【文章內(nèi)容簡介】 下降用。當車輛位于底層時，無需移動其他托盤就可直接取出車；若準備將車存于底層，同樣不需要移動其它層的載車盤，直接將車駛?cè)爰纯?。但若車輛存于中間層或頂層，在 存 取車時，則需要通過橫移將該車位以下的托盤位置調(diào)整為空，才可進行車輛的下降 上升， 車輛駛?cè)牒笤偕仙?回到原位置。整體操作時，遵循底層托盤只進行平移操作，頂層托盤只能進行升降操作，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庫的控制系統(tǒng)是整個車庫的核心，設(shè)計的優(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。所以在進行設(shè)計時，要求一定要考慮到控制系統(tǒng)安全可靠性與操作方便性。 單片機在精度和速度要求很高的地方適用性較好，但要面對外圍電路和干擾，程序混亂等的必須考慮的問題 [5]。 PLC是建立在單片機之上的產(chǎn)品，從工程的角度，采用 PLC是 由于 其 可靠性強、 穩(wěn)定性好 、操作方便靈活，是集計算 機技術(shù)、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)為一體的通用工業(yè)控制裝置，在實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制上有著不可比擬的優(yōu)勢， 對一些大型、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庫中選擇 PLC作為控制系統(tǒng)核心。 輸 入 電 路可 編 程 序 存 儲 器 P L C輸 出 電 路用 戶 程 序 存儲 器用 戶 程 序 存儲 器用 戶 程 序 存儲 器驅(qū) 動 電 路 顯 示 電 路 報 警 電 路 圖 智能立體車庫系統(tǒng)邏輯框圖 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 9 智能立體車庫根據(jù)庫容量情況，如 3*3或 3*4或 3*5智能立體車庫最大存車數(shù)分別為 13，根據(jù)設(shè)備的控制要求，都可選擇 德國西門子公司生產(chǎn)的 S7—200為主控單元口，最大控制點數(shù)可達到 256點。升降橫移智能立體車庫系 統(tǒng)邏輯框圖如圖 。 控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機和升降電機，控制系統(tǒng)使它們在不同的時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如 ： 指示燈及其各種安全設(shè)施等。為了保證搬運器能將托盤能橫移到預(yù)定位置以及使托盤能上升或下降到指定位置，采用了行程開關(guān)。 電氣控制系統(tǒng)的框架 升降橫移式智能立體車庫控制系統(tǒng)由上位機和下位機共同組成。其中，上位機以工控計算機為核心，處于監(jiān)控室或值班室中，主要起監(jiān)控和管理作用等；下位機采用 PLC，實現(xiàn)對現(xiàn)場進行直接的控制。如果車庫的規(guī)模足夠大 ，還可以考慮配備操作器、觸摸屏等來實現(xiàn)智能化自動控制 [7]，在本設(shè)計中沒有涉及到。 在本系統(tǒng)中，利用系統(tǒng)中上位機的監(jiān)控作用，通過數(shù)據(jù)處理、圖形顯示和多媒體技術(shù)，顯示出各種現(xiàn)場的狀況，將 PLC從現(xiàn)場采集的各種不同的開關(guān)信號、報警信號等，從控制界面顯示出來，從而在監(jiān)控人員和智能立體車庫之間以及在操作人員和智能立體車庫之間都可構(gòu)造出直觀形象的界面，對系統(tǒng)的正常運行和系統(tǒng)故障進行提示或報警。 鍵 盤 鼠 標操 作 器打 印 機上 位 工 控 機收 款 機P L C P L C P L C變 頻 器電 機限 位 開 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庫整體結(jié)構(gòu) 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 10 升降橫移式智能立體車庫整 體結(jié)構(gòu)如圖 。上位機與顯示器、打印機、收款機相連，通過鍵盤鼠標可進行直接的信息輸入。 PLC主要完成對托盤位置及運行狀態(tài)的檢測和存取車的操作，將限位開關(guān)、安全掛鉤等相關(guān)信號，通過計算機處理輸出信號控制接觸器、電磁鐵等動作，對拖動電機的起停進行控制。 智能立體車庫的操作分為三類，包括故障診斷和處理、聯(lián)系現(xiàn)場狀況的數(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)運行過程中，當出現(xiàn)存取操作時， PLC會接收人員在上位機或觸摸屏的輸入指令，經(jīng)過分析判斷檢測元件的狀態(tài)、讀取機械驅(qū) 動的信息后，將輸入信號的信息反饋到執(zhí)行機構(gòu)如電磁鐵、繼電器、安全裝置、顯示指示燈等，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)、托盤的升降橫移運動、限位開關(guān)的動作等，完成信號的顯示與車輛的存取操作。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 11 3 升降橫移式智能立體車庫控制系統(tǒng)的硬件組成 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，工控機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)自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備；變頻器可 以方便、可靠的對交流電機進行無級調(diào)速控制；而行程開關(guān)、光電開關(guān) 等開關(guān)器件，可以探測到系統(tǒng)的當前情況，給出相應(yīng)的開關(guān)量，提供給控制器件進行處理。 本 章主要對組成系統(tǒng)的硬件進行簡要介紹，說明這些器件在系統(tǒng)中的用途 。 可編程控制器的選擇 基于設(shè)計和調(diào)試的方便， 本次設(shè)計 采用德國西門子公司生產(chǎn)的 S7—200 系列 。 S7—200性價比高，結(jié)構(gòu)小巧、運行速度高、價格低廉及多功能多用途，在當今的很多企業(yè)得到廣泛的使用。 由于本設(shè)計采用了 26 個輸入 I/O 點， 18 個輸出 I/O 點，采用的輸入輸出點數(shù)較多，所以該設(shè)計選用的中央處理器是 S7200 系列中的 CPU226，同時又擴展了一個數(shù)字量混合模塊 EM223，通信模塊采用了 EM277 模塊 。 所示， CPU226 本機集成了 24 點輸入和 16 點輸出，共有 40 個數(shù)子量 I/O，可連接 7 個擴展模塊，最大可擴展至 248 點數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O。 CPU226 有 13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6 個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出 [9]。CPU226 配有兩個 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)計的要求。 圖 CPU226實物圖 ， 輸入 /輸出擴展模塊 EM223有 6種類型，包括 24V DC4入 /4出 ,24V DC4寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 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 工控計算機 工業(yè)控制機即 工業(yè)控制計算機，也叫做工業(yè)個人計算機，英文簡稱 IPC（ Industrial Personal Computer）。工業(yè)控制機是指對工業(yè)生產(chǎn)過程及其機電設(shè)備、工藝裝備進行測量與控制用的計算機，簡稱工控機。 工控機由計算機基本系統(tǒng)和過程 I/O 系統(tǒng)組成，計算機基本系統(tǒng)由系統(tǒng)總線、主機模板、存儲器板、人機接口板與 CRT、磁盤機、打印機等通用外設(shè)組成 [10]。過程 I/O 系統(tǒng)由寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 13 輸入信號調(diào)理板和 A/D 轉(zhuǎn)換器，將現(xiàn)場傳測量的物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，模擬量經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D 轉(zhuǎn)換器），變成數(shù)字量輸入計算機，計算機輸出信號經(jīng)數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換和輸出調(diào)理（隔離放大）成執(zhí)行機構(gòu)的功率驅(qū)動信號控制執(zhí)行機構(gòu)。 早在 80 年代初期，美國 AD 公司就推出了類似 IPC 的 MAC150 工控機，隨后美國 IBM公司正式推出工業(yè)個人計算機 IBM7532。由于 IPC 的性能可靠、軟件豐富。價格低廉，而在工控機中異軍突起，后來居上，應(yīng)用日趨廣泛。 目前，工控機已被廣泛應(yīng)用于通訊、工業(yè)控制現(xiàn)場、路橋收費、醫(yī)療及生活的方方面面。工控機能夠適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的需要，比常用計算機更強的抗干擾能力與可靠性，以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。 根據(jù)立體車庫的系統(tǒng)要求 ， 本設(shè)計采用了 具有主流配置 高 、處理速度快、可靠性較好的工業(yè)控制 計算機 “ 研華 ” 工業(yè)控制 計 算 機（如圖 ） ： 型號IPC610MB， CPU 為 IntelPIV ， 1G內(nèi)存 ， 160G 硬盤 ，配以三星 17 寸液晶顯示器，鼠標，鍵盤等。 圖 IPC610MB 電機 電動機種類繁多，可按各種方法分類，如按外殼保護，安裝方式，絕緣等級，功率大小，電源電壓，電源頻率、運行特性、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]。我國目前是以功率大小作為大類來總劃分，而以主要性能、用途和結(jié)構(gòu)特征、型式等作 為補充來適當細分。 電動機由變頻器驅(qū)動控制，參數(shù)均由變頻器數(shù)據(jù)設(shè)定完成，從而控制了停車板的 “啟動、加速、正常運行、減速、停車、檢修運行 ”的速度曲線，變頻器輸入信號端口也由變頻器參數(shù)設(shè)定， PLC控制變頻器完成相應(yīng)的動作。對于三層三列立體車庫的電機安裝原則是 ： 底寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 14 層兩個車板各自裝有一個電動機，以控制車板的左右水平移動；中間層的兩個車板每個裝有兩個電動機，分別控制車板在中間層導(dǎo)軌上的左右水平移動和垂直方向上的升降移動；頂層的三個車板不需要做左右水平移動，只需要在相應(yīng)列的下兩層空出車位時做升降移動，所以，這三個車板分 別只裝有控制升降運動的電動機。 在升降橫移式智能立體車庫中采用三相異步電動機。選擇水平橫移控制電機的額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min，升降控制電機額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1470r/min。 變頻器 變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器，運動控制系統(tǒng)是控制機電能量變換器的電氣傳動技術(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)展趨勢經(jīng)歷大 約三十年的研發(fā)與應(yīng)用實踐，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，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而且仍在不斷地提高可靠性和進一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化。 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強弱電混合、機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)問題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，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、軟件開發(fā)問題 。 在本系統(tǒng)設(shè)計中，我們所選用的是西門子 MM440 變頻器 （如圖 ） ，它主要 是用于控制三相交流電動機 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，能夠滿足立體車庫系統(tǒng)的實際運行。 圖 MM440變頻器 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 15 安全措施與可靠性 智能立體車庫在運行中要保障人員、設(shè)備的安全，這是設(shè)計者進行系統(tǒng)設(shè)計的很重要內(nèi)容之一。首先是通過在電路中設(shè)置的斷電保護保護裝置，確保在電路主電源發(fā)生缺相故障時，相應(yīng)的保護器件如繼電器等動作，切斷設(shè)備主電源，達到保護人員、設(shè)備安全的目的。 系統(tǒng)通過精確定位 來提高人員在存取車過程中的安全可靠性，如行程開關(guān)的設(shè)置保證托板能平移到預(yù)定位置以及托盤能上升或下降到準確位置，行程開關(guān)邏輯要嚴格互鎖控制 ， 如 急停按鈕按下，立即斷所有電機電源 ； 任何載車盤觸發(fā)上、下極限限位開關(guān)，立即斷所有電機電源 ； 上層載車盤不在上位或運行不到上位，中層載車盤不能運行 ； 中層載車盤運行不到位，上下層載車盤不能運行 ； 下層載車盤不在下位或運行不到下位中層載車盤不能運行 ； 安全掛鉤不在開啟位置，無下降動作 ； 前后超長開關(guān)被遮擋，所有載車盤都不能動作 ； 入口處人員誤入被遮擋，所有載車盤都不能動。 寧夏理工學院畢業(yè)設(shè)計 16 4 立體車庫的軟件設(shè)計 程序軟件的設(shè)計 PLC 工作過程 PLC 的工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段 [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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀