基于PLC立体车库监控系统的设计毕业设计.doc

基于PLC的立体车库监控系统的设计毕业设计目 录1 概述11.1 立体车库的背景与现状11.1.1 立体车库介绍11.1.2 设计主要目的与意义32 立体车库控制设计系统分析52.1 控制系统的选择52.2 监控系统的选择52.3 升降横移式立体车库系统分析62.3.1 升降横移式立体车库工作原理62.3.2 升降横移式立体车库控制系统设计73 可编程逻辑控制器与MCGS软件的介绍93.1 可编程逻辑控制器93.1.1 可编程逻辑控制器简介93.1.2 可编程逻辑控制器的基本结构93.1.3 可编程逻辑控制器工作原理103.1.4 可编程逻辑控制器主要特点113.1.5 可编程逻辑控制器的主要应用123.2 MCGS组态软件133.2.1 MCGS组态软件简介133.2.2 MCGS组态软件的系统构成及组成部分143.2.3 MCGS组态软件的主要特点153.2.4 MCGS组态软件的主要功能164 升降横移式立体车库具体设计174.1 可编程逻辑控制器的选择与设计174.1.1 可编程逻辑控制器的选择174.1.2 可编程逻辑控制器的设计194.2 可编程控制器的外部接线图设计224.3 MCGS组态软件设计234.3.1 MCGS工程画面的实现234.4 MCGS于可编程逻辑控制器交互通信设置275 总结与展望305.1 总结305.2 未来展望30谢辞31参考文献32附录一33主程序33子程序040子程序141子程序241附录二43外文资料59中文翻译65唐山学院毕业设计1 概述1.1 立体车库的背景与现状近年来，由于经济的飞速发展，中心城市的人口、车辆也日益增多，再加上建筑业的飞速发展，使城市中的空地越来越少。交通拥挤和停车困难的问题已成 为各级政府和群众关心的社会问题，尤其在大中城市更为突出。人们在解决交通问题时逐渐意识到，以往仅靠大力拓展道路来满足车辆对动态空间的需求是远远不够的。因为车辆大部分时间还是处于停驶状态。这就是说，车辆占用静态空间(停车位)的时间远大于其对动态空间(道路)的需求。停车位不足，会严重影响城市道路畅通、环境与安全。故一种可解决大城市繁华地带用地紧张与停车难矛盾的先进停车方式自动化立体车库在发达国家率先得到推广应用。据悉自2004年以来我国停车位数目激增，例如北京百条胡同为解决平房区和老小区停车位不足、乱停车问题将增建六千余个停车位、天津和平区繁华地带建造占地面积达60126平方米的4个大型停车场、广州为迎接2010年亚运会时建造了18500个停车位、青岛也在几年的时间里添加了19200个停车位，杭州、南京等地也增加大量停车位。这种车位大大的占用了土地资源，而如果采用多层立体车库，可使地面的使用率提高80%90%，大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。1日常生活中经常看到车辆停在道路两边，有时还占用行人道，这种情况同时为其他车辆和行人的出行造成了诸多不便。不合理的停车造成了交通的拥挤，更增加了交通事故的发生率。严重的影响了市民的正常出行，更对城市的市容造成了不好的影响。由此看来日常生活中合理停车，已经成了一个社会问题，所以对停车行业的合理规划更是刻不容缓，而立体车库则是目前解决这个问题最好的方法，也是最可行有效的方法。立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近3040年的历史，无论在技术上还是在经 验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有近二十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与 住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。1.1.1 立体车库介绍立体车库相比传统的自然地下车库相比，立体车库在很多方面都体现了其优越性。立体车库可以更好的节省土地，使土地的使用率提高80%90%，这样大大节省了土地资源，同时降低了成本；立体车库更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转，应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等。几种形式的立体车库具有各自的优点。21. 升降横移式立体车库：采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备。每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个，但是每组设备必须留有至少一个空车位，来方便车辆的中转。特点：节省占地，配置灵活，建设周期短；价格低，消防、外装修、土建地基等投资少；可采用自动控制，构造简单，安全可靠。存取车迅速，等候时间短；运行平稳，工作噪声低；在停车设备的市场份额约占70%，较为适用于商业、机关、住宅小区配套停车场。不足点：每组设备必须留有至少一个空车位；链条牵动运行过程不具有防止倾斜坠落的功能。 2. 垂直循环式立体车库：采用垂直方向做循环运动来存取车辆的机械式停车设备。特点：省地，在58m2的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车，可省去购置土地的大量费用；可采用自动控制，运行安全可靠；价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。不足点：设备结构复杂，没有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差。3. 垂直升降式立体车库：这类立体车库亦可称为塔式立体车库，通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。特点：整个存车库可多达2025层，即可停放4050辆车，占地面积不到50m2，空间利用率最高。适宜建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的集聚点。不足点：设备结构复杂，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差。4. 巷道堆垛式立体车库：以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。多用于地下，以便更好的利用地下空间。特点：全封闭车库，存车安全，该类车库主要适用于大型密集式存车。不足点：设备结构复杂，成本高且相对比较故障率高，高峰期依次取车时用时较长，实用性差。5. 平面移动式立体车库：在同一层上用搬运或起重机平面移动车辆或泊车板平面横移存取车辆，亦可搬运机和升降机配合实现多层平面移动存取车辆的机械式停车设备。特点：一般设置在地上或半地下，地平面层可停放大尺寸车辆，设备适合在大中型建筑物或公共设施中安装。不足点：设备结构复杂，相对比较故障率高，高峰取车时间依次取车时间过长，实用性差。本次设计针对的是占据市场份额较大，而且优点较为突出的升降横移式立体车库。31.1.2 设计主要目的与意义国民经济的高速发展以及我国的城市化水平不断加快，使得城市交通拥挤的矛盾 日益突出。车辆不断增多，城市道路设施跟不上经济发展的步伐，造成了动态交通的严重阻塞。同时停车场地设置的不合理，出现了严重的占道停车，占用居住区绿地，造成静态交通混乱现象，从而进一步加剧了交通拥挤，破坏了城市的居住环境和城市形象。动态交通和静态交通的关系形成了恶性循环。据统计，中国至2003年年底，机动车保有量已达到9649多万辆，其中轿车保有量将达到 1000万辆。然而，目前我国城市机动车辆的保有量与停车位相差大约5倍，也就是说停车位的满足率只有20左右。停车位严重不足，造成机动车非法停放、占道停放现象日益严重，上海市中心占道停放占总停放车辆的64，这造成了许多车辆无家可归。从国际城市建设的经验看，要保证交通不拥堵，不仅要满足100的基本停车位，还要能满足20的公共停车位。近几年新增轿车每年在200万辆左右，按停车位与轿车数之比为1：1.2计算，每年需新增停车位290万个，才能满足停车位的需求。立体车库在各方面都有很大的优点，但是在我国主要停车位还是传统停车模式，立体车库停车情况仍然不是特别受欢迎，立体车库的发展还有很多曲折。首先，立体车库在我国还是新兴产业，存在着企业技术力量薄弱，产品的可靠性、 安全性、耐久性也还不能完全保障。人们要有个逐步接受的过程，人们对立体车库的优点还未完全接受，特别是对一些新手司机，立体车库所要求的车技比地面车库要高，令部分有车族对立体库可望而生怯。其次，市民长期的意识也很难在短时间内改变，虽然有明文禁止路边空地停车， 但在大街小巷仍可随处见到违规停车的。因为大家觉得，街道是公共场所，自己把车停在上面是理所当然，干嘛要把车停到车库里面，还要交钱。显然这部分有车的市民只强调了自己的市民身份，忘记了还有许许多多无车族，他的车侵占了行人的道路。另外，市民还认为，立体车库虽然节省空间。但是也是上天下地， 自己不放心爱车被高高挂起，或是深入地下。 上述两点是立体车库发展曲折的根本原因，由此产生的一个恶性循环则是其直接原因。随着我国经济持续快速的发展，城市规划的完善，机械停车设备行业将成为一个充满生机的朝阳行业，机械停车设备的技术也将得到长足的发展。我国的机械停车设备行业也将从快速发展阶段进入稳定发展阶段。2 立体车库控制设计系统分析2.1 控制系统的选择可编程逻辑控制器（PLC）作为在工业领域广泛应用的控制器，具有十分鲜明的特点：使用方便，编程简单。系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件；功能强，性能价格比高，可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理；可靠性高，抗干扰能力强，可以实现长周期工作而不至于损坏；系统的设计、安装、调试工作量少，PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程逻辑控制器的国家日益增多，产量日益上升。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统（分散控制系统）。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。PLC应用的广泛性和它的普及程度是其他计算机设备无法比拟的。故此次设计选用PLC做控制器。2.2 监控系统的选择组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。国内的组态软件品牌主要有：世纪星、组态王、三维力控、MCGS、态神等。国外的组态软件品牌主要有：In Touch、WinCC、Citech、IFix等。本次设计选用国产的组态软件MCGS，MCGS还包括网络版、通用版、嵌入版三个版本，经比较后，选用MCGS嵌入版。MCGS嵌入版组态软件的主要特点包括：容量小，整个系统最低配置只需要极小的存贮空间，可以方便的使用DOC等存贮设备；速度快：系统的时间控制精度高，可以方便地完成各种高速采集系统，满足实时控制系统要求；成本低：使用嵌入式计算机，大大降低设备成本； 真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统；稳定性高：无风扇，内置看门狗，上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行；功能强大：提供中断处理，定时扫描精度可达到毫秒级，提供对计算机串口，内存，端口的访问。并可以根据需要灵活组态；通讯方便：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、GPRS通讯功能、Web浏览功能和Modem远程诊断功能，可以方便地实现与各种设备进行数据交换、远程采集和Web浏览；操作简便：MCGS嵌入版采用的组态环境，继承了MCGS通用版与网络版简单易学的优点，组态操作既简单直观，又灵活多变。总之，MCGS嵌入版组态软件具有强大的功能，并且操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。正因如此此次设计选用MCGS嵌入版作为监控系统。2.3 升降横移式立体车库系统分析2.3.1 升降横移式立体车库工作原理车库利用载车盘的移位从而产生垂直的通道，实现高层车位的升降以便存取车辆 。车库组合布置的不同形式可适应不同场地条件的需要，配置非常灵活。本次设计立体车库的特点是：最底层即第一层只能够横向平移，最顶层即第二层只能够竖向升降。另外第一层必须预留一个空车位，以便进出车辆用，而第二层不用。当第一层进出车时无需移动其他载车盘就可直接进出，当第二层进出车时先要判断与其对应的下方位置是否有空位，当没有空位时要对应的车位进行横向平移处理，直到下方有空位后方可进行升降，进出车完毕后上升回到原来的位置。它运动的总原则是：车位升降必须复位，车位平移不用复位。本设计中，横移电机安装在第一层的车位上，控制车位的横移。升降电机安装在第二层的车位上，控制车位的升降。6实际生活中升降横移式立体车库运行原理如下图2-1所示。 图 2-1 升降横移立体车库运行原理图 2.3.2 升降横移式立体车库控制系统设计控制系统主要由硬件系统和软件系统构成，其结构如图2-2所示。图 2-2 控制系统结构图打印机、音效设备、收费系统IC 读卡机、LED显示器、操作系统电动机、接触器、继电器、电磁铁、指示灯PLC工业控制机形成开关、限位开关、电传感器、光传感器、控制按钮 车库在运行过程中最容易出现问题的时候就是车位上升和下降过程。因此首先系统升降采用变频器带动升降电机及相应的减速装置进行升降调速控制，其次对每个升降车位都额外增加一个上限位开关和一个下限位开关。横移电机采用常规的电机。防坠落电磁铁安装在二层的车位上，与安全挂钩组成防坠落系统。安全挂钩系统采取了得电打开，失电闭锁的控制，这样即使在停电状态下车位也能够保 证不因为钢索断裂而坠落。检测装置发出的检测信号是为了车位的精确定位以及安全保障。需要的检测装置有：车位左到位、右到位、上到位、上极限、下到位、 安全挂钩打开等检测装置。为了防止外界干扰，所有信号线均采用带金属屏蔽网的电缆。PLC控制系统的程序主要是完成车库自动存取车的操作。根据立体车库的运行控制要求，得主控制程序流程图，如下图2-3所示。系统上电初始化等待存取车按键取车按键存车N二层车位显示车位号车位已满空位Y一层车位让位一层车位二层车位显示空位号一层车位让位一层车位 载车盘下降取车车位复位载车盘下降存车图 2-3 主控制程序流程图车位复位 存取操作时，该控制系统中PLC接收和分析工控机输入的指令，做出相应的动作，并判断各检测装置的状态，读取车库当前各个车位的存放情况，然后将信息反馈到执行元件，拖动载车盘实现位置移动，完成车辆的存取及相关的信号显示。用各种光电开关和行程开关等检测装置的状态，以及用接触器、继电器执行对拖动电机的启停控制，整个动作区域配有光电检测及多重安全系统，以防异常情况的发生。3 可编程逻辑控制器与MCGS软件的介绍3.1 可编程逻辑控制器3.1.1 可编程逻辑控制器简介1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快便将其引入可编程逻辑控制器，个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。20世纪80年代初，可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。3.1.2 可编程逻辑控制器的基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1. 电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2. 中央处理单元（CPU）中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。它的处理速度是PLC性能的一个重要指标。3. 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。其中系统程序存储器用来存放设备出厂前固化好的程序，这些程序一般是不可以访问的；用户程序存储器是用来存放用户编写的程序，用户程序存储器可以让用户读写。一般说的存储容量也指的是用户存储器，它的读写速度也是一个重要的指标。4. 输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。3.1.3 可编程逻辑控制器工作原理可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，并且一直循环扫描工作。1. 输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2. 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。3. 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。3.1.4 可编程逻辑控制器主要特点1. 使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。2. 功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4. 可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。5. 系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。6. 维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。3.1.5 可编程逻辑控制器的主要应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1. 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5. 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6. 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC的应用领域仍在扩展，在日本，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关连的机器、与环境关连的机器，而且均有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。3.2 MCGS组态软件3.2.1 MCGS组态软件简介MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的，专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件，MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。此外MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境，用于对组态后的工程进行模拟测试，方便用户对组态过程的调试。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。3.2.2 MCGS组态软件的系统构成及组成部分组态环境：组态生成应用系统MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。如图3-1所示。组态结果数据库运行环境：解释执行组态结果图 3-1 MCGS组态环境与与运行环境的关系MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。组成部分结构图如下图3-2所示。MCGS组态软件主控窗口实时数据库主控窗口设备窗口用户窗口添加工程设备、连接设备变量、注册设备驱动菜单设计、设置工程属性、设定存盘结构 编写控制流程、使用功能构件定义数据变量创建动画显示、设置报警窗口、人机交互界面图 3-2 MCGS组成结构图MCGS组态软件各部分主要工作不同，具有不同的特性。主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。83.2.3 MCGS组态软件的主要特点容量小：整个系统最低配置只需要极小的存贮空间，可以方便的使用DOC等存贮设备；速度快：系统的时间控制精度高，可以方便地完成各种高速采集系统，满足实时控制系统要求；成本低：使用嵌入式计算机，大大降低设备成本；真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统；稳定性高：无风扇，内置看门狗，上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行；功能强大：提供中断处理，定时扫描精度可达到毫秒级，提供对计算机串口，内存，端口的访问。并可以根据需要灵活组态；通讯方便：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、GPRS通讯功能、Web浏览功能和Modem远程诊断功能，可以方便地实现与各种设备进行数据交换、远程采集和Web浏览；操作简便：MCGS嵌入版采用的组态环境，继承了MCGS通用版与网络版简单易学的优点，组态操作既简单直观，又灵活多变；支持多种设备：提供了所有常用的硬件设备的驱动；有助于建造完整的解决方案：MCGS嵌入版组态环境运行于具备良好人机界面的Windows操作系统上，具备与北京昆仑通态公司已经推出的通用版本组态软件和网络版组态软件相同的组态环境界面，可有效帮助用户建造从嵌入式设备，现场监控工作站到企业生产监控信息网在内的完整解决方案；并有助于用户开发的项目在这三个层次上的平滑迁移；3.2.4 MCGS组态软件的主要功能简单灵活的可视化操作界面：以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS嵌入版的组态工作既简单直观，又灵活多变。实时性强、有良好的并行处理性能：MCGS嵌入版在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时，可在主机运行周期时间内插空进行象打印数据一类的非关键性工作，实现并行处理。丰富、生动的多媒体画面：以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等相关信息；用大小变化、颜色改变、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；对图元、图符对象定义相应的状态属性，实现动画效果。MCGS嵌入版还为用户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一个特定的动画功能。 完善的安全机制：MCGS嵌入版提供了良好的安全机制，可以为多个不同级别用户设定不同的操作权限。此外，MCGS嵌入版还提供了工程密码功能，以保护组态开发者的成果。强大的网络功能：MCGS嵌入版具有强大的网络通讯功能，支持串口通讯、Modem串口通讯、以太网TCP/IP通讯，不仅可以方便快捷的实现远程数据传输，还可以与网络版相结合通过Web浏览功能，在整个企业范围内浏览监测到所有生产信息，实现设备管理和企业管理的集成。多样化的报警功能：MCGS嵌入版提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型，方便用户进行报警设置，并且系统能够实时显示报警信息，对报警数据进行应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供有力的保障。实时数据库为用户分步组态提供极大方便：在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干。方便控制复杂的运行流程：MCGS嵌入版开辟了“运行策略”窗口，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换，实现自由、精确地控制运行流程，同时也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。4 升降横移式立体车库具体设计4.1 可编程逻辑控制器的选择与设计4.1.1 可编程逻辑控制器的选择对可编程逻辑控制器的选择要首先了解可编程控制器的主要性能指标，才能进行合理的选择。1. 存储容量存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。2. I/O点数输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。3. 扫描速度扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。4. 指令的功能与数量指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。5. 内部元件的种类与数量在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。6. 特殊功能单元特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大7. 可扩展能力PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。在进行可编程逻辑控制器的选择时要详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。我们从以下几点分析。81. 输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。2. 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。因本程序设计较为简单，S7-200的存储空间已经可以轻松满足。3. 可编程逻辑控制器的类型编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。4. 扩展模块的考虑扩展模块有数字量扩展模块、模拟量扩展模块等。扩展主要是用来应对程序变更时I/O不够用而设计的，PLC扩展性能的好坏也是PLC的重要指标。本次设计不需要扩展模块。5. 对PLC价格的考虑PLC的价格可谓是差距天地之分，便宜的仅几百，贵的则上万。在PLC的选择上一定要抱有一个原则：够用就行。不能为做一个小系统，而花费上万元去购买一个PLC，这样就造成了资源的极度浪费。够用就行，只要你的PLC在功能上可以完全满足你的需求就可以了。本次设计用到的S7-200价格便宜，并且可以满足本设计的需求。74.1.2 可编程逻辑控制器的设计S7-200主机的型号规格种类较多，以适应不同需求的控制场合。近期西门子公司推出的S7-200 CPU22X系列产品有：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块。CPU22X系列产品指令丰富、速度快、具有较强的通信能力。例如，CPU226模块的I/O总数为40点。其中输入点24点，输出点16点。可带7个扩展模块。用户程序存储器容量为6.6K字。内置高速计数器，具有PID控制器的功能。有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口。具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。本设计是控制立体车库，需要有较高处理能力以及可靠的通信能力，所以本设计选用S7-200系列的CPU226模块。7表4-1 S7-200 CPU226模块主要技术指标器件名称CPU226程序存储器4096字用户数据存储器2560字用户存储器类型EEPROM数据后备（超级电容）典型时间190h本机I/O24入/16出扩展模块数量7个数字量I/O映像区大小256（128入/128出）模拟量I/O映像区大小32入/32出33MHz下布尔指令执行速度0.37s/指令内部继电器256计数器/定时器256/256顺序控制继电器256内置高速计数器6H/W(20KHz)模拟量 调节电位器2高速脉冲输出2（20KHz，DC）脉冲捕捉14个通信中断1发送器/2接收器定时中断2（1255ms）硬件输入中断4，输入滤波器实时时钟有（内置）口令保护有通信口数量2（RS-485）通过车库的设计以及可编程逻辑控制器的分析，可编程逻辑控制器主要对车库门限位的控制、车位电机正反转的控制、车位限位的控制等。本次设计西门子 S7-200可以满足该模型的控制要求。对程序进行I/O分配如下。表4-2 I/O分配输入功能输出功能I0.11号车检Q0.11号左移I0.22号车检Q0.22号左移I0.33号车检Q0.33号上升I0.44号车检Q0.44号上升I0.55号车检Q0.55号上升I1.11号限位Q0.61号右移I1.22号限位Q0.72号右移I1.33号限位Q1.43号下降I1.44号限位Q1.54号下降I1.55号限位Q1.65号下降I1.66号限位Q0.0开门I0.6存车Q1.7关门I0.7取车Q1.3数码显示I0.0确定Q1.2数码显示I1.0输入Q1.1数码显示I1.7门左限位开关Q1.0数码显示I2.0门右限位开关本设计通过按钮I1.0实现车位的选择，当每次按下I1.0时会产生一个上升沿，上升沿接到INC_B指令的使能端EN，每次有上升沿时QB1就自动加1。当QB1加到6时，QB1就被重新赋值为1。当接着再按按钮时会继续从1增加，如此循环。这种设计方法优点是可以减少输入口的使用个数，这样也就减少了扩展模块的使用。同时也节省了投资成本，由于是一个按钮还方便维护。此程序如何识别车位是否有车呢？这个功能的主要实现方法是将QB1的值自增后送给LB0，之后将LB0接到ROR_B指令的N端，输入移位位数。IB0循环右移动相应位数，然后将移位后的值送入VB1中，其中V1.7的0或1状态即可识别车位是否有车。如此实现车位的选择。选车按钮程序梯形图如图4-1所示。图 4-1 选车按钮程序梯形图本程序中使用到了顺序控制指令SCR，下边介绍下SCR指令的使用方法。西门子S