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1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：基于PLC立体车库监控系统的设计系 别： 信息工程系 班 级： 08楼宇智能化工程技术 姓 名： * 指 导 教 师： * 2011年6月1日基于PLC立体车库监控系统的设计摘 要立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的车库设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题已经成为大中型城市的一个普遍现象。针对于此现象，本文提出采用西门子S7-200系列的PLC作为主控器实现立体车库控制系统的设计，通过实验设备THFLT-1型立体车库的教学模型设计一种立体车库的自动控制系统。立体车库可充分利用地上资源，发挥空间优势，最大限度的停放车辆，成为解决城市静态
2、交通问题的重要途径。立体车库对于解决现代密集型城市的汽车停放问题具有重要的开发价值和广泛的应用前景。该系统具有操作简单、自动化程度高，运行速度快、可靠性高等特点1。论文描述了多层升降横移式立体车库的运行原理和结构特点，介绍了其控制系统的硬件组成、控制软件的设计。在此基础上，利用MCGS组态软件进行上位机监控，设计监控画面，实现了对车库运行过程及车库状态的监测。关键词：立体车库 PLC MCGSDesign of Monitoring System Based on PLC for Cubic GarageAbstractCubic garage is designed to achieve t
3、he scientific storage of automobile parking garage facilities. As the number of cars continues to increase, parking becomes a difficult problem in big cities Cubic garage. In light of this phenomenon, this paper proposes using Siemens S7-200 series PLC as a master control system. For the solution fo
4、r modern intensive parking cars parking problems the city has an important value for development and broad application prospects. The system is simple, highly automated, fast, high reliable.Cubic garage, which takes the single-layer plane parking lot as the core, is the multi-dimensional space parki
5、ng garage. It uses programmable controller (Programming Logic Controller, also called PLC) to realize multiple monolayer plane stops by controlling the berth space position the change. In this project, an automatic control system is designed to control the three-dimensional cubic garage based on a p
6、rogrammable logic controller (PLC)S7-200 of Siemens. It realizes various of functions by the THFLT-1 cubic garage mode. The characteristics and application of cubic garage is briefly introduced in this paper. The system component, the work principle, how to control stepper motor and how to programma
7、ble are also introduced in detail. On this basis, this design realizes the real-time monitoring program for cubic garage mode by MCGS software.Key words:Parking PLC MCGS目 录1 引言12 硬件系统设计32.1 PLC简介32.2 PLC的结构42.3 PLC的工作原理42.4系统硬件概述72.4.1立体车库的基本结构72.4.2立体车库的硬件简介82.5系统配置132.5.1 PLC选型132.5.2 I/O地址分配132.5
8、.3 PLC的I/O接线设计153 立体车库控制系统软件设计163.1设计原则163.2立体车库控制系统的控制要求163.3编程软件简介173.4步进电机高速脉冲输出模块分析183.5立体车库程序设计193.6手动控制模块设计224 监控系统的设计274.1 组态软件简介274.1.1 MCGS组态软件的功能和特点274.1.2 MCGS工程284.2组态监控系统设计294.2.1建立新工程294.2.2设计画面流程304.2.3动画设置345结论39谢辞40参考文献41附录一42附录二61外文资料731 引言近年来，随着我国经济的飞速发展，人均收入水平的提高。私家车的数量也随之日益猛增，特别
9、是在一些高档小区，住户拥有2辆或2辆以上的私家车已经变得相当普遍。然而在许多的新建小区住房与车位的配比基本是1:1，甚至有些还只达到50%-80%。而买房人的超前意识和备用心理让车位成为抢手货，车位的价格也就水涨船高。这就导致买房者在买房时势必会考虑的很多的问题。如何解决停车站位的面积与住户商用面积的矛盾，已然成为开发商吸引买房者的一个重要措施。机械式立体车库的出现对于这个问题起到很好的解决。目前其有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、简易升降类、垂直升降式、垂直循环式、平面移动式、箱型水平循环式、多层循环式。升降横移式：有二层的、多层的、有四柱结构的，有后悬臂结构的、有链条提升的、有钢丝绳
10、提升的等等。这种设备的最大特点是对场地的适应性较强，可建在地上、亦可建在地下，规模可大可小，可以有几个十几个车位，也可建成几百上千个车位的。该设备简单、可靠，使用方便、价格较低。目前在市场上应用广泛，使用率在80%以上。简易升降式：设备的结构简单，操作容易，可充分利用地下空间，面积利用率在2倍以上，多用于住宅、办公楼周边。垂直循环式：分为大型循环和小型循环两种。它们具有省地（占地面积小）、方便（一次按键即可完成存取车）、迅速（调车时间短）、灵活（设置灵活）、可靠（维修量少）、经济（节约大量土地购置费）、节能（不需强制通风和大面积照明）的特点。箱型水平循环式：这种车库不需要行车道，面积利用率很高
11、，且自动化水平高，最适合于地下狭长地带的停车库。但由于运行速度不是太高，所以设备的存容量不能大。多层循环式：这种车库不需坡道、节省土地、可自动存取、方便快捷，较适用于地形细长又只允许设置一个出入口的场所，如建筑物的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面等。但因只能设一个出入口，所以设备的容量不大。平面移动式：此种类型的设备大多为多层平面移动类，这种车库可以建成大型化、自动化的车库，容车密度大、存（取）车快捷，适宜建在大型住宅周围的地下，对机场、车站、繁华商业中心区、体育馆、办公楼等区域也适合。尤其是巷道长度长、层数不多的地下大容量存车库，用这种设备的技术经济性最好。巷道堆垛式：这是一种全自动
12、化停车设备，全封闭建造，存（取）车速度快，安全可靠，容积率高。适用于地下也可建在地上的车库，特别是巷道长度不太长，但层数较多的大型车库。垂直升降式：这种设备的类型很多、其最大的优点是平面和空间利用率最高，几乎停放一辆车只需一平方米建筑面积，还具有高性能、省电、噪音小、存（取）快、安全可靠、操作简单、维护方便等优点，最适宜建在高度繁华的城市中心区和车辆停放的集聚点，如大型商场、饭店、医院等2。而升降横移式是目前立体车库中使用最多的。其具有特点为：(1)投资成本低，系统耗电量低；(2)节省占地空间利用率高；(3)运行平稳，工作噪声低，存、取车辆时间段；(4)智能化控制，多路保护，操作便捷；(5)安
13、全可靠，维护方便；本设计采用西门子S7-200PLC为控制系统，能够实现车库的智能化特点并且能够保证稳定安全的运行。2 硬件系统设计2.1 PLC简介可编程控制器的英文名称是Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器，简称PLC。现代制造业必须对市场需求做出快速反应，生产小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，这便要求生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高可靠性和灵活性。可编程控制器正是顺应这一潮流而出现的，以微处理器为基础的通用工业控制装置。在20世纪60年代的汽车制造业，传统继电接触器控制装置广泛应用于生产流水线的自动控制系统中。这套装置设备
14、体积庞大，可靠性差，同时维护不便，而且，完全由逻辑硬件构成，接线十分复杂。一旦生产过程某一环节发生改变，控制装置就要重新设计改造。随着汽车生产工业的迅猛发展，对于汽车型号频繁改进，传统控制系统捉襟见肘，弊端日益放大，最终PLC 应运而生。它开创性地引入程序控制功能，使计算机科学技术进入工业生产控制领域应用。早期PLC仅仅是替代继电器控制装置完成顺序控制、定时等任务，但是其简单易懂、安装方便、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用的特点，使得PLC很快就得到了推广应用。随着超大规模集成电路技术和微处理器性能的飞速发展，PLC的软、硬件功能不能丰富、完善。国际电工委员会（IEC）对PLC的正式定义
15、：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟或输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。PLC技术发展至今已十分成熟，生产PLC产品的厂家多达200多个，其中较著名有德国的西门子（Siemens）公司、美国的Rockwell自动化公司所属的A-B（Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司、法国的施耐德（Schneider）公司、日本的三菱公司
16、和欧姆龙（OMRON）公司32.2 PLC的结构图2-1PLC结构图按钮选择开关电源限位开关CPU模块输 出 模 块输 入 模 块接触器指示灯电磁阀电源编程装置可编程序控制器PLC生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但其基本构成是一样的，都采用计算机结构，如图2-1所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。PLC主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。2.3 PLC的工作原理PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出及时的响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地
17、分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为为扫描工作方式。1.读取输入在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。在读取输入阶段，PLC把所有外部数字量输入电路的1/0状态（或称ON/OFF状态）读入输入过程映像寄存器。外接的输入电路闭合时，对应的输入过程映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入电路断开时，对应的输入过程映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点接通。2.执行用户程序PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。在R
18、UN模式的程序执行阶段，如果没有跳转指令，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只读的输入过程映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入过程映像寄存器的状态也不会随之改变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时，对输入/输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点，这样做有以下好处：(1)在整个程序执行阶段，各输入点的状态是
19、固定不变的，程序执行完后再用输出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。(2)用户程序读写I/O映像寄存器比读写I/O点快的多，这样可以提高程序的执行速度。3.通信处理在处理通信请求阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接受到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候将信息传送给通信请求方。4.CPU自诊断测试自诊断测试包括定期检查CPU的模块和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。5.改写输出CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输出过程映像寄存器为1状
20、态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈“断电”，对应的输出过程映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。当CPU的操作模式从RUN变成STOP时，数字量输出被置为系统中的输出表定义的状态，或保持当时的状态，默认的设置是将所有的数字量输出清零。6.中断程序的处理如果在程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止正常的扫描工作方式，立即执行中断程序，中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。7.立即I/O处理在程
21、序执行过程中使用立即I/0指令可以直接存取I/O点。用立即I/0指令读取输入点的值时，相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出过程映像寄存器的值被更新。8.输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。数字量输入点的数字滤波器用来滤除输入端引入的干扰噪声，消除因外界输入点动作产生的抖动引起的不良影响，CPU模块集成的输入点的输入滤波器延迟时间可以用系统模块来设置。输出模块滞
22、后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；场效应晶体管型输出电路的滞后时间最短为微秒级，最长的为100多微秒4。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期。PLC的总的响应延迟时间一般只有几微秒至几十毫秒，对于一般的系统来说是无关紧要的。要求输入/输出滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC或采取其他措施。S7-200的程序结构S7-200 CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。1.主程序主程序（OB1）是程序的主体，它包含有控制应用的指令，每一个项目都必须且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和中断程序。主程序通过指令控制整个应用程
23、序的执行，每个扫描周期都要执行一次主程序。STEP7-Micro/WIN的程序编辑器窗口下部的标签用来选择不同的程序。因为各个程序都存放在独立的程序块中，各程序结束时不需要加入无条件结束指令或无条件返回指令。2.子程序子程序是应用程序中的可选组件，仅在被主程序、中断服务程序或者其他子程序调用时，它才会被执行。同一个子程序可以在不同的地方被多次调用。使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。用子程序创建的程序代码是可传递的，设计得好的子程序容易移植到别的项目中去。3.中断服务程序中断服务程序是应用程序中的可选组件。中断服务程序用来及时处理与用户程序执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中
24、断事件。中断服务程序不是由用户程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。中断服务程序是用户编写的。因为不能预知何时会出现中断事件，所以不允许中断服务程序改写可能在其他程序中使用的存储器5。2.4系统硬件概述2.4.1立体车库的基本结构本次设计选用THFLT-1型立体车库的教学模型，其主体由底盘、四层十二个车位库体、运动机械及电气控制四部分组成。模型的机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成，采用步进电机、直流电动机作为拖动元件。图2-3车体位置图图2-1 控制键盘平面图电气控制是由西门子生产的S7-200型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件
25、组成。控制面板上的开关及按钮功能及车位号如图2-2，2-3所示。控制面板各按钮功能见表2-1所示。表2-1 控制面板上的按钮功能表按键号功能选择定义1自动选择1号车位手动机构水平向左移动2自动无意义手动机构垂直向下移动3自动无意义手动机构水平向右移动4自动选择4号车位手动机构水平向后移动5自动无意义手动机构垂直向上移动6自动无意义手动机构水平向前移动7自动选择7号车位手动无意义10自动选择10号车位手动无意义2.4.2立体车库的硬件简介模型中主要器件简介如下：1.步进电机步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动
26、机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的通电相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂
27、，成本就会增加，应按需要合理选用8。图2-4 步进电机步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差(精度为100)，所以广泛应用于各种开环控制。而且步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变,使用开环控制(或半闭环控制)就能进行良好的定位控制。起制动、正反转、变速等控制方便。我们在该立体车库控制系统中的步进电动机采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的2相8拍混合式步进电机，它的主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。其电气图如图2-4所示。2.步进电动机的特点
28、(1)步进电动机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差(精度为100)，所以广泛应用于各种开环控制。(2)步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比(3)步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变,使用开环控制(或半闭环控制)就能进行良好的定位控制。(4)起制动、正反转、变速等控制方便。(5)价格便宜,可靠性高。(6)步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要配上适当的驱动电源。(7)步进电动机带负载惯性的能力不强,在使用时既要注意负载转矩的大小,又要注意负载转动惯量的大小,只有当两者选取在合适的范围时,电机才能获的满意的运行性能
29、。(8)由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变6。3.步进电机驱动器图2-5 步进电机驱动系统的基本组成控 制 室直流电源2440V步进电机GND+VA+A-B+B-270220270+5V光耦电源 OPTO脉冲信号 PUL方向信号 DIR使能信号 ENA驱 动 器与交直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电机不会运行的。为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该立体车库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器、一个保证电动机正常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一
30、个驱动系统，如图2-5所示。我们采用北京斯达特机电科技发展有限公司生产的SH系列步进电动机驱动器。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。此步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器,这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。此步进电机驱动器的电气技术数据见表2-2所示。表2-2步进电机驱动器的电器技术数据驱动器型号相数类别细分数通过拨位开关设定最大相电流开关设定工作电源SH-2H057二相或四相混合式二相八拍3.0A一组直流D
31、C(24V-40V)3.传感器(1)反射式传感器在该立体车库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测，它是日本欧姆龙公司的产品，采用能抗周围外来光干扰的变调光式；采用变调光式，与直流光式比，不易受外来光干扰的影响；电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型；带有容易调整的光轴标识；带有便于调整，动作确认的入光显示灯；其结构图如图2-6所示。图2-6反射式传感器结构图工作原理：当物体相对于传感器移动时，反射回来的信号与原先的信号相比较，产生频移，集成电路再把微弱的频移信号进行放大，再经多普勒检测、放大、限幅等措施，最后取得和物体移动信号相关的直流信号输出电平。 (2)
32、对射式传感器对射式传感器的输出状态一般为NPN输出，输出晶体管的动作状态可分为入光时ON和遮光时ON两种。入光时为ON的对射式传感器的结构图如图2-7所示，当24V电压加到发光二极管LED1时，它将光发射给发光二极管LED2，LED2接收到光导通，三极管导通，输出为ON；当发光二极管LED1发射出的光被物体挡住使发光二极管LED2接收不到时，LED2不导通，三极管也不导通，输出为OFF。图2-7 对射式传感器结构图在该立体车库控制系统中采用8个对射式传感器作限位控制，其中4只对射式光电传感器分别作为X、Y轴的限位控制，当入光时输出晶体管ON；2只对射式光电传感器分别作为货架在X轴和Y轴的到位检
33、测，当遮光时输出晶体管ON，如果货架未到达正确位置，Z轴电机将不能运行以确保当PLC程序出错时也不至于损坏设备；2只对射式光电传感器作为Z轴的限位控制，当遮光时输出晶体管ON，其信号对应PLC的输入点是I1.0（到位限位）和I1.1（回位限位）。4.微动开关的选择图2-8 微动开关原理图在该立体车库控制系统中共有13个车位（四层十二个车位加0号车位）分别采用13只微动开关作为货物检测，当有货物时相应开关动作，其信号对应PLC的I1.4等，另外为保险起见，在X轴的左限位和Y轴的下限位处还分别加装了1只微动开关作限位保护，以确保立体车库在程序出错时不损坏；微动开关原理图如图2-8所示。2.5系统配
34、置2.5.1 PLC选型1.西门子S7-200系列PLC特点PLC的输入和输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系主要不是靠物理过程，不是用线路，而主要靠变换信息的程序实现。输入输出主要为软联系，而不是硬联系。它的工作基础是信息流，而不是物流、能量流。信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息具有便于处理、便于传递、便于储存，可反复重用，重用后自身还不消失等特点，这就决定了PLC的特点：1.编程方法简单易学。2.功能强，性能价格比高。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。4.运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强。5.系统的设计、安装、调试工作量少。6.维修工作量小，维修方便。7.与网络技术相结合。8
35、.体积小、质量轻、能耗低。2.5.2 I/O地址分配根据立体车库的控制要求，对PLC控制系统的I/O地址分配如表2-3所示。表2-3 PLC的I/O地址分配输入变量变量标注输出变量变量标注I0.0X轴左限位Q0.0X轴脉冲I0.1X轴右限位Q0.1Y轴脉冲I0.2Y轴上限位Q0.3X轴方向I0.3Y轴下限位Q0.5Y轴方向I0.4键盘值输入一位Q0.6货台前伸I0.5键盘值输入二位Q0.7货台后退I0.6键盘值输入三位Q1.0就绪I0.7键盘值输入四位Q1.1取出I1.0货台到位限位Q1.2放置I1.1货台回位限位Q1.3十位显示I1.2货台是否有车Q1.4BCD输出显示一位I1.3手动/自动
36、Q1.5BCD输出显示二位I1.50号车库Q1.6BCD输出显示三位I1.61号车库Q1.7BCD输出显示四位I1.72号车库I2.03号车库I2.14号车库I2.25号车库I2.36号车库I2.47号车库I2.58号车库I2.69号车库I2.710号车库2.5.3 PLC的I/O接线设计 图2-9 PLC I/O接线图根据I/O地址分配表，结合系统的功能分析，系统的输入/输出接线图如图2-9所示。3 立体车库控制系统软件设计3.1设计原则PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。PLC控制系统的设计应遵循以下原则。(1)根据工艺流程进行设计，尽量使控制器最
37、大程度的满足控制要求。(2)在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。(3)考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。(4)控制系统使用和维护方便、安全可靠。3.2立体车库控制系统的控制要求系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构，电机采用步进电机和直流电机，其关键部分是堆垛机，它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成，其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成，伸叉机构由一台直流电机来控制。它分为上下两层，上层为货台，可前后伸缩，低层装有丝杠等传动机构。当堆垛机平台移动到货架的指定位置时，直流电机驱动货台向前伸出可将车取出或送入，当取到
38、车或车已送入，则铲叉向后退回。整个系统需要三维的位置控制。1.手动操作(1)接通电源。(2)将选择开关置于“手动”位置（此时16号有效）。(3)分别点动按键1、2、3、4、5、6，观察水平（X轴）、垂直（Y轴）、前后（Z轴）各丝杠运行情况，运行应平稳，在接近极限位置时，应执行限位保护（运行自动停止）。注意：只有堆垛机运行到X、Y轴相应位置时，伸叉机构（即Z轴）方可运行。2.自动操作(1)将选择开关置于“自动”位置，通电状态下，各机构复位，即返回零位。(2)将一带托盘汽车模型放入零号车位，放置模型时，入位要准确，并注意使车位底部检测开关动作。(3)执行“送”指令a、选择欲送车位号，按动车位号对应
39、按钮，控制面板上的数码管显示车位号。b、按动送指令按钮，观察送入动作（若被选择车位内已有汽车，则该指令不被执行）。c、指令完成后，机械自动返回。d、如果零号车位已无汽车，则下一个“送”指令（误操作）将不被执行。(5)执行“取”指令a、选择欲取车位号，按动车位号对应按钮，控制面板上的数码管显示车位号。b、按动“取”指令按钮，观察取出动作（若被选择车位内无汽车，则该指令不被执行）。c、指令完成后，机械自动返回。d、如果零号车位已有汽车，则下一个“取”指令（误操作），将不被执行。3.放弃按动放弃按钮，放弃取车或送车动作，机构返回0号车位。4.实现步进电机加速启动-恒速运行-低速停车。堆垛机运行至各个
40、极限位置时，应执行限位保护。3.3编程软件简介STEP 7-Micro/WIN是专门为S7-200设计的、在个人计算机的Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便、简单易学。STEP 7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。为了能快捷高效地开发用户的应用程序，STEP 7-Micro/WIN为用户提供了三种程序编辑器。CPU通过PC/PPI电缆或插件在计算机中的CP 5511、CP 5611等通信卡通信。STEP 7-Micro/WIN的用户程序结构简单清晰，既通过一个主程序调用子程序，在中断事件出现时调用中断程序，可以用数据
41、块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表来定义程序中使用的变量地址对应的符号，例如指定符号“启动按钮”对应于地址I0.0，使程序便于设计和理解。STEP 7-Micro/WIN为用户提供了两套指令集，即SIMATIC指令集(S7200编程模式)和国际标准指令集(IEC 61131-3编程模式)。通过调制解调器可以实现远程编程，可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断8。浏览条指令树工作区程序区状态条局部变量表图3-1编程软件的主界面编程软件的主界面如图3-1所示。3.4步进电机高速脉冲输出模块分析要使步进电机运行,就要给其提供一定数量的脉冲. 出于对步进电机启动频率的考虑,保证其
42、不失步.选用PLS指令产生高速脉冲。PTO发生器的多段管线功能在步进电机控制中非常有用，本设计中采用PTO来控制步进电机的加速启动、恒速运行和低速停车过程。包络表的起始偏移量和包络表的值如表3-1所示。表3-1 多段PTO包络表V存储器地址数据VB5003(段数)VW501500(1段初始周期)VW503-1(1段周期增量)VD505400(1段脉冲数)VW509100(2段初始周期)VW5110(2段周期增量)VD513VD300(2段脉冲数)VW517100(3段初始周期)VW5192(3段周期增量)VD521200(3段脉冲数)3.5立体车库程序设计控制系统的设计主要完成的对系统的准确定
43、位，这就需要对步进电机进行控制，即对步进电机脉冲数的进行设定。X轴是否左限位X轴向左运动Y轴是否下限位开始图3-2 初始化流程图由于模型的初始位置不确定，因而需要进行0位定位，即确定从初始位置（X轴左限位，Y轴下限位）到0位的脉冲数，这就需要初始化的过程。初始化程序流程图见图3-2所示。结束Y轴向上运动至0号车位Y轴向下运动下面以初始化过程中Y轴的初始化程序为例，介绍一下在该设计中是如何完成步进电机的精确定位和速度控制的。接通电源以后，将选择开关置于“自动”位置，如果堆垛机不在Y轴的最下方（即Y轴下限位未动作），就向控制堆垛机Y轴运行的步进电机发送脉冲（调用Y轴脉冲输出子程序），使它向下运动。
44、Y轴下限位开关动作的时候，停止脉冲输出，Y轴初始化完成。Y轴脉冲输出子程序的作用是对控制寄存器进行写入，并完成多段PTO脉冲轮廓设置，其梯形如图3-3、3-4、3-5所示。图3-3 Y轴初始化程序图3-4 Y轴脉冲输出程序设置第二段周期初值为100ms第二段周期增量为0第二段脉冲数可以根据堆垛机的实际运行情况在主程序中设置图3-5 Y脉冲输出程序设置第三段周期初值为100ms第三段周期增量为2第三段脉冲数为200启动高速脉冲输出，控制步进电机运行SMB77是脉冲输出指令PLS的控制寄存器，16#A0表明PLS进行的是PTO操作且为多段、时期为1s/循环，允许脉冲输出。16#0表明不允许脉冲输出
45、。SMB178中存放的是多段管线PTO说明表的起始字节的偏移地址。Q指定在Q0.0或Q0.1输出脉冲。PTO脉冲输出第一段为步进电机的加速运行过程，第二段为匀速运行过程，第三段为减速运行过程。初始化完成后就要对操作板的按键进行判断并进行相应的处理，由于PLC程序顺序执行的特点，在程序设计时对每一步动作都设立标志位，采用PLC的位存储区（M）作为标志位，只有标志位为1时进行动作并将上一步的标志位清0，当取或送动作完成时使所有标志位复位。3.6手动控制模块设计手动控制模块主要是便于在立体车库初装时进行调试，检测各个设备是否能正常运行。为了我们更好的分析手动程序，首先画出手动控制模式的流程图。手动操作过程是进行点动操作，按下控制面板上的按钮后便会有相应的动作，在手动控制模式时，各个电机可以单独运行，相互之间没有顺序，互不干扰。手动控制模式手 动 控 制 模 块X轴手动左行X轴手动右行Y轴手动上行Y轴手动下行货台前伸货台后退的流程图如图3-6所示。图3-6 手动模式流程图在手动模式控制下Y轴运行部分的程序块，如图3-7所示。
