垂直升降式立体停车库plc控制系统设计(编辑修改稿)

垂直升降式立体停车库plc控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

的选择 垂直升降式立体停车库控制系统的原理 垂 直升降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。 垂直升降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。 图 31 车库系统控制原理框图 垂直升降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 所示。 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。 垂直升降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。 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。 垂直升降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。 控 制 系 统 车库 现场 人 检 测 系 统 执行机构 界面 10 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： 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 适的抗干扰措施。 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— 平均维修时间 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。 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 控制系统具有垂直升降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。 有效度= MTBFMTBF+ MTTR 11 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。 垂直升降式立体停车库控制系统硬件的选择 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。 控制系统控制核心单元 垂直升降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。 （ 1） 继电器控制 在垂直升降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垂直升降式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。 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 型垂直升降式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。 （ 2） 可编程控制器 (Programmable Logic Controller)控制 国内外现有的垂直升降式立体停车库，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、大容量的现代化垂直升降式立体停车库中。 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： A、 灵活、通用 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 12 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。 B、 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。 ① 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 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。 ② 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。 同时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 13 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。 可编程控制器在垂直升降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。 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 / 14 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，我们选择可编程控制器。 采用的 PLC 是由三菱公司生产的，型号为 FX2N— 80MR。 它是一款性能十分出众的微型可编程控制器。 15 第四章 电气控制系统设计 车库的单位控制机构 41 正面及侧面图 车库的大致结构可以参照图 4－ 1，现在简要介绍一下车库的三大单位控制机构：升降机构，拖车板，横移机 构。 （ 1）升降机构 升降机构有步进电机，卷筒，滑轮，钢丝绳等组成。 载车台上下升降的位置信号来自接近开关，我们总共设置了 7 个接近开关，分别设置在基层，一层，二层，三层，四层，五层。 接近开关装在每层托板的下方，精确位置可在调试中加以确定。 在基层的底部和五层的顶部我们分别安装了限位开关，对载车台起限位保护作用。 16 （ 2）托车板 托车板是车辆和车库发生直接接触的机构 ,托车板下方固定有导轨和滑轮。 存车时，将待入库车辆停放在托车板上，再利用载车台升降和横移机构横移将车送至泊车位。 取车时，先由横移机构 将托车板连同车辆一起取回到载车台，然后降到基层。 （ 3）横移机构 横移机构使托车板从载车台横移至泊车位。