自动立体车库PLC控制系统设计

2 总体方案设计

2.1 整体方案设计

2.1.1 确定自动立体车库的架构

此论文是针对三层十车位升降横移式自动立体车库进行PLC控制系统的方案设计，如图2.1所示。

图2.1 三层十车位升降横移式自动立体车库

2.1.2 三层十车位升降横溢式自动立体车库工作原理

自动立体车库的每个车位都有一个载车板，所需要存取车辆的载车板通过升降横移到达第一层，然后由司机进入汽车，完成存取车辆的操作。此车库的第一层载车板只做横移运动，第二层和第三层的车位载车板需要升降横移。整个车库需要两台电机，分别提供升降动力和横移动力。具体存取车方案如下：图2.1中1、2、3号车位直接存取车，10号车下降到地面层后存取车；4，5，6号车位须通过1, 2, 3号车位进行横移操作留出空位，然后再下降到地面层存取车。7，8，9，10号车位通过4，5，6号车位和1，2，3号车位的横移让出空位后，再下降到地面层存取车。如需在7号车位存取车，则将4，5，6号车位和1，2，3号车位向右移动，7号车位下降即可，如需在5号车位存取车，则2，3号车位向右横移，5号车位下降即可。同样n层m排的存取车原理都是相同。除最上层外，每层均留有一个空车位，允许载车板左右移动一个车位位置，为上层托板下移留出通道。

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2.1.3 整体设计方案

整体设计方案设计如图2.2所示

图2.2 整体设计方案

2.2 控制方式选择

自动立体车库的控制方式有： （1）电磁继电控制系统 （2）微机（PC）控制系统

（3）可编程控制器（PLC）控制系统 （4）单片机控制系统等。

本次课程设计采用可编程控制器（PLC）作为控制方式。

2.3自动立体车库PLC控制系统的基本结构

自动立体车库PLC的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统等。

系统控制核心为PLC主机、操纵盘，安全保护信号通过接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动控制系统发出控制信号。

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自动立体车库PLC控制系统设计

3 可编程控制器概述

3.1 可编程控制器的产生及发展

在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。通过有关电气控制知识的学习可知，继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑，如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差[4]。随着工业的发展，设备和生产过程越来越复杂。复杂的系统可能使用成百上千种各式各样的继电器，并用成千上万根导线以复杂的方式连接起来，执行相应的复杂的控制任务。作单台装置，继电器本身是比较可靠。但是，对于复杂的控制系统，继电器控制系统存在两个缺点：一是可靠性差；二是灵活性差。现代社会要求制造业对市场要求做出迅速的反应生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，传统的继电器已经成为实现这一目标的障碍。

在世界性工业技术改造浪潮的冲击下，美国公司率先研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，在日本，德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此迅速发展起来。

个人计算机（PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）,现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的功能不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用

[5]

。

PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保

持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置[6]。

近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的持续增长，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。

3.2可编程控制器的定义及特点

在可编程序控制器发展初期，不同的开发商对PLC有不同的定义。为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，国际电工委员会曾于1982年11月颁发了可编程序控制器标准草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。该草案中对可编程序控制器的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类

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型机械的生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就是PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。

（1）行稳定可靠，抗干扰能力强

PLC是专门为工业环境下应用而设计的，因此人们在设计PLC时，从硬件和软件上都采取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。

对于硬件措施，PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界的电磁干扰；输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰；内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离措施，有效地隔离了输入输出间电的联系，减少了故障和误动作；采用模块式结构，有助于在故障情况下短时修复，一旦查出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。

对于软件措施，PLC设计了故障检测软件定期地检测外界坏境。如掉电、欠电压、强干扰信号等，以便及时进行处理；信息保护和恢复软件使PLC偶发性故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护，不遭破坏。一旦故障条件消失，恢复原来的信息，使之正常工作。如果PLC程序每次循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示程序进入死循环，立即报警。对程序进行检查和检验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行，这样可使一般PLC的平均无故障时间达到几万小时以上。

（2）通用性强，使用方便

PLC产品已经系列化和模块化，PLC的开发制造商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能。

（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便

PLC的各个部件，均采用模块化设计、各模块之间可由机架和电缆连接。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。

（4）编程语言简单、易学，便于掌握

PLC是由继电器接触器控制系统发展而来的一种新型的工业自动化控制装置。其主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC的开发制造商为了便于工程技术人员方便学习和掌握PLC的编程，采取了与继电器接触器控制原理相似的梯形图语言，易学、易懂。

（5）系统设计周期短

由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工作的进程。

（6）对生产工艺改变适应性强

PLC的核心部件是微处理器，它实质上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量、多品种产品的生产尤其适合。

（7）安装简单、调试方便、维护工作量小

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