【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)一套防砸車控制系統(tǒng)，全電路無觸點控制系統(tǒng)，確保車輛安全；2）電腦負責整個系統(tǒng)的控制和管理。采用工控機，性能穩(wěn)定，容易擴容。大容量內(nèi)存和超大容量硬盤，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲存量達3年以上，采用Intel CPU 以上，使系統(tǒng)快速處理數(shù)據(jù)。3 車輛進出管理系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC及其硬件選型在確定此系統(tǒng)的PLC型號時，通過對主要硬件功能、指令系統(tǒng)功能、物理結(jié)構(gòu)的選擇以及需要的I/O點數(shù)來對PLC進行選型。PLC最大開關(guān)量I/O點數(shù)必須滿足系統(tǒng)的要求，與此同時必須確定哪些信號需要輸入給PLC，與其他硬件連接時需不需要信號轉(zhuǎn)換，哪些負載由PLC驅(qū)動，是開關(guān)量還是模擬量，直流還是交流，并考慮是否有特殊要求本系統(tǒng)由于在小區(qū)車輛出入口由控制中心和居民住宅電話控制需要考慮使用遠程I/O。根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以講可編程序控制器分為整體式和結(jié)構(gòu)式，整體式每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式的PLC。模塊式的PLC的功能擴展比較方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊等的選擇，比整體式PLC靈活得多。模塊式還備有多種特殊I/O模塊供用戶選擇，可以完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修是更換模塊等也很方便。因此，比較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式的PLC。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運動控制特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的PLC，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式PLC。2．PLC指令表指令功能的選擇現(xiàn)代的PLC的指令功能越來越強，內(nèi)部編程元件（如輔助繼電器、定時器和計時器）是個數(shù)越來越多，任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運動控制等工作，PLC應(yīng)有算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數(shù)運算和浮點運算等功能。S7系列的PLC提高提供了豐富的接口模塊，可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用滿足的模塊。數(shù)字量擴展模塊是為了解決本機集成的數(shù)字量輸入／輸出點不能滿足需要而使用的擴展模塊。S7200 PLC目前總共可以提供３大類，共９種數(shù)字量輸入／輸出模塊；模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入和模擬量輸出功能。S7200的模擬量擴展模塊具有較大的適應(yīng)性、可以直接與傳感器相連，有很大的靈活性并且安裝方便；S7200系列PLC除了CPU226本機集成了二個通訊口以外，其它均在其內(nèi)部集成了一個通訊口，通訊口采用了RS485總線。除此以外各PLC還可以接入通訊模塊，以擴大其接口的數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力；S7200 PLC的配置就是由S7200 CPU和這些擴展模塊構(gòu)成的。3．PLC的I/O點數(shù)的確定確定I/O點數(shù)時，應(yīng)該準確地計算出被控制設(shè)備對PLC輸入或者輸出點數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10%20%的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式PLC的基本單元、擴充單元的輸入和輸出點數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入或輸出點數(shù)的比例較大，可選擇只有輸入點數(shù)的擴展單元或擴展模塊。 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設(shè)計。PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比：可靠性高、邏輯功能強、體積小。在需要大量中間繼電器、時間繼電器及計數(shù)繼電器的場合，PLC 無需增加硬設(shè)備。隨著要求的變更PLC對程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可附加高性能模塊對模擬量進行處理，實現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能。PLC與工業(yè)控制計算機相比：PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對于有繼電器系統(tǒng)方面知識和經(jīng)驗的人來說，尤其是現(xiàn)場的技術(shù)人員，學(xué)習(xí)起來十分方便。 PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制機是由通用計算機推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，一般由微機廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點是總線標準化程度高，產(chǎn)品兼容性強。 PLC的運行方式與工業(yè)控制機不同，微機的許多軟件不能直接使用。工業(yè)控制機可使用通用微機的各種編程語言，對要求快速、實時性強、模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計算機專業(yè)知識。 PLC結(jié)構(gòu)： 中央處理單元(CPU)：中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 PLC的基本結(jié)構(gòu)Fig. Basic structure of PLC存儲器：可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。3．輸入接口電路：輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實際涉及到的信號當中，開關(guān)量最普遍。4．輸出接口電路：可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。5．電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。與微機等待命令的工作方式不同，PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，CPU從第一條指令開始按指令步序號作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期主要分為三個階段：輸入刷新階段 ：在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。程序執(zhí)行階段：在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。輸出刷新階段 ：當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。用戶輸出設(shè)備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶輸入設(shè)備寫讀讀輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期輸入刷新 The working principle of PLC由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為I／O刷新階段。實際上，除了執(zhí)行程序和I／O刷新外，PLC還要進行各種錯誤檢測(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”。一般在程序執(zhí)行后進行。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進行刷新，這對一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會造成影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。但對于控制時間要求較嚴格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯總之，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點之一，我們在學(xué)習(xí)和使用PLC當中都應(yīng)注意。S7200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的擴展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動化控制需求。S7200除具有PLC基本的控制功能外，更在如下方面具有獨到之處。指令內(nèi)容包括位邏輯指令、計數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運算指令、PID指令、字符串指令、時鐘指令，以及和智能模塊配合的專用指令等。S7200提供了近10種通訊方式以滿足不同的應(yīng)用需求，從簡單的S7200之間的通訊到S7200通過PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)通訊，甚至到S7200通過以太網(wǎng)通訊。在聯(lián)網(wǎng)需要已日益成為必需的今天，強大的通訊無疑會使S7200為更多的用戶服務(wù)?？梢哉f，S7200的通訊功能已經(jīng)遠遠超過了小型PLC的整體通訊水平。Step7Micro/WIN32編程軟件為用戶提供了開發(fā)、編輯和監(jiān)控的良好編程環(huán)境。全中文的界面、中文的在線幫助信息、Windows的界面網(wǎng)絡(luò)以及豐富的編程向?qū)?，能使用戶快速進入狀態(tài)，得心應(yīng)手。 S7200的組成原理S7200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一種小型PLC。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價格，已經(jīng)成為當代各種小型控制工程的理想控制器[11]。S7200 PLC包含了一個單獨的S7200 CPU和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)?？梢詮膸c上到幾百點。S7200 PLC可以方便地組成PLCPLC網(wǎng)絡(luò)和微機PLC網(wǎng)絡(luò)，從而完成規(guī)模更大的工程。S7200的編程軟件STEP7Micro/WIN32可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控，使得PLC的編程更加方便、快捷。可以說，S7200可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。S7200有四種CPU，其性能差異很大。這些性能直接影響到PLC的控制規(guī)模和PLC系統(tǒng)的配置。目前S7200系列PLC主要有CPU22CPU22CPU224和CPU226四種。檔次最低的是CPU221，其數(shù)字量輸入點數(shù)有６點，數(shù)字量輸出點數(shù)有４點，是控制規(guī)模最小的PLC。檔次最高的應(yīng)屬CPU226，CPU226集成了24點輸入／16點輸出，共有40個數(shù)字量I/O。可連接７個擴展模塊，最大擴展至248點數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O。S7200系列PLC四種CPU的外部結(jié)構(gòu)大體相同。狀態(tài)指示燈LED顯示CPU所處的工作狀態(tài)指示。存儲卡接口可以扦入存儲卡。通訊接口可以連接RS485總線的通訊電纜。Fig頂部端子蓋下邊為輸出端子和PLC供電電源端子。輸出端子的運行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。底部端子蓋下邊為輸入端子和傳感器電源端子。輸入端子的運行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示，ON狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。前蓋下面有運行、停止開關(guān)和接口摸塊插座。將開關(guān)撥向停止位置時，可編程序控制器處于停止狀態(tài)，此時可以對其編寫程序。將開關(guān)撥向運行位置時，可編程序控制器處于運行狀態(tài)，此時不能對其編寫程序。將開關(guān)撥向監(jiān)控狀態(tài)，可以運行程序，同時還可以監(jiān)視程序運行的狀態(tài)。接口插座用于連接擴展模塊實現(xiàn)I/O擴展。 硬件管理系統(tǒng)硬件管理系統(tǒng)部分主要包括：進出口管理系統(tǒng)、遠距離讀卡系統(tǒng)、IC卡發(fā)卡系統(tǒng)、自動防砸系統(tǒng)[5]等。各部分的設(shè)計如下所述。 進出口管理系統(tǒng)小區(qū)進出管理中心將IC卡分為長期用戶卡和臨時用戶卡。小區(qū)居民可以通過向小區(qū)管理中心申請得