0100-基于PLC立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,立體車庫,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）名稱 基于PLC立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）類型 B 指導(dǎo)教師 孫 祥 國 學(xué)生 姓名 曾 勇 學(xué)號(hào) 030110229 系、專業(yè)、班級(jí) 機(jī)電031 一、選題依據(jù)：（簡述研究現(xiàn)狀或生產(chǎn)需求情況，說明該設(shè)計(jì)（論文）目的意義。） 由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市人口、城市車輛逐年增多, 市區(qū)停車問題亟待解決。傳統(tǒng)的單層平面停車場(chǎng)占用大量寶貴的土地資源，越來越不能滿足需求。建造在地下的堆垛式立體車庫具有高密度的特點(diǎn)，是停車庫中最為先進(jìn)的形式，這種形式的車庫容量大，大型的容量可達(dá)1000～3000個(gè)車位，其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價(jià)比高、安全可靠、調(diào)車速度快、自動(dòng)化程度高，是各大城市解決停車難的最佳選擇。 自動(dòng)化立體車庫是集自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的智能化、立體化的物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)而可靠的完成車輛的存儲(chǔ)以及相關(guān)信息的管理。對(duì)該系統(tǒng)的開發(fā)與研究，可以解決我國停車難的問題，具有非常大的理論意義和使用價(jià)值。 二、設(shè)計(jì)（論文研究）思路及工作方法 自動(dòng)化立體車庫通過可編程序控制器控制車位的空間位置變動(dòng)，使車位能夠?qū)崿F(xiàn)空間到平面的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)多重單層平面停車的功能。PLC作為自動(dòng)化工業(yè)控制器，目前國內(nèi)的眾多升降橫移式立體停車庫中，其控制核心單元多為PLC，并通過控制按鈕，由工作人員現(xiàn)場(chǎng)操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)車庫的管理和控制?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）是以微電子技術(shù)為核心的一種新型工業(yè)控制器，立體車庫動(dòng)作復(fù)雜，要求控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作控制、速度控制、定位控制及安全互鎖控制。所以PLC是立體車庫的首選的控制系統(tǒng)。 三、設(shè)計(jì)（論文研究）任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排。 1.學(xué)習(xí)PLC、搜集資料、了解機(jī)械式車庫的發(fā)展 3.5-3.25 2.對(duì)比立體車庫的類型、確定選用車庫的類型 3.26-4.2 3.確定PLC的型號(hào)、輸入信號(hào)與輸出器件 4.3-5.3 4.編寫車庫門、車庫內(nèi)部控制梯形圖 5.4-5.22 5.編寫說明書 、繪圖并總結(jié) 5.23-6.5 6.檢查答辯 6.6-6.24 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作組審核意見 難度 分量 綜合訓(xùn)練程度 教研室主任： 年 月 日 設(shè)計(jì)（論文）類型：A—理論研究；B—應(yīng)用研究；C—軟件設(shè)計(jì)；D-其它等。 該方案是基于PLC立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)化立體車庫是集自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一 體的智能化、立體化的物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)而可靠的完成車輛的存儲(chǔ)以及相關(guān)信息的管理。對(duì)該系統(tǒng)的開 發(fā)與研究，可以解決我國停車難的問題，具有非常大的理論意義和使用價(jià)值。 在程序設(shè)計(jì)之前，首先確定車庫的類型和平面結(jié)構(gòu)。不同立體車庫機(jī)構(gòu)的布置和同一立體車庫機(jī)構(gòu)的選擇等都 不相同，所以對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)部分也就相應(yīng)地有差別。由于堆垛式立體車庫的運(yùn)行效率高、可靠性好等，且能 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理，具有 的應(yīng)用前 ， 用PLC 可 程序控制器 設(shè)計(jì)一 地 堆垛式立體車庫的 控制系統(tǒng)。而在設(shè)計(jì)的 程 ，為 于系統(tǒng)的 ，理 系統(tǒng) ， 車庫的控制系統(tǒng)和智能 運(yùn) 系統(tǒng)、堆垛控制系統(tǒng)分開 設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 分體現(xiàn) PLC在自動(dòng)控制 的 。該設(shè)計(jì)的方 是 以平面停車?為￠￡，?靠￥?、§機(jī)等currency1動(dòng)車'， 用PLC“? 控制車''置?動(dòng) 程。設(shè)計(jì)一?fi型 fl 機(jī)–式停車庫控制系統(tǒng)，? ? · 設(shè)計(jì)的方 ，?? ??。”?方 具有?…意義，可用于‰ 意車'的設(shè)計(jì)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）說 明 書 四 川 理 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于 PLC 的立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系：機(jī)電工程系 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)電 031 學(xué)號(hào)：030110229 學(xué)生： 曾 勇 指導(dǎo)教師： 孫 祥 國 接受任務(wù)時(shí)間 2007/3/5 教研室主任 （簽名） 系主任 （簽名） 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 1. 確定車庫類型的選擇 2. 繪制立體車庫的平面結(jié)構(gòu)簡圖 3. 列出進(jìn)出車庫、停車庫兩個(gè)系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào) 4. 根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)確定 PLC 的型號(hào)，并選址 5. 編寫進(jìn)出車庫、停車庫系統(tǒng)的邏輯梯形圖 2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明 1.宮淑貞、王東青.可編程序控制器原理與應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2002.7 2.徐世許.可編程序控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò).安徽：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2000.9 3.楊公源.可編程序控制器原理與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2004.5 4.劉涳.常用低壓電器與可編程序控制器.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005 3．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 學(xué)習(xí) PLC、搜集資料、了解機(jī)械式車庫的發(fā) 展 2007.3.5-2007.3.25 2 對(duì)比立體車庫的類型、確定選用車庫的類型 2007.3.26-2007.4.2 3 確定 PLC 的型號(hào)、輸入信號(hào)與輸出器件 2007.4.3-2007.5.3 4 編寫車庫門、車庫內(nèi)部控制梯形圖 2007.5.4-2007.5.22 5 編寫說明書 、繪圖并總結(jié) 2007.5.23-2007.6.5 6 評(píng)閱及答辯 2007.6.6-2007.6.24 摘 要 I 摘 要 自動(dòng)化立體車庫是集自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的智能化、立 體化的物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)而可靠的完成車輛的存儲(chǔ)以及相關(guān)信息的管理。對(duì)該 系統(tǒng)的開發(fā)與研究，可以解決我國停車難的問題，具有非常大的理論意義和使用價(jià)值。 在程序設(shè)計(jì)之前，首先確定車庫的類型和平面結(jié)構(gòu)。不同立體車庫機(jī)構(gòu)的布置和 同一立體車庫機(jī)構(gòu)的選擇等都不相同，所以對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)部分也就相應(yīng)地有差別。 由于堆垛式立體車庫的運(yùn)行效率高、可靠性好等，且能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理，具有廣泛 的應(yīng)用前景，因此利用 PLC（可編程序控制器）設(shè)計(jì)一個(gè)地下堆垛式立體車庫的控制系 統(tǒng)。而在設(shè)計(jì)的過程中，為了便于系統(tǒng)的檢查，理清系統(tǒng)思路，嘗試把進(jìn)出車庫的控 制系統(tǒng)和智能搬運(yùn)系統(tǒng)、堆垛控制系統(tǒng)分開來設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了 PLC 在自動(dòng)控制中的優(yōu)勢(shì)。該設(shè)計(jì)的方法是：以平面停車場(chǎng)為核心，依靠油泵、電機(jī)等移 動(dòng)車位，利用 PLC 指令來控制車位位置變動(dòng)進(jìn)程。設(shè)計(jì)一種新型雙層機(jī)械式停車庫控 制系統(tǒng)，文中提出了軟件設(shè)計(jì)的方法，并改進(jìn)了速度。這種方法具有普遍意義，可用 于任意車位的設(shè)計(jì)。 本文概述了我國停車場(chǎng)的現(xiàn)狀，提出了在市區(qū)建設(shè)立體車庫的必要性；并簡單概 括了自動(dòng)化立體車庫的類型、特點(diǎn)和選型標(biāo)準(zhǔn)等等；還介紹了 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作 原理、工作方式和編程的規(guī)則等；最后詳細(xì)介紹了地下堆垛式立體車庫和控制系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)、工作原理、軟件的實(shí)現(xiàn)，分析了系統(tǒng)的控制流程和 PLC 控制的梯形圖。該系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)了立體車庫的有效控制與管理，充分發(fā)揮該車庫的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)，PLC，傳感器，堆垛式立體車庫 Abstract II Abstract Automated multi-layer garage is a intellectualized and stereoscopic system of physical distribution 、storage and transportation, which bases on automated technique、robot technology and computer technology. It can complete the storage of vehicle and the management of related information automatically and reliably. The development and research of this system could solve the parking problem in our country, so it is possessed of significant theoretical meaning and use value. The Before programming, the type of garage and its planer construction are made certain. The mechanisms’ placement of different Multi-layer Garages is dissimilar, so is the mechanisms’ selection of the same multi-layer garages. As a result, the corresponding part of control system makes a difference. Because multi-layer garage’s operating efficiency is high、 its reliability is good. It can implement full automation management, so it possesses the extensive application foreground. Programmable logic controller is use to design an automatic control system for stow-typed multi-layer garage under ground in this paper. In the course of design, In order to check the system and know the thought of it easily, so the control systems were tried to design respectively, containing the garage control system、the intelligent transit system and stow control system. The whole system shows PLC’s advantage fully in the automatic control. The status quo of garage in our country is summarized in this paper, the necessity of building a stereo-garage in a downtown is advanced as well. We introduce the types、features and the standard of electrotype of the automated multi-layer garage, etc. And then the system organization、 principle of operation、operate mode and programmatic rule of PLC are introduced; at last, its system configuration, operating principles, soft realization are detailed introduced. Flow control and ladder diagram of PLC are analyzed. This system makes automated multi-layer garage controlled and managed in effect, and gives full play to the garage’s characteristic. key words：Control system; PLC; Sensor; Tow-typed multi-layer garage III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT .II 第 1 章 緒 論 1 1.1 本文的目的和意義 .1 1.2 國內(nèi)外立體車庫的研究現(xiàn)狀 1 1.2.1 國外立體車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2 我國立體停車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)和方法 2 第 2 章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 .4 2.1 自動(dòng)化立體車庫的類型 .4 2.1.1 水平循環(huán)式立體停車庫 4 2.1.2 垂直循環(huán)式立體車庫 5 2.1.3 垂直升降式立體車庫 5 2.1.4 升降橫移式立體車庫 6 2.1.5 輸送帶式立體停車庫 7 2.2 自動(dòng)化立體車庫的特點(diǎn) 8 2.3 立體車庫的主要技術(shù)指標(biāo) 9 2.3.1 適用車型 9 2.3.2 停車車位空間 .9 2.3.3 庫容與庫容利用率 10 2.3.4 車輛存取時(shí)間 10 2.4 立體車庫設(shè)計(jì)選型的要點(diǎn) .11 2.4.1 立體車庫庫址選擇 11 2.4.2 適用車型的確定 11 2.4.3 立體車庫容量的確定 .12 2.4.4 選型 .12 第 3 章 可編程序控制器（PLC）的簡介 .13 3.1 可編程序控制器的特點(diǎn) 13 3.2 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 14 3.2.1 中央處理單元（CPU） 15 3.2.2 開關(guān)量輸入/輸出單元 15 3.3 PLC 的工作原理 18 3.3.1 輸入刷新階段 19 3.3.2 程序執(zhí)行階段 19 3.3.3 輸出刷新階段 19 3.4 可編程序控制器的編程方式 .21 3.4.1 梯形圖語言 22 3.4.2 指令助記符語言 23 IV 3.5 PLC 應(yīng)用編程的原則和步驟 .23 3.5.1 編程中遵循的基本原則 .23 3.5.2 編程的進(jìn)行步驟 24 第 4 章 堆垛式立體車庫的系統(tǒng)構(gòu)成 25 4.1 運(yùn)行原理和特點(diǎn) 25 4.2 車庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 25 4.3 信息管理系統(tǒng) .26 4.3.1 上位機(jī) .26 4.3.2 熱備機(jī)系統(tǒng) 27 4.4 出入口控制系統(tǒng) 27 4.4.1 服務(wù)器 .27 4.4.2 激光檢測(cè)系統(tǒng) 27 4.4.3 主控 PLC 系統(tǒng) 27 4.5 智能機(jī)械系統(tǒng) .28 4.5.1 堆垛機(jī)系統(tǒng) 28 4.5.2 水平交接系統(tǒng) 28 第 5 章 立體車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 5.1 進(jìn)出車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 5.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .29 5.1.2 梯形邏輯圖 32 5.1.3 小結(jié) .34 5.2 地下停車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .35 5.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理 .35 5.2.2 堆垛機(jī)到位原理 36 5.2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 5.2.4 邏輯梯形圖 41 5.3 控制系統(tǒng)的改進(jìn)和運(yùn)行速度的改善 42 結(jié) 論 44 參考文獻(xiàn) .45 致 謝 47 附錄 1：指令語言 48 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒 論 1.1 本文的目的和意義 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、車滿 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)展立體停車已成為人們的共識(shí)。目 前我國經(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和加入世界貿(mào)易組織 步伐的加快，汽車普遍進(jìn)入家庭已為期不遠(yuǎn)，停車市場(chǎng)前景廣闊。機(jī)械式立體停車庫 既可以大面積使用，也可以見縫插針設(shè)置，還能與地面停車場(chǎng)、地下停車庫和停車樓 組合實(shí)施。是解決城市停車難最有效的手段，是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。 1.2 國內(nèi)外立體車庫的研究現(xiàn)狀 介紹國內(nèi)與國外在立體車庫發(fā)展上存在的差距，并著重指出我國現(xiàn)在靜態(tài)交通相對(duì) 于動(dòng)態(tài)交通的滯后，并且影響了動(dòng)態(tài)交通的正常運(yùn)行。 1.2.1 國外立體車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 在 50 多年前，立體停車就在國外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對(duì)家庭使用雙層停車設(shè) 備，在一塊停車面積上停放兩輛汽車；利用住宅空地建起 2-4 層升降橫移停車設(shè)備， 停車面積利用率提高 2-4 倍；建起適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔，使單 位停車面積進(jìn)一步減?。焕脧V場(chǎng)、建筑物下面的空間建設(shè)地下停車庫，使地下停車 幾乎不占地面空間。 自 70 年代末起，世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少 人多、車多的國家、地區(qū)和一些發(fā)達(dá)國家積極開展了機(jī)械式停車技術(shù)的研究開發(fā)制造 應(yīng)用，以日本、美國、德國等為代表的發(fā)達(dá)國家在停車技術(shù)領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先 水平，韓國和港、澳、臺(tái)地區(qū)的停車業(yè)也通過引進(jìn)、移植、制造，得到了蓬勃發(fā)展， 較好地解決了本地區(qū)的停車難，并開始向外輸出技術(shù)和出口產(chǎn)品。 1.2.2 我國立體停車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 我國城市停車還處在初級(jí)階段，專用和公共停車位數(shù)量和合理的車位與車輛比率 相差甚遠(yuǎn)，停車難到處可見。目前我國的停車場(chǎng)仍以平面停車場(chǎng)、路上停車場(chǎng)、路外 停車場(chǎng)、自行式停車場(chǎng)為主，立體停車庫和機(jī)械式停車場(chǎng)數(shù)量還很少。以我國停車產(chǎn) 業(yè)發(fā)展較快的上海為例，路上、路外停車仍占有相當(dāng)比例，已建設(shè)的車場(chǎng)大部分是地 下自行式停車場(chǎng)和在自行式停車場(chǎng)的基礎(chǔ)上安裝簡易停車設(shè)備或增加存車數(shù)量。自行 第一章 緒 論 2 式停車場(chǎng)存在較多缺陷，近年來在發(fā)達(dá)國家已很少新建。大家感興趣的是具有現(xiàn)代水 平的機(jī)械式立體停車庫。 我國對(duì)機(jī)械停車庫的開發(fā)與研究工作始于 1984 年。1988 年由北京有色冶金設(shè)計(jì)研 究總院率先研制完成了 LS 型(兩層升降橫移式)機(jī)械停車庫,從此結(jié)束了我國沒有機(jī)械 停車庫的歷史。1989 年該院又研制成功了 S 型(豎直循環(huán)式)機(jī)械停車庫，1991 年在中 國石化總公司北京設(shè)計(jì)院正式投入使用,該項(xiàng)目獲得了國家專利。它的建成標(biāo)志著我國 打破了傳統(tǒng)的停車方式,為城市規(guī)劃和城市建設(shè)提供了新的思路,為解決我國城市“停 車難”問題闖出了一條新路。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自 1991 年以來在北京、天津、上海、深 圳等大城市，陸續(xù)有 30 多臺(tái)機(jī)械停車庫投入使用,該院的技術(shù)占有率約為 80%以上。繼 LS 型和 S 型機(jī)械停車庫投入使用后,該院又開發(fā)出 LX 系列(兩層循環(huán)式)、T 系列(汽車 升降機(jī))和 DS 系列(三層升降橫移式)機(jī)械停車庫,分別安裝在天津及北京等地。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，隨著電腦智能化管理和自動(dòng)化倉庫存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，出 現(xiàn)了自動(dòng)化倉庫存儲(chǔ)式機(jī)械停車裝置，極大的提高了土地利用率。 1.3 研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)和方法 本文主要研究的是：通過 PLC 所提供的指令來設(shè)計(jì)立體車庫的控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn) 機(jī)械式立體車庫的自動(dòng)存取車。 我們所設(shè)計(jì)的立體車庫不但能夠滿足用戶的停車要求，而且要使立體車庫的控制 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，例如自動(dòng)進(jìn)出立體車庫；并且能夠?qū)噹爝M(jìn)行安全監(jiān)控；并 能節(jié)約時(shí)間，提高效率，使存取車安全、可靠。 自動(dòng)化立體車庫通過可編程序控制器（Programming Logic Controller，簡稱 PLC）控制車位的空間位置變動(dòng)，使車位能夠?qū)崿F(xiàn)空間到平面的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)多重單層平 面停車的功能。PLC 作為自動(dòng)化工業(yè)控制器，目前國內(nèi)的眾多升降橫移式立體停車庫中， 其控制核心單元多為 PLC，并通過控制按鈕，由工作人員現(xiàn)場(chǎng)操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)車庫的管理 和控制。 可編程序控制器（PLC）是以微電子技術(shù)為核心的一種新型工業(yè)控制器，立體車庫 動(dòng)作復(fù)雜，要求控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作控制、速度控制、定位控制及安全互鎖控制。 所以 PLC 是立體車庫的首選的控制系統(tǒng)。 自動(dòng)化立體車庫對(duì)控制系統(tǒng)主要有如下幾個(gè)方面的要求： （1）自動(dòng)操作 存取車時(shí)，單按鈕操作，只要按動(dòng)所選車位按鈕，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前車庫存車狀 況，自動(dòng)選擇調(diào)度方案，以最短的時(shí)間完成車輛的出入庫。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 （2）安全互鎖控制 立體車庫不允許因錯(cuò)誤動(dòng)作而造成車輛損壞，所以安全裝置是必不可少的，如光 電檢測(cè)裝置。控制系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)檢測(cè)出隱患，避免故障的發(fā)生。 （3）高速、平穩(wěn) 一些大型立體車庫的平均車輛存取時(shí)間能夠達(dá)到小于 70s，這就要求傳動(dòng)裝置以高 速度運(yùn)行，同時(shí)，為了保證安全、低噪聲與平穩(wěn)起、制動(dòng)，又要求傳動(dòng)裝置具有自動(dòng) 加、減速功能。因此立體車庫驅(qū)動(dòng)裝置一般都采用交流變頻調(diào)速技術(shù)。 第二章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 4 第 2 章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 2.1 自動(dòng)化立體車庫的類型 國外立體車庫控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已有很長歷史，隨著 PLC 技術(shù)的日趨成熟和 自動(dòng)化程度的不斷提高，立體車庫控制技術(shù)得到廣泛推廣。發(fā)達(dá)國家的諸多城市，均 采用自動(dòng)化立體車控制系統(tǒng)，有效地解決了土地資源緊缺和泊車難的問題。目前常用 的立體車庫結(jié)構(gòu)形式有：水平循環(huán)式立體停車庫、垂直循環(huán)塔式立體車庫、垂直升降 式立體車庫、升降橫移式立體車庫、輸送帶式立體停車庫。 2.1.1 水平循環(huán)式立體停車庫 圖 2-1 為水平循環(huán)式立體車庫簡圖。這種車庫主體結(jié)構(gòu)為一水平放置的鏈?zhǔn)捷斔?機(jī)，車輛停放在鏈?zhǔn)絺魉蛶У耐斜P上，隨著車輛的入出庫，所有車輛同時(shí)按固定次序 作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，由平動(dòng)機(jī)構(gòu)確保車輛始終處于水平狀態(tài)，整套系統(tǒng)由一大型電機(jī)單獨(dú)驅(qū) 動(dòng)。 水平循環(huán)式立體車庫外形狹長，通過采用兩層停車結(jié)構(gòu)，可以有效地提高狹長地 段的土地利用率。整個(gè)車庫只有一個(gè)水平循環(huán)動(dòng)作，因此電氣控制系統(tǒng)簡單，便于維 護(hù)。但是由于其平動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌易于磨損，因而增加了維護(hù)工作量。水平循環(huán)式立體車 庫停車數(shù)量受到單一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率和結(jié)構(gòu)限制，一般在十幾輛左右，可以通過組合， 來達(dá)到所需的停車數(shù)量。 圖 2-1 水平循環(huán)式立體停車庫 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 2.1.2 垂直循環(huán)式立體車庫 圖 2-2 為垂直循環(huán)式立體車庫，這種車庫減小了占地面積，有效地提高了土地利 用率。 圖 2-2 垂直循環(huán)塔式立體車庫 垂直循環(huán)塔式立體車庫主體是一個(gè)垂直回轉(zhuǎn)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，車輛停放在托盤上，由 做垂直循環(huán)運(yùn)動(dòng)的鏈條帶動(dòng)，在平動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制下保持車位水平，這種車庫由單一大 型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電氣控制系統(tǒng)簡單，但其平動(dòng)機(jī)構(gòu)也存在導(dǎo)軌易磨損的問題，從而引發(fā) 運(yùn)行卡死現(xiàn)象。 垂直循環(huán)式立體停車庫停車數(shù)量受驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率及結(jié)構(gòu)等因素限制，一般可停車 10～40 輛。 2.1.3 垂直升降式立體車庫 圖 2-3 為垂直升降（塔式）式立體車庫，它主要由高層停車架、升降電梯、車輛 存取機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)臺(tái)等組成。這種車庫的主體結(jié)構(gòu)由工字鋼或槽鋼焊接而成，結(jié)構(gòu)簡單， 制造難度不大，由于提升運(yùn)送車輛的升降電梯應(yīng)具有較高的升降速度，以降低車輛的 存取時(shí)間，所以一般采用直流調(diào)速裝置或交流變頻調(diào)速裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加減速控制， 達(dá)到高速運(yùn)行與平穩(wěn)啟停的雙重目的。升降電梯要求具有平層停車定位裝置，需要一 套行程檢測(cè)系統(tǒng)，升降電梯提升能力一般不超過 5t，運(yùn)行速度應(yīng)在 90m/min 以上。 車輛存取機(jī)構(gòu)是升降電梯的附屬裝置，一般采用多節(jié)伸縮式貨叉?；剞D(zhuǎn)臺(tái)的作用 第二章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 6 是調(diào)整車輛入、出時(shí)的方位。 垂直升降式立體車庫動(dòng)作較復(fù)雜，一般采用工業(yè)計(jì)算機(jī)或高檔可編程序控制器構(gòu) 成其自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存取車控制、自動(dòng)計(jì)費(fèi)等功能，也可實(shí)現(xiàn)無人化管理。 圖 2-3 垂直升降式立體車庫 2.1.4升降橫移式立體車庫 圖 2-4 為升降橫移式立體車庫。這種車庫多為中、小型車庫，停放車輛數(shù)目從幾 輛至幾十輛不等，一般采用 2～4 層結(jié)構(gòu)。整套車庫由支架及若干臺(tái)機(jī)構(gòu)相同的臺(tái)車組 成，典型臺(tái)車由卷揚(yáng)提升機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)及托盤組成。各臺(tái)車之間相互獨(dú)立運(yùn)作，一 般情況下不致因某臺(tái)車的故障而影響整個(gè)車庫的正常運(yùn)行。 升降橫移式立體車庫可根據(jù)地形及高度條件隨意組合，可以建在廣場(chǎng)上、樓房旁、 立交橋下或地下室內(nèi)，極適合于廠礦企業(yè)、機(jī)關(guān)內(nèi)部停車和社會(huì)小區(qū)內(nèi)停車。 升降橫移式立體車庫可以采用人工控制或可編程序控制器控制。 升降橫移式立體車庫的土地利用率取決于層數(shù)，一般情況下，單位停車面積上可 停放 2～3 輛車。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 2-4 升降橫移式立體車庫 2.1.5 輸送帶式立體停車庫 圖 2-5 為輸送帶式立體車庫，采用升降電梯提升車輛，再用輸送帶將車輛送至停 車位。整個(gè)車庫系統(tǒng)較復(fù)雜，必須采用計(jì)算機(jī)控制，適合建在大型娛樂場(chǎng)所或繁華商 業(yè)區(qū)中。 圖 2-5 輸送帶式立體車庫 除上述各種立體車庫外，還有無平移雙層提升式簡易停車庫，如圖 2-6 所示。它 是由液壓傳動(dòng)裝置構(gòu)成的微型立體車庫，也是一種常用的家庭車庫。 第二章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 8 圖 2-6 無平移雙層提升式簡易停車庫 2.2 自動(dòng)化立體車庫的特點(diǎn) 這些特點(diǎn)是相對(duì)于自行式立體車庫而言的，自行式立體車庫的停車率(單位面積停 車數(shù))低，因?yàn)槊繉泳熊嚨勒既ヒ欢娣e；存、取車不方便，每次存、取車司機(jī)要走 較長的路；車庫層次不能過多、不安全、易被竊等。 1.節(jié)省占地面積,空間利用率高 除了必要的停車空間外,幾乎沒有浪費(fèi)。如垂直循環(huán)式機(jī)械停車庫,占地面積只有 50 平方米,可同時(shí)存放 30 多輛轎車,而普通的停車場(chǎng)存放 30 輛轎車需要占地 1000 平方 米以上,兩者相差 20 余倍。 2.出入庫管理方便簡捷 由電腦控制操作簡單,庫內(nèi)的存車數(shù)量、存車位置、存車時(shí)間等全可以顯示在操作 盤上,一目了然。 3.設(shè)備安全可靠 完善的閉鎖裝置可保證汽車安然無恙,外部人員不能隨意進(jìn)出,汽車不會(huì)遭受人為 的損傷和丟失,車主可大為放心。 4.配置靈活 可單獨(dú)設(shè)置也可并排設(shè)置,或附設(shè)在其它建筑物內(nèi),可設(shè)在地上、地下或半地下,型 式多樣,適應(yīng)性廣。 5.節(jié)能 由于汽車在庫內(nèi)行程短,排放廢氣少,因此不需要強(qiáng)制通風(fēng),也無需大面積照明,耗 電量低。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 6.節(jié)省時(shí)間 車主不需尋找車位,調(diào)車時(shí)間短。 2.3 立體車庫的主要技術(shù)指標(biāo) 此處主要介紹立體車庫產(chǎn)品的車位利用和它存取車的運(yùn)行速度等方面的指標(biāo)，在 車庫建設(shè)中，為結(jié)構(gòu)的選擇和空間的布置提供了技術(shù)指標(biāo)。 2.3.1 適用車型 大多數(shù)汽車都是按標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。根據(jù)汽車尺寸的不同，可以分為 S、D、M、G、L 型，還有高頂?shù)?H 型汽車。各種汽車的外形尺寸與重量參數(shù)詳見表 2- 1。 顯然不同類型的汽車所需要的停車車位大小不一樣的。根據(jù)某一車型設(shè)計(jì)的立體 車庫可以停放比該車型更小的其他車型的汽車。例如根據(jù) G 型汽車設(shè)計(jì)的立體車庫可 以停放 S、D、M 和 G 型汽車。我們稱車庫可以停放的車型為車庫的適用車型，而其中 外形尺寸最大的車型為最大適用車型。 表 2-1 汽車車型參數(shù) 項(xiàng)目 小型轎車 S 中型轎車 D 中大型轎車 M 大型轎車 G 超大型轎車 L 微型面包車 H 總長 L/mm 4700 5000 5100 5300 5700 5100 總寬 W/mm 1700 1800 1900 2050 2050 1900 總高 H/mm 1550 1550 1550 1550 1550 2050 總重 G/kg 1600 1700 1900 2100 2300 2500 2.3.2 停車車位空間 車庫最大適用車型的外形尺寸決定了停車車位的有效空間，應(yīng)根據(jù)存取設(shè)備的運(yùn) 動(dòng)精度在各方向上加大一定的安全裕量，一般取 200～300mm。停車車位實(shí)際空間是由 停車有效空間和其他結(jié)構(gòu)（如托盤、提升設(shè)備等）所占的空間組成，由此可以計(jì)算出 停車車位空間。若停車車位空間尺寸分別為總長 L、總寬 W 和總高 H，則停車車位空間 容積 V=L×W×H。 第二章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 10 2.3.3 庫容與庫容利用率 立體車庫可同時(shí)容納的汽車總數(shù)稱為立體車庫的容量（簡稱庫容 N） 。利用有限的 占地面積停放更多的車輛即庫容最大是立體車庫最根本的設(shè)計(jì)目標(biāo)。通常用車庫的面 積利用率（ Rs）及空間容量利用率（ Rv）來表示： 總SWLNR×=總VNR×= 其中 S 總 ——主體車庫總面積，m 2;V 總 ——主體車庫總?cè)莘e，m 3；N——車容；因?yàn)檐?庫內(nèi)總是要留有一些輔助空間，所以 Rv 總小于 1，而 Rs 總是應(yīng)該大于 1， Rs 越大說明 立體車庫土地利用率高。 2.3.4 車輛存取時(shí)間 車輛存取時(shí)間反映了車庫的工作效率，對(duì)于具有單一提升裝置的立體車庫，如垂 直升降式立體車庫來說，車輛存取時(shí)間 t 包括駛?cè)霑r(shí)間 t1、提升時(shí)間 t2、存入車位時(shí) 間 t3、提升裝置回位時(shí)間 t4、提升裝置到位時(shí)間 t5、取車時(shí)間 t6、提升裝置下降時(shí) 間 t7 及車輛駛出時(shí)間 t8。以某車庫為例，車輛存取各階段動(dòng)作速度——時(shí)間曲線如圖 2-7 所示，則其存取時(shí)間為 110s。 圖 2-7 車輛存取動(dòng)作曲線 顯然，對(duì)于不同的車位來說，車輛的存取時(shí)間是不一樣的。因此，整個(gè)車庫應(yīng)該 用平均車輛存取時(shí)間來反映車庫的工作效率。對(duì)于具有多提升并行動(dòng)作裝置的立體車 庫來說，車輛存取時(shí)間取決于順序完成的各個(gè)動(dòng)作的最長時(shí)間。 對(duì)于存取車輛時(shí)間相對(duì)集中的場(chǎng)所，如體育場(chǎng)館、電影院旁的停車場(chǎng)，平均車輛 存取時(shí)間可以大一些，如 120s。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 2.4 立體車庫設(shè)計(jì)選型的要點(diǎn) 此節(jié)的主要目標(biāo)是在立體車庫的配建方面提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，選擇合適的地點(diǎn)和合 適的立體車庫，以達(dá)到車庫的最高利用率。 2.4.1 立體車庫庫址選擇 使用停車場(chǎng)（庫）的車輛主要有兩種情況：①在娛樂場(chǎng)所和商業(yè)區(qū)旁的暫時(shí)停放； ②在工礦企業(yè)內(nèi)部和社會(huì)小區(qū)停車場(chǎng)的夜間存放。前者往往不固定，而后者相對(duì)固定。 建造停車場(chǎng)時(shí)，首先應(yīng)摸清停車場(chǎng)過往車輛的車型與數(shù)量分布情況，然后根據(jù)城市總 體規(guī)劃、交通狀況、地形地貌、政策法規(guī)及地價(jià)等方面因素，決定立體車庫庫址。 2.4.2適用車型的確定 車庫最大適用車型的選擇決定了可存車型范圍和庫容利用率。因此，要對(duì)車庫周 圍來往車輛車型及數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定車庫的適用車型。 根據(jù)表 2-1 中的車型分類方法，設(shè) q1、 q2、 q3、 q4、 q5 分別為可能使用車庫的 S、D、M、G、L 型車輛的數(shù)量， Q 為其總和，通過表 2-2 可以統(tǒng)計(jì)分析車庫適用車型比 率。 由表 2-2 可以看出，車庫適用車型范圍選的越大，車庫適用車型比率 P 值就越大， 可存車輛類型就越多。當(dāng) P=1 時(shí)，車庫可以適用所有 S-L 型汽車。當(dāng)較大型汽車所占 比例不大時(shí)，應(yīng)減小車庫適用車型范圍，如根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，取 P=0.8，從表 2-2 中 查處對(duì)應(yīng)的適用車型，進(jìn)一步計(jì)算出可供車庫存放的車輛總數(shù)： T=P×Q 表 2-2 適用車型比率分析 車型 數(shù)量 比例 適用車型比率 S q1 q1/Q P=q1/Q D q2 q2/Q P=(q1+q2)/Q M q3 q3/Q P=(q1+q2+q3)/Q G q4 q4/Q P=(q1+q2+q3+q4)/Q L q5 q5/Q P=(q1+q2+q3+q4+q5)/Q 合計(jì) Q=q1+q2+q3+q4+q5 1 — 第二章 自動(dòng)化立體車庫的簡介 12 2.4.3 立體車庫容量的確定 立體車庫庫容量應(yīng)根據(jù)車流量或每天進(jìn)、出庫車輛的總數(shù)和車輛的存取規(guī)律（集 中或分散）來決定。據(jù)日本資料介紹，在商業(yè)區(qū)超過 2000m2面積建筑物必須附建停車 場(chǎng)，按 300m2一個(gè)車位確定庫容量。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以作為確定庫容時(shí)的參考。 2.4.4 選型 在選擇車庫類型時(shí)，首先要考慮庫址周圍的環(huán)境。如若在立交橋下或地下室內(nèi)建 造立體車庫，就應(yīng)選擇升降平移式立體車庫；如若將車庫建在高層建筑旁，則應(yīng)選擇 垂直升降式或垂直循環(huán)式塔形車庫`。其次要根據(jù)車輛存取特點(diǎn)進(jìn)行選擇，如娛樂場(chǎng)所 旁的立體車庫應(yīng)選擇順序取車時(shí)間短的垂直循環(huán)式塔形立體車庫，以便利于集中取車； 而在商業(yè)區(qū)，應(yīng)選擇垂直升降式立體車庫。 針對(duì)初選的各種方案，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析、建造費(fèi)用分析及進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，從 中找出最優(yōu)方案。 選定車庫類型后，應(yīng)用專業(yè)知識(shí)完成車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 可編程序控制器（PLC）的簡介 3.1 可編程序控制器的特點(diǎn) PLC 優(yōu)越的性能使它能在惡劣的環(huán)境下正常的工作，并很受客戶的歡迎，主要原因 是由于以下方面的特點(diǎn)。 1.靈活性和通用性強(qiáng) 繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要用大量的控制電器，需要通過人工布線、焊接、組 裝來完成電路的連接。其致命的缺點(diǎn)是，如果工藝要求稍有改變，控制電路必須隨之 做相應(yīng)的變動(dòng)，耗時(shí)且費(fèi)力。PLC 是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此， 在 PLC 控制的系統(tǒng)中，當(dāng)控制功能改變時(shí)只需修改程序即可，PLC 外部接線改動(dòng)極少， 甚至可不必改動(dòng)。一臺(tái) PLC 可以用于不同的控制系統(tǒng)中，只不過改變了其中的程序罷 了,其靈活性和通用性是繼電器控制電路所無法比擬的。 2.抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高 繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是 不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的靠性。繼電器控制系統(tǒng)的維修工作不僅耗資費(fèi)時(shí)，而 且停產(chǎn)維修所造成的損失也不可估量。而在 PLC 控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無 觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加之 PLC 在硬件和軟件方而都采取了強(qiáng)有力的措施，使 產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力，故此 PLC 可以直接安裝在工、比現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定地 工作。從國內(nèi)外使用 PLC 的實(shí)際情況來看，平均無故障率可以達(dá)到幾萬其至幾十萬小 時(shí)以上。因而 PLC 被譽(yù)為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)” 。 3.編程語言簡單易學(xué) 雖然 PLC 是以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的控制裝置，但是不要求使用者精通計(jì)算機(jī) 方面復(fù)雜的硬件和軟件知識(shí)。大多數(shù) PLC 采用類似繼電器控制電路的“梯形圖”語言 編程，清晰直觀，簡單易學(xué)，了解繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員很容易接受。 4.PLC 與外部設(shè)備的連接簡單、使用方便 用微機(jī)控制時(shí)，要在輸入/輸出接口電路上做大量工作，才能使微機(jī)與控制現(xiàn)場(chǎng)的 設(shè)備連接起來，調(diào)試也比較煩瑣。而 PLC 的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，其輸入接口可以 直接與各種輸入設(shè)備(如按鈕、各種傳感器等)連接，輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力， 可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等強(qiáng)電電器連接，接線簡單．使用非常力便。 第三章 可編程序控制器（PLC）的簡介 14 5.PLC 的功能強(qiáng)、功能的擴(kuò)展能力強(qiáng) 其一，PLC 利用程序進(jìn)行定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序、步進(jìn)等控制， 十分準(zhǔn)確可靠。而用 繼電器控制時(shí)，需使用大量時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器，步進(jìn)控制開關(guān)等設(shè)備，其準(zhǔn)確性與 可靠性無法與 PLC 相比。其二， PLC 還具有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理、 運(yùn)動(dòng)控制等功能。因此它既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。其三，PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，因此，它不僅可以控制—臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，還可控制一個(gè)機(jī) 群、多條生產(chǎn)線，它既可現(xiàn)場(chǎng)控制，也可遠(yuǎn)距離對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。PLC 的功能擴(kuò)展 極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活，根據(jù)控制要求的改變，可以隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的 種類和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。 6.PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短 由于 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，所以設(shè)計(jì)人員可以在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)和修 改程序。更為方便的是可在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行系統(tǒng)的模擬進(jìn)行調(diào)試，使現(xiàn)場(chǎng)工作量大為減 少。而繼電器控制系統(tǒng)是靠調(diào)整控制電路的接線來改變控制功能的，調(diào)試時(shí)費(fèi)時(shí)又費(fèi) 力。 7.PLC 體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 由于 PLC 內(nèi)部電路主要采用半導(dǎo)體集成電路，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、 功耗低的特點(diǎn)；更由于它只有很強(qiáng)的抗干擾能力，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，因而它已 成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制裝置。 3.2 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。 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、輸出單元、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)。另外還有獨(dú)立的 I/O 擴(kuò)展 單元等與主機(jī)配合使用。整體式 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，小型機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。整 體式 PLC 的基本組成如圖 3-1 所示。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 3-1 整體式 PLC 的組成示意圖 組合式 PLC 的組成如圖 3-2 所示。這種結(jié)構(gòu)的 PLC 是將 CPU 單元、輸入單元、輸 出單元、智能 I/O 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊可以插在 底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有 CPU 的單元稱為 CPU 模塊，其他 稱為擴(kuò)展模塊。CPU 與組合式的 PLC 系統(tǒng)配置靈活，有的小型機(jī)也用這種結(jié)構(gòu)。 圖 3-2 組合式 PLC 的組成示意圖 下面主要介紹 CPU 和輸入/輸出單元， 3.2.1 中央處理單元（CPU） CPU 是 PLC 的核心部件，它類似人的大腦，能指揮 PLC 按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序完 成各種任務(wù)。其作用有以下幾點(diǎn)： （1）接收、存儲(chǔ)由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并可通過顯示器顯示出程序 的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址。 （2）檢查、校驗(yàn)用戶程序。對(duì)正在輸入的用戶程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤立即 報(bào)警，并停止輸入；在程序運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則立即報(bào)警或停止程序的執(zhí)行。 （3）接收、調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)信息。將接收到現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)保存起來，在需要該數(shù)據(jù)的 時(shí)候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。 （4）執(zhí)行用戶程序。當(dāng) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后,CPU 根據(jù)用戶程序存放的先后順序， 逐條讀取。解釋和執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作，并將程序執(zhí)行的 結(jié)果送至輸出端，以驅(qū)動(dòng) PLC 外部的負(fù)載。 （5）故障診斷。診斷電源、PLC 內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯(cuò)誤的類型，通過 顯示器顯示出相應(yīng)的信息，以提示用戶及時(shí)排除故障或糾正錯(cuò)誤。 3.2.2 開關(guān)量輸入/輸出單元 輸入/輸出單元是 PLC 與外部設(shè)備相互聯(lián)系的窗口。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向 PLC 提供的信號(hào)，例如由按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、撥碼器等 第三章 可編程序控制器（PLC）的簡介 16 提供的開關(guān)量信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理，變 成 CPU 能夠接收和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過 CPU 處理的微弱電信號(hào)通過光電隔離、 功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元件，如接觸 器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。 下面介紹幾種常用的 I／O 單元的工作原理。 1.開關(guān)量輸入單元 按照輸入端電源類型的不同，開關(guān)量輸入單元分為直流輸入單元和交流輸入單元。 （1）直流輸入單元 直流輸入單元的電路如圖 3-3 所示，外接的直流電源極性可任意。虛線框內(nèi)是 PLC 內(nèi)部的輸入電路，框外左側(cè)為外部用戶接線。圖中只畫出對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸入點(diǎn)的輸入電 路，各個(gè)輸入點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電路均相同。 圖中，T 為一光電耦合器，發(fā)光二極管與光電三極管封裝在一個(gè)管殼中。當(dāng)二極管 中有電流時(shí)其發(fā)光，此時(shí)光電三極管才導(dǎo)通。R1 為限流電阻，R2 和 C 構(gòu)成濾波電路， 可濾除輸入信號(hào)中的局部干擾。LED 顯示該輸入點(diǎn)的狀態(tài)。其工作原理是：當(dāng) S 閉合時(shí) 光電耦合器導(dǎo)通，LED 點(diǎn)亮．表示輸入開關(guān) S 處于接通狀態(tài)。此時(shí) A 點(diǎn)為高電平，該電 平經(jīng)濾波器送到內(nèi)部電路中。當(dāng) CPU 訪問該路信號(hào)時(shí)，將該輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入映像寄 存器狀態(tài)置 1；當(dāng) S 斷開時(shí)光電耦合器不導(dǎo)通，LED 不亮，表示輸入開關(guān) S 處于斷開狀 態(tài)。此列 A 點(diǎn)為低電平，該電平經(jīng)濾波器送到內(nèi)部電路中。當(dāng) CPU 訪問該路信號(hào)時(shí)， 將該輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器狀態(tài)置 0。 有的 PLC 內(nèi)部提供 24V 的直流電源，這時(shí)直流輸入單元無需外接電源，用戶只需 將開關(guān)接在輸入端子和公共端子之間即可，這就是所謂無源式直流輸入單元。無源式 直流輸入單元簡化了輸入端的接線，方便了用戶。 圖 3-3 PLC 的輸入接口電路（直流輸入型） （2）交流輸入單元 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 交流輸入單元的電路如圖 3-4 所示。虛線框內(nèi)是 PLC 內(nèi)部的輸入電路，框外左側(cè) 為外部用戶接線。圖中只畫出對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸入點(diǎn)的輸入電路，各個(gè)輸入點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸 入電路均相同。 圖 3-4 交流輸入電路 圖中，電容 C 為隔直電容，對(duì)交流相當(dāng)于短路。R1 和 R2 構(gòu)成分壓電路。這里光電 耦合器中是兩個(gè)反向并聯(lián)的發(fā)光二極管，任意一個(gè)二極管發(fā)光都可以使光電三極管導(dǎo) 通。顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管 LED 也是反向并聯(lián)的。所以這個(gè)電路可以接收外部的交 流輸入電壓，其工作原理與直流輸入電路基本相同。 PLC 的輸入電路有共點(diǎn)式、分組式、隔離式之別。輸入單元只有一個(gè)公共端子(COM)的 稱為共點(diǎn)式，外部備輸入元件都有一個(gè)端子與 COM 相接；分組式是將輸入端子分為若 干組，每組各共用一個(gè)公共端子；隔離式輸入單元，是具有公共端子的各組輸入點(diǎn)之 間互相隔離，可各自使用獨(dú)立的電源。 2.開關(guān)量輸出單元 輸出接口是將經(jīng)過 CPU 處理過的輸出數(shù)字信號(hào)（1 或 0）傳送給輸出端的電路元件， 以控制器接通或斷開，從而驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、指示燈等輸出設(shè)備獲得或失去工作 所需的電壓或電流。為適應(yīng)不同類型的輸出設(shè)備負(fù)載，PLC 的輸出接口類型有三種：繼 電器輸出型、晶閘管輸出型和晶體管輸出型，分別如圖 3-5、圖 3-6、圖 3-7 所示。其 中繼電器輸出型為有觸點(diǎn)輸出方式，可用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交 流負(fù)載回路，這種方式存在繼電器觸點(diǎn)的電氣壽命和機(jī)械壽命問題；晶閘管輸出型和 晶體管輸出型皆為無觸點(diǎn)輸出方式，開關(guān)動(dòng)作快、壽命長，可用于接通或斷開開關(guān)頻 率較高的負(fù)載回路，其中晶閘管輸出型常用于帶交流電源負(fù)載，晶體管輸出型則用于 帶直流電源負(fù)載。 第三章 可編程序控制器（PLC）的簡介 18 圖 3-5 繼電器輸出接口電路 圖 3-6 晶閘管輸出接口電路 a) b) 圖 3-7 晶體管輸出接口電路 從三種類型的輸出電路可以看出，繼電器、晶閘管和晶體管作為輸出端的開關(guān)元 件受 PLC 的輸出指令控制，完成接通或斷開與相應(yīng)輸出端相連的負(fù)載回路的任務(wù)，它 們并不向負(fù)載提供工作電源。負(fù)載工作電源的類型、電壓的等級(jí)和極性應(yīng)該根據(jù)負(fù)載 要求以及 PLC 輸出接口電路的技術(shù)性能指標(biāo)確定。 由于輸入輸出接口電路采用了光電耦合或繼電器隔離電路，使現(xiàn)場(chǎng)的輸入、輸出 設(shè)備與 PLC 之間沒有電的聯(lián)系，從而大大減少了電磁的干擾，這是提高 PLC 可靠性的 關(guān)鍵措施之一。 3.3 PLC 的工作原理 PLC 雖然以微處理器為核心，具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很 大不同。微機(jī)一般采用等待命令和中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃 描方式，當(dāng)有鍵按下或 I/O 動(dòng)作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序，無鍵按下， 則繼續(xù)掃描等待。 PLC 則是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，CPU 根 據(jù)用環(huán)控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)作周期性的程序循 環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條循序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束， 然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸 入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。如此周而復(fù)始。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 PLC 的工作過程大體可分為輸入刷新、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，并進(jìn)行周期 性循環(huán)，如圖 3-8 所示。 圖 3-8 PLC 的掃描工作過程 3.3.1 輸入刷新階段 PLC 在輸入刷新階段，首先以掃描方式按順序從輸入鎖存器中讀入所有輸入端子的 通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將其存入（寫入）內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)映像寄存器中， 這一過程稱為采樣或輸入刷新。隨后關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行 階段，即使輸入端狀態(tài)有變化，輸入狀態(tài)映像寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)改變。變化了的 輸入狀態(tài)信號(hào)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入刷新階段被讀入。 3.3.2 程序執(zhí)行階段 PLC 在程序執(zhí)行階段，按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令，所需的執(zhí)行條件可從輸 入狀態(tài)映像寄存器中和元件狀態(tài)寄存器（存有輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輸出繼 電器等 PLC 各種內(nèi)部元件的狀態(tài)）中讀入，經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算處理后，將結(jié)果再寫入元 件狀態(tài)映像寄存器中。因此，對(duì)于每一個(gè)元件來說，元件狀態(tài)映像寄存器中所存的內(nèi) 容會(huì)隨著程序的執(zhí)行進(jìn)程而改變。 3.3.3 輸出刷新階段 當(dāng)程序所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映像寄存器（元件狀態(tài)映像寄存器中對(duì)應(yīng)輸 出繼電器的部分）的通斷狀態(tài)在 CPU 的控制下被下一次集中送至輸出鎖存器中，并通 過一定輸出方式輸出，推動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這就是 PLC 的輸出刷新。 經(jīng)過輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新這三個(gè)階段，完成一個(gè)掃描周期。這個(gè)過程 以同一方式反復(fù)重復(fù)成為循環(huán)掃描工作方式。在循環(huán)掃描工作方式中，由于輸入刷新 過程是在輸出刷新過程后馬上進(jìn)行的，有時(shí)為了簡便起見，將輸入刷新階段和輸出刷 新過程統(tǒng)稱為 I/O 刷新。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I/O 刷新外，可編程控制器還要進(jìn) 第三章 可編程序控制器（PLC）的簡介 20 行各種錯(cuò)誤檢測(cè)（自診斷功能）和與編程工具等外部設(shè)備通訊，這些操作稱為“監(jiān)視 服務(wù)” ，在程序執(zhí)行后進(jìn)行。 由于掃描時(shí)間定義為完成一次掃描所需時(shí)間，故一個(gè)掃描周期（I/O 刷新、程序執(zhí) 行和監(jiān)視服務(wù)）的長短主要取決于三個(gè)因素：一是 CPU 執(zhí)行指令的速度；二是每條指 令占用的時(shí)間；三是執(zhí)行指令條數(shù)的多少，即用戶程序的長短。 由于采用這種集中采樣，集中輸出的方式，使得在每一個(gè)掃描周期中，PLC 只對(duì)輸 入狀態(tài)采樣一次，對(duì)輸出狀態(tài)更新一次，在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，即存 在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象。圖 3-9 是輸入/輸出響應(yīng)延時(shí)的實(shí)例。 圖 3-9 PLC 輸入/輸出的相應(yīng)延遲 第一次掃描：由于 00000 輸入映像寄存器是 OFF，則所有輸出 01000、01001、01002 均處于 OFF 狀態(tài)。 第二次掃描：在輸入采樣階段，由于 00000 輸入映像寄存器由 OFF 轉(zhuǎn)為 ON，則 01001 輸出映像寄存器在執(zhí)行程序后變?yōu)?ON，同時(shí) 01002 輸出映像寄存器也變?yōu)?ON。 輸出刷新后在輸出端子上 01000=OFF、01001=ON、01002=ON。 第三次掃描：由于 01001 輸出映像寄存器為 ON，所以執(zhí)行程序后 01000 也變?yōu)?ON。 由上述循環(huán)掃描過程可見，在輸入條件接通后，輸出將出現(xiàn)響應(yīng)延遲。最大延遲 時(shí)間可能占 2～3 個(gè)掃描周期時(shí)間，所以響應(yīng)延遲時(shí)間與程序長度、指令執(zhí)行速度有關(guān)。 實(shí)際上，輸入/輸出滯后現(xiàn)象除與上面所說的 PLC 的集中輸入/輸出刷新、程序循 環(huán)掃描執(zhí)行方式有關(guān)外，還與輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)以及繼電器輸出方式中輸出 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 繼電器的機(jī)械滯后有關(guān)。一般的，PLC 幾毫秒乃至幾十毫秒的響應(yīng)延遲，對(duì)響應(yīng)速度要 求不高的普通工業(yè)系統(tǒng)或設(shè)備的控制來講是無關(guān)緊要的，或者說，這些滯后現(xiàn)象是完 全允許的。但在那些需要輸出對(duì)輸入做出快速反應(yīng)的高速系統(tǒng)或設(shè)備的控制中則不能 忽視，必須通過合理選擇機(jī)型（例如應(yīng)考慮選用具有快速響應(yīng)、高速計(jì)數(shù)及中斷處理 功能，而且指令執(zhí)行速度高的 PLC）和精心設(shè)計(jì)程序加以解決。 雖然 PLC 的掃描工作方式使系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到一定影響，但從另外一個(gè)角度卻 大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使可靠性增強(qiáng)。這也是 PLC 的一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)。 3.4 可編程序控制器的編程方式 可編程序控制器最突出的優(yōu)點(diǎn)之一就是采用“軟”繼電器（編程元件）代替“硬” 繼電器（實(shí)際元件） ，用軟件編程邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件布線邏輯實(shí)現(xiàn)控制作用。而且 PLC 的編程語言面向被控對(duì)象、面向操作者，易于為熟悉繼電器控制電路的廣大電氣技 術(shù)人員理解和掌握。通常，PLC 的編程語言有梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng) 流程圖語言、布爾代數(shù)語言等，為增強(qiáng)數(shù)據(jù)運(yùn)算和通訊聯(lián)網(wǎng)功能，有些 PLC 還可用 Basic 等高級(jí)語言進(jìn)行編程。在這些語言中，尤以梯形圖、指令助記符語言最為常用。 應(yīng)該指出，由于 PLC 的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)尚無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，因而各廠家產(chǎn)品使用的 編程語言及編程語言中所采用的符號(hào)也不盡相同。 下面以最為常用的三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)繼電器接觸器控制電路（見圖 3-10） 為例，用 PLC 編程實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)控制。 首先應(yīng)確定原繼電接觸器控制電路中，哪些量是輸入量，哪些量是輸出量，以便 分配 PLC 的輸入、輸出端子與之對(duì)應(yīng)（即進(jìn)行 I/O 分配） 。從圖 3-10 中可以看到 SB2、SB3 分別是電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的按鈕，SB1 是電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的按鈕；它們都是發(fā)出 信號(hào)，使線圈 KM1/KM2 通電或斷電。因此，我們可以知道 SB1、SB2、SB3 是輸入量， KM1、KM2 是輸出量。 第三章 可編程序控制器（PLC）的簡介 22 圖 3-10 三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 圖 3-11 是用 PLC 實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的外圍接線示意圖，啟動(dòng)按鈕 SB2、SB3 和 停止按鈕 SB1 作為輸入設(shè)備分別與 PLC 的輸入端 00000、00001 及 00002 相連；接觸器 KM1、KM2 的線圈作為輸出設(shè)備與 PLC 的輸出端 01000 和 01001 相連。以及通過 PLC 編 程語言來表達(dá)上述直接啟動(dòng)控制邏輯的程序。 圖 3-11 PLC 用于電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的外圍接線和梯形圖 3.4.1 梯形圖語言 梯形圖語言是在繼電接觸器控制原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言，它將 PLC 內(nèi)部的各種編程元件（如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器 等）和命令用特定的圖形符號(hào)和標(biāo)注加以描述，并賦予一定的意義。梯形圖就是按照 控制邏輯的要求和連接規(guī)則將這些圖形符號(hào)進(jìn)行組合或排列所構(gòu)成的表示 PLC 輸入、 輸出之間邏輯關(guān)系的圖形，它具有清晰直觀、可讀性強(qiáng)的特點(diǎn)，是目前使用最多的一 種編程方式。 1.梯形圖中的符號(hào) 在梯形圖中， 、 分別表示 PLC 各種編程元件（或稱軟繼電器）的常開 和常閉觸點(diǎn)， 則表示其線圈。但應(yīng)該注意，它們并非物理實(shí)體，只是概念上的 意義。每一個(gè)軟繼電器實(shí)際上僅對(duì)應(yīng)于 PLC 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)存儲(chǔ)單元（位） ， 當(dāng)該單元的狀態(tài)是“1”時(shí)，相當(dāng)于該繼電器的線圈接通，對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合、常閉 觸點(diǎn)斷開；為“0”時(shí)，則相當(dāng)于該繼電器的線圈未接通，對(duì)應(yīng)的常開、常閉觸點(diǎn)保持 常態(tài)。 另外，人們常把對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作處理的指令看成一種特殊的、廣義的輸出元件， 用線圈來表示。線圈前有若干個(gè)常開或常閉觸點(diǎn)組成的邏輯電路與之串聯(lián)，作為執(zhí)行 該指令的條件。 2.梯形圖編程的格式和特點(diǎn) 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 (1)每個(gè)梯形圖由多層梯級(jí)（或稱邏輯行）組成，每層梯級(jí)（即邏輯行）起始于左 母線，經(jīng)過觸點(diǎn)的各種連接，最后通過一個(gè)繼電器線圈終止于右母線。每一邏輯行實(shí) 際上代表一個(gè)邏輯方程。 (2)梯形圖中左右兩邊的豎線（稱為左右母線）表示假想的邏輯電源，當(dāng)某一梯級(jí) 的邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”時(shí)，表示有“概念”電流自左向右流動(dòng)。 (3)梯形圖中某一編號(hào)的繼電器線圈一般情況下只能出現(xiàn)一次（除了有跳轉(zhuǎn)指令和 步進(jìn)指令等的程序段以外） ，而同一編號(hào)的繼電器常開、常閉觸點(diǎn)則可被無限次使用 （即重復(fù)讀取與該繼電器對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元狀態(tài)） 。 (4)梯形圖中每一梯級(jí)的運(yùn)算結(jié)果，可立即被其后面的梯級(jí)所利用。 (5)輸入繼電器僅受外部輸入信號(hào)控制，不能由各種內(nèi)部觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，因此梯形圖中 只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。 (6)梯形圖中的輸入觸點(diǎn)和輸出繼電器線圈對(duì)應(yīng)的是 I/O 映像寄存器相應(yīng)位的狀態(tài)， 而不是物理觸點(diǎn)和