。 在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到 之处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。 但是， PLC 在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 15 PLC 的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现 -信息处理、 I/O 电路 -空间、时间关系 -扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解 PLC 是怎样去实现控制 的，也就好把握住 PLC 基本原理的要点了。至于更深入的问题，在进一步学习中，将再作具体介绍。 4、 可编程控制器基本特点 从讨论 PLC 的工作原理知， PLC 的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；而是靠信息过程，用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。 信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息还可重用，等等。正是由于信息的这些特点，决定了 PLC 的基本特点。 下面介绍 PLC 的四个特点： 功能丰富 PLC 的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。 它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。 它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。 I/O 继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至 10 几万。这意味着它可进行这么多 I/O 点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。 它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器 ，怎么不多！ 它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。 而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。 它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。 PLC 还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 16 数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。 PLC 还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。 PLC 还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。 丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。 像 PLC 这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的； 更是传统的继电控制电路所无法比拟的。 使用方便 用 PLC 实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：首先 PLC 控制逻辑的建立是程序 , 用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！ 其次 PLC 的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块， PLC 厂家多有现货供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。 正因如此，用可编程序控制器才有这个 可 字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变， 而且也易于变。 具体地讲， PLC 有五个方面的方便： （ 1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的 PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。 （ 2）安装方便： PLC 硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的 DIP 开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。 （ 3）编程方便： PLC 内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系 统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的 PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。 PLC 内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC 的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 17 不受什么限制。 PLC 的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。 PLC 还有存储数据的内存区，可存储控制 过程的所有要保存的信息。 总之，由于 PLC 功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是 PLC 本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。 PLC 的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控 PLC 的工作。使用 PLC 的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC 语言、 C 语言，以至于自然语言。这些也为 PLC 编程提供了方便。 PLC 的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的 PLC 的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起 继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。 （ 4）维修方便：这是因为： PLC 工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述 PLC 的第三个特点时，还将进一步介绍。 即使 PLC 出现故障，维修也很方便。这是因为 PLC 都设有很多故障提示信号，如 PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且， PLC 本身还可作故障情况记录。所以， PLC 出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好 后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。 （ 5）改用方便： PLC 用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的 PLC 还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。 工作可靠 用 PLC 实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为 PLC 在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果 PLC 工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为 PLC 了。 1） 在硬件方面： PLC 的输入输出电路与内部 CPU 是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁 器件传递。而且， CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保 PLC 程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。 PLC 使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 18 供了物质基础。 在机械结构设计与制造工艺上，为使 PLC 能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC 耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏 50 多度，有的 PLC 可高达 80-90 度。 有的 PLC 的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。 还有更进 一步冗余的，采用三取一的设计， CPU、 I/O 模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。 2） 在软件方面： PLC 的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的 冒险竞争 ，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了 PLC 对应急情况的及时响应，使 PLC 能可靠地工作。 为监控 PLC 运行程序是否正 常， PLC 系统都设置了 看门狗 （ Watching dog）监控程序。运行用户程序开始时，先清 看门狗 定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（一般不超过 100ms），则报警。严重超时，还可使 PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程， PLC 将正常工作。显然，有了这个 看门狗 监控程序，可保证 PLC 用户程序的正常运行，可避免出现 死循环 而影响其工作的可靠性。 PLC 还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正 常与否的提示信号 。可通过编制相应的用户程序，对 PLC 的工作状况，以及 PLC 所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。 PLC 每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。 正是 PLC 在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了 PLC 具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。 曾有人做过为什么要使用 PLC 的问卷调查。在回答中，多数用户把 PLC 工作可靠作为选用它的主要原因，即把 PLC 能可靠 工作，作为它的首选指标。 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 19 第三节 立体车库的概述 本节是对 TVT-99C 立体车库模型做一个详细的介绍，包括其主要结构、使用方法、使用时的注意事项等等。 一主要结构： 立体 车 库主体由底盘、四层十二 车 位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。 机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。 电气控制是由松下电工生产的 FP0 型可编程序控制器 (PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。 本系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝 杠作为主要传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回。整个系统需要三维的位置控制。 二使用方法：首先熟悉控制面板上的开关及按钮功能及 车 位号（见图一、二） 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 20 图一控制面板上的开关及按钮功能 图二控制面板上的 车 位号 表一、控制面板上的按钮功能表 按键号 功能选择 定义 1 自动 选择 1 号 车 位 手动 机构水平向左移动 2 自动 选择 2 号 车 位 手动 机构垂直向下移动 3 自动 选择 3 号 车 位 手动 机构水平向右移动 4 自动 选择 4 号 车 位 手动 机构水平向后移动 5 自动 选择 5 号 车 位 手动 机构垂直向上移动 6 自动 选择 6 号 车 位 手动 机构水平向前移动 7 自动 选择 7 号 车 位 手动 无意义 8 自动 选择 8 号 车 位 手动 无意义 9 自动 选择 9 号 车 位 手动 无意义 10 自动 选择 10 号 车 位 手动 无意义 11 自动 选择 11 号 车 位 手动 无意义 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 21 12 自动 选择 12 号 车 位 手动 无意义 具体的操作步骤如下： 1接通电源。 2将选择开关置手动位置（此时此时 1 6 号有效） 3分别点动按键 1、 2、 3、 4、 5、 6，观察水平（ X 轴）、垂直（ Y 轴）、前后（ Z 轴）各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时，应执行限位保护（运行自动停止）。 4用计算机编写程序并下载至 PLC。 5.将选择开关置自动位置（通电状态下，各机构复位，即返回零位）。 6.将一带托盘汽车模型置零号 车 位，放置模型时，入位要准确，并注意到 车 位底部检测开关已动作。 7.执行送指令 （ 1）选择欲送 车 位号，按动 车 位号对应按钮，控制面板上的数码管显示 车 位号。 （ 2）按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择 车 位内已有汽车，则该指令不被执行）。 （ 3）指令完成后，机械自动返回。 （ 4）零号 车 位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。 8.执行取指令 （ 1）选择欲取 车 位号，按动 车 位号对应按钮，控制面板上的数 码管显示 车 位号。 （ 2）按动取指令按钮，观察取出动作（若被选择 车 位内无汽车，则该指令不被执行）。 （ 3）指令完成后，机构自动复位。 （ 4）零号 车 位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。 9、当零号 车 位上有货物时，若无外部操作指令，“就绪”灯亮，延时 10 秒后，自动将货物放在 车 库号最小的空位上，依次类推。如 1#、 2#、 3#、 4#都已有货物，程序延时 10 秒，10 秒内若无外部操作指令，自动将货物放在 5#车 库。如 1#、 3#、 4#都已存放货物， 10 秒内若无外部操作指令，自动将货物放在 2#车 库。在延时的 10 秒 内，若按下数字 5#，然后按下“送”键，则运行机构将货物放入 5#库，若按下 5#键后，想取消此操作，可按下“放弃”键。此时，程序又处在待命状态，“就绪”灯亮，又可进行其它操作。 10当零号 车 位上无货物时，若无人操作，“就绪”灯亮 10 秒后，程序将把数值最大 车 库号徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 22 里的物品转运至没有放货物的 车 号比它小的 车 库里。如 1#、 2#、 5#有物，该程序将自动把5#物品转至 3#车 库。若需从 5#取回物品，放入 4#库，操作步骤如下：“就绪”灯亮时，按下按钮键“ 5”，再按“取”键，运行机构执行程序要求取回货物后，停在起初位置。此时按按 键 4#，再按“送”键，运行机构将把货物放在 4#库，然后停在起初位置，“就绪”灯亮10 秒后，若无外部操作指令，程序又将 4#库货物转至 3#库。 三、 装置中已实施的硬件保护 1） 、 X 轴极限位保护（ SQ0、 SQ1） 2） 、 Y 轴极限位保护（ SQ2、 SQ3） 3） 、 Z 轴极限位保护（ SQ4、 SQ5） 4） 、 X 轴、 Y 轴、 Z 轴协调保护（ SQ6、 SQ7 硬件联锁） 以上各种保护开关，确保在编程实验中、立体 车 库在程序出错时，并不损坏该装置。 四、技术参数： 1) 输入电压： AC200V 240V（带保护地二芯插座）或 DC24V， 耗电量 250W。 2) 环境：温度 -5 40 摄氏度，湿度小于或等于百分之八十。 3) 外形尺寸： 60 X 45 X 60cm 五 、注意事项： 1) 当 0#位有车时，只能有“送”的操作， 0#位无车时，只有“取”的操作。 2) 取、送汽车模型应观察模型到位情况，应注意检测开关的动作情况。 3) 需用手取送汽车模型时，应在断电状态下进行。 4) 立体车库模型应水平放置，并观察 Y 轴与库体垂线重合情况，若重合不良，应在垫角下垫某一厚度垫片解决。 第二章 立体车库控制系统的设计 一 、控制要求 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 23 1将选择开关置于手动位置（此时 1 6 号有效） ，分别点动按键 1、 2、 3、 4、5、 6，观察水平（ X 轴）、垂直（ Y 轴）、前后（ Z 轴）各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时，应执行限位保护（运行自动停止）。 2.将选择开关置自动位置（通电状态下，各机构复位，即返回零位）。 3.将一带托盘汽车模型置零号 车 位，放置模型时，入位要准确，并注意到 车 位底部检测开关已动作。 4.执行送指令 （ 1）选择欲送 车 位号，按动 车 位号对应按钮，控制面板上的数码管显示 车 位号。 （ 2）按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择 车 位内已有汽车，则该指令不被执行）。 （ 3）指令完成后，机械自动返回。 （ 4）零号 车 位已无汽车，则下一个送指令（误操作）将不被执行。 5.执行取指令 （ 1）选择欲取 车 位号，按动 车 位号对应按钮，控制面板上的数码管显示 车 位号。 （ 2）按动取指令按钮，观察取出动作（若被选择 车 位内无汽车，则该指令不被执行）。 （ 3）指令完成后，机构自动复位。 （ 4）零号 车 位已有汽车，则下一个取指令（误操作），将不被执行。 6、当零号 车 位上有货物时，若无外部操作指令，“就绪”灯亮，延时 10 秒后，自动将货物放在 车 库号最小的空位上，依次类推。如 1#、 2#、 3#、 4#都已有货 物，程序延时 10 秒，10 秒内若无外部操作指令，自动将货物放在 5#车 库。如 1#、 3#、 4#都已存放货物， 10 秒内若无外部操作指令，自动将货物放在 2#车 库。在延时的 10 秒内，若按下数字 5#，然后按下“送”键，则运行机构将货物放入 5#库，若按下 5#键后，想取消此操作，可按下“放弃”键。此时，程序又处在待命状态，“就绪”灯亮，又可进行其它操作。 7当零号 车 位上无货物时，若无人操作，“就绪”灯亮 10 秒后，程序将把数值最大 车 库号里的物品转运至没有放货物的 车 号比它小的 车 库里。如 1#、 2#、 5#有物，该程序将自动把5#物品转至 3#车 库。若需从 5#取回物品，放入 4#库，操作步骤如下：“就绪”灯亮时，按下按钮键“ 5”，再按“取”键，运行机构执行程序要求取回货物后，停在起初位置。此时按按键 4#，再按“送”键，运行机构将把货物放在 4#库，然后停在起初位置，“就绪”灯亮10 秒后，若无外部操作指令，程序又将 4#库货物转至 3#库。 二、 I/O 地址分配表 立体 车 库 I/O 分配表 输 入 部 分 输 出 部 分 X0 Y0 横轴脉冲 X1 Y1 竖轴脉冲 X2 Y2 横轴方向 I 0 X3 Y3 竖轴方向 I 0 X4 货台回 位限位 Y4 X5 货台到位限位 Y5 X6 货台是否有物 Y6 货台前升 徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书 24 X7 自动手动 (0 1) Y7 货台退回 X20 十 六 进 制 输 入 键盘值 1 位 Y20 显示 部分 就绪 X21 键盘值 2 位 Y21 取 X22 键盘值 3 位 Y22 放 X23 键盘值 4 位 Y23 十位显示 X24 横轴右限位 Y24 BCD 码输 出显 示 BCD 码 1 位 X25 横轴左限位 Y25 BCD 码 2 位 X26 竖轴上限位 Y26 BCD 码 3 位 X27 竖轴下限