電梯式智能立體停車庫(kù)設(shè)計(jì)

智能小區(qū)立體停車庫(kù)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：電指導(dǎo)教師：常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院摘要本文研究的是以升降電梯、行走小車及其橫移機(jī)構(gòu)為主體的電梯式立體車庫(kù)。對(duì)電梯式智能立體停車庫(kù)進(jìn)行了認(rèn)真的分析和研究。簡(jiǎn)要介紹了電梯式智能立體停車庫(kù)的特點(diǎn)和概況。對(duì)其控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了討論研究，對(duì)控制系統(tǒng)按測(cè)控層和管理層進(jìn)行分層管理關(guān)鍵詞：智能小區(qū)立體車庫(kù)PLC第一章前言 4第二章緒論 42.1立體停車庫(kù)概述 42.2與本課題有關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5第三章電梯式立體車庫(kù)車輛的存取 73.1電梯式立體車庫(kù)的主體結(jié)構(gòu)及工作原理 73.1.1鋼結(jié)構(gòu)框架 83.1.3小車行走機(jī)構(gòu) 83.1.4載車板橫移機(jī)構(gòu) 83.1.5載車板 93.1.6自動(dòng)控制系統(tǒng) 93.1.7消防系統(tǒng) 93.2電梯式立體車庫(kù)的工作原理 93.3電梯式立體車庫(kù)的控制系統(tǒng) 12第四章立體車庫(kù)車輛存取優(yōu)化分析 134.1排隊(duì)論基本概念 134.2排隊(duì)系統(tǒng)的主要數(shù)量指標(biāo)和記號(hào) 144.3提高立體車庫(kù)運(yùn)行速度 164.4存取車策略優(yōu)化 17第五章車庫(kù)升降機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng) 195.1電梯式車庫(kù)提升機(jī)構(gòu) 195.3變頻器與PLC簡(jiǎn)述 255.3.1變頻器 255.3.2可編程控制器PLC 255.4MCGS計(jì)算機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 305.4.1MCGS5.5通用版組態(tài)軟件 305.4.2MCGS5.5通用版組態(tài)軟件的功能: 315.4.2監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析 32第六章總結(jié)與展望 34６.１總結(jié) 34６.２展望 34參考文獻(xiàn)第一章前言本文研究的是以升降電梯、行走小車及其橫移機(jī)構(gòu)為主體的電梯式立體車庫(kù)。對(duì)電梯式智能立體停車庫(kù)進(jìn)行了認(rèn)真的分析和研究。簡(jiǎn)要介紹了電梯式智能立體停車庫(kù)的特點(diǎn)和概況。對(duì)其控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了討論研究，對(duì)控制系統(tǒng)按測(cè)控層和管理層進(jìn)行分層管理。測(cè)控層以及相關(guān)檢測(cè)裝置構(gòu)成，管理層主要以上位機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。根據(jù)立體車庫(kù)的具體特點(diǎn)，運(yùn)用排隊(duì)理論對(duì)車庫(kù)排隊(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)立體車庫(kù)系統(tǒng)符合瓜排隊(duì)模型。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果指出車庫(kù)存在的不足，并提出依靠使用不同存取車策略等方法進(jìn)行改進(jìn)。在完成控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)之后，著重進(jìn)行了立體車庫(kù)的升降機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的研究。比較分析了四種常見車庫(kù)提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，選定了適用于電梯式立體車庫(kù)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，確定傳動(dòng)比。對(duì)調(diào)速方式進(jìn)行研究，從中確定了變頻變壓調(diào)速，。按照車庫(kù)升降系統(tǒng)的要求，分析計(jì)算得出曳引電機(jī)容量隨之確定、變頻器及其他配件完成升降系統(tǒng)的控制線路圖。為適應(yīng)智能化、自動(dòng)化的要求，以組態(tài)軟件為平臺(tái)，對(duì)立體車庫(kù)的功能需求進(jìn)行了研究分析。為提高效率、降低能耗對(duì)電梯運(yùn)行速度曲線進(jìn)行研究，得到電梯運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型及仿真結(jié)果。據(jù)此得出升降系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置的優(yōu)化結(jié)果。關(guān)鍵詞:電梯式立體停車庫(kù).排隊(duì)理論。第二章緒論2.1立體停車庫(kù)概述立體車庫(kù)是集自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)為一體的智能化、立體化的物流運(yùn)輸系統(tǒng)。機(jī)械式停車庫(kù)是指使用車輛之外其它帶有動(dòng)力的搬運(yùn)器，完成車輛停放、存儲(chǔ)工作的整個(gè)設(shè)施。機(jī)械式停車設(shè)備類別、形式與基本參數(shù)根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8713的劃分，其類別及代號(hào)如表1-1所示：表1-1機(jī)械式停車設(shè)備類別及代號(hào)2.2與本課題有關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)轎車保有量直線上升。據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)表明，1997年全國(guó)汽車保有量1100萬(wàn)輛，其中轎車萬(wàn)400輛，當(dāng)年轎車生產(chǎn)量48.2萬(wàn)輛，微型車生產(chǎn)量38.2萬(wàn)輛，1998年轎車生產(chǎn)量50萬(wàn)輛，1999年55萬(wàn)輛，2000年57萬(wàn)輛。2002年中國(guó)汽車產(chǎn)量達(dá)到了325萬(wàn)輛，比上年增長(zhǎng)38%，全球排位由2001年的第八位上升至第五位。2005年的轎車保有量已達(dá)到1108萬(wàn)輛。由于中國(guó)加入世貿(mào)關(guān)稅進(jìn)一步降低，2008年北京奧運(yùn)及2010年上海世界博覽會(huì)等重大事件的影響，以及國(guó)內(nèi)需求的進(jìn)一步拉動(dòng)和“費(fèi)改稅”等政策的驅(qū)動(dòng)，我國(guó)的汽車工業(yè)仍將具有很大的發(fā)展空間并將繼續(xù)保持快速平穩(wěn)發(fā)展。按前述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，2010年將達(dá)到2000萬(wàn)輛。城市中停車位需求按1：1.2（100%的基本停車位和20%的公共停車位計(jì)算，將增加停車位480萬(wàn)個(gè)，平均每年需求96萬(wàn)個(gè)。因此，停車問(wèn)題也就逐漸成為大城市迫切需要解決的難題。城市和已建小區(qū)有限的地面面積己無(wú)法提供足夠的停車車位，向空間發(fā)展成為當(dāng)前解決問(wèn)題的一條重要途徑。機(jī)械式立體車庫(kù)具有占地面積小、操作簡(jiǎn)單、靈活，安全可靠等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于在寸土寸金的大都市建造平面車庫(kù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。智能立體車庫(kù)就應(yīng)運(yùn)而生成為城市交通的一個(gè)研究熱點(diǎn)，國(guó)家已把其列入了“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目之一。機(jī)械式立體車庫(kù)發(fā)源于上世紀(jì)20年代的美國(guó)，是在繁華擁擠的都市里為解決停車難而采取的一種措施。50年代以后，伴隨著私人小汽車的大量涌現(xiàn)，在西歐、東南亞、韓國(guó)和日本都得到了廣泛的應(yīng)用。形成了一個(gè)包括制造、安裝、使用和維修的行業(yè)體系。其中，發(fā)展較早、較好的日本公司有新明和、石川島播磨、日精、三菱重工等歐洲有意大利SOTefin、Interpark、德國(guó)Palis等。這些國(guó)家和公司從上世紀(jì)六十年代初就開發(fā)并使用可最大限度地利用空間的機(jī)械式停車設(shè)備，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展，機(jī)械停車庫(kù)從造型、結(jié)構(gòu)、控制、驅(qū)動(dòng)、監(jiān)測(cè)、材料、保險(xiǎn)等方面不斷地更新?lián)Q代，日趨完美。我國(guó)立體車庫(kù)的發(fā)展，始于上世紀(jì)八十年代，河北承德的華一機(jī)械車庫(kù)集團(tuán)有限責(zé)任公司于1989年建造起國(guó)內(nèi)第一臺(tái)垂直循環(huán)類機(jī)械式停車車庫(kù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)械式停車車庫(kù)的空白。雖然從二十世紀(jì)八十年代就開始研制和使用機(jī)械式立體車庫(kù)，但由于市場(chǎng)需求原因，十多年來(lái)緩慢發(fā)展。近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛，城市化進(jìn)程加快，汽車工業(yè)和汽車需求市場(chǎng)得到快速發(fā)展，汽車保有量的不斷增加。然而，城市停車設(shè)施的增長(zhǎng)卻長(zhǎng)期落后于車輛的增長(zhǎng)。立體車庫(kù)產(chǎn)業(yè)在上世紀(jì)九十年代迅速興起，步入了引進(jìn)、開發(fā)、制造和使用的快車道，國(guó)內(nèi)立體停車庫(kù)市場(chǎng)正以直線上升的態(tài)勢(shì)在飛速發(fā)展。我國(guó)立體停車設(shè)備的產(chǎn)品經(jīng)引進(jìn)技術(shù)和自主研究開發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)水平有了很關(guān)的提高，許多設(shè)備采用了當(dāng)前機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，如采用交流變頻調(diào)系統(tǒng)，使運(yùn)行高速、平穩(wěn)、省電、減少振動(dòng)和噪聲?？刂菩问接邪粹o式、卡式、觸摸屏式、密碼鑰匙式、遙控式等，有些設(shè)備還采用了總線控制技傳動(dòng)裝置采用內(nèi)藏式，以增大停車空間并保護(hù)各傳動(dòng)元件不受污染和腐蝕，提高了設(shè)備的耐久性機(jī)械結(jié)構(gòu)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，便于組合使用，易于安裝拆卸，縮短施工周期還采用一些新材料、新工藝，如采用“H”型鋼做鋼梁，組合的鍍鋅板或一體成型的鍍鋅板制作載車板安全保護(hù)方面采用了聲光引導(dǎo)及定位裝置，自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)等。目前品種的滿足率已達(dá)90%左右，有的品種填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50%以上。目前國(guó)內(nèi)從事立體車庫(kù)研發(fā)的企業(yè)已有100余家，其中主機(jī)生產(chǎn)的企業(yè)有50多家，批獲得國(guó)家頒發(fā)的立體停車設(shè)備制造企業(yè)資質(zhì)的有22家。為適應(yīng)立體車庫(kù)行業(yè)迅猛發(fā)展的需要，保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，以規(guī)范立體車庫(kù)的生產(chǎn)和建設(shè)，國(guó)家已出臺(tái)了《機(jī)械式停車設(shè)備類別、型式與基本參數(shù)》一一1998等6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)立體車庫(kù)事業(yè)起到了極大的促進(jìn)作用。如前所述，目前我國(guó)各大城市停車設(shè)施的建設(shè)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后道路建設(shè)和汽車工業(yè)的發(fā)展。有資料表明，現(xiàn)有停車數(shù)不到總需求的7%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于城市汽車交通的發(fā)展，由此將會(huì)帶來(lái)的諸如影響城市形象、汽車消費(fèi)等一系列社會(huì)問(wèn)題。出現(xiàn)這種現(xiàn)象除了和停車‘設(shè)備行業(yè)的發(fā)展本身涉及到停車立法、收費(fèi)政策、城市規(guī)劃、交通管理等諸多方面困難和阻礙之外，停車設(shè)備設(shè)計(jì)本身存在缺陷，關(guān)鍵問(wèn)題是自動(dòng)化技術(shù)水平低下設(shè)計(jì)制造成本過(guò)高而導(dǎo)致的車輛收費(fèi)過(guò)高，收費(fèi)高成為阻礙其推廣使用的主要原因。資料顯示，在北京一般地面停車每小時(shí)2元，而立體車庫(kù)為5元。同時(shí)在立體車庫(kù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定車庫(kù)最難取車的車位，一次取車時(shí)間不得超過(guò)兩分鐘，由于我國(guó)的技術(shù)水平現(xiàn)狀，實(shí)際上很難達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)。在土地越來(lái)越緊缺的情況下，立體車庫(kù)是解決城市中停車難問(wèn)題的必然出路。但若要良性發(fā)展，就要解決現(xiàn)存問(wèn)題。當(dāng)前，我國(guó)設(shè)計(jì)制造的立體車庫(kù)大多處于初級(jí)的停車功能，是最原始的使用階段，它的設(shè)計(jì)水平、經(jīng)濟(jì)價(jià)值還有待于完善和開發(fā)。由此可見研究如何降低立體車庫(kù)設(shè)計(jì)制造成本及進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地存取，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。2.3課題目的、意義與來(lái)源我國(guó)城市人口集中、建筑密度大，各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地不斷增長(zhǎng)，用地日趨緊張。在經(jīng)濟(jì)每年以接近10%的同時(shí)，全國(guó)機(jī)動(dòng)車輛每年以10%一15%的速度增長(zhǎng)，每年預(yù)計(jì)需新增停車位400萬(wàn)個(gè)。由于我國(guó)停車場(chǎng)建設(shè)的嚴(yán)重滯后導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車違章?？?，侵占道路和綠地，致使道路通行能力下降，影響了社會(huì)總體效率。機(jī)械式立體車庫(kù)，占地空間小，并且可最大限度地利用空間，安全方便，是解決城市用地緊張、緩解停車難的一個(gè)有效手段。國(guó)家計(jì)委己明確機(jī)械式立體停車設(shè)備及城市立體停車場(chǎng)為國(guó)家重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)。1998年1月1日起執(zhí)行的《國(guó)家計(jì)委6號(hào)令》把機(jī)械式停車庫(kù)和立體停車場(chǎng)列入“國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄”國(guó)家海關(guān)總署對(duì)機(jī)械式停車產(chǎn)品規(guī)定“國(guó)內(nèi)投資項(xiàng)目給予免征進(jìn)口稅”。上述措施為我國(guó)立體停車庫(kù)產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)提了良好的條件、也為我國(guó)解決城市停車問(wèn)題提供了機(jī)會(huì)?？梢灶A(yù)見立體車庫(kù)具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。本課題來(lái)源于武漢理工大學(xué)與浙江恒祥汽車零部件制造有限公司合作研究的“多車位機(jī)械式立體車庫(kù)開發(fā)”項(xiàng)目。研究的目的是設(shè)計(jì)開發(fā)一套實(shí)用、安全有效的電梯升降式機(jī)械停車設(shè)備，并相應(yīng)地進(jìn)行擴(kuò)展性研究。第三章電梯式立體車庫(kù)車輛的存取3.1電梯式立體車庫(kù)的主體結(jié)構(gòu)及工作原理本文研究的是升降電梯、行走小車及其橫移機(jī)構(gòu)為主體的電梯式立體車庫(kù)。作為存取車輛的工具，其摒棄了老式停車場(chǎng)或停車樓占地面積大、停車數(shù)量少、污染嚴(yán)重和停車安全性低等問(wèn)題，繼承和發(fā)揚(yáng)智能立體車庫(kù)占地少、停放車輛多，便于集中管理、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、鋼架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、車位的增減方便靈活、造價(jià)低、使用方便、車輛存放安全性高、采用計(jì)算機(jī)控制、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理一體化等特點(diǎn)。還可以根據(jù)用戶的需要及環(huán)境和場(chǎng)地的要求設(shè)計(jì)不同數(shù)量的車位，從幾十個(gè)車位到上千個(gè)車位，可建立在廣場(chǎng)、商場(chǎng)、建筑物頂部、地下等場(chǎng)所。電梯式立體車庫(kù)的主要結(jié)構(gòu)如圖3一1所示。3.1.1鋼結(jié)構(gòu)框架鋼結(jié)構(gòu)框架主要由立柱、橫梁、縱梁、電梯升降導(dǎo)軌、小車行走導(dǎo)軌、停車架等部件組成。主要作用是承重和內(nèi)置幾十個(gè)停車泊位并安裝機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制、消防系統(tǒng)、排水等設(shè)備。圖3-1電梯式立體車庫(kù)的主要作用圖3.1.2電梯電梯主要由電機(jī)、減速機(jī)、升降鏈、轎廂、平衡鏈及平衡重等組成。3.1.3小車行走機(jī)構(gòu)行走小車由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)出脈沖控制行走距離結(jié)合安裝在導(dǎo)軌上的接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)小車行走到位的精確控制。為提高存取車效率，每層設(shè)置一輛小車，并規(guī)定每輛小車僅能在其所在層存取車。3.1.4載車板橫移機(jī)構(gòu)橫移機(jī)構(gòu)設(shè)置在行走小車長(zhǎng)框架兩頭的橫梁上。主要由電機(jī)、鏈傳動(dòng)長(zhǎng)軸、鏈條、鏈輪及三級(jí)滑叉等組成。其工作原理是當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)軸兩端通過(guò)鏈條、鏈輪帶動(dòng)三級(jí)滑叉做橫向存取運(yùn)動(dòng)。載車板橫移裝置的功能是將載車板存入車庫(kù)或取出。如上圖：大體托板簡(jiǎn)圖3.1.5載車板載車板作為轎車停放的場(chǎng)所和轎車位置轉(zhuǎn)換的載體。3.1.6自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括控制、拖動(dòng)、檢測(cè)及安全保護(hù)部分。電梯式立體車庫(kù)存取車時(shí)的動(dòng)作較多且復(fù)雜，要求控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作、速度、定位及安全互鎖等控制。故此類停車庫(kù)一般都采用控制系統(tǒng)。同時(shí)，為了保證傳動(dòng)裝置在運(yùn)行時(shí)低噪聲、低能耗、自動(dòng)加減速，并且運(yùn)行平衡、高速、準(zhǔn)確，車庫(kù)升降裝置多數(shù)采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。為確保車輛安全，車庫(kù)內(nèi)還安裝了光電檢測(cè)裝置和各種限位裝置來(lái)檢測(cè)隱患。3.1.7消防系統(tǒng)在停車庫(kù)內(nèi)設(shè)置有整套的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。煙感及溫感探測(cè)器均勻地分布在各層車架中間，如果庫(kù)內(nèi)溫度或煙氣濃度過(guò)高，消防系統(tǒng)將啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)直至達(dá)到設(shè)定要求。若失火，整個(gè)自動(dòng)滅火系統(tǒng)會(huì)迅速把火熄滅。3.2電梯式立體車庫(kù)的工作原理電梯式立體車庫(kù)內(nèi)設(shè)置能停放幾十輛汽車的鋼結(jié)構(gòu)停車架，一端或中間為電梯升降井道，主要是通過(guò)電梯的上升、下降通過(guò)小車水平行走至指定車位利用小車上的橫移裝置將載車板上的汽車送入停車架或?qū)⒁汛嬗诟鬈囄坏钠嚾〕?，運(yùn)回地面。由于存取車是三維運(yùn)動(dòng)，即水平尤方向、橫向方向和高度方向的運(yùn)動(dòng)。其高度方向的運(yùn)動(dòng)由電梯的升降實(shí)現(xiàn)水平方向的運(yùn)動(dòng)，由行走小車的前、后行實(shí)現(xiàn)橫向廠方向的運(yùn)動(dòng)由載車板的橫移實(shí)現(xiàn)。即一個(gè)存取周期應(yīng)由水平方向、橫向方向和高度了方向的運(yùn)動(dòng)組成。電梯式立體車庫(kù)的工作原理電梯式立體車庫(kù)內(nèi)設(shè)置能停放幾十輛汽車的鋼結(jié)構(gòu)停車架，一端或中間為電梯升降井道，主要是通過(guò)電梯的上升、下降通過(guò)小車水平行走至指定車位利用小車上的橫移裝置將載車板上的汽車送入停車架或?qū)⒁汛嬗诟鬈囄坏钠嚾〕?，運(yùn)回地面。由于存取車是三維運(yùn)動(dòng)，即水平尤方向、橫向方向和高度方向的運(yùn)動(dòng)。其高度方向的運(yùn)動(dòng)由電梯的升降實(shí)現(xiàn)水平方向的運(yùn)動(dòng)由行走小車的前、后行實(shí)現(xiàn)橫向廠方向的運(yùn)動(dòng)由載車板的橫移實(shí)現(xiàn)。即一個(gè)存取周期應(yīng)由水平方向、橫向方向和高度了方向的運(yùn)動(dòng)組成。由于各個(gè)方向上的幾何尺寸及運(yùn)動(dòng)速度各不相同，且在一定的情況下某些運(yùn)動(dòng)部件之間存在互鎖關(guān)系當(dāng)電梯與行走小車分離時(shí)，它們可分別同時(shí)動(dòng)作當(dāng)電梯載有行走時(shí)，僅電梯動(dòng)作。由此可知，車庫(kù)的存車流程如圖3一2所示車庫(kù)的取車流程如圖3一3所示。表3-2存車流程表3-3取車流程3.3電梯式立體車庫(kù)的控制系統(tǒng)立體車庫(kù)的控制系統(tǒng)有兩層管理層和測(cè)控層。管理層負(fù)責(zé)日常的計(jì)時(shí)收費(fèi)、打印單據(jù)等管理工作，同時(shí)與測(cè)控層實(shí)現(xiàn)通訊管理。它以臺(tái)式電腦為核心，配備有打印機(jī)、通訊模塊等外部設(shè)備。測(cè)控層則負(fù)責(zé)車庫(kù)存取車控制、位置檢測(cè)、安全檢測(cè)等底層操作，因而需要高度的工作可靠性和快速響應(yīng)性。由于PLC有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可靠性高，它采取了光電隔離、濾波、穩(wěn)壓保護(hù)、故障診斷等多種手段，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)5萬(wàn)一10萬(wàn)小時(shí)左右響應(yīng)快2）采用模塊化的結(jié)構(gòu)、安裝容易還選用了高速計(jì)數(shù)模塊、多點(diǎn)I/O模塊、通訊模塊等。所以測(cè)控層選用PLC(可編程控制器)作為控制系統(tǒng)的主控機(jī)。PLC工作時(shí)，首先開機(jī)自檢，確認(rèn)無(wú)故障后，判斷當(dāng)前是手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式。手動(dòng)模式是用于設(shè)備調(diào)試或者故障處理情況。自動(dòng)模式則由中的程序控制用于車輛的自動(dòng)存取。第四章立體車庫(kù)車輛存取優(yōu)化分析停車庫(kù)主要應(yīng)用于大城市中建筑密度高、停車面積少的中心區(qū)，尤其是商業(yè)、飯店等集中的城區(qū)，是解決這些地區(qū)停車場(chǎng)地嚴(yán)重不足的首選方案之一。因?yàn)闄C(jī)械式停車庫(kù)只有一套提升裝置，所以要對(duì)車庫(kù)排隊(duì)模型進(jìn)行研究，檢驗(yàn)存取時(shí)間是否達(dá)到要求，提高停車庫(kù)的處理能力和效率。4.1排隊(duì)論基本概念排隊(duì)論起源于20世紀(jì)初的電話通話，1919一1920年丹麥數(shù)學(xué)家、電氣工程師愛爾蘭用概率論的方法研究電話通話問(wèn)題，從而開創(chuàng)了這門應(yīng)用數(shù)學(xué)，并為這門科學(xué)建立了許多基本原則。排隊(duì)論是研究排隊(duì)系統(tǒng)即隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)理論和方法，是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)重要分支。在日常生活中無(wú)處不存在排隊(duì)現(xiàn)象，例如乘客等公汽、飛機(jī)等待降落、游樂(lè)園購(gòu)票、船舶?？看a頭、郵局提取包裹等等，它們都需要排隊(duì)。在排隊(duì)論中，對(duì)于各種排隊(duì)系統(tǒng)或服務(wù)系統(tǒng)，將其中要求得到服務(wù)的對(duì)象統(tǒng)稱為“顧客”，將提供服務(wù)者統(tǒng)稱為“服務(wù)員”、“服務(wù)機(jī)構(gòu)”或“服務(wù)窗”，顧客與服務(wù)窗之間存在一種服務(wù)關(guān)系。實(shí)際的排隊(duì)系統(tǒng)千差萬(wàn)別，但都可概括為顧客未得到某種服務(wù)到達(dá)服務(wù)機(jī)構(gòu)，若不能立即得到服務(wù)又允許排隊(duì)等待，則加入等待隊(duì)伍，直到獲得服務(wù)后離去。常見的排隊(duì)系統(tǒng)如圖4一1、4一2、4一3、4一4所示4一1單服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系列4一2一隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)4一3多隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系列4一4多服務(wù)臺(tái)串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)不論以上排隊(duì)系統(tǒng)具體形式有何差異均可歸納為圖4一5所示模型。4一5排隊(duì)系統(tǒng)的模型框圖隨機(jī)性是排隊(duì)系統(tǒng)的一個(gè)普遍特點(diǎn)，是指顧客的到達(dá)情況如相繼到達(dá)時(shí)間間隔與每個(gè)顧客接受服務(wù)的時(shí)間是事先無(wú)法確切知道的，或者說(shuō)是隨機(jī)的。排隊(duì)論研究的排隊(duì)系統(tǒng)中，顧客相繼到達(dá)時(shí)間間隔和服務(wù)時(shí)間這兩個(gè)量中至少有一個(gè)是隨機(jī)的。4.2排隊(duì)系統(tǒng)的主要數(shù)量指標(biāo)和記號(hào)排隊(duì)系統(tǒng)研究的目的是了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和控制，使系處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。描述一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的主要數(shù)量指標(biāo)有1）隊(duì)長(zhǎng)和排隊(duì)長(zhǎng)隊(duì)長(zhǎng)是指系統(tǒng)中的顧客數(shù)，為排隊(duì)等待的顧客數(shù)和正在接受服務(wù)的顧客數(shù)和排隊(duì)長(zhǎng)指系統(tǒng)中正在排隊(duì)等待服務(wù)的顧客數(shù)隊(duì)長(zhǎng)和排隊(duì)長(zhǎng)一般都是隨機(jī)變量。隊(duì)長(zhǎng)的分布式顧客和服務(wù)員都關(guān)心的。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，知道隊(duì)長(zhǎng)的分布，就能確定隊(duì)長(zhǎng)超過(guò)某個(gè)數(shù)的概率，從而確定合理的等待時(shí)間。2）等待時(shí)間和逗留時(shí)間等待時(shí)間：顧客到達(dá)時(shí)刻起到他接受服務(wù)止的這段時(shí)間，這是個(gè)隨機(jī)變量，也是顧客最關(guān)心的指標(biāo)，顧客總是希望等待時(shí)間越短越好。逗留時(shí)間：顧客到達(dá)時(shí)刻起到他接受服務(wù)完成止的這段時(shí)間，這也是個(gè)隨機(jī)變量。這兩個(gè)指標(biāo)的研究能有助于確定它們的分布，或至少能知道顧客的平均等待時(shí)間和平均逗留時(shí)間。3）忙期和閑期忙期：從顧客到達(dá)空閑的服務(wù)機(jī)構(gòu)起，到服務(wù)機(jī)構(gòu)再次空閑為止的這段時(shí)間，即服務(wù)機(jī)構(gòu)連續(xù)忙的時(shí)間。這是隨機(jī)變量，服務(wù)員最關(guān)心這個(gè)指標(biāo)，它關(guān)系到服務(wù)員的強(qiáng)度。閑期：指服務(wù)機(jī)構(gòu)連續(xù)保持空閑的時(shí)間。在排隊(duì)系統(tǒng)中忙期和閑期重視交替出現(xiàn)。4）統(tǒng)計(jì)平衡性以上給出的指標(biāo)一般都和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間相關(guān)，求解隨機(jī)變量的瞬時(shí)分布是很困難的。但系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，一般會(huì)趨于一個(gè)穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)情況下，對(duì)長(zhǎng)的分布、等待時(shí)間的分布和忙期的分布都和系統(tǒng)所處的時(shí)刻無(wú)關(guān)，而系統(tǒng)的初始狀態(tài)的影響也會(huì)消失。設(shè)Pi(t)為時(shí)刻t是系統(tǒng)處于i的概率，即系統(tǒng)瞬時(shí)分5E03。Pi為達(dá)到統(tǒng)計(jì)平衡時(shí)處于狀態(tài)i的概率，而假設(shè)：N：時(shí)刻系統(tǒng)中過(guò)客數(shù)，即隊(duì)長(zhǎng)；Nq:時(shí)刻t系統(tǒng)中的排隊(duì)的顧客數(shù)，即排隊(duì)長(zhǎng)；T：時(shí)刻t時(shí)到達(dá)系統(tǒng)的顧客在系統(tǒng)中逗留的時(shí)間；Tq：時(shí)刻t時(shí)到達(dá)系統(tǒng)的顧客在系統(tǒng)中等待的時(shí)間；λi：當(dāng)前統(tǒng)處于狀態(tài)i時(shí)，新來(lái)顧客平均到達(dá)率（單位時(shí)間內(nèi)來(lái)到系統(tǒng)的平均顧客數(shù)）；Μi：當(dāng)前統(tǒng)處于狀態(tài)i時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的平均服務(wù)率（單位時(shí)間內(nèi)來(lái)可服務(wù)完的顧客數(shù)）；當(dāng)λi為常數(shù)記為λ，若每個(gè)服務(wù)臺(tái)的平均服務(wù)率常數(shù)時(shí)，記每個(gè)服務(wù)臺(tái)的服務(wù)率為μ，則當(dāng)n≥S時(shí)有，μi=sμ；故顧客相繼到達(dá)的平均時(shí)間間隔為平均服務(wù)時(shí)間：1/μ.故ρ=λ/sμ，則ρ為系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度.記忙期為B，閑期為I平均忙期和平均閑期為和，s為系統(tǒng)的服務(wù)臺(tái)數(shù)。以上四個(gè)性能指標(biāo)的值越小，說(shuō)明系統(tǒng)排隊(duì)越少，等待時(shí)間越少，因而系統(tǒng)性能越好。4.3提高立體車庫(kù)運(yùn)行速度若將主要運(yùn)動(dòng)部件電梯及行走小車運(yùn)動(dòng)速度提高5%一10%，則整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行速度可提高4%一8%。a）若系統(tǒng)運(yùn)行速度可提高4%由此可得：車庫(kù)平均存取時(shí)間為60/1.04=57.69秒，即μ=60*1.04=62.4輛/小時(shí)顧客必須排隊(duì)等待的概率：ρ=λ/μ=0.8179平均排隊(duì)的顧客數(shù)為:L=ρ/2(1-ρ)=1.8632人顧客的平均等待時(shí)間:W=L/λ=0.0364hb)行速度可提高8%由此可得:車庫(kù)平均存取時(shí)間為60/1.08=55.556秒，即μ=60*1.08=4.8輛/小時(shí)顧客必須排隊(duì)等待的概率：ρ=λ/μ=0.7893平均排隊(duì)的顧客數(shù)為:L=ρ/2(1-ρ)=1.4812人顧客的平均等待時(shí)間：W=L/λ=0.0290h經(jīng)過(guò)計(jì)算可得出系統(tǒng)運(yùn)行速度提高1%一8%量指標(biāo)見表4一2表4一2系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)代提高1%一8%對(duì)應(yīng)的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)由上表分析可得若系統(tǒng)運(yùn)行速度提高，則等待概率與運(yùn)行速度提高同比下降在隊(duì)長(zhǎng)與平均等待時(shí)間上下降較為明顯。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行速度提高4%隊(duì)長(zhǎng)比未提高時(shí)下降32.1，平均等待時(shí)間下降42.12s，當(dāng)系統(tǒng)速度提高6%，均等待時(shí)間為116.28s，達(dá)到立體車庫(kù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行速度提高8%時(shí)，隊(duì)長(zhǎng)比未時(shí)下降66.17個(gè)百分點(diǎn)，平均等待時(shí)間下降68.67s。4.4存取車策略優(yōu)化味著高多的能耗，運(yùn)動(dòng)部件的壽命也會(huì)隨之降低。通過(guò)對(duì)車輛存取順序進(jìn)行決策控制研究，可提高車庫(kù)整體效率和利用率，減少車輛存取時(shí)間。在常見的存取車策略有存車優(yōu)先策略、取車優(yōu)先策略、原地待命策略。經(jīng)過(guò)能耗及效率的分析比較絕大多數(shù)采取的是原地待命隨機(jī)存取策略‘均。在此基礎(chǔ)上，對(duì)車庫(kù)存取系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)存取及分組存取。分區(qū)存取策略旨在提高車庫(kù)的最佳車位的利用率，從而提高車庫(kù)運(yùn)行效率。這是因?yàn)檐噹?kù)系統(tǒng)的存取車服務(wù)時(shí)間雖然可確定，但與車位所在位置有關(guān)?？拷鋈肟诘能囄环?wù)時(shí)間較少，遠(yuǎn)離出入口的車位服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，根據(jù)每個(gè)車輛存放時(shí)間的長(zhǎng)短決定其分配車位。存放時(shí)間長(zhǎng)的車輛存放在離出入口較遠(yuǎn)的區(qū)域，存放時(shí)間短的車輛存放在離出入口較近的區(qū)域。此策略理論上是合理的，但實(shí)際生活中僅在對(duì)固定的客源并搜集大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上才有可行性。在此提出，以便后續(xù)研究者深入研究。交叉存取策略，是指從車輛存取順序上進(jìn)行優(yōu)化存取的策略，即當(dāng)同時(shí)有幾輛車需要存入和取出時(shí)，選擇一定的服務(wù)順序，使用戶等待時(shí)間最少，目標(biāo)函數(shù)最佳，以提高車庫(kù)工作效率。交叉存取策略不遵循FCFS（先到先服務(wù)）的規(guī)則，而是對(duì)同一時(shí)間內(nèi)所需服務(wù)的存取車輛進(jìn)行存車和取車分組，然后對(duì)兩組服務(wù)對(duì)象進(jìn)行存取車交叉服務(wù)，具體對(duì)存車或取車對(duì)象仍采取FCFS（先到先服務(wù)）則，這樣車庫(kù)就可在交叉服務(wù)時(shí)減少總行程從而減少服務(wù)時(shí)間，達(dá)到優(yōu)化目的。公共場(chǎng)所車庫(kù)選用交叉存取策略比隨機(jī)存取策略可節(jié)省約21.8%的時(shí)間，在每輛車存取車時(shí)間為40s左右時(shí)，最大可節(jié)省10s以上，工作效率有大幅提高。以節(jié)省20%的存取時(shí)間計(jì)算，車庫(kù)系統(tǒng)主要數(shù)量指標(biāo)為：車庫(kù)平均存取時(shí)間為60/1.2=50秒，即μ=60*1.2=72輛/小時(shí)；顧客必須排隊(duì)等待的概率：ρ=λ/μ=0.7104；平均排隊(duì)的顧客數(shù)為：L=ρ/2(1-ρ)=0.8713人；顧客的平均等待時(shí)間：W=L/λ=0.0170h；經(jīng)過(guò)分析比較可知：若系統(tǒng)采用交叉存取策略，則等待概率顯著下降16.個(gè)百分點(diǎn)，為0.1704；隊(duì)長(zhǎng)僅為采用隨機(jī)存取策略的35.34%，平均等待時(shí)間降到61.2s。圖4一7隨機(jī)存取策略與交叉存取策略車庫(kù)系統(tǒng)主要數(shù)量指標(biāo)比較第五章車庫(kù)升降機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)5.1電梯式車庫(kù)提升機(jī)構(gòu)立體車庫(kù)的提升系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定，驅(qū)動(dòng)方式有曳引驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、卷筒驅(qū)動(dòng)、齒條驅(qū)動(dòng)、螺桿驅(qū)動(dòng)等腳。作為電梯的驅(qū)動(dòng)，常見的是曳引驅(qū)動(dòng)和卷筒驅(qū)動(dòng)。卷筒驅(qū)動(dòng)是一種早期的電梯驅(qū)動(dòng)方式，這種方式存在以下的問(wèn)題：1）提升高度低2）額定載重量低3）行程不同時(shí)，需配備不同的卷筒4）導(dǎo)軌承受的側(cè)向力大5）鋼絲繩有過(guò)繞或反繞的危險(xiǎn)6）能耗大。因此，目前立體車庫(kù)升降電梯普遍采用曳引驅(qū)動(dòng)。曳引式驅(qū)動(dòng)是在曳引繩一端提升重物，另一端為平衡重，依靠曳引繩與開有繩槽的曳引輪之間的摩擦來(lái)驅(qū)動(dòng)重物做垂直運(yùn)動(dòng)。因此，只要在曳引系統(tǒng)的容量與強(qiáng)度允許范圍，通過(guò)改變曳引繩的長(zhǎng)度就可以適應(yīng)不同的提升高度，而不再受卷筒長(zhǎng)度限制。當(dāng)重物或平衡重碰撞底部時(shí)，曳引繩與曳引槽會(huì)因?yàn)槟Σ亮p小而打滑，從而避免了卷筒式在失控卡住時(shí)造成的曳引繩斷裂等嚴(yán)重事故的發(fā)生。在電梯中曳引驅(qū)動(dòng)形式運(yùn)用的比較多，而在停車設(shè)備中，因?yàn)榘徇\(yùn)輸送的車輛的尺寸較大，有其自身的特殊性，在停車設(shè)備中曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式主要有以下幾種設(shè)置形式。（1）定滑輪機(jī)構(gòu)曳引驅(qū)動(dòng)形式曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)房設(shè)置在停車設(shè)備的上方，傳動(dòng)形式的曳引比為1，如圖5一1所示。鋼絲繩的一段連著升降轎廂，鋼絲繩繞過(guò)定滑輪或水平定滑輪后，再繞過(guò)曳引輪與導(dǎo)輪，使鋼絲繩的另一段連著平衡重曳引電機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鋼絲繩使升降轎廂與平衡重作上下運(yùn)動(dòng)。從圖5一1中可以看到，立體停車設(shè)備升降轎廂的起吊方式是四點(diǎn)起吊，四根鋼絲繩連接在升降轎廂的四個(gè)角。這樣的布置與單點(diǎn)起吊相比，可以使得升降轎廂在提升的時(shí)候比較平穩(wěn)，避免產(chǎn)生晃動(dòng)。圖5一1定滑輪機(jī)構(gòu)曳引驅(qū)動(dòng)方式（2）動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)曳引驅(qū)動(dòng)形式曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在停車設(shè)備上方的機(jī)房?jī)?nèi)，傳動(dòng)形式的曳引比為2，如圖5一2所示。鋼絲繩的兩端連接于機(jī)房的頂部，鋼絲繩則分別繞過(guò)升降轎廂橫梁上的動(dòng)滑輪和曳引機(jī)房上的曳引輪導(dǎo)輪和平衡重上的動(dòng)滑輪。增加導(dǎo)輪是為了拉開升降轎廂與平衡重之間的距離，便于升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的總體布置。（3）曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下置驅(qū)動(dòng)形式圖5一2動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)曳引驅(qū)動(dòng)形式曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在停車設(shè)備下方的地坑內(nèi)，其傳動(dòng)形式的曳引比也是1比1，如圖5一3所示。鋼絲繩的一端懸掛連接著升降轎廂，另外一端依次繞過(guò)定滑輪、導(dǎo)輪和地坑內(nèi)曳引及上方的導(dǎo)輪連接平衡重。圖5一3曳引驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下置驅(qū)動(dòng)形式（4）車庫(kù)升降系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)形式本設(shè)計(jì)采用曳引電機(jī)下置的曳引驅(qū)動(dòng)方式，立體車庫(kù)提升系統(tǒng)的整體布置簡(jiǎn)圖，如圖5一4所示。鋼絲繩倍率i=2，即曳引電機(jī)上曳引輪的線速度為轎廂或平衡重現(xiàn)速度的兩倍。電機(jī)安排在車庫(kù)底層的一側(cè)，便于安裝與檢修平衡重布置圖5一4提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖圖5一5轎箱頂部滑輪組結(jié)構(gòu)及布置簡(jiǎn)圖在電機(jī)的另側(cè)，使得車庫(kù)的整體框架受力均勻。轎廂與四根鋼絲繩相連，鋼絲繩獨(dú)立平行并列布置，鋼絲繩預(yù)緊力由調(diào)整彈簧調(diào)整。為保證鋼絲繩受力均勻，轎廂頂部滑輪組如圖5一5所示。四個(gè)滑輪分為左右兩組布置，分別安裝于支架上支架通過(guò)支撐軸與升降吊籠連接。整個(gè)滑輪組形成了一個(gè)以支撐軸為轉(zhuǎn)動(dòng)中心的等臂杠桿結(jié)構(gòu)，使杠桿兩邊的受力始終相等，并消除了在使用過(guò)程中由于磨損造成的載荷不平衡。5.2曳引電機(jī)及其調(diào)速方法的選擇根據(jù)提升速度和重量，可計(jì)算出車庫(kù)運(yùn)行對(duì)曳引機(jī)的功率需求，這個(gè)功率是提升系統(tǒng)的額定計(jì)算功率，用作選用合適功率的曳引機(jī)的依據(jù)。曳引機(jī)的容量N=Q*v*(1-Ф)/102*i*η式中Q：額定載重量；V：提升速度；Η：機(jī)械效率，對(duì)于齒輪一般取0.85；Ф：電梯平衡系數(shù)，一般取0.5；i：曳引比；由此計(jì)算N，故選取電動(dòng)機(jī)功率P。5.3變頻器與PLC簡(jiǎn)述5.3.1變頻器變頻器是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的核心元件。為獲得理想的變頻器控制性能，變頻器功率應(yīng)滿足5一7式：P≥１.７３２*K*Ve*Ie式中：K一為電流波形校正系數(shù)Ve一為電機(jī)額定電壓Ie一為額定電流。5.3.2可編程控制器PLCPLC是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)指令，夠完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC的技術(shù)比較成熟，性價(jià)比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用?？蓪?shí)現(xiàn)開關(guān)量控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制、據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)，其中開關(guān)量控制是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。所以PLC具有操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，程序直觀，設(shè)計(jì)周期短，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，很適合于全是開關(guān)量輸入輸出的電梯式立體停車庫(kù)，它使得整個(gè)車庫(kù)的運(yùn)動(dòng)智能化。每一個(gè)車位都能準(zhǔn)確的?？康轿唬刂茰?zhǔn)確、安全。對(duì)環(huán)境要求不高，抗干擾性強(qiáng)，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊的工作。對(duì)操作人員以及維護(hù)人員的要求不高。安裝、調(diào)試比較簡(jiǎn)單，設(shè)備數(shù)量少，而且PLC作為主控單元能夠簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)、提高可靠性、增加靈活性。可起到人們常說(shuō)的“以軟（件）代硬（件）”的效果。因此選用PLC作為主控單元不失為一種行之有效的方法。通俗地講，可編程序控制器是一種以微機(jī)處理其為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。其的構(gòu)成與一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成?？删幊炭刂破鞯奶攸c(diǎn):１）功能齊全PLC的基本功能包括開關(guān)量輸入／輸出、模擬量輸入／輸出、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O、鼓形控制器、延時(shí)ON/OFF繼電器、內(nèi)部中間繼電器、主控繼電器、鎖存繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、四則運(yùn)算、比較、二一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換等。PLC的擴(kuò)展功能有通信聯(lián)網(wǎng)、成組數(shù)據(jù)傳送、矩形運(yùn)算、PID閉環(huán)回路控制、排序查表功能、中斷控制及特殊功能函數(shù)運(yùn)算等功能，PLC還具有自診斷、報(bào)警、監(jiān)控等功能。2)應(yīng)用靈活其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場(chǎng)合。PLC的安裝和現(xiàn)場(chǎng)的接線簡(jiǎn)單，可以按積木方式擴(kuò)充和刪除其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是通過(guò)軟件完成的，因此允許設(shè)計(jì)人員在沒(méi)有購(gòu)買硬件設(shè)備前就進(jìn)行“軟接線”的工作，從而縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試周期，研制經(jīng)費(fèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)也少了。3)操作方便，維修容易PLC采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖形式編程與功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說(shuō)明書，操作人員經(jīng)短期的培習(xí)，就可以使用PLC;PLC帶有完善的監(jiān)視和診斷功能。PLC對(duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)和異常狀態(tài)等均有醒目的顯示。因此，操作人員、維修人員可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解機(jī)器故障點(diǎn)，利用替代模塊獲插件的辦法迅速處理故障。4)穩(wěn)定可靠現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，其可靠性程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無(wú)法比擬的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠的工作，在其設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾的措施，而且各生產(chǎn)廠家都嚴(yán)格按有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠檢驗(yàn)。所以盡管PLC有各種型號(hào)，但都可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM,EPROM)、輸入輸出部件(I/O)、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外設(shè)備組成。各部分通過(guò)總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5一7所示。PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個(gè)PLC產(chǎn)品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在EPROM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，他們相輔相成，缺一不可，兩者都非常重要。圖5一7PLC的硬件管理系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖框圖5-8可編程控制器的工作示意圖5.4MCGS計(jì)算機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Windows98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS具有操作介面簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高穩(wěn)定性、高可靠性、系統(tǒng)的可擴(kuò)充性等突出特點(diǎn)，己成功應(yīng)用于石油、化工、鋼鐵、電力、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源、農(nóng)業(yè)、輕工自動(dòng)化等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高，為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。5.4.1MCGS5.5通用版組態(tài)軟件其用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)通用MCGS5.5版組態(tài)軟件具有如下特性:1)概念簡(jiǎn)單，易于理解和使用普通工程人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的工程項(xiàng)目，使其能集中精力解決工程本身的問(wèn)題，而不需了解太多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜的軟硬件問(wèn)題，就可組態(tài)出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。2)提供了一套完整的解決方案包括從設(shè)備驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出等，提供足夠多的功能組件和豐富的常用圖形庫(kù)，真正做到只使用MCGS5.5通用版組態(tài)軟件就可快速組態(tài)完成工程項(xiàng)目的大多數(shù)工作，而對(duì)使用者沒(méi)有太苛刻的要求。3)真正的32位應(yīng)用系統(tǒng)可同時(shí)運(yùn)行于Windows95和WindowsNT平臺(tái)或更高版本，支持Windows系統(tǒng)的多任務(wù)多線程技術(shù)。MCGS的運(yùn)行是以線程為單位來(lái)完成處理功能的，在整個(gè)運(yùn)行進(jìn)程中，線程以事件的方式被觸發(fā)，按優(yōu)先級(jí)的大小順序執(zhí)行。打印任務(wù)作為一個(gè)獨(dú)立的線程運(yùn)行于后臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)與其他任務(wù)的并行處理。4)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，面向窗口此概念的提出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的運(yùn)行框架，解決了系統(tǒng)中功能部件的相關(guān)性問(wèn)題。以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心對(duì)象，MCGS5.5通用版組態(tài)軟件的系統(tǒng)部件(包括主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口以及運(yùn)行策略)成為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)象上的操作。這種對(duì)象方案使得MCGS的系統(tǒng)部件各自相對(duì)獨(dú)立，且只與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)。5)設(shè)備無(wú)關(guān)在MCGS5.5通用版組態(tài)軟件中，設(shè)備被實(shí)現(xiàn)成獨(dú)立的構(gòu)件形式，不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)于不同的構(gòu)件。設(shè)備構(gòu)件不僅僅包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，還有不同的方法和屬性供系統(tǒng)調(diào)用，每個(gè)設(shè)備構(gòu)件都由一個(gè)獨(dú)立的線程來(lái)管理。對(duì)不同的外部硬件設(shè)備，只須提供相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，而系統(tǒng)的其它部分和設(shè)備無(wú)關(guān)，不作任何改動(dòng)。6)以窗口為單位以窗口為單位來(lái)構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS5.5通用版組態(tài)軟件的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀，又靈活多變。既可以不做任何組態(tài)工作，使用系統(tǒng)的缺省構(gòu)架，又可以根據(jù)需要自由組態(tài)，生成各種風(fēng)格和各種類型的圖形界面，包括DOS風(fēng)格的圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面以及帶有動(dòng)畫效果的工具條和狀態(tài)條。5.4.2MCGS5.5通用版組態(tài)軟件的功能:1)豐富和方便的動(dòng)畫組態(tài)能快速構(gòu)造出各種復(fù)雜的動(dòng)畫畫面。圖元圖符對(duì)象可實(shí)現(xiàn)自由構(gòu)圖和定義動(dòng)畫，包括顏色、位置、大小、可見度、閃爍、輸入輸出、按鈕動(dòng)作等多種動(dòng)畫效果。動(dòng)畫構(gòu)件對(duì)象完成特定類型的動(dòng)畫功能，如實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。2)運(yùn)行策略用運(yùn)行策略來(lái)完成和實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件來(lái)操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、控制用戶窗口的顯示、關(guān)閉和設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)，從而做到對(duì)對(duì)象工作過(guò)程的精確控制。圖形化的構(gòu)造方法和功能強(qiáng)大的策略構(gòu)件使運(yùn)行策略的組態(tài)更加快捷方便。3)充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)以構(gòu)件的形式來(lái)構(gòu)造MCGS5.5通用版組態(tài)軟件系統(tǒng)的主要功能部件，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件三種基本類型的構(gòu)件完成了MCGS5.5通用版組態(tài)軟件系統(tǒng)最主要的三大部分(設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫顯示和流程控制)的所有工作，不同的構(gòu)件對(duì)應(yīng)于不同的功能，且各自獨(dú)立。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)需要定制特定類型的構(gòu)件，可使MCGS的功能得