【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下降用。當(dāng)車(chē)輛位于底層時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接取出車(chē)；若準(zhǔn)備將車(chē)存于底層，同樣不需要移動(dòng)其它層的載車(chē)盤(pán)，直接將車(chē)駛?cè)爰纯?。但若?chē)輛存于中間層或頂層，在 存 取車(chē)時(shí)，則需要通過(guò)橫移將該車(chē)位以下的托盤(pán)位置調(diào)整為空，才可進(jìn)行車(chē)輛的下降 上升， 車(chē)輛駛?cè)牒笤偕仙?回到原位置。整體操作時(shí)，遵循底層托盤(pán)只進(jìn)行平移操作，頂層托盤(pán)只能進(jìn)行升降操作，中間層既可平移又可升降操作的原則。 升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)是整個(gè)車(chē)庫(kù)的核心，設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到設(shè)備的安全性能和工作性能，影響到系統(tǒng)智能化程度的高低。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求一定要考慮到控制系統(tǒng)安全可靠性與操作方便性。 單片機(jī)在精度和速度要求很高的地方適用性較好，但要面對(duì)外圍電路和干擾，程序混亂等的必須考慮的問(wèn)題 [5]。 PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，從工程的角度，采用 PLC是 由于 其 可靠性強(qiáng)、 穩(wěn)定性好 、操作方便靈活，是集計(jì)算 機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)為一體的通用工業(yè)控制裝置，在實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制上有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)， 對(duì)一些大型、穩(wěn)定性要求很高的控制比較適用 [6]。 在升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)中選擇 PLC作為控制系統(tǒng)核心。 輸 入 電 路可 編 程 序 存 儲(chǔ) 器 P L C輸 出 電 路用 戶 程 序 存儲(chǔ) 器用 戶 程 序 存儲(chǔ) 器用 戶 程 序 存儲(chǔ) 器驅(qū) 動(dòng) 電 路 顯 示 電 路 報(bào) 警 電 路 圖 智能立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)邏輯框圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 智能立體車(chē)庫(kù)根據(jù)庫(kù)容量情況，如 3*3或 3*4或 3*5智能立體車(chē)庫(kù)最大存車(chē)數(shù)分別為 13，根據(jù)設(shè)備的控制要求，都可選擇 德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的 S7—200為主控單元口，最大控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)到 256點(diǎn)。升降橫移智能立體車(chē)庫(kù)系 統(tǒng)邏輯框圖如圖 。 控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對(duì)象首先是車(chē)庫(kù)內(nèi)的橫移電機(jī)和升降電機(jī)，控制系統(tǒng)使它們?cè)诓煌臅r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；其次是車(chē)庫(kù)內(nèi)的各種輔助裝置，如 ： 指示燈及其各種安全設(shè)施等。為了保證搬運(yùn)器能將托盤(pán)能橫移到預(yù)定位置以及使托盤(pán)能上升或下降到指定位置，采用了行程開(kāi)關(guān)。 電氣控制系統(tǒng)的框架 升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)共同組成。其中，上位機(jī)以工控計(jì)算機(jī)為核心，處于監(jiān)控室或值班室中，主要起監(jiān)控和管理作用等；下位機(jī)采用 PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接的控制。如果車(chē)庫(kù)的規(guī)模足夠大 ，還可以考慮配備操作器、觸摸屏等來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)控制 [7]，在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有涉及到。 在本系統(tǒng)中，利用系統(tǒng)中上位機(jī)的監(jiān)控作用，通過(guò)數(shù)據(jù)處理、圖形顯示和多媒體技術(shù)，顯示出各種現(xiàn)場(chǎng)的狀況，將 PLC從現(xiàn)場(chǎng)采集的各種不同的開(kāi)關(guān)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等，從控制界面顯示出來(lái)，從而在監(jiān)控人員和智能立體車(chē)庫(kù)之間以及在操作人員和智能立體車(chē)庫(kù)之間都可構(gòu)造出直觀形象的界面，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和系統(tǒng)故障進(jìn)行提示或報(bào)警。 鍵 盤(pán) 鼠 標(biāo)操 作 器打 印 機(jī)上 位 工 控 機(jī)收 款 機(jī)P L C P L C P L C變 頻 器電 機(jī)限 位 開(kāi) 關(guān)控 制 面 板 按 鈕接 觸 器執(zhí) 行 電 磁 鐵繼 電 器顯 示 器 指 示 燈安 全 裝 置P R O F I B U S D P 圖 升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)整體結(jié)構(gòu) 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)整 體結(jié)構(gòu)如圖 。上位機(jī)與顯示器、打印機(jī)、收款機(jī)相連，通過(guò)鍵盤(pán)鼠標(biāo)可進(jìn)行直接的信息輸入。 PLC主要完成對(duì)托盤(pán)位置及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和存取車(chē)的操作，將限位開(kāi)關(guān)、安全掛鉤等相關(guān)信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理輸出信號(hào)控制接觸器、電磁鐵等動(dòng)作，對(duì)拖動(dòng)電機(jī)的起停進(jìn)行控制。 智能立體車(chē)庫(kù)的操作分為三類，包括故障診斷和處理、聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)狀況的數(shù)據(jù) I/O操作、執(zhí)行用戶程序以及響應(yīng)與 PLC相連的外部設(shè)備的命令操作 [8]。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)存取操作時(shí)， PLC會(huì)接收人員在上位機(jī)或觸摸屏的輸入指令，經(jīng)過(guò)分析判斷檢測(cè)元件的狀態(tài)、讀取機(jī)械驅(qū) 動(dòng)的信息后，將輸入信號(hào)的信息反饋到執(zhí)行機(jī)構(gòu)如電磁鐵、繼電器、安全裝置、顯示指示燈等，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、托盤(pán)的升降橫移運(yùn)動(dòng)、限位開(kāi)關(guān)的動(dòng)作等，完成信號(hào)的顯示與車(chē)輛的存取操作。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的硬件組成 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，工控機(jī)和可編程控制器是人們不得不提的兩類控制設(shè)備，它們是大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備；變頻器可 以方便、可靠的對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速控制；而行程開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān) 等開(kāi)關(guān)器件，可以探測(cè)到系統(tǒng)的當(dāng)前情況，給出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量，提供給控制器件進(jìn)行處理。 本 章主要對(duì)組成系統(tǒng)的硬件進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，說(shuō)明這些器件在系統(tǒng)中的用途 。 可編程控制器的選擇 基于設(shè)計(jì)和調(diào)試的方便， 本次設(shè)計(jì) 采用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的 S7—200 系列 。 S7—200性價(jià)比高，結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行速度高、價(jià)格低廉及多功能多用途，在當(dāng)今的很多企業(yè)得到廣泛的使用。 由于本設(shè)計(jì)采用了 26 個(gè)輸入 I/O 點(diǎn)， 18 個(gè)輸出 I/O 點(diǎn)，采用的輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，所以該設(shè)計(jì)選用的中央處理器是 S7200 系列中的 CPU226，同時(shí)又?jǐn)U展了一個(gè)數(shù)字量混合模塊 EM223，通信模塊采用了 EM277 模塊 。 所示， CPU226 本機(jī)集成了 24 點(diǎn)輸入和 16 點(diǎn)輸出，共有 40 個(gè)數(shù)子量 I/O，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至 248 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O。 CPU226 有 13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間， 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出 [9]。CPU226 配有兩個(gè) RS485 通信 /編程口，具有 PPI 通信、 MPI 通信和自由方式通信能力，適合本設(shè)計(jì)的要求。 圖 CPU226實(shí)物圖 ， 輸入 /輸出擴(kuò)展模塊 EM223有 6種類型，包括 24V DC4入 /4出 ,24V DC4寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 入 /繼電器 4 出 , 24V DC8 入 /8 出 ,24V DC8 入 /繼電器 8 出 , 24V DC16 入 /16 出 ,24V DC16 入/繼電器 16 出。 6 種類型均有隔離，本設(shè)計(jì)采用的是 24V DC16 入 /繼電器 16 出。 圖 EM223數(shù)字量混合模塊 所示， EM277 模塊 是 PROFIBUSDP 從站模塊，該模塊可以作為PROFIBUSDP 從站和 MPI 從站，其通信特性為：一個(gè)通信口，接口類型為 RS485，協(xié)議為 PROFIBUSDP 從站和 MPI 從站。 圖 EM277模塊 工控計(jì)算機(jī) 工業(yè)控制機(jī)即 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也叫做工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)，英文簡(jiǎn)稱 IPC（ Industrial Personal Computer）。工業(yè)控制機(jī)是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制用的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)。 工控機(jī)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)和過(guò)程 I/O 系統(tǒng)組成，計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)由系統(tǒng)總線、主機(jī)模板、存儲(chǔ)器板、人機(jī)接口板與 CRT、磁盤(pán)機(jī)、打印機(jī)等通用外設(shè)組成 [10]。過(guò)程 I/O 系統(tǒng)由寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 輸入信號(hào)調(diào)理板和 A/D 轉(zhuǎn)換器，將現(xiàn)場(chǎng)傳測(cè)量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，模擬量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D 轉(zhuǎn)換器），變成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換和輸出調(diào)理（隔離放大）成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 早在 80 年代初期，美國(guó) AD 公司就推出了類似 IPC 的 MAC150 工控機(jī)，隨后美國(guó) IBM公司正式推出工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī) IBM7532。由于 IPC 的性能可靠、軟件豐富。價(jià)格低廉，而在工控機(jī)中異軍突起，后來(lái)居上，應(yīng)用日趨廣泛。 目前，工控機(jī)已被廣泛應(yīng)用于通訊、工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)、路橋收費(fèi)、醫(yī)療及生活的方方面面。工控機(jī)能夠適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的需要，比常用計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的抗干擾能力與可靠性，以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。 根據(jù)立體車(chē)庫(kù)的系統(tǒng)要求 ， 本設(shè)計(jì)采用了 具有主流配置 高 、處理速度快、可靠性較好的工業(yè)控制 計(jì)算機(jī) “ 研華 ” 工業(yè)控制 計(jì) 算 機(jī)（如圖 ） ： 型號(hào)IPC610MB， CPU 為 IntelPIV ， 1G內(nèi)存 ， 160G 硬盤(pán) ，配以三星 17 寸液晶顯示器，鼠標(biāo)，鍵盤(pán)等。 圖 IPC610MB 電機(jī) 電動(dòng)機(jī)種類繁多，可按各種方法分類，如按外殼保護(hù)，安裝方式，絕緣等級(jí)，功率大小，電源電壓，電源頻率、運(yùn)行特性、結(jié)構(gòu)、用途等各種分類方法，但不同分類之間都有復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系 [11]。我國(guó)目前是以功率大小作為大類來(lái)總劃分，而以主要性能、用途和結(jié)構(gòu)特征、型式等作 為補(bǔ)充來(lái)適當(dāng)細(xì)分。 電動(dòng)機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)控制，參數(shù)均由變頻器數(shù)據(jù)設(shè)定完成，從而控制了停車(chē)板的 “啟動(dòng)、加速、正常運(yùn)行、減速、停車(chē)、檢修運(yùn)行 ”的速度曲線，變頻器輸入信號(hào)端口也由變頻器參數(shù)設(shè)定， PLC控制變頻器完成相應(yīng)的動(dòng)作。對(duì)于三層三列立體車(chē)庫(kù)的電機(jī)安裝原則是 ： 底寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 層兩個(gè)車(chē)板各自裝有一個(gè)電動(dòng)機(jī)，以控制車(chē)板的左右水平移動(dòng)；中間層的兩個(gè)車(chē)板每個(gè)裝有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，分別控制車(chē)板在中間層導(dǎo)軌上的左右水平移動(dòng)和垂直方向上的升降移動(dòng)；頂層的三個(gè)車(chē)板不需要做左右水平移動(dòng)，只需要在相應(yīng)列的下兩層空出車(chē)位時(shí)做升降移動(dòng)，所以，這三個(gè)車(chē)板分 別只裝有控制升降運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。 在升降橫移式智能立體車(chē)庫(kù)中采用三相異步電動(dòng)機(jī)。選擇水平橫移控制電機(jī)的額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min，升降控制電機(jī)額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1470r/min。 變頻器 變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是控制機(jī)電能量變換器的電氣傳動(dòng)技術(shù)，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，因提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。 變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)歷大 約三十年的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，而且仍在不斷地提高可靠性和進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無(wú)公害化。 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換(整流、逆變 )，又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，后者要解決基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略的硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題 。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們所選用的是西門(mén)子 MM440 變頻器 （如圖 ） ，它主要 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī) 的 速度，而且額定功率范圍可從 120W 調(diào)節(jié)到 250kW，調(diào)節(jié)范圍廣，能夠滿足立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行。 圖 MM440變頻器 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 安全措施與可靠性 智能立體車(chē)庫(kù)在運(yùn)行中要保障人員、設(shè)備的安全，這是設(shè)計(jì)者進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很重要內(nèi)容之一。首先是通過(guò)在電路中設(shè)置的斷電保護(hù)保護(hù)裝置，確保在電路主電源發(fā)生缺相故障時(shí)，相應(yīng)的保護(hù)器件如繼電器等動(dòng)作，切斷設(shè)備主電源，達(dá)到保護(hù)人員、設(shè)備安全的目的。 系統(tǒng)通過(guò)精確定位 來(lái)提高人員在存取車(chē)過(guò)程中的安全可靠性，如行程開(kāi)關(guān)的設(shè)置保證托板能平移到預(yù)定位置以及托盤(pán)能上升或下降到準(zhǔn)確位置，行程開(kāi)關(guān)邏輯要嚴(yán)格互鎖控制 ， 如 急停按鈕按下，立即斷所有電機(jī)電源 ； 任何載車(chē)盤(pán)觸發(fā)上、下極限限位開(kāi)關(guān)，立即斷所有電機(jī)電源 ； 上層載車(chē)盤(pán)不在上位或運(yùn)行不到上位，中層載車(chē)盤(pán)不能運(yùn)行 ； 中層載車(chē)盤(pán)運(yùn)行不到位，上下層載車(chē)盤(pán)不能運(yùn)行 ； 下層載車(chē)盤(pán)不在下位或運(yùn)行不到下位中層載車(chē)盤(pán)不能運(yùn)行 ； 安全掛鉤不在開(kāi)啟位置，無(wú)下降動(dòng)作 ； 前后超長(zhǎng)開(kāi)關(guān)被遮擋，所有載車(chē)盤(pán)都不能動(dòng)作 ； 入口處人員誤入被遮擋，所有載車(chē)盤(pán)都不能動(dòng)。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 4 立體車(chē)庫(kù)的軟件設(shè)計(jì) 程序軟件的設(shè)計(jì) PLC 工作過(guò)程 PLC 的工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段 [12]。 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序 執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū) 中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀