智能化立体车库的设计与研究毕业设计.docx

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智能化立体车库的设计与研究毕业设计

摘要

车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，本设计即是基于日趋成熟和自动化程度不断提高的PLC技术，针对目前车库管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的车库智能管理系统。

本文主要内容是采用工业控制计算机作为调度、管理、监控主机，采用可编程控制器PLC作为控制器，设计了三层的升降横移式智能立体车库，采用现场总线完成工业控制计算机与PLC之间的数据通讯。

根据智能立体车库应实现的功能和安全性要求，进行了电机及电机驱动器的选型，并给出了系统供电原理图以及部分设备接线图。

然后利用西门子公司的编程软件Step7和监控组态软件设计了车库控制程序和上位机监控界面。

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最后通过利用组态王组态软件对其进行了模拟仿真。

研究结果表明，该智能立体车库控制系统定位准确，安全可靠，能实现自动存取车功能。

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关键词：

智能立体车库；可编程控制器PLC；组态软件

Abstract

NovehicleOfficeParkistheproblemofcitysociety,economy,trafficdevelopstoacertainextenttheresultofthedesign,whichisbasedonthematureandcontinuouslyimprovethedegreeofautomationofPLCtechnology,inviewofthepresentgaragemanagementsystemmanagementsystemlagsbehind,themediumofintegratedlowdegreeofautomation,poorsecurity,humanizationandrunningefficiencythedeficiencyofcurrentscienceandtechnology,combinedwiththelatestresearchresults,designakindofmoreadvancedtechnology,reliableperformance,highdegreeofautomationgarageintelligentmanagementsystem.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。

Themaincontentofthisarticleisbasedonindustrialcontrolcomputerasscheduling,management,monitoringhost,usingtheprogrammablecontrollerPLCasthecontroller,thedesignofthreelayerliftingtransverse-movingtypeintelligentstereogarage,usingFieldbusIndustrialcontrolcomputerandPLCdatacommunicationbetweenthe.Accordingtotheintelligentstereogarageshouldachievethefunctionalandsafetyrequirements,themotorandthemotordrivestheselection,andgivesthesystempowersupplydiagramandpartoftheequipmentconnectiondiagram.ThenusingSiemensprogrammingsoftwareStep7andconfigurationsoftwaredesignthecontrolprogramandthemonitorinterface.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

Finally,throughtheuseofconfigurationsoftwarehascarriedonthesimulation.Theresultsshowthat,thisintelligentstereogaragecontrolsystemofaccuratepositioning,safeandreliablecanachieveautomaticvehicleaccess.Keywords：

intelligentstereogarage；PLCprogrammablecontroller；configurationsoftware彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

1绪论

智能立体车库是一个新兴的行业，它以占地面积少、停车率高、安全可靠、高效低能等优点，越来越受到人们的青睐，具有很大的发展空间。

本章就智能立体车库的概述、立体车库的意义、以及课题研究的方法和内容做了简单介绍。

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1.1智能立体车库的概述

智能立体停车库系统是集设备、操作、安全、监控、维护、管理为一体的智能化系统。

它最大的特点就是分时控制功能，实现分时段、分层停车控制，有效提高车位利用率。

智能化智能立体车库是利用计算机智能控制，实现自动存、取车业务，并可实现一系列的智能化功能的立体停车库系统，是集自动化技术、计算机技术为一体的智能化、立体化的物流储运系统，能够自动而可靠地完成车辆的存取以及相关信息的管理。

当车辆到达停车库入口时，系统自动识别车型，给来车分配一个最佳车位，控制传送系统传送车辆到停车位，并给存车人出据存车卡。

取车时，取车人输入卡，计算机自动识别，显示存车费用，用户交费后，计算机控制传送车完成取车操作。

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除占地面积小容量大以外，智能化智能立体车库还具有以下特点：

1.系统结构性能稳定、信号传输速度快，自动化程度高智能化智能立体车库采用计算机控制，工作中所需人员少，车辆通过传送装置移动，车位分配通过计算机寻求优化方案，大大降低运营成本，系统可实现手动控制和电脑自动控制两种方式，智能化程度高。

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2.结构配置灵活，性能安全可靠

智能化智能立体车库存车数量不等，有仅存放两辆汽车的微型车库，也有能存放上千辆汽车的大型车库，还有适用于小区的中型车库。

建造方式比较灵活，可建于地上、半地上、地下，可构成垂直式也可建成水平式。

智能化智能立体车库是一个封闭的系统，在管理上采取专人负责，除设备维护、维修人员外，其他人员是禁止入内。

对于汽车的安全问题，车库采用计算机智能化管理，有效解决汽车防盗；对于车库下层的车辆，为防止上层托盘或车辆的降落砸到车辆，在每层车库的托盘下设置检测开关和防砸车装置，以及严格的互锁装置，有效保障车辆安全，确保系统的可靠性。

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3.经济效益好

随着国内私家车的增加，在中心城区、商场、人员密度大的场所建设智能立体车库，费用的投入远高于其它形式的停车场，但这些区域车辆流动大，对车位的需求量高，对车库的运营企业会带来良好的经济效益。

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1.2课题研究的意义

车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，车辆的增加，交通拥挤所造成的商场、酒店车位限制，使得车主为停车而发愁，扩展停车场引起人们的广泛关注。

普通露天停车场和建筑物下的停车库虽然停放方便，但占地面积广，且停车数量有限，尤其是土地价格突飞猛进增长的今天，投资商不得不考虑土地占用的成本，为了充分利用立体空间，规范和科学管理汽车的停放，建造智能立体车库已刻不容缓[2]。

目前，在国内一些经济较发达、人口密度较大的城市中，己经着手开发推广立体停车库。

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本设计即是基于日趋成熟和自动化程度不断提高的PLC技术，针对目前车库管理系统存在的系统管理介质落后、集成自动化程度低、安全性差、人性化和运行效率低下的不足，结合目前科学技术领域的最新研究成果，设计了一种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的车库智能管理系统。

具有智能化的智能立体车库占用土地少、充分利用空间，缓解了城市中道路空间小的矛盾，又适应了城市高节奏快速发展的需要，更重要的是顺应社会的发展，减少了污染，为城市向更大规模发展提供有利的条件。

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随着微电子技术、通讯技术、控制技术的迅猛发展，计算机更加广泛的进入工业控制的各个领域，并正发挥着越来越重要的作用。

计算机技术在车库系统中的应用，可使设施集自动化、系统化、综合化为一体，提高智能立体车库的中存取车辆的速度，提高智能立体车库工作的可靠性。

利用计算机进行实时控制和管理车库运行成为发展趋势，降低车库的投资成本，实现无人化管理，增强车库的智能化程度，将会对我国智能立体车库的发展起到很好的推动作用。

而且智能立体车库技术空间利用率高，智能化控制，安全可靠等优点为解决停车难问题也有一定的促进作用。

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1.3课题研究的方法

本课题通过对升降横移式智能化智能立体车库的研究，采用综合比较的方法进行型与控制系统方案的确定，并实现对系统的智能化设计。

本论文主要是探讨可编器（PLC）作为控制核心在智能化智能立体车库系统中的应用。

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1.收集和整理有关国内外智能立体车库的发展情况、控制系统设计方案及其监系统的研究现状的相关资料，分析智能化智能立体车库在设计中的影响因素及控制系系统实现的各种功能。

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2.详细分析升降横移式智能化智能立体车库设计中控制系统的主要影响因素之系，建立智能立体车库的智能化设计方案。

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3.分析智能化监控管理系统，用组态软件实现存取车的系统监控。

4.确定智能立体车库控制系统方案，用PLC编制控制系统相关部分程序。

5.针对存取车过程，通过人机界面设计，实现智能化与便捷化的设计目的。

1.4课题研究的主要内容

智能化智能立体车库是随智能化技术的发展而出现的高效停车技术，包括智能停车管理系统、信息系统、导引系统和设备等。

本课题研究的主要目的是通过升降横移智能化智能立体车库的分析，研究智能化智能立体车库的设计方案。

本研究有利于降低设计成本，提高车库作业效率，进而有利于智能化智能立体车库的推广使用，同时促进智能立体车库随汽车行业同步发展。

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本课题以升降横移式智能立体车库系统作为研究对象，通过对智能立体车库的主体结构进行电气控制系统的硬件和软件设计，探讨智能化智能立体车库的存取车的原理、智能化的设计方案。

对升降横移式智能化智能立体车库通过采用可编程序控制器完成对车辆自动存取功能的实现，用组态软件通过上位机实现存取过程的实时监控仿真研究，最后提出系统的外围部分人机界面的实现方案，突出了操作的便捷性、简单化，从而实现智能立体车库的智能化设计。

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1.绪论指出课题的研究意义与研究方法和主要内容。

2.介绍智能立体车库的分类及各种类型智能立体车库的主要优缺点，针对升降横移式智能立体车库进行结构分析，指出存取车的原理与流程，提出总体设计方案。

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3.根据智能立体车库控制要求，确定各硬件的型号。

4.针对智能化升降横移式智能立体车库进行软件程序编写，并对上位机、下位机进行相关的设计，采用组态软件实现监控系统。

对智能立体车库系统进行人机界面设计。

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2智能立体车库的总体设计

在智能立体车库中，电控系统起着极其重要的作用，控制技术己成为现代工业生产中不可缺少的重要组成部分。

在本章中，首先介绍了立体车库的分类，然后对智能立体车库存取车的流程进行分析，而后根据系统运行特点依次对智能立体车库的设计要求、电气控制方案的确定、以及电气控制系统的框架进行介绍。

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2.1立体车库的分类

停车库系统就其结构特征来分类，可分为平面式和立体式两种，平面式又分为地下平面式停车库、地上平面式停车库；立体式停车库又可分为自行式立体停车库、半自动立体停车库和全自动立体停车库，而全自动立体停车库还可分为两层或多层平面式全自动立体停车库、竖向密集型全自动立体停车库以及特殊造型结构全自动立体停车库。

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目前，立体车库主要有以下几种形式：

升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式[3]。

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1.升降横移式立体车库

升降横移式立体车库采用以载车托盘升降或横移存取车辆的立体停车设备叫做升降横移类停车场[4]，如图2.1所示。

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图2.1升降横移式立体车库

升降横移式立体车库配置灵活，造价较低。

每单元可设计成多层结构，车位可从几个到上百个。

其突出特点是节省占地，配置灵活，存取车迅速，等候时间短，价格低，消防、外装修、土建地基等投资少；采用自动控制系统，构造简单，安全可靠，运行平稳，工作噪声低。

车库主要停车托板、机械传动、电气传动、自动控制、安全防护几部分组成，主要适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。

一般升降横移式单车位造价仅为的垂直升降类或巷道堆垛类的1/6—1/3，非常适合我国现阶段国情。

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2.巷道堆垛式立体车库

巷道堆垛式立体车库利用堆垛机或者桥式启动机作为存取车辆的工具，如图2.2所示。

它在垂直和水平方向的负荷运动将车辆快速送进或取出。

这种车库不需要车道，而且出入口设置灵活，所有车辆均由堆垛机进行存取，对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，但该立体车库容积率高，适合于用地紧张，绿化要求高，停车相对密集的场所。

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图2.2巷道堆垛式立体车库

3.垂直提升式立体车库

垂直提升式立体车库又称为电梯式车库，因其独立的车库像塔而又被称为塔库，如图2.3所示。

这种类型的车库空间利用率很高，在50平方米的地面使用垂直提升式立体车库，可以建造一座25层的塔库，存车辆可达达到50辆，平均每平方米停放1辆车。

这种车库通过提升机的升降和装在升降平台上的横移机构将车辆或载车托盘横移，实现车辆存取，具有省电，噪音小，运行速度快以及操作简单维护方便等独特优点。

该立体车库采用回转盘技术，车辆可以直进直出，使用便捷，对于城市繁华区域或其他停放车辆较为集中的地方，采用这种类型的车库更是合适。

车库一般较高，但占地却最小，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，所以造价较高。

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图2.3垂直提升式立体车库

4.垂直循环式立体车库

垂直循环式立体车库外观像垂直升降类的车库，通过巨型链轮和链条带动存车拖降做垂直方向的循环运动来达到存取车的目的，如图2.4所示。

这种车库设备动力单一，控制简单，维护方便、故障少。

该类大型车库一般为封闭式建筑结构，停放车辆可达40以上，小型车库可以根据地理条件单独设定，也可以多台设备连台设定。

垂直循环式车库占地少，两个泊位面积可停6—10辆车；价格低，投资少，建设周期短。

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图2.4垂直循环式立体车库

2.2智能立体车库的过程

升降横移式智能立体车库每个车位均有载车托盘，所需存取车辆的载车托盘通过升降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。

停泊在车库内地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车托盘升或降到地面层，驾驶员才可以进入车库内将汽车开进或开出车库，升降由电机驱动，通过钢丝绳拖动载车托盘，利用一台电机便可实现车位的移动。

如3*3智能立体车库的存取车图2.5。

假设车位己满共7辆，欲取2车位上的车辆。

第一步，将5和7车位的车向右分别移至空位1和空位2，即空出2车位下的车位；第二步，将2车位上的托盘直接下降至底层，完成取车；第三步将原2号车位的托盘上移至原来的位置；第四步将原5和7车位上的车左移回至原位置。

同理，其他位置的车辆也如此遵循该原则，即：

顶层车位只能上下移，一层车位只能左右移动，中间车位既可上下移动也可左右移动。

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图2.53*3智能立体车库的存取车

2.3智能立体车库的设计要求

智能立体车库在设计中要显示出智能化、人性化和便利化的特点。

因此，系统要求如下：

1.采用工控机控制，在工控机上显示当前车位状态和车主存放位置。

2.取车人在屏上输入车位号后，该系统在选定的路径下自动到达地面，当取车人进入车库取车时，所有升降和平移系统都处于停止状态。

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3.当控制系统发生故障或车辆超重时，能发出报警提示，在工控机上显示故障。

2.4智能立体车库的控制系统方案的确定

2.4.1电气控制方案的确定

根据升降横移式智能立体车库结构特点，除顶层外的其它层都必须留出一个空位，供载车托盘上升和下降用。

当车辆位于底层时，无需移动其他托盘就可直接取出车；若准备将车存于底层，同样不需要移动其它层的载车盘，直接将车驶入即可。

但若车辆存于中间层或顶层，在存取车时，则需要通过横移将该车位以下的托盘位置调整为空，才可进行车辆的下降上升，车辆驶入后再上升回到原位置。

整体操作时，遵循底层托盘只进行平移操作，顶层托盘只能进行升降操作，中间层既可平移又可升降操作的原则。

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升降横移式智能立体车库的控制系统是整个车库的核心，设计的优劣直接影响到设备的安全性能和工作性能，影响到系统智能化程度的高低。

所以在进行设计时，要求一定要考虑到控制系统安全可靠性与操作方便性。

单片机在精度和速度要求很高的地方适用性较好，但要面对外围电路和干扰，程序混乱等的必须考虑的问题[5]。

PLC是建立在单片机之上的产品，从工程的角度，采用PLC是由于其可靠性强、稳定性好、操作方便灵活，是集计算机技术、自动化技术、通讯技术为一体的通用工业控制装置，在实现工业现场控制上有着不可比拟的优势，对一些大型、稳定性要求很高的控制比较适用[6]。

在升降横移式智能立体车库中选择PLC作为控制系统核心。

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图2.6智能立体车库系统逻辑框图

智能立体车库根据库容量情况，如3*3或3*4或3*5智能立体车库最大存车数分别为7、10、13，根据设备的控制要求，都可选择德国西门子公司生产的S7—200为主控单元口，最大控制点数可达到256点。

升降横移智能立体车库系统逻辑框图如图2.6所示。

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控制系统中主控单元的主要控制对象首先是车库内的横移电机和升降电机，控制系统使它们在不同的时间内实现正反转；其次是车库内的各种辅助装置，如：

指示灯及其各种安全设施等。

为了保证搬运器能将托盘能横移到预定位置以及使托盘能上升或下降到指定位置，采用了行程开关。

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2.4.2电气控制系统的框架

升降横移式智能立体车库控制系统由上位机和下位机共同组成。

其中，上位机以工控计算机为核心，处于监控室或值班室中，主要起监控和管理作用等；下位机采用PLC，实现对现场进行直接的控制。

如果车库的规模足够大，还可以考虑配备操作器、触摸屏等来实现智能化自动控制[7]，在本设计中没有涉及到。

在本系统中，利用系统中上位机的监控作用，通过数据处理、图形显示和多媒体技术，显示出各种现场的状况，将PLC从现场采集的各种不同的开关信号、报警信号等，从控制界面显示出来，从而在监控人员和智能立体车库之间以及在操作人员和智能立体车库之间都可构造出直观形象的界面，对系统的正常运行和系统故障进行提示或报警。

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图2.7升降横移式智能立体车库整体结构

升降横移式智能立体车库整体结构如图2.7所示。

上位机与显示器、打印机、收款机相连，通过键盘鼠标可进行直接的信息输入。

PLC主要完成对托盘位置及运行状态的检测和存取车的操作，将限位开关、安全挂钩等相关信号，通过计算机处理输出信号控制接触器、电磁铁等动作，对拖动电机的起停进行控制。

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智能立体车库的操作分为三类，包括故障诊断和处理、联系现场状况的数据I/O操作、执行用户程序以及响应与PLC相连的外部设备的命令操作[8]。

在系统运行过程中，当出现存取操作时，PLC会接收人员在上位机或触摸屏的输入指令，经过分析判断检测元件的状态、读取机械驱动的信息后，将输入信号的信息反馈到执行机构如电磁铁、继电器、安全装置、显示指示灯等，实现电机的正反转、托盘的升降横移运动、限位开关的动作等，完成信号的显示与车辆的存取操作。

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3升降横移式智能立体车库控制系统的硬件组成

在工业自动化领域，工控机和可编程控制器是人们不得不提的两类控制设备，它们是大多数自动化系统的基础设备；变频器可以方便、可靠的对交流电机进行无级调速控制；而行程开关、光电开关等开关器件，可以探测到系统的当前情况，给出相应的开关量，提供给控制器件进行处理。

本章主要对组成系统的硬件进行简要介绍，说明这些器件在系统中的用途。

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3.1可编程控制器的选择

基于设计和调试的方便，本次设计采用德国西门子公司生产的S7—200系列。

S7—200性价比高，结构小巧、运行速度高、价格低廉及多功能多用途，在当今的很多企业得到广泛的使用。

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由于本设计采用了26个输入I/O点，18个输出I/O点，采用的输入输出点数较多，所以该设计选用的中央处理器是S7-200系列中的CPU226，同时又扩展了一个数字量混合模块EM223，通信模块采用了EM277模块。

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1.如图3.1所示，CPU226本机集成了24点输入和16点输出，共有40个数子量I/O，可连接7个扩展模块，最大可扩展至248点数字量I/O或35路模拟量I/O。

CPU226有13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出[9]。

CPU226配有两个RS-485通信/编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，适合本设计的要求。

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图3.1CPU226实物图

2.如图3.2所示，输入/输出扩展模块EM223有6种类型，包括24VDC4入/4出,24VDC4入/继电器4出,24VDC8入/8出,24VDC8入/继电器8出,24VDC16入/16出,24VDC16入/继电器16出。

6种类型均有隔离，本设计采用的是24VDC16入/继电器16出。

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图3.2EM223数字量混合模块

3.如图3.3所示，EM277模块是PROFIBUS-DP从站模块，该模块可以作为PROFIBUS-DP从站和MPI从站，其通信特性为：

一个通信口，接口类型为RS-485，协议为PROFIBUS-DP从站和MPI从站。

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图3.3EM277模块

3.2工控计算机

工业控制机即工业控制计算机，也叫做工业个人计算机，英文简称IPC（IndustrialPersonalComputer）。

工业控制机是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机。

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工控机由计算机基本系统和过程I/O系统组成，计算机基本系统由系统总线、主机模板、存储器板、人机接口板与CRT、磁盘机、打印机等通用外设组成[10]。

过程I/O系统由输入信号调理板和A/D转换器，将现场传测量的物理信号转变为电信号，模拟量经模数转换（A/D转换器），变成数