升降横移式立体车库车辆入库管理PLC控制修改版毕业论文.doc

毕业设计报告（论文）(2011届)题 目： 升降横移式立体车库车辆入库管理PLC控制 摘要随着我国经济的飞速发展、汽车拥有率的迅速上升，城市停车难问题不断恶化，而作为解决城市停车难的有效措施立体车库，以其占地面积少、停车率高、布置灵活等优点，越来越受到人们的青睐。智能立化体车库以其操作方便、安全可靠、高效低耗等优点，正受到在国内外的关注。本文主要以升降横移式智能立体车库为研究对象，对其进行控制系统研究与设计。升降横移式智能立体车库利用托盘左右移位产生垂直通道，实现车位升降存取车辆。本系统中充分利用PLC可靠性强、性价比高、扩展性好、操作方便，适于频繁启动和恶劣环境的特点，本文中分别采用三菱公司FX-2N型PLC和西门子S7-200型PLC作为控制系统的核心，采用组态王工控组态软件对PLC进行控制实现车辆的存取。 在系统中，PLC作为控制器直接控制车库运行，工控机作为上位机通过网络通信监视整个车库的运行状态，实现车库的安全运行和管理。本文详细介绍了车库的PLC控制系统和监控系统，给出了控制系统组成和存取车流程图，系统具有友好的人机交互界面，控制灵活，系统的安全性和可靠性高。 关键词:立体车库 控制系统 PLC 人机界面目 录第一章 绪 论11.1课题研究背景及意义11.2自动化立体车库主要结构组成和类型21.2.1自动化立体车库车库类型及特点21.2.2升降横移式立体车库主要结构组成31.3设计的主要目的和意义31.4本设计主要完成的工作4第2章 车库控制系统的分析与研究51.1计算机控制类型52.2升降横移式立体车库运行原理62.3立体车库控制系统的组成72.4车库模型仿真软件的选择72.4.1组态王组态软件简介82.4.2组态王软件系统要求10第三章 PLC的研究及在车库控制系统中的应用103.1可编程控制器103.1.1可编程控制器的简介103.1.2可编程控制器的组成及控制原理113.1.3 PLC的编程语言123.2车库模型的分析研究133.3 PLC的主要性能指标和选型163.4 PLC的应用系统的软件设计流程173.5 PLC在控制模型中的I/O分配及流程、编程思路193.5.1 I/O的分配193.5.2PLC流程、编程思路20第四章 基于组态王对车库控制系统的应用研究234.1 基于组态王仿真实现的意义234.2 组态王软件研究分析及工程画面的实现234.3 组态王实时数据库的研究254.3.1数据对象的类型254.3.2车库控制系统数据库的研究及构造264.4 工程画面的连接及图画仿真研究274.5 控制系统控制流程的研究294.5.1 命令语言简介294.5.2 命令语言和内部函数294.5.3 命令语言的编辑294.5.4 组态中车库控制流程、编程及调试30第五章 总结及展望325.1 设计总结325.2 课题展望33致谢34参考文献35附件37第一章 绪 论1.1课题研究背景及意义随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，世界各大中城市汽车的拥有量急剧增加，中国汽车市场未来发展趋势预测报告中显示，从世界汽车市场排名前7位的国家来看，唯独中国市场需求量逐年增长，以每年5%的速率增长，曲线斜率很高;其他6个国家的需求量都是平行的，基本不增长。车辆的增加，交通拥挤所造成的商场、酒店车位限制，使得车主为停车而发愁，扩展停车场引起人们的广泛关注。普通露天停车场和建筑物下的停车库虽然停放方便，但占地面积广，且停车数量有限，尤其是土地价格突飞猛进增长的今天，投资商不得不考虑土地占用的成本，为了充分利用立体空间，规范和科学管理汽车的停放，建造智能立体车库已刻不容缓。目前，在国内一些经济较发达、人口密度较大的城市中，己经着手开发推广立体停车库。立体车库占用土地少、充分利用空间，缓解了城市中道路空间小的矛盾，又适应了城市高节奏快速发展的需要，更重要的是顺应社会的发展，减少了污染，为城市向更大规模发展提供有利的条件。 科学技术的不断的发展，控制技术的不断提高，立体车库对智能化和规模化的要求也越来越高。最初的简易二层立体车库采用电机与链条直接驱动的方式，发展到今己经用计算机全自动化控制的升降横移、巷道堆跺、旋转式等立体车库，车库的车位也随着从几个发展到今天的几百个甚至达到一千个。同时提高立体车库的可靠性和经济效益，在设计与制造立体车库时，要考虑的影响因素越来越多，越来越复杂。比如大型的智能化升降横移式立体车库在设计与建造过程中考虑要受到车库容量、现场土地面积与空间、车辆存放效率、土地价格、立体车库总造价、周围的车流量等众多因素的影响。这就使得需要对在车库设计中选择何种合理的设计方案进行必要的研究，以期采用合理的设计方案降低立体车库的成本。国外对大型自动化立体车库设计方案研究己经日渐成熟，对各种门类的立体车库已经采用系统化、模块化设计，充分利用CAD技术，使得设计时设计者可以给出经济合理的设计方案，这也有利于规模大型化、功能复杂化的智能立体车库产品质量的提高和成本的降低。 在我国对立体车库设计方案的合理性研究还处于起始阶段，特别是由于智能化立体车库的发展在我国还是刚刚起步，对该类型的立体车库设计方案的研究虽有一些成果，但还有许多不足。我国的机械式停车库技术发展比较晚，大部分还沿用着日本80年代的技术。随着我国经济的飞速发展，轿车拥有量的迅速膨胀，机械式车库的现有功能已不能完全满足于人们的要求。现有车库技术的不足主要表现在:取车时间比较长，智能化程度比较低，安全程度不够，设计型式比较陈旧。上海和北京等地现有的许多高质量的立体停车库，都是运用大量的外汇从国外进口的，并且售后服务也得不到令人满意的保障。为了打破这种依赖进口的格局，打出具有自身特色的车库产品，就得要在原有技术上有重大突破，从而带动国内车库行业的发展。因此，对升降横移式智能化停车库的研究显得尤为重要。 随着微电子技术、通讯技术、控制技术的迅猛发展，计算机更加广泛的进入工业控制的各个领域，并正发挥着越来越重要的作用。计算机技术在车库系统中的应用，可使设施集自动化、系统化、综合化为一体，提高立体车库的中存取车辆的速度，提高立体车库工作的可靠性。利用计算机进行实时控制和管理车库运行成为发展趋势，降低车库的投资成本，实现无人化管理，增强车库的智能化程度，将会对我国立体车库的发展起到很好的推动作用。1.2自动化立体车库主要结构组成和类型1.2.1自动化立体车库车库类型及特点根据立体车库的修建位置及在空间伸缩方向的不同，立体停车库的主要类型有:升降横移式，垂直升降式、巷道堆垛式和地下停车场等。它们的类型众多，设计各有不同，库容量变化比较大，可满足不同用户要求。但它们都具有建筑面积小，停车层数多，地上和地下空间利用率高的优点。停相同数量车的情况下，在车辆流量大的繁华地段建一座立体停车库比建一地面停车场节省将近50%一70%的投资。严格的车库管理还保证了车库运行的安全性和可靠性，为存车人提供了最大的方便，存车人只需把车开到指定位置，下面的事都可由车库控制系统来完成。升降横移式:多层升降横移式立体停车库采用卷筒、滑轮和钢丝绳进行升降，在整个机构中有交流减速横移电机和升降电机、钢丝绳、停车位框架、搬运器和横移导轨等。它的运行原理是取上层车时，将下层车板移开留出空位。该设备下层为左右横移，上层为上下升降。升降横移式立体车库如图1-1所示。 图1-1升降横移式立体车库图 (2)垂直升降式:也就是电梯式结构，一般以两辆车为一个层面，中间部分是升降机，左右两旁是车架。工作原理是:用升降机将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机械上的横移机械将车辆或载车板送入存车位;或是相反，通过横移机械将指定存车位上的车辆或载车板送入升降机，升降机降到车辆出入口处，打开库门，驾驶员将车辆开走。如图1-2所示。 (3)巷道堆跺式:它的工作原理和堆跺式自动化仓库很相近，升降机构可以上升和水平移动，在运行到停车位时，通过伸缩机构的伸缩，完成在车架上存取车工作。 图1-2垂直升降式立体车库(4)地下停车场:它是为宾馆，商厦等原有的停车场专门设计的，原有的停车场一般只能存放一层车辆，经过改建加上专用设备后，可放置上下两层车。有些地下停车场本身是专门设计与环境协调的立体自动化车库。 其它的立体车库还有垂直循环类停车设备、水平循环类停车设备、简易升降类停车设备等。 垂直升降式特点:占地面积少，耗能低，但是智能化程度最高，对地基，消防要求很高，车位造价高。 巷道堆跺式特点:低噪声、低耗能、智能化程度高，等待时间长，进出口少。 水平循环式特点:结构简单，但是占地面积大，目前应用较少。 多层升降横移式立体停车库(如图1-1所示)是中小型车库的一种典型机电一体化产品，与其它车库相比:它属于中低密度经济型停车库，规模可大可小(从2层到6层);对场地的适应性较强、可同时移动多个车板，提高了工作效率，减少了运行时间;控制系统采用可编程控制器(PLC)，操作管理简便明了，易于操作维护。总之，结构简单，柔性好，启动平稳，噪声小，且安全可靠、同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，是升降横移式立体车库最大的优点。 根据场地大小及客户需要，该设备可实现2-6层的多车位设计。由于占地面积小且动作灵活、易操作、造价低，因此是公司及单位在建造立体停车库时的理想选择。以三层三排存车为例，可存车7辆，且占地面积仅有20 m，左右。另外，目前国内售价在每车位3.5-5万元，而我国的车库行业刚刚起步，汽车，尤其是轿车正逐步走入家庭，购车与停车的矛盾己逐渐变大，立体车库正是为克服这一矛盾走向市场的。根据专家建议，我国目前的机械式立体停车库价格应在6万/车位以下，最好在4万/车位以下，而升降横移式停车库正好适应这一价格定位。因此以“安全、快速、经济”著称的升降横移式立体车库，已成为一个新的“热点”。目前采用这类设备的停车库被普遍看好，具有良好的市场前景。1.2.2升降横移式立体车库主要结构组成 升降横移式立体车库主要由三部分组成:机械部分、电机驱动部分和控制管理部分。(1)机械部分:由车架、起升结构和双向平移结构组成，它是车库的主架。(2)电机驱动部分:由多个电机组组成，由它来带动平移机构和升降机构的运行，完成搬运器的上下和左右移动，以完成存取车过程。(3)控制管理部分:立体车库控制系统随着它所采用的控制器智能化程度的不同而不同，参见下节内容。1.3设计的主要目的和意义 随着社会的发展，城市人口的日益增多，楼房和车辆也越来越多。特别是改革开放以来，国民经济的飞速发展为汽车工业注入了强劲的动力。 在2001年，我国通过了(国民经济和社会发展十五计划纲要)，在(纲要)中提及到“鼓励轿车进入家庭”。这是建国五十余年来官方文件中第一次明确“轿车进入家庭”这样的提法，我国进入了汽车拥有率迅速上升时期。据统计，1985年我国汽车拥有量为321.12万辆，1990年为551.36万辆，1997年全国汽车保有量1100万辆，2000年达到1608.91万辆。我国在2001年为全球第7大汽车销售市场，2003年全国汽车销售达到439万辆，全球排名上升到第5位，仅列美国、日本、德国、法国之后。年销售将有望在2010年达到700万辆，将成为全球第3大市场。 在2005年我国轿车保有量达1000万辆，到2010年将达2000万辆。根据交通规划专家的总体测算:一个城市停车位数量与机动车数量之比至少为1. 2:11才能基本满足城市的停车需要，也就是说一辆车除去应该拥有一个固定停车位之外，包括工作、娱乐、消费还至少应该有0.2个停车位。从2005年到2010年，我国将总共增加停车位480万个，平均每年要96万个。表1一1几个主要城市汽车保有量及停车位现状(2005)城市汽车总量（万辆）停车位数量（万）所缺车位数量（）北京241109.8131.2广州66.821645.2天津10413.590.5沈阳70565从以上数据可以看出，有一大半的机动车的停放处于无序状态。据统计:2001年的上海，每天停在马路上的汽车就多达35万辆，广州每天也有35万辆机动车“露宿”街头，北京更有90万辆之多，这些车大都停在马路上、绿化隔离带、胡同、非机动车道、消防通道等非停车地带。151致使本来就紧张的交通更拥挤不堪，严重滞后了城市交通的发展。行车难、停车难、乱停车，加剧交通拥堵、降低生活质量、恶化投资环境，成为城市经济发展的障碍，大大降低了城市的文明程度。为了缓解这种局面，城市停车场所的建设，尤其是多停车位、少占空间、使用操作简单、安全可靠的“立体停车库”的建设，对现在寸土寸金的大都市有着不可替代的价值。自动立体车库已成为城市交通一个研究热点，并且国家将其列入了重点科技攻关项目之一。1.4本设计主要完成的工作 立体车库是一种多平面的空间立体停车车库，它以单层平面停车场为核心，通过可编程控制器(Programming Logic Controller，简称PLC)控制车位的空间位置变动，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。 论文在查阅大量资料的基础上，以立体车库车位设备控制为研究对象，通过对可编程控制器PLC以及组态王组态软件的学习和研究，实现了用可编程控制器PLC对3X3升降横移式立体车库模型控制系统的控制，对车库的监控采用组态软件组态王，实现监控系统的模拟仿真。 主要研究的内容包括: （1）升降横移式立体车库存取车策略的研究。 （2）可编程控制器PLC在升降横移式立体车库模型中的研究与实现。（3）应用组态软件组态王实现升降横移式立体车库监控系统的模拟仿真。 第2章 车库控制系统的分析与研究1.1计算机控制类型 计算机控制系统有多种分类方法，根据设计方法的不同，有以单片机为核心的控制系统、以IPC(工业PC机或称工业控制计算机)为核心的计算机控制系统和以PLC(可编程控制器)为核心的计算机控制系统。(一)单片机控制系统 以单片机为核心的计算机控制系统，突出优点是结构小型、价格低廉，广泛应用于智能仪器、仪表、及小规模的控制系统上。 由于它的硬件电路和软件都要单独设计，不能充分利用普通PC机提供的各种软硬件资源，对设计人员要求较高。因此产品通常没有通用性，目前在工控(即工业控制)领域应用最多的是各种智能仪器显示调节仪表和智能传送器。(二)工业控制计算机(IPC ) 工业控制计算机(简称工控机)是一种应用于工业生产过程控制的专用计算机，它能将生产的过程和管理调度相结合，从而使工业在就地控制加集中控制的基础上，进一步向自动化方向发展。工控机系统包括硬件和软件两部分。硬件由主机板、外部总线、内部总线、人机接口、通讯接口等组成。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。硬件组成如图2-1所示:外部总线内部总线主机板人机一接口系统支持磁盘系统通信接口模拟量输入通道（AI）模拟量输出通道（AO）数字量输入通道（DI）数字量输出通道（DO）图2-1 工业控制计算机的硬件组成结构2.2升降横移式立体车库运行原理 升降横移立体车库车位结构为N*M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=N*M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50车位的4层升降横移式立体车库。由公式2-1可知，N=4, P=50则M=14，即设计4x14立体车库完全可满足要求。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。图2-2为3X3升降横移立体车库运动原理图。升降横移停车库利用托盘移位产生垂直通道，实现高层车位升降存取车辆，全部逻辑过程均由PLC进行控制。 图2-2 3*3升降横移式立体车库运动原理图 地面上布置的升降横移立体车库结构特点是:底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。除顶层和底层外，中间层必须预留一个空车位，供进出车升降之用。当中间层车位要存取车时，无需移动其它托盘就可直接进出车;底层、顶层进出车时，先要判断其对应的上下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到对应位置为空才可进行上升下降和进出车动作，进出车后托盘再回到原位置。其运动总原则是:升降平移复位，地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。 如图2-3所示，第一层和第三层都有三个停车位，第二层有一个空位。 假如停车库的状态如图(d)所示，现在要把车停放到A31停车位上，则首先应将A31停车位下的车位移开，即将A21,向右移，如图(a)，最后将A31降至底层，如图(b)，车停到A31上，然后托盘复位，如图(d)。图2-3为停车全过程的运动示意图，同样N层M排的存取车原理相同。（b）A33A32（a）A33A32A31A31A21A21A22图2-3三层升降横移式立体车库运动示意图（d）（c）A22A33A32A11A21A31A22A11A11A33A31A11A12A13A13A12A32A21A13A13A12A22A122.3 立体车库控制系统的组成立体车库控制系统由上位机监控系统和下位机PLC控制系统组，图2-4为该系统结构框图。控制系统由“上级总线机或网络(可选)+上位机+PLC+现场操作机构”构成，上级总线控制或网络上位总控机打印机LED显示操作器影响设备键盘、鼠标收款机PLC光、电传感器、限位开关、控制按钮、安全挂钩等电机、继电器、接触器、指示灯、安全装置等检测控制以PLC机为核心，配备有打印机、音效设备、收款机、显示器等。上级总线控制机或网络、操作器、触摸屏、IC卡磁卡机都是可选部分，为进一步开发内容，可根据车库规模以及实际情况合理选用。例如多个3X3单元组合车库，我们可以用一个PLC控制一个车库单元，多个PLC共同构成多点结构的局域网。如果车库的规模足够大，还可以考虑配备操作器、触摸屏和IC卡磁卡机实现智能化自动控制。 图2-4控制系统结构图2.4车库模型仿真软件的选择 组态软件的概念最早来自英文configuration，其含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，以满足使用的要求。一般英文简称有三种，分别为HMI/MMI/SCADA，对应全称为Human and Machine Interface/Man and Machine Interface/Supervisory Control and Data Acquisition，中文翻译为:人机界面/监视控制/数据采集软件。 目前在工业领域应用较广的组态软件有国外Wonderware公司的工nTouch软件、Intellution公司的Fix组态软件、CiT公司的Citech、国内的组态王和MCGS等。InTouch, Fix, Citech是最早出现的组态软件，它们能提供强大的组态功能，但是其不具有通用性，比如lnTouch提供了丰富的图库，但是驱动程序通信性能较差;FiX的OPC组件和驱动程序需要单独购买，不具有兼容性;Citech具有简洁的操作方式，但它提供进行二次开发的脚本语言类似C语言，其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。另外价格贵也是国外组态软件的另一大缺点。组态王和MCGS提供资源管理器式的操作主界面，提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持，价格也低，因此目前在国内应用较多。2.4.1组态王组态软件简介 本监控系统采集控制软件选用中国本土软件厂商北京亚控科技发展有限公司生产的，国内最早的商用组态软件“组态王”。截止到2009年底，“组态王”已在国内装机量有10万套，成功地应用于我国工业领域的各行各业，例如石油、化工、电力、冶金、造纸、橡胶、环保、机械制造等等，在中国使用的监控软件中，组态王拥有国内最多的用户。下面介绍组态王通用强大的功能1.快速便捷的应用设计 用组态软件构造“监控和数据采集系统”的好处之一就是能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。能快速便捷地进行图形维护和数据采集是此类系统的关键点。组态王正是提供了丰富的快速应用设计的工具。2.丰富的可扩充的图形库 设计者利用系统提供的图库，可以轻松构造自己需要的图形。3.对多媒体的支持 组态王6.53进一步完善了对多媒体的支持。充分利用这些特性，用户可以设计出更容易被接受和使用的人机界面。4.灵活简便的变量定义和管理 设计者在数据库中定义过程参数和其他变量。变量的类型有：内存离散变量内存整数变量内存实数变量内存字符串变量I/O离散变量I/O整数变量I/O实数变量I/O字符串变量结构变量其中，IO变量用于和外部采集元件连接，也用于和其他应用程序交换数据。内存变量主要用来存放中间结果。组态王在系统运行过程中维护一个实时数据库，数据库中存放所有变量的最新数据。通过检测变量值的变化，组态王改变图形对象的状态并跟踪报警的发生。5.强大的控制语言 利用组态王可以快速构造一个完善的“监控和数据采集系统”，但是每个工程系统又具有特殊性，需要一些细致的调整和扩充的功能。组态王命令语言是集成在组态王系统内部的简便、但功能强大的编程语言。它的作用就在于扩充应用系统的功能，以及对应用系统进行最精确的控制。6.采集和显示历史数据7.强有力的安全管理系统对于可能有不同类型的用户共同使用的大型复杂应用，必须解决好授权与安全性的问题，系统必须能够依据用户的使用权限允许或禁止其对系统进行操作。8. 强大的通讯能力组态王目前能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等几百种外部设备。支持设备之多之广可与国外优秀同类软件相媲美。组态王通过驱动程序和这些工控设备通讯，所有的驱动程序存在于一张光盘上，在用户购买组态王时作为附件免费提供。组态王的大部分驱动程序采用组件(COM)技术，使通讯程序和组态王构成一个完整的系统。这种方式既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。组态王同时保留了DDE通讯方式。这种通讯方式在早期的Windows版本中有比较广泛的应用。一些应用软件需要通过这种方式和组态王通讯。组态王支持OPC协议，即可以作为OPC服务器，也可作为OPC客户。9. 先进的报警和事件管理完善的“监控和数据采集系统”应当能检测到非正常状态的发生，并将报警信息按照正确的顺序登录到数据库，并且不能丢失任何数据，以便事后对它们进行分析。组态王是通过报警和事件这两种情形来通知操作人员过程的活动情况。组态王的事件驱动的报警方式和紧凑高效的结构使得报警信息可以被完整地记录，即使突然发生大量的报警也不会遗漏。报警是过程状态出现问题时发生的警告，同时要求操作人员做出响应。组态王报警系统全新改版，具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。事件说明了系统的正常状态信息，不要求操作人员响应。除报警事件外，组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗。10. 广泛的数据获取和处理一般地，工业现场的设备构成的控制网络负责完成自动控制的功能，保证工厂的运行，但它难于让工厂操作和管理人员看到生产过程的实际运行状况。组态王能够很好地解决这一问题，它将数据从不同的数据源取过来，并直观、形象地显示出来，供操作和管理人员操作和分析。在组态王的开放式结构中，系统可以与广泛的数据源交换数据，如IO驱动程序，ODBC数据库，OPC服务器，动态数据交换（DDE）， ActiveX控件等，同时可以将数据以趋势曲线、报表等形式显示出来。11. 强大的网络和冗余功能组态王6.53完全基于网络的概念，可运行在基于TCP/IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网，另外，随着您网络的无限蔓延，组态王的Internet功能可以使您的数据在任何时间、任何地点畅通无阻。组态王每一台数据采集站从工业现场采集的数据，可以被网络上的所有其他站点直接访问，同时支持分布式网络报警、分布式历史数据库等，功能强大，稳定可靠。组态王的网络是一种基于分布式处理的柔性结构。在一个分布的系统上，可以将整个应用程序分配给多个服务器，这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。组态王6.53在双机热备基础上增加了丰富的冗余功能。组态王是一个可以根据您的应用程序的需要，非常灵活地进行配置的产品。2.4.2组态王软件系统要求硬件：奔腾PIII 500以上IBM PC 或兼容机内存：最少64MB，推荐128MB显示器：VGA、SVGA或支持桌面操作系统的任何图形适配器。要求最少显示256色鼠标：任何PC兼容鼠标通讯：RS-232C并行口：用于插入组态王加密锁操作系统：Win2000/WinNT4.0(补丁6)/Win XP简体中文版第三章 PLC的研究及在车库控制系统中的应用3.1可编程控制器可编程控制器(英文为Programmable Controller，简称PC)，它最初称为可编程逻辑控制器(Programming Logic Controller，简称PLC)，在1980年正式命名为可编程控制器(简称PC)，但是由于PC常常用来称呼个人计算机(PersonalComputer)，为了避免混淆，因此仍常用PLC来表示可编程控制器。3.1.1可编程控制器的简介1980年，美国电气制造商协会(NEMA National Electrical ManufacturesAssociation)定义了可编程控制器PLC: PLC是一种数字式电子装置，它使用了可编程的记忆体存储指令，用于诸如逻辑、顺序、实时计数及演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，来控制各种机械或者工作程序。国际电工委员会(International Electro Technical Commission)在1985年颁布的可编程控制器标准草案第二稿修改的基础上，于1987年2月进一步完善了PLC的定义，也就是目前被大家认同并且所接受的定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计，它采用可编程的存储器，用来执行内部的逻辑运算、顺序控制、定时、计数或算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关的外围设备，都是按照易与工业控制系统联成一个整体、易于扩充的原则而设计。由此可知，可编程控制器PLC的本质就是一台为实现机械工业或生产过程而专门设计的、具有独特功能的软硬件系统的电子计算机。它是基于电子计算机，但不是普通的计算机，普通的计算机进行输入输出信息的变换，多只考虑信息的本身，信息的输入输出，只要人机界面友好，如使用多媒体就可以了，而PLC则重点考虑输入输出信息的可靠性、实时性，以及信息的实际应用，另外还必须考虑所使用的环境、便于安装维护、抗干扰等问题。3.1.2可编程控制器的组成及控制原理（1）PLC的组成可编程控制器PLC一般由主机、扩展单元及外设组成。主机是必不可少的，其他外设可以按照需要配置。主机由输入、输出和CPU三部分组成。输入部分:PLC与生产过程相连接的输入通道，输入部分接受来自生产现场的各种信号，如限位开关、按钮、CPU部分:PLC的核心部分，传感器的信号等。由微处理器系统、系统程序存储器和用户程序存储器组成，负责系统程序的调度、管理、运行和PLC的自诊断。主要负担对用户程序作出编译解释处理以及调度用户目标程序运行的任务。输出部分:PLC与生产过程相连接的输出通道，输出部分接收CPU的处理输出，并转换成被控设备所能接受的电压、电流信号，以驱动被控设备。扩展单元主要是1/O、电源模块、与主机的连接电缆、接口模块。外设:最基本的外设是编程器，有的还配有可编程终端、条码读入器，打印机等。从编程和调试程序的角度上讲，个人计算机也算是PLC的终端。编程器中央处理器（CPU）输入电路输出电路系统程序存储器用户程序存储器电源图3-1 PLC硬件构成PLC的组成决定了PLC的功能，随着技术的发展和PLC的应用范围的扩大，PLC的组成不断增加和完善，它的功能叶在不断完善中。（2）PLC的工作原理及控制的实现最初研制生产PLC的主要目的是用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但是它们两者的运行方式有如下区别:(1)继电器控制装置采用的运行方式是硬逻辑运行，也就是说，当继电器的线圈通电或者断电，该继电器的所有触点(包括常开和常闭点)在继电器的控制电路上的任何位置都会同时动作。(2) PLC的CPU则采取的是顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或者逻辑被接通或者断开，该线圈上的所有触点(包括常开和常闭点)不会立即动作，必须等待扫描到该触点时才一会动作。 当PLC投入运行后，它的工作是以循环扫描的方式来完成的，一般分为3个阶段:输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期，在整个PLC的运行期间，CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。3.1.3 PLC的编程语言1993年国际电工委员会(IEC)正式颁布了可编程控制器国际标准IEC1311,它规范了可编程控制器的编程语言及基本元素。IEC1311-3规定了两大编程语言:文本编程语言和图形化语言。其中文本化语言包括清单指令和结构化文本语言，图形化语言包括梯形图语言和功能块图语言。至于现在用到的顺序功能图，该标准并没有将它列入为编程语言中的一种，而是将它在公用元素中予以规划。也就是说，在现在的编程语言中，不论在文本化语言，还是在图形化语言中，都可以运用SFC(顺序功能图)的概念，句法和语法。IEC1311-3允许在同一个PLC中使用多种编程语言，这样的话，就允许程序开发人员可以对每一个特定的任务选择一个适合的语言来编程，还允许在同一个控制程序中不同的软件模块用不同的编程语言编制。IEC1311-3的编程语言是IEC工作组对世界范围内的PLC厂商的编程语言进行了借鉴、分析后，在此基础上形成的一套针对工业控制系统的编程控制语言。它既适合于PLC，也适合于实际的工业控制领域。对编程语言的选择，取决于程序设计员的语言背景、所面对的控制问题及控制系统的结构等。IEC1311-3中编程语言部分规范了4种编程语言，并且定义了这些编程语言的语法和句法。这4种编程语言是:文本语言两种(指令表语言IL和结构化文本语盲一ST)，图形化语言两种(梯形图语言LD和功能模块语言FBD)。(1)结构化文本(Structured Text)语言结构化文本语言(Structured Text)是专门为工业控制而开发的高级语言，它可以追溯到Ada, Pascal和C语言。它的特点是格式自由，可以在关键词和标识符之间的任何地方插入制表符、换行符和注释。因为它对编程人员的技术要求较高，普通的技术人员无法完成，同时也不直观，所以应用并不普及。 (2)指令表(Instruction List)语言指令语言主要是流行在欧洲和日本的一种初级语言，与汇编语言类似。IL语言由一系列指令组成。特点是一条指令占一行，指令由操作符及紧跟其后的操作数组成，可以用来调用函数的功能块、赋值、在区段内执行有条件或无条件的转移。但是指令结构与一般计算机不兼容、指令结构不灵活，浪费指令存储空间、无法适于一般领域。 (3)梯形图(Ladder Diagram)语言梯形图(Ladder Diagram)语言是一种源于美国的图形化语言，是基于继电器的梯形图形表达式。它采用图形化语言，沿用了继电器的触点、线圈的串联等术语，并且增加了继电器中没有的符号。梯形图一般由不同的阶梯(Ruge )组成，每一阶梯又由输入和输出组成。在一个阶梯中，输出指令出现在阶梯的最右边，输入指令出现在输出指令的左边，当输入指令所表示的阶梯条件为真时，则执行输出指令，否则就不执行输出指令。因此，梯形图允许在一个阶梯中的输入指令表示梯形条件永远为真;也允许有多个输入指令串、并联，其中串联表示几个条件“与”的关系，并联则表示“或”的关系，但对于输出指令可以并联而不允许串联，并联表示阶梯条件为真时，几个输出指令可一并执行。(4)功能块图(Function Block Diagram)语言 FBD是一种以功能模块为单位的图形化方法，它用一系列相互连接的图形块来表达函数、功能块和程序的行为，就如同电子电路图一样。但是因为每个功能模块占用一定的空间，对每个功能模块的执行都占有较多的时间，通常只应用在控制规模较大，较复杂的大中型控制系统中。3.2车库模型的分析研究由第二章分析我们知道升降横移式立体车库的运行原理:利用托盘的移位产生垂直通道，通过高层车位升降来实现车辆的存放，托盘的移位由PLC来进行控制。该系统中主控单元的控制对象首先是车库内的横移小电机和升降大电机，控制系统控制它们在不同时间实现正反转;其次是车库内的各种辅助装置，如指示灯等。为了保证托盘能横移到预定位置、托盘能上升或下降到准确位置，采用限位开关，为了判断托盘上有无车辆，采用了光电开关，在不同的位置有不同的功能:将接收器和发射器分别安装在托盘底层左右两边的光电开关，用以检测托盘上汽车停放是否到位;在托盘对角线上安装的光电开关用以检测托盘上有无车辆;装在车位入口处左右两侧的光电开关用于检测外界的错误动作和车位移动时出现的异常情况。如有车辆未停妥、动作区域有人或物、运行过程中有车想进入等意外情况，光电开关光线被遮，会给PLC一个电平变化信号，从而改变PLC的输入，蜂鸣器发出长音并报警，设备停止运行。 选用按钮控制便于操作，但对于大型车库来说要用上位机来进行控制，同时在车库中还运用了一些传感器，如烟温传感器，以及安全预警装置，其控制原理见图3-2所示。图3-2控制原理图因控制系统只有开关量输入而无模拟量输入，凭可编程序控制器本身的抗干扰能力和隔离变压器就能满足要求，可不必再另外增加其它抗干扰措施。本系统对开关控制量的速度要求不高，可选用一般的可编程序控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系统输入端有各种开关，工作时有总开、总停按钮和其它一些移动键、紧急停止按钮，若干个信号输入、输出端，并有故障报警控制等。控制软件采用梯形图语言编写，二层停车位对车存取可直接在对应的位置进行，一、三层停车位对车的存取流程图如图3-3所示。在程序设计中，采用了模块化编程形式，车位运行过程中只需调用子程序模块，这样大大降低了程序的复杂程度，方便了程序的修改，而且对于车位的拓展提供了便利的条件。当YNNYNYNY车位在层数或排数上增加时，只需就其中的一个子程序和主程序进行相应的改动，而其它的子程序基本不必改动，大大减轻了以后重新编程的任务。图3-3 一、三层存取车流程图程序可分为两大部分，第一部分为主程序，第二部分为子程序。子程序又分为三个模块，各模块的作用为:(1)进行新的存取车操作之前把上层托盘复位;(2)空出上层操作托盘下的车位，使操作托盘可以下降;(3)确定运动托盘的层数并赋予相应的值。为了在试验中将车库的控制系统实现出来，我们采用了车库模型来实现车库的控制系统的模拟。应选用PLC是80点(I/0)左右的可编程控制器，用开关、灯以及按钮来表示车库控制系统中的电机、传感器、光电开关及报警装置等，具体如下:(1)各个车位存取车信号的输入用按钮来表示，存车按钮输入存车信号，取车按钮输入取车信号。(2)各层托盘的升降、横移分别用上升、下降、左右平移指示灯表示。(3)车位托盘检测、车辆检测、挂钩限位状态用开关的常开、常闭状态来表示。具体来说:托盘检测开关常闭状态表示车位有托盘，开关常开状态表示托盘没有复位;车辆检测开关常闭状态表示车位上存有车，常开状态表示车位上没有车;挂钩限位开关状态常闭表示托盘移动到位，相应电机停止运转，常开表示托盘没有复位，车库对应车位没有托盘。3.3 PLC的主要性能指标和选型在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，以及立体车库的自动控制等，采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为最有效的方法之一。PLC主要性能指标有存储容量、控制容量、扫描周期、指令功能及软件支持、网络与通信等几个方面:(1)存储容量可编程控制器的存储容量由两部分组成:一部分用来存放系统程序，系统程序是机器在出厂前厂家写入，用户不能改变也无法访问的程序;另一部分是用来存放用户程序及所需的数据。存储容量一般是指后者，存储器包括程序存储器和数字存储器，有时候，它也用梯形图的步序来表示。在实际的应用中，用户根据控制对象复杂程度的不同，先预估所需的容量，进而选择机型。 (2)控制容量PLC的控制容量也就是I/O容量，也叫I/O能力，通常以离散量(数字量)个数来计算，它是表示输入输出J点的个数。不同的PLC有不同的I/O容量，微型PLC的控制容量一般在20点以下，而大型的PLC的I/O容量可达lOK以上。 (3)扫描周期PLC的扫描周期也称处理器的扫描时间。机器上电后，先进行初始化工作，如复位定时器、检查I/O组件连接等，然后在此基础上开始进入系统的扫描周期。扫描周期包括:输入扫描、程序扫描、输出扫描和内务处理。通常，将输入扫描和输出扫描合称为1/O扫描，处理器的扫描周期是I/O扫描和程序扫描周期两者之和。 (4)指令功能及软件支持因为历史的原因，各厂家的PLC指令存在很大的区别，没有哪一种编程语言是各厂家的PLC能够相互通用的，但是梯形图、顺序功能图、结构化文本语言还是面向一般工程技术人员的。最初的可编程控制器只是一些简单的开关量逻辑控制器件，而且其控制数目有限，因此只有基本的输入输出指令及程序控制指令，编程设备也很简陋。但是随着科学的发展，PLC也在不停地发展，在指令功能也不断增强的同时，开发的手段也从早期专用的编程设备转移到了计算机上面，计算机的开发环境也从早期的DOS到现在的WIN95/NT上，从而使得可编程控制器的使用变得更加容易，除可编程外，还使得仿真软件、PLC的开发、调试可以在一台计算机上完成，这就大大缩短了应用系统的开发周期。因此在选用PLC的时候，不但要考虑PLC本身是否适用，还应该考虑相应的开发环境和软件是否适用和易用。 (5)网络与通信随着计算机的发展，现在的PLC不仅要求执行速度快、单机的内存及I/O容量做得很大，而且网络通信能力亦成为PLC一个很重要的指标。因为只有具备网络通信功能的PLC才一能实现大范围的远程控制。正确、合理地设计PLC应用控制系统要涉及到很多方面，其中最基本的原则有以下四点:(1)完整性原则:最大限度满足工业生产过程或机械设备的控制要求。(2)可靠性原则:确保计算机控制系统的可靠性。(3)经济性原则:力求控制系统简单、实用、合理。(4)发展性原则:适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在1/O接口、通信等方面留有余地。对控制系统硬件的选择主要是PLC的选择，包括PLC机型的选择、PLC容量的选择和模块的选择三个方面。 (1) PLC机型的选择面对众多厂家提出的多种系列、功能各异的PLC产品，其结构、性能、价格各不相同。L匕如，三菱FX2N-128MR-001系列，价格是9920.00，而FX 1 S-422-BD价格就是390.00，还不到400元。因此，在选择机型的时候，应本着在满