【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。(2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4)安裝方便，擴(kuò)展靈活PLC采用標(biāo)準(zhǔn)的整體式和模塊式硬件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便，接線簡(jiǎn)單，工作量相對(duì)較??；而且能根據(jù)應(yīng)用的要求擴(kuò)展輸入—輸出模塊或插件，系統(tǒng)集成方便靈活。各種控制功能通過(guò)軟件編程完成，因而能適應(yīng)各種復(fù)雜情況下的控制系統(tǒng)，也便于控制系統(tǒng)的改進(jìn)和修正，特別適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場(chǎng)合。(5)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。(6)體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC的組成與基本結(jié)構(gòu)PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)（如圖21）、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。圖21 PLC硬件主機(jī)系統(tǒng)圖 PLC的工作原理可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來(lái)完成。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個(gè)階段：（1）輸入采樣掃描階段這是第一個(gè)集中批處理過(guò)程，PLC按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，不論輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號(hào)寫到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對(duì)于這種采集輸入信號(hào)的批處理，雖然嚴(yán)格上說(shuō)每個(gè)信號(hào)被采集的時(shí)間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個(gè)差異對(duì)一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。（2）執(zhí)行用戶程序掃描階段這是第二個(gè)集中批處理過(guò)程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPU對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場(chǎng)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息，則是從PLC的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。（3）輸出刷新掃描階段這是第三個(gè)集中批處理過(guò)程，當(dāng)CPU對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。 PLC的選型PLC目前主要的品牌有：美國(guó)AB，比利時(shí)ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。本設(shè)計(jì)中采用三菱公司的FX型PLC,其優(yōu)越的性能表現(xiàn)為極高的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。FX的特征:1體積小, 尺寸: 1608062mm由于其緊湊的設(shè)計(jì),FX可以適合于任何機(jī)器控制環(huán)境。2 易于使用: 通過(guò)STEP7 Micro/Dos軟件可以非常方便地為FX編程,而且該軟件能夠在任何一臺(tái)IBM兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用,哪怕是一臺(tái)286 的微機(jī),。3 靈活多用: FX的輸入/輸出點(diǎn)可以支持各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)備,如: 光電傳感器,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)按鈕開關(guān),燈,泵,攪拌器等。PLC 三菱FX的特征如圖22所示圖22 PLC三菱FX的特征1 中央處理器(CPU):是控制系統(tǒng)的大腦,它根據(jù)用戶程序進(jìn)行控制,此次選擇CPU224作為本設(shè)計(jì)的主機(jī)。2 輸入和輸出(I/O):是系統(tǒng)的控制點(diǎn),輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)裝置，輸出用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3 編程口:用于連接編程設(shè)備,例如,一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一個(gè)手持編程器如圖22所示。表21 FX系列PLC CPU選型型號(hào)表CPU系列號(hào)產(chǎn)品圖片描述選型型號(hào)CPU221DC/DC/DC；6點(diǎn)輸入/4點(diǎn)輸出6ES7 2110AA230XB0AC/DC/繼電器；6點(diǎn)輸入/4點(diǎn)輸出6ES7 2110BA230XB0CPU222DC/DC/DC；8點(diǎn)輸入/6點(diǎn)輸出6ES7 2121AB230XB0AC/DC/繼電器；8點(diǎn)輸入/6點(diǎn)輸出6ES7 2121BB230XB0CPU224DC/DC/DC；14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出6ES7 2141AD230XB0AC/DC/繼電器；14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出6ES7 2141BD230XB0CPU224XPDC/DC/DC；14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)6ES7 2142AD230XB0AC/DC/繼電器；14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出；2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)6ES7 2142BD230XB0CPU226DC/DC/DC；24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)晶體管輸出6ES7 2162AD230XB0AC/DC/繼電器；24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出6ES7 2162BD230XB0CPU226XMDC/DC/DC；24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)晶體管輸出6ES7 2162AF220XB0AC/DC/繼電器；24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出6ES7 2162BF220XB0在本控制系統(tǒng)中，需通過(guò)繼電器來(lái)控制220V的電機(jī)，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際需要及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和方便性，選擇增加EM223CN DC/RELAY晶體管拓展模塊。PLC的控制點(diǎn)數(shù)包括急停、開始、停止、開關(guān)控制、傳感器傳入信號(hào)、PC機(jī)控制指令、步進(jìn)電機(jī)的控制和PC機(jī)提取信號(hào)等。具體見圖22所示： 圖22 S7200控制接線圖 課題任務(wù)本設(shè)計(jì)的主要研究目的：由于PLC控制自動(dòng)門具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。所以在停車場(chǎng)智能管理領(lǐng)域，相應(yīng)的也出現(xiàn)了PLC停車場(chǎng)智能管理的概念，即含有高科技的智能系統(tǒng)，與普通的停車系統(tǒng)不同的是，它能以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)來(lái)解決停車難的問(wèn)題，直接為目標(biāo)安全、迅速地到達(dá)目的地。停車場(chǎng)管理系統(tǒng)重點(diǎn)要做到準(zhǔn)確指示車輛進(jìn)出,車輛進(jìn)入時(shí)給與司機(jī)準(zhǔn)確的車位數(shù)量與具體位置,車