【正文】 控制系統(tǒng) I/O地址分配 根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求及選定的 PLC 型號(hào)，確定系統(tǒng)的 I/O 地址分配如下表 32 所示： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 表 42 輸入 I/O地址分配 信號(hào)名稱 I/O 地址 自動(dòng) /手動(dòng)切換 X0 存車(chē) X1 取車(chē) X2 選擇 1 號(hào)車(chē)位 X3 選擇 2 號(hào)車(chē)位（自動(dòng)） X4 載車(chē)板下移（手動(dòng)） 選擇 3 號(hào)車(chē)位 X5 選擇 4 號(hào)車(chē)位（自動(dòng)） X6 載車(chē)板左移（手動(dòng)） 選擇 5 號(hào)車(chē)位（自動(dòng)） X7 載車(chē)板上移（手動(dòng)） 選擇 6 號(hào)車(chē)位 （自動(dòng)） X8 載車(chē)板右移（手動(dòng)） 選擇 7 號(hào)車(chē)位 X9 選擇 8 號(hào)車(chē)位 XA 0 號(hào)車(chē)位限位開(kāi)關(guān) XB 1 號(hào)車(chē)位限位開(kāi)關(guān) XC 2 號(hào)車(chē)位限位開(kāi)關(guān) XD 3 號(hào)車(chē)位限位開(kāi)關(guān) XE 4 號(hào)車(chē)位限位開(kāi)關(guān) XF 5 號(hào)車(chē)位上限開(kāi)關(guān) X10 5 號(hào)車(chē)位下限開(kāi)關(guān) X11 6 號(hào)車(chē)位上限開(kāi)關(guān) X12 6 號(hào)車(chē)位下限開(kāi)關(guān) X13 7 號(hào)車(chē)位上限開(kāi)關(guān) X14 7 號(hào)車(chē)位下限開(kāi)關(guān) X15 8 號(hào)車(chē)位上限開(kāi)關(guān) X16 8 號(hào)車(chē)位下限開(kāi)關(guān) X17 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 信號(hào)名稱 I/O 地址 1 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X18 2 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X19 3 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X1A 4 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X1B 5 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X1C 6 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X1D 7 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X1E 8 號(hào)車(chē)位光電傳感器 X1F 進(jìn)口處光電傳感器 X20 數(shù)碼管 Y0～ Y6 紅色指示燈 Y7 綠色指示燈 Y8 黃色指示燈 Y9 粉色指示燈 YA 進(jìn)口閘門(mén)開(kāi) YB 進(jìn)口閘門(mén)關(guān) YC 出口閘門(mén)開(kāi) YD 出口閘門(mén)關(guān) YE 5 車(chē)位升降電機(jī)正轉(zhuǎn)（上升） YF 。經(jīng)過(guò)計(jì)算，輸入點(diǎn)大致需要 30 個(gè)左右，輸出點(diǎn)需要 30 個(gè)左右。手 /自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)可以切換車(chē)庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài) [22]。 控制面板設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)控制面板的設(shè)計(jì)如圖 33 所示： 圖 33 控制面板圖 控制面板上的數(shù)碼管，可以準(zhǔn)確顯示車(chē)庫(kù)車(chē)輛的存放情況，顯示出車(chē)輛將要存放的車(chē)位號(hào)，若車(chē)庫(kù)已經(jīng)存滿車(chē)輛，數(shù)碼管將不顯示任何數(shù)字。 安裝在進(jìn) 口處的光電開(kāi)關(guān)可以檢測(cè)車(chē)輛的到來(lái)，如果車(chē)位已滿，閘門(mén)將拒絕打開(kāi)；安裝在出口的光電開(kāi)關(guān)可以檢測(cè)車(chē)輛的到來(lái)，并自動(dòng)打開(kāi)閘門(mén)，讓車(chē)輛出去。行程開(kāi)關(guān)的設(shè)置保證了載車(chē)板能平移到預(yù)定位置以及載車(chē)板能上升或下降到準(zhǔn)確位置，但行程開(kāi)關(guān)邏輯要嚴(yán)格互鎖。并且上層泊位每次只能有一個(gè)泊位進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)。 對(duì)車(chē)位的操作即控制橫移小電機(jī)和升降大電機(jī)，使它們?cè)诓煌瑫r(shí)間實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。根據(jù)輸入、輸出要求， PLC 的控制原理圖如圖 32 所示： 該系統(tǒng)中 PLC 主要完成對(duì)載車(chē)板、車(chē)輛位置及運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和存取車(chē)的操作。下排車(chē)位上的汽車(chē)可以直接開(kāi)出；上排車(chē)位的汽車(chē)需要先降到下排車(chē)位才能開(kāi)出，若下排車(chē)位有車(chē)，需要先讓出車(chē)位給上排車(chē)位。 車(chē)庫(kù)外觀圖設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)雙層 8 車(chē)位升降橫移式立體車(chē)庫(kù)，根據(jù)車(chē)庫(kù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)車(chē)庫(kù)的車(chē)位如圖 31 所示： 圖 31 車(chē)庫(kù)外觀圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 其中 0 號(hào)車(chē)位僅做一層車(chē)位橫移用，不用來(lái)存放車(chē)輛。當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接進(jìn)出車(chē)；中間層、頂層進(jìn)出車(chē)時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車(chē)動(dòng)作，進(jìn)出 車(chē)后再上升回到原位置。地面以上布置的升降橫移立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。當(dāng)?shù)讓榆?chē)位進(jìn)出車(chē)時(shí)，無(wú)需移動(dòng)其他托盤(pán)就可直接進(jìn)出車(chē)；中間層、頂層進(jìn)出車(chē)時(shí)，先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空，不為空時(shí)要進(jìn)行相 應(yīng)的平移處理，直到下方為空才可進(jìn)行下降和進(jìn)出車(chē)動(dòng)作，進(jìn)出車(chē)后再上升回到原位置。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：底層只能平移，頂層只能升降，中間層既可平移又可升降。其鋼結(jié)構(gòu)框架按一定規(guī)格的分格單元進(jìn)行組合，可縱向延伸、分段集中控制，也可橫向并列，分排單獨(dú)控制。由于受收鏈裝置及進(jìn)出車(chē)時(shí)間的限制，一般為 2～ 4 層 (國(guó)家規(guī)定最高為 4 層 )，以 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 3 層者居多，可根據(jù)泊車(chē)的多少?zèng)Q定停車(chē)庫(kù)的規(guī)模。 橫移電機(jī) 載車(chē)板的橫移所需功率較小，使用小型交流電機(jī)，通過(guò)橫移電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制載車(chē)板的橫移運(yùn)動(dòng)。 升降電機(jī) 載車(chē)板升降所需功率較大，故選用交流大電機(jī)。 按鈕（ YKXY6） 主要用于交流 50Hz60Hz工作電壓至 380V 和直流工作電壓至 220V的控制電路中，作控制、信號(hào)、 連鎖 之用。 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（ YKXH28） 具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、操作靈活可靠、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，該開(kāi)關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料選用于傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)有著較大差別，具有很高的技術(shù)含量，可與國(guó)外最先進(jìn)的 藍(lán)系列開(kāi)關(guān)相媲美，對(duì)于提高成套設(shè)備的可靠性及產(chǎn)品檔次有著重要的意義。由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)開(kāi)、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 行程開(kāi)關(guān)（ YKXX1111（ T） ） 又稱限位開(kāi)關(guān) ,可以安裝在相對(duì)靜止的物體 (如固定架、門(mén)框等，簡(jiǎn)稱靜物 )西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車(chē)、門(mén)等，簡(jiǎn)稱動(dòng)物）上。此外， FP1 的監(jiān)控和邏輯功能也很強(qiáng)，有幾十條監(jiān)控命令、多種監(jiān)控方式 [19]。除一般 PLC常用的指令外，還有中斷和子程序調(diào)用、凸輪控制、高速計(jì)數(shù)、字符打印以及步進(jìn)指令等特殊功能指令。當(dāng)需要對(duì)模擬量進(jìn)行測(cè)量和控制時(shí)，可以連接智能單元。 FP1 系列的硬件配置較全，主機(jī)可通過(guò)外接 I/O 擴(kuò)展單元（擴(kuò)展單元位一些擴(kuò)展 I/O 點(diǎn)數(shù)的模塊，由 E8～ E40 系列組成）擴(kuò)展 I/O 點(diǎn)。通過(guò)主機(jī)上配有的 RS422 或 RS232 接口，可實(shí)現(xiàn) PLC 與 PC 之間的通信，將 PC 上的梯形圖程序直接傳送到可編程控制器中去。 FP1 主機(jī)控制單元內(nèi)有高速計(jì)數(shù)器，可輸入頻率高達(dá) 10kHz的脈沖，并可同時(shí)輸入兩路脈沖。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 3 章 立體車(chē)庫(kù)硬件設(shè)計(jì) 硬件器件簡(jiǎn)介 松下 FP1型 PLC FP1 是一種功能強(qiáng)大的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用先進(jìn)的方法及組件，使其具有通常大型 PLC 中才具備的功能。比如， SIMATIC STEP7 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 MicroWIN 。 不同型號(hào)的 PLC 編程軟件對(duì)以上五種編程語(yǔ)言的支持種類是不同的，早期的 PLC僅僅支持梯形圖編程語(yǔ)言和指令表編程語(yǔ)言。 結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高。 結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言采用計(jì)算機(jī)的描述方式來(lái)描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。在大中型的 PLC 系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化 文本來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。 結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言（ ST） 結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來(lái)描述程序的一種編程語(yǔ)言。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動(dòng)作。 功能模塊圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡(jiǎn)單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 觀性強(qiáng)，對(duì)于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員很容易掌握的編程；對(duì)規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時(shí)間大大減少。 功能模塊圖語(yǔ)言（ FBD） 功能模塊圖語(yǔ)言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種 PLC 編程語(yǔ)言。 指令表表編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用助記符來(lái)表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤(pán)上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用 PLC 手持編程器對(duì)用戶程序進(jìn)行編制。 梯形圖編程語(yǔ)言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時(shí)，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對(duì)待。由于電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語(yǔ)言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。 梯形圖語(yǔ)言（ LD） 梯形圖語(yǔ)言是 PLC 程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)（ IEC11313）。在通信服務(wù)階段， PLC 與其他帶微處理器的智能裝置實(shí)現(xiàn)通信 [414]。 PLC 工作過(guò)程除了包括上述 3 個(gè)主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作。 3. 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出刷新階段。當(dāng)指令中設(shè)計(jì)輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC從輸入映像寄存器將上一階段采樣的輸入端子狀態(tài)讀出，從元件映像寄存器中讀出對(duì)應(yīng)元件的當(dāng)前狀態(tài)，并且根據(jù)用戶程序進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果再存入元件寄存器中。 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC 是按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描執(zhí)行，如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序進(jìn)行。 1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎霠顟B(tài)驚醒采集，并將采樣結(jié)果分別存入相應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。 PLC 采用集中采樣、集中輸出的工作方式，減少了外間干擾的影響。這不僅僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮?，?zhí)行一次，也因?yàn)樵谝粋€(gè)大控制系統(tǒng)中，需要處理的 I/O點(diǎn)數(shù)較多。當(dāng) PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)， CPU 根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控程序的規(guī)定順序，通過(guò)掃描，可完成個(gè)輸入點(diǎn)狀態(tài)采集或輸入數(shù)據(jù)采集、用戶程序的執(zhí)行、個(gè)輸出點(diǎn)狀態(tài)的更新、編程器鍵入響應(yīng)和顯示器更新及 CPU自檢等功能。而 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，即 “順序掃描，不斷循環(huán) ”。 PLC的工作原理 PLC 雖然以微處理器為核心，具有微型計(jì)算機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，但它的工作方式卻與微型計(jì)算機(jī)有很大的不同。 5. 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)與 PLC、 PLC 與 PLC 間地對(duì)話， PLC 配有多種通信接口，如打印機(jī)、上位計(jì)算機(jī)、編程器等接口。 4. 電源單元 PLC 的電源單元通常用于將 220V的單相交流電傳換成 CPU、存儲(chǔ)器等電路工作所需的直流電，它是整個(gè) PLC 系統(tǒng)的能源供給中心，電源的好壞直接影響PLC 的穩(wěn)定性和可靠性。在 PLC 中將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模塊又叫 A/D模塊。晶體管只能用于直流輸出模塊，它具有動(dòng)作頻率高、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力小的特點(diǎn)；晶閘管只能用于交流輸出模塊，它具有響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力不大的特點(diǎn)；繼電器既能用于直流也能用于交流輸出模塊，它的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)，但動(dòng)作頻率和響應(yīng)速度慢。負(fù)載所需交直流電源有用戶提供。繼電器 K 即使輸出開(kāi)關(guān)，又是隔離器件； R2 和 C 構(gòu)成滅弧電路。當(dāng)某端輸出時(shí)， CPU控制鎖存器的對(duì)應(yīng)位為 1，通過(guò)內(nèi)部電路控制 T 導(dǎo)通，相應(yīng)的負(fù)載接通，同時(shí)輸出指示燈 LED 兩，表示該輸出端有輸出。 S R1 +5V C R2 VLC A R3 LED 圖 25 交直流輸入模塊原理電路 VLC +5V VT LED R2 VD R1 R3 FU COM 圖 26晶體管輸出電路 ② 交流輸出模塊（晶閘管輸出方式） PLC 某 I/O 點(diǎn)交流輸出模塊電路圖如圖 27 所示，虛線框內(nèi)表示 PLC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)某端需輸出時(shí)， CPU 控制鎖存器的對(duì)應(yīng)位為 1，通過(guò)內(nèi)部電路控制 VLC 輸出，晶體管 VT 導(dǎo)通輸出，相應(yīng)的負(fù)載接通，同時(shí)輸出指示燈交 內(nèi)部電路 濾波器 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 LED 亮，表示該輸出端有輸出。 ① 直流輸出模塊（晶體管輸出方式） PLC 某 I/O 點(diǎn)直流輸出模塊的電路圖如圖 26 所示，虛線框內(nèi)表示 PLC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。按照輸出電路所使用的開(kāi)關(guān)器件不同，又分為晶體管輸出、晶閘管（即可控硅）輸出和繼電器輸出。 （ 2）數(shù)字量輸出模塊 數(shù)字量輸出模塊又稱為開(kāi)關(guān)量輸出模塊，它可將 PLC 內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)。 S R1 +5V C R2 VLC COM A R3 LED 圖 24 交流輸入模塊原 ③ 交直流輸入模塊 當(dāng)外部檢測(cè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)加入的是交流或直流電壓時(shí)，需使用交直流輸入模塊