基于PLC的立體車庫的設計.doc

_基于PLC的立體車庫的設計摘 要本設計針對目前停車場管理系統存在的系統管理介質落后、集成自動化程度低、安全性差、人性化和運行效率低下的不足，結合目前科學技術領域的最新研究成果，設計了一種技術較先進、性能可靠、自動化程度較高的停車場智能管理系統。本設計的指導思想立足于提高停車場管理系統的可靠性、安全性和高效性，對目前我國各大中城市所面臨的“停車難”問題的解決，具有一定的促進作用。本系統所采用的PLC技術，射頻卡技術對其它交通收費系統也有一定的借鑒意義。本文針對停車場只能控制系統中存在的問題，把PLC可編程序控制器和變頻器應用于停車場只能控制系統上，并進行了較深入的研究。本文闡述了智能停車場系統的PLC控制、收費、計費和安全的一些基本思路和方法，并介紹了著重介紹了PLC工作特點及運行原理，還介紹了C20P型歐姆龍型可編程控制器系列的C200H-OA223 PLC控制器主要功能模塊及應用，C20P不僅編程簡單，通用性強，抗干擾能力強，可靠性高，而且具有易于操作及維護，設計、施工、調試周期短等優(yōu)點。還介紹了MIFARE1ICS50非接觸式IC卡的結構，描述了停車場管理系統的基本模塊及功能，并對系統的主回路和控制回路的硬件部分進行了詳細介紹。本文主要是對停車場進行智能化設計，通過采取PLC技術對停車場管理的設計，達到停車場智能化、高效化。 關鍵詞: PLC 停車 控制Abstract The design of the current car park management system for the medium backward management system, integrated low degree of automation, poor security, human and operational inefficiencies of inadequate in light of the current field of science and technology as research results, design a more advanced technology, Reliable performance, a higher degree of automation Smart car park management system. The design of the guiding ideology based on the improved car park management system reliability, safety and efficiency of China's major cities in the face of "difficult to stop" the settlement of the issue, have a certain role. The system used by the PLC technology, RF card technology to other transport system has some reference. This paper car park can only control system problems that exist in the PLC PLC and inverter control system can only be used in car parks, and a more in-depth studies. In this paper, the Intelligent Parking Systems PLC control, charging, billing and security of some of the basic ideas and methods, and gave a briefing on the work focused on the PLC and operating characteristics of principle, also introduced C20P-Omron programmable control Series of C200H-OA223 PLC controller main function modules and application, C20P programming not only simple, high universality, anti-interference capability and high reliability, but also easy to operate and maintain, design, construction, commissioning the advantages of short cycle . It also introduced the MIFARE1ICS50 contactless IC card of the structure, describes the car park management system and the function of the basic modules, and the main circuit and control circuit for the hardware part of the detailed briefing. This article is a car park intelligent design, through the adoption of PLC technology on the design of car park management to car parks intelligent, efficient.Key Words : PLC；Intelligent System；Parking；Safety Management 目 錄1 概 述41.1 PLC 的概術41.1.1、PLC的發(fā)展歷程51.2.PLC的結構和基本配置以及控制要求61.2.1、PLC的結構6 1.2.2可變程序控制器的基本應用91.3 立體停車場的概述16 1.3.1 主要結構16 1.3.2 使用方法17 1.3.3 裝置中實現的硬件保護19 1.3.4 技術參數19 1.3.5注意事項192 立體停車場的概述202.1 控制要求202.2 I/O地址分配表212.3 實驗步驟212.4 監(jiān)控系統222.5 注意事項223 系統的調試233.1 PLC控制系統的調試23 3.1.1技術資料 24 3.1.2調試與維修工具24 3.1.3基本檢查25 3.1.4設備基本狀況檢查25 3.1.5電氣檢查26 3.1.6現場調試的基本步驟27 3.1.7硬件的調試28 3.1.8軟件的調試304 系統功能的評價及現實意義31本次設計的心得體會致謝參考文獻1 概 述1.1 PLC 的概術1.1.1、PLC的發(fā)展歷程  在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。  個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現在，仍常常將PLC簡稱PC。  PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。  上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。  PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點?？梢灶A料：在工業(yè)控制領域中，PLC控制技術的應用必將形成世界潮流PLC程序既有生產廠家的系統程序，又有用戶自己開發(fā)的應用程序，系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。1.1.2、可編程控制器基本應用最初，PLC主要用于開關量的邏輯控制。隨著PLC技術的進步，它的應用領域不斷擴大。 如今，PLC不僅用于開關量控制，還用于模擬量及數字量的控制，可采集與存儲數據，還可對控制系統進行監(jiān)控；還可聯網、通訊，實現大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。用于開關量控制PLC控制開關量的能力是很強的。所控制的入出點數，少的十幾點、幾十點，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點。由于它能聯網，點數幾乎不受限制，不管多少點都能控制。 所控制的邏輯問題可以是多種多樣的：組合的、時序的；即時的、延時的；不需計數的，需要計數的；固定順序的，隨機工作的；等等，都可進行。 PLC的硬件結構是可變的，軟件程序是可編的，用于控制時，非常靈活。必要時，可編寫多套，或多組程序，依需要調用。它很適應于工業(yè)現場多工況、多狀態(tài)變換的需要。 用PLC進行開關量控制實例是很多的，冶金、機械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有工業(yè)行業(yè)都需要用到它。目前，PLC首用的目標，也是別的控制器無法與其比擬的，就是它能方便并可靠地用于開關量的控制。用于模擬量控制模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小是連續(xù)變化的。工業(yè)生產，特別是連續(xù)型生產過程，常要對這些物理量進行控制。 作為一種工業(yè)控制電子裝置，PLC若不能對這些量進行控制，那是一大不足。為此，各PLC廠家都在這方面進行大量的開發(fā)。目前，不僅大型、中型機可以進行模擬量控制，就是小型機，也能進行這樣的控制。 PLC進行模擬量控制，要配置有模擬量與數字量相互轉換的AD、DA單元。它也是I/O單元，不過是特殊的 I/O單元。 A/D單元是把外電路的模擬量，轉換成數字量，然后送入 PLC。D/A單元，是把 PLC的數字量轉換成模擬量，再送給外電路。 作為一種特殊的I/O單元，它仍具有I/O電路抗干擾、內外電路隔離，與輸入輸出繼電器（或內部繼電器，它也是PLC工作內存的一個區(qū)?？勺x寫）交換信息等等特點。 這里的A/D中的A，多為電流，或電壓，也有為溫度。D/A中的A，多為電壓，或電流。電壓、電流變化范圍多為05V，010V，420mA。有的還可處理正負值的。這里的D，小型機多為8位二進制數，中、大型多為12位二進制數。A/D、D/A有單路，也有多路。多路占的輸入輸出繼電器多。 有了 A/D、D/A單元，余下的處理都是數字量，這對有信息處理能力的 PLC并不難。中、大型PLC處理能力更強，不僅可進行數字的加、減、乘、除，還可開方，插值，還可進行浮點運算。有的還有PID指令，可對偏差制量進行比例、微分、積分運算，進而產生相應的輸出。計算機能算的它幾乎都能算。 這樣，用PLC實現模擬量控制是完全可能的?？刂频膯挝恢悼尚〉?12分之一的測量程值，多數也是足夠的。 PLC進行模擬量控制，還有A/D、D/A組合在一起的單元，并可用 PID或模糊控制算法實現控制，可得到很高的控制質量。 用PLC進行模擬量控制的好處是，在進行模擬量控制的同時，開關量也可控制。這個優(yōu)點是別的控制器所不具備的，或控制的實現不如PLC方便。當然，若純?yōu)槟M量的系統，用PLC可能在性能價格比上不如用調節(jié)器。這也是應當看到的。用于數字量控制 實際的物理量，除了開關量、模擬量，還有數字量。如機床部件的位移，常以數字量表示。 字量的控制，有效的辦法是NC，即數字控制技術。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術。當今已很普及，并也很完善。目前，先進國家的金屬切削機床，數控化的比率已超過4080，有的甚至更高。 PLC也是基于計算機的技術，并日益完善。故它也完全可以用于數字量控制。 PLC可接收計數脈沖，頻率可高達幾k到幾十k赫茲?？捎枚喾N方式接收這脈沖，還可多路接收。有的PLC還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達幾十k。有了這兩種功能，加上PLC有數據處理及運算能力，若再配備相應的傳感器（如旋轉編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放、步進電機），則完全可以依NC的原理實現種種控制。高、中檔的PLC，還開發(fā)有NC單元，或運動單元，可實現點位控制。運動單元還可實現曲線插補，可控制曲線運動。所以，若PLC配置了這種單元，則完全可以用NC的辦法，進行數字量的控制。 新開發(fā)的運動單元，甚至還發(fā)行了NC技術的編程語言，為更好地用PLC進行數字控制提供了方便。1.2.PLC的結構和基本配置以及控制要點1.2.1、PLC的結構 一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如下：接口部件輸出輸入接口部件 中央處理單元 CPU板 接受 驅動 驅動 現場信號 受控元件 電 源 部 件1 CPU的構成 PLC中的CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路， 與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。 CPU的運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內存區(qū)等。2、I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯系的，按I/O點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。3、電源模塊： 有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。4、底板或機架： 大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。5、PLC 的外部設備 外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類1） 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。2） 監(jiān)控設備：有數據監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數據或通過畫面監(jiān)視數據。3） 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。4） 輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。6、PLC的通信聯網依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。  PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。  PLC的通信，還未實現互操作性，IEC規(guī)定了多種現場總線標準，PLC各廠家均有采用。  對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y)來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規(guī)模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行；再次綜合考慮系統成本、設備兼容性、現場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。 PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。現在幾乎所有的PLC新產品都有通信聯網功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。 當然，PLC之間的通訊網絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯網。 了解了PLC的基本結構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經濟又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。1.2.2 可編程控制器實現控制的要點1、入出信息變換、可靠物理實現，可以說是PLC實現控制的兩個基本要點。入出信息變換靠運行存儲于PLC內存中的程序實現。PLC程序既有生產廠家的系統程序(不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應用（用戶）程序。系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信號與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。什么樣的控制要求，就應有什么樣的用戶程序?？煽课锢韺崿F主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內部計算機電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯系。輸出電路內外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。 I/O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個I或O電路。PLC有多I/O用點，一般也就有多少個I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。 輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點都有一個對應的存儲其信息的暫存器。 輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點。輸出鎖存器與輸出點也是一一對應的 這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計算機內存交換信息通過計算機總線，并主要由運行系統程序實現。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內存中，稱輸入刷新。PLC內存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點。這些位置成1，表示接點通，置成0為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與PLC內存中的輸出映射區(qū)也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內存位（bit）與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。靠運行系統程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運行系統程序實現的。這樣，用戶所要編的程序只是，內存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。這是一個數據及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。圖片： 2 可編程控制器實現控制的過程簡單地說，PLC實現控制的過程一般是： (如圖1-1-1 PLC 典型開機流程 ) 輸入刷新-再運行用戶程序-再輸出刷新-再輸入刷新-再運行用戶程序-再輸出刷新永不停止地循環(huán)反復地進行著。圖111所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時間關系。 有了上述過程，用PLC實現控制顯然是可能的。因為：有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產生相應的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環(huán)反復地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應的時間上，略有滯后。當然，這個滯后不宜太大，否則，所實現的控制不那么及時，也就失去控制的意義。 為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時間短，是PLC實現控制的基礎。事實上，它的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點幾，或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提高中。圖111所示的過程是簡化的過程，實際的 PLC工作過程還要復雜些。除了 I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。 公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設服務及通訊處理等。監(jiān)控循環(huán)時間的目的是避免"死循環(huán)"，避免程序不能反復不斷地重復執(zhí)行。辦法是用"看門狗"（Watching dog）。只要循環(huán)超時，它可報警，或作相應處理. 外設服務是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設備如打印機輸出數據.通訊處理是實現PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。也就是說，實際的PLC工作過程總是：公共處理-I/O刷新-運行用戶程序-再公共處理-反復不停地重復著。3、可編程控制器實現控制的方式 用這種不斷地重復運行程序實現控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應后正運行的程序停止運行，轉而去處理中斷工作（運行有關中斷服務程序）。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。哪個不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。 在中斷方式下，計算機能得到充分利用，緊急的任務也能得到及時處理。但是，如果同時來了幾個都要處理的任務該怎么辦呢？優(yōu)先級高的還好辦，低的呢？可能會出現照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現場的日常使用。 但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個別急需的處理，允許中斷這個掃描運行的程序，轉而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個別應急的也能進行處理。 PLC的實際工作過程比這里講的還要復雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現-信息處理、I/O電路-空間、時間關系-掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實現控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點了。至于更深入的問題，在進一步學習中，將再作具體介紹。4、 可編程控制器基本特點從討論PLC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯系是靠運行存儲于它的內存中的程序實現。它的入出相關，不是靠物理過程，不是用線路；而是靠信息過程，用軟邏輯聯系。它的工作基礎是用好信息。信息不同于物質與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲；信息還可重用，等等。正是由于信息的這些特點，決定了PLC的基本特點。下面介紹PLC的四個特點： 功能豐富 PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統及存儲信息的內部器件有關。 它的指令多達幾十條、幾百條，可進行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進行各種類型數據的運算。凡普通計算機能做到的，它也都可作到。它的內部器件，即內存中的數據存儲區(qū)，種類繁多，容量宏大。I/O繼電器，可以用以存儲入、出點信息的，少的幾十、幾百，多的可達幾千、幾萬，以至10幾萬。這意味著它可進行這么多I/O點的入出信息變換，進行這么大規(guī)模的控制。它的內部種種繼電器，相當于中間繼電器，數量更多。內存中一個位就可作為一個中間繼電器，怎么不多！ 它的計數器、定時器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱體或模塊，其內部定時器、計數器可達成百、成千。這也是因為只要用內存中的一個字，再加一些標志位，即可成為定時器、計數器，所以才那么多。 而且，這些內部器件還可設置成丟電保持的，或丟電不保持的，即上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以做到的。它的數據存儲區(qū)還可用以存儲大量數據，幾百、幾千、幾萬字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。 PLC還有豐富的外部設備，可建立友好的人機界面，以進行信息交換?？伤腿氤绦颍腿霐祿?，可讀出程序，讀出數據。而且讀、寫時可在圖文并茂的畫面上進行。數據讀出后，可轉儲，可打印。數據送入可鍵入，可以讀卡入，等等。PLC還具有通訊接口，可與計算機鏈接或聯網，與計算機交換信息。自身也可聯網，以形成單機所不能有的更大的、地域更廣的控制系統。 PLC還有強大的自檢功能，可進行自診斷。其結果可自動記錄。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。 豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能；同時，也為工業(yè)系統的自動化、遠動化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。 像PLC這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是傳統的繼電控制電路所無法比擬的。使用方便用PLC實現對系統的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序, 用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多！ 其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實現了系列化與規(guī)格化。種種控制系統所需的模塊，PLC廠家多有現貨供應，市場上即可購得。所以，硬件系統配置與建造也非常方便。 正因如此，用可編程序控制器才有這個"可"字。對軟件講，它的程序可編，也不難編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。具體地講，PLC有五個方面的方便： （1）配置方便：可接控制系統的需要確定要使用哪家的 PLC，那種類型的，用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場上定貨購買即可。（2）安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單，而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。內部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開關設定或軟件設定，以及編制好用戶程序就可工作。（3）編程方便：PLC內部雖然沒有什么實際的繼電器、時間繼電器、計數器，但它通過程序（軟件）與系統內存，這些器件卻實實在在地存在著。其數量之多是繼電器控制系統難以想象的。即使是小型的PLC，內部繼電器數都可以千計，時間繼電器、計數也以百計。而且，這些繼電器的接點可無限次地使用。PLC內部邏輯器件之多，用戶用起來已不感到有什么限制。唯一考慮的只是入出點。而這個內部入出點即使用得再多，也無關緊要。大型PLC的控制點數可達萬點以上，哪有那么大的現實系統？若實在不夠，還可聯網進行控制，不受什么限制。PLC的指令系統也非常豐富，可毫不困難地實現種種開關量，以及模擬量的控制。PLC還有存儲數據的內存區(qū)，可存儲控制過程的所有要保存的信息?？傊捎赑LC功能之強，發(fā)揮其在控制系統的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人們的想象力，或與其配套的其它硬件設施了。 PLC的外設很豐富，編程器種類很多，用起來都較方便，還有數據監(jiān)控器，可監(jiān)控PLC的工作。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設計的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。這些也為PLC編程提供了方便。PLC的程序也便于存儲、移植及再使用。某定型產品用的PLC的程序完善之后，凡這種產品都可使用。生產一臺，拷貝一份即可。這比起繼電器電路臺臺設備都要接線、調試，要省事及簡單得多。（4）維修方便：這是因為：PLC工作可靠，出現故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。這在講述PLC的第三個特點時，還將進一步介紹。即使PLC出現故障，維修也很方便。這是因為PLC都設有很多故障提示信號，如PLC支持內存保持數據的電池電壓不足，相應的就有電壓低信號指示。而且，PLC本身還可作故障情況記錄。所以，PLC出了故障，很易診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單。可按模塊排故，而模塊的備件市場可以買到，進行簡單的更換就可以。至于軟件，調試好后不會出故障，再多只要依據使用經驗進行調整，使之完善就是了。（5）改用方便：PLC用于某設備，若這個設備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設備使用，只要改編一下程序，就可辦到。如果原設備與新設備差別較大，它的一些模塊還可重用。工作可靠用PLC實現對系統的控制是非?？煽康摹＿@是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運用，也就不成其為PLC了。1·）在硬件方面： PLC的輸入輸出電路與內部CPU是電隔離。其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。 PLC使用的元器件多為無觸點的，而且為高度集成的，數量并不太多，也為其可靠工作提供了物質基礎。 在機械結構設計與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動、耐沖擊。使用環(huán)境溫度可高達攝氏50多度，有的PLC可高達80-90度。有的PLC的模塊可熱備，一個主機工作，另一個主機也運轉，但不參與控制，僅作備份。一旦工作主機出現故障，熱備的可自動接替其工作。 還有更進一步冗余的，采用三取一的設計，CPU、I/O模塊、電源模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時工作，最終輸出取決于三者中的多數決定的結果。這可使系統出故障的機率幾乎為零，做到萬無一失。當然，這樣的系統成本是很高的，只用于特別重要的場合，如鐵路車站的道叉控制系統。2）在軟件方面： PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統常出現的"冒險競爭"，其控制結果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的及時響應，使PLC能可靠地工作。 為監(jiān)控 PLC運行程序是否正常，PLC系統都設置了"看門狗"（Watching dog）監(jiān)控程序。運行用戶程序開始時，先清"看門狗"定時器，并開始計時。當用戶程序一個循環(huán)運行完了，則查看定時器的計時值。若超時（一般不超過100ms），則報警。嚴重超時，還可使PLC停止工作。用戶可依報警信號采取相應的應急措施。定時器的計時值若不超時，則重復起始的過程，PLC 將正常工作。顯然，有了這個"看門狗"監(jiān)控程序，可保證PLC用戶程序的正常運行，可避免出現"死循環(huán)"而影響其工作的可靠性。 PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產生各重要模塊工作正常與否的提示信號?？赏ㄟ^編制相應的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統進行監(jiān)控，以確保其可靠工作。 PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統進行初始化。這是系統程序配置了的，用戶可不干預。出現故障時有相應的出錯信號提示。 正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可。 曾有人做過為什么要使用 PLC的問卷調查。在回答中，多數用戶把PLC工作可靠作為選用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作為它的首選指標。1.3 立體停車場的概述本節(jié)是對TVT-99C立體停車場模型做一個詳細的介紹，包括其主要結構、使用方法、使用時的注意事項等等。 1.3.1主要結構：立體停車場主體由底盤、四層十二車位停車場、運動機械及電氣控制等四部分組成。 機械部分采用滾珠絲杠、滑杠、普通絲杠等機械元件組成，采用步進電機、直流電機作為拖動元件。電氣控制是由松下電工生產的FP0型可編程序控制器(PLC)、步進電機驅動電源模塊、開關電源、位置傳感器等器件組成。本系統采用滾珠絲杠、滑杠和普通絲杠作為主要傳動機構，電機采用步進電機和直流電機，其關鍵部分是堆垛機，它由水平移動、垂直移動及伸叉機構三部分組成，其水平和垂直移動分別用兩臺步進電機驅動滾珠絲杠來完成，伸叉機構由一臺直流電機來控制。它分為上下兩層，上層為貨臺，可前后伸縮，低層裝有絲杠等傳動機構。當堆垛機平臺移動到貨架的指定位置時，伸叉電機驅動貨臺向前伸出可將貨物取出或送入，當取到貨物或貨已送入，則鏟叉向后縮回。整個系統需要三維的位置控制。1.3.2使用方法：首先熟悉控制面板上的開關及按鈕功能及車位號（見圖一、二） 圖一控制面板上的開關及按鈕功能 圖二控制面板上的車位號表一、控制面板上的按鈕功能表按鍵號功能選擇定義1自動選擇1號車位手動機構水平向左移動2自動選擇2號車位手動機構垂直向下移動3自動選擇3號車位手動機構水平向右移動4自動選擇4號車位手動機構水平向后移動5自動選擇5號車位手動機構垂直向上移動6自動選擇6號車位手動機構水平向前移動7自動選擇7號車位手動無意義8自動選擇8號車位手動無意義9自動選擇9號車位手動無意義10自動選擇10號車位手動無意義11自動選擇11號車位手動無意義12自動選擇12號車位手動無意義具體的操作步驟如下：1接通電源。2將選擇開關置手動位置（此時此時16號有效）3分別點動按鍵1、2、3、4、5、6，觀察水平（X軸）、垂直（Y軸）、前后（Z軸）各絲杠運行情況，運行應平穩(wěn)，在接近極限位置時，應執(zhí)行限位保護（運行自動停止）。4用計算機編寫程序并下載至PLC。5.將選擇開關置自動位置（通電狀態(tài)下，各機構復位，即返回零位）。6.將一帶托盤汽車模型置零號車位，放置模型時，入位要準確，并注意到車位底部檢測開關已動作。7.執(zhí)行送指令（1）選擇欲送車位號，按動車位號對應按鈕，控制面板上的數碼管顯示車位號。 （2）按動送指令按鈕，觀察送入動作（若被選擇車位內已有汽車，則該指令不被執(zhí)行）。（3）指令完成后，機械自動返回。（4）零號車位已無汽車，則下一個送指令（誤操作）將不被執(zhí)行。8.執(zhí)行取指令（1）選擇欲取車位號，按動車位號對應按鈕，控制面板上的數碼管顯示車位號。（2）按動取指令按鈕，觀察取出動作（若被選擇車位內無汽車，則該指令不被執(zhí)行）。（3）指令完成后，機構自動復位。（4）零號車位已有汽車，則下一個取指令（誤操作），將不被執(zhí)行。9、當零號車位上有貨物時，若無外部操作指令，“就緒”燈亮，延時10秒后，自動將貨物放在車庫號最小的空位上，依次類推。如1#、2#、3#、4#都已有貨物，程序延時10秒，10秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在5#車庫。如1#、3#、4#都已存放貨物， 10秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在2#車庫。在延時的10秒內，若按下數字5#，然后按下“送”鍵，則運行機構將貨物放入5#庫，若按下5#鍵后，想取消此操作，可按下“放棄”鍵。此時，程序又處在待命狀態(tài)，“就緒”燈亮，又可進行其它操作。10當零號車位上無貨物時，若無人操作，“就緒”燈亮10秒后，程序將把數值最大車庫號里的物品轉運至沒有放貨物的車號比它小的車庫里。如1#、2#、5#有物，該程序將自動把5#物品轉至3#車位。若需從5#取回物品，放入4#位，操作步驟如下：“就緒”燈亮時，按下按鈕鍵“5”，再按“取”鍵，運行機構執(zhí)行程序要求取回貨物后，停在起初位置。此時按按鍵4#，再按“送”鍵，運行機構將把貨物放在4#位，然后停在起初位置，“就緒”燈亮10秒后，若無外部操作指令，程序又將4#位貨物轉至3#位。 1.3.3、 裝置中已實施的硬件保護1）、X軸極限位保護（SQ0、SQ1）2）、Y軸極限位保護（SQ2、SQ3）3）、Z軸極限位保護（SQ4、SQ5）4）、X軸、Y軸、Z軸協調保護（SQ6、SQ7硬件聯鎖）以上各種保護開關，確保在編程實驗中、立體停車場在程序出錯時，并不損壞該裝置。1.3.4、技術參數：1) 輸入電壓：AC200V240V（帶保護地二芯插座）或DC24V，耗電量250W。2) 環(huán)境：溫度-540攝氏度，濕度小于或等于百分之八十。3) 外形尺寸：60 X 45 X 60cm1.3.5、注意事項：1) 當0#位有車時，只能有“送”的操作，0#位無車時，只有“取”的操作。2) 取、送汽車模型應觀察模型到位情況，應注意檢測開關的動作情況。3) 需用手取送汽車模型時，應在斷電狀態(tài)下進行。4) 立體停車場模型應水平放置，并觀察Y軸與場體垂線重合情況，若重合不良，應在墊角下墊某一厚度墊片解決2 立體車庫控制系統的設計2.1、控制要求1將選擇開關置于手動位置（此時16號有效），分別點動按鍵1、2、3、4、5、6，觀察水平（X軸）、垂直（Y軸）、前后（Z軸）各絲杠運行情況，運行應平穩(wěn)，在接近極限位置時，應執(zhí)行限位保護（運行自動停止）。2.將選擇開關置自動位置（通電狀態(tài)下，各機構復位，即返回零位）。3.將一帶托盤汽車模型置零號車位，放置模型時，入位要準確，并注意到車位底部檢測開關已動作。4.執(zhí)行送指令（1）選擇欲送車位號，按動車位號對應按鈕，控制面板上的數碼管顯示車位號。 （2）按動送指令按鈕，觀察送入動作（若被選擇車位內已有汽車，則該指令不被執(zhí)行）。（3）指令完成后，機械自動返回。（4）零號車位已無汽車，則下一個送指令（誤操作）將不被執(zhí)行。5.執(zhí)行取指令（1）選擇欲取車位號，按動車位號對應按鈕，控制面板上的數碼管顯示車位號。（2）按動取指令按鈕，觀察取出動作（若被選擇車位內無汽車，則該指令不被執(zhí)行）。（3）指令完成后，機構自動復位。（4）零號車位已有汽車，則下一個取指令（誤操作），將不被執(zhí)行。6、當零號車位上有貨物時，若無外部操作指令，“就緒”燈亮，延時10秒后，自動將貨物放在車庫號最小的空位上，依次類推。如1#、2#、3#、4#都已有貨物，程序延時10秒，10秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在5#車庫。如1#、3#、4#都已存放貨物， 10秒內若無外部操作指令，自動將貨物放在2#車位。在延時的10秒內，若按下數字5#，然后按下“送”鍵，則運行機構將貨物放入5#庫，若按下5#鍵后，想取消此操作，可按下“放棄”鍵。此時，程序又處在待命狀態(tài)，“就緒”燈亮，又可進行其它操作。7當零號車位上無貨物時，若無人操作，“就緒”燈亮10秒后，程序將把數值最大車庫號里的物品轉運至沒有放貨物的車號比它小的車庫里。如1#、2#、5#有物，該程序將自動把5#物品轉至3#車位。若需從5#取回物品，放入4#庫，操作步驟如下：“就緒”燈亮時，按下按鈕鍵“5”，再按“取”鍵，運行機構執(zhí)行程序要求取回貨物后，停在起初位置。此時按按鍵4#，再按“送”鍵，運行機構將把貨物放在4#位，然后停在起初位置，“就緒”燈亮10秒后，若無外部操作指令，程序又將4#庫貨物轉至3#位。2.2、I/O地址分配表立體車庫I/O分配表輸 入 部 分輸 出 部 分X0Y0橫軸脈沖X1Y1豎軸脈沖X2Y2橫軸方向I0X3Y3豎軸方向I0X4貨臺回位限位Y4X5貨臺到位限位Y5X6貨臺是否有物Y6貨臺前升X7自動手動(01)Y7貨臺退回X20十六進制輸入鍵盤值1位Y20顯示部分就緒X21鍵盤值2位Y21取X22鍵盤值3位Y22放X23鍵盤值4位Y23十位顯示X24橫軸右限位Y24BCD碼輸出顯示BCD碼1位X25橫軸左限位Y25BCD碼2位X26豎軸上限位Y26BCD碼3位X27豎軸下限位Y27BCD碼4位 注：X40X4C為0至12個車庫的微動開關2.3、實驗步驟1、 連接電源，打開計算機。2、 打開FPWIN，將參考程序編輯好，并轉換。