基于PLC和MCGS的自动立体化停车库自动控制系统设计毕业设计.docx
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贵州电子信息职业技术学院
毕业设计（论文）
题目：
基于PLC和MCGS的自动化立体停车场自动控制系统设计
1
摘要
随着我国经济的飞速发展，城市人口日益增多，特别是随着改革开放以来，我国进入了汽车拥有率迅速上升时候。
以往那种单层平面停车场也越来越不能满足市场的需求。
对多停车位、少占空间、使用操作简单、安全可靠的“自动停车场”的建设，是解决目前寸土寸金的大都市内停车难的有效办法。
自动停车场是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库，通过可编程控制器，简称PLC）控制车位空间位置的变动,使车位能够实现空间到平面的转化，实现多重单层平面停车的功能。
升降横移式立体车库利用托盘移位产生垂直通道，实现多层车位的升降来存取车辆。
主要通过对升降横移式立体车库原理的研究，探讨了应用可编程控制器PLC实现车库的控制系统。
控制系统的监控采用基于WINDOWS平台的工控组态软件MCGS，通过对组态软件数据库的构建、动画的连接及控制流程编制、调试，实现了自动停车场的监控系统，最后探讨了利用MCGS实现远程控制的网络功能。
本文的研究对PLC在计算机自动化控制系统中的应用，以及利用MCGS实现工业工程实时监控，提高工业的自动化水平，都具有很重要的实践意义。
III
目录
摘要 I
目录 II
第一章 绪论 1
1.1立体车库的概述 1
1.1.1概述 1
1.1.2自动停车场的分类及其特点 1
1.2自动停车场的国内外发展状况 3
1.2.1国外的发展状况 3
1.2.2国内的发展现状 4
1.3论文的目的与意义 6
第二章 升降横移式立体停车库 8
2.1概述 8
2.2升降横移式立体停车库的主要组成部分 8
2.3升降横移式立体车库车位结构 8
2.4升降横移式立体停车库的结构及运动规律 8
第三章升降横移式立体停车库的控制系统 10
3.1升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成 10
3.2升降横移式立体停车库系统的控制形式 11
3.2.1继电器控制 11
3.2.2可编程控制器（ProgrammableLogicController） 11
3.2.3单片微机（SingleChipMicroComputer）控制 13
3.3升降横移式立体停车库3×6控制系统 14
3.3.1升降横移式立体停车库控制系统的控制任务 14
3.3.2升降横移式立体停车库控制系统的基本要求 16
3.3.3升降横移式立体停车库控制系统硬件的确定 17
第四章升降横移式立体停车库PLC控制的控制程序 24
4.1软件所要完成的控制任务 24
4.2控制程序流程图 24
4.3升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成 24
4.4升降横移式立体停车库系统的控制形式 27
4.5升降横移类立体车库的梯形图 27
第五章基于MCGS对车库控制系统的应用研究 36
5.1MCGS工控组态软件简介 36
5.2MCGS的系统需求 37
5.2.1继电器控制 37
5.2.2可编程控制器（ProgrammableLogicController） 37
5.3基于MCGS仿真实现的意义 38
5.4MCGS软件研究分析及工程画面的实现 38
5.5MCGS实时数据库的研究 40
5.5.1数据对象的类型 40
5.5.2车库控制系统数据库的研究及构造 41
5.6工程画面的连接及图面仿真研究 41
5.7控制系统控制流程的研究 44
5.7.1脚本程序简介 44
5.7.2脚本程序基本语句 44
5.7.3脚本语言的编辑 45
5.8MCGS的网络通信 51
第六章总结 52
第1章绪论
1.1自动停车场的概述
1.1.1概述
机械式自动停车场就的方式用机构来存取、停放车辆的整个停车设施，即用机械设备将汽车存放到停车位或从停车位取出的方式，在市场需求的迫切影响下应运而生的一种新型停车系统，与传统的自走式停车库不同，在用地紧张，车多位少的状况下，将车辆多层存放，其最大的优点是能够大量节省有限的地表面积，将停车位向空间和地下发展，采用光机电方式存取汽车，自动化程度较高，代表了停车场的发展方向。
1.1.2自动停车场的分类及其特点
机械式自动停车场种类较多，运行原理和结构组成各有特点，目前我国把机械式停车设备共分为九大类，代码4D10---4D90，即：
升降横移类（psh），垂直循环类（pcs多层循环类（pds）、平面移动类（ppy）、巷道堆垛类（pxd）、水平循环类（psx）、垂直升降类（pcs）、简易升降类（pjs）、汽车专用升降机类（pqs）。
上述各种类型的停车设备，采用不同的工作原理和技术，适用于不同的场地条件，各有其特点和优势。
（1）升降横移类采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫升降横移机械式车库。
升降横移式立体车库采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可采用，能利用多种场地条件，运用多种组合方式，有效利用场地现有空间，也能广泛使用于地下停车场及地面停车场的改造，主要应用在住宅社区的公用停车场、机关单位、商用写字楼、宾馆饭店的地上、地下停车场，如图1-1所示。
图1-1升降横移类立体车库 图1-2垂直循环类立体车库
（2）垂直循环类采用垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆的停车设备直循环类立体车库。
这种停车库设备动力单一、控制简单、占地面积小，适散地块，小规模停车场，也可用于机关单位及车辆不多、停车区域小又分散车场，如图1-2所示。
34
（3）水平循环类采用一个水平循环运动的车位系统存取停放车辆的机械式设备的存车库叫做水平循环类立体车库，如图1-3所示。
图1-3水平循环类立体车库
（4）多层循环类多层循图环式机械立体车库是通过使载车板作上下循环运动，来实现车辆多层循环式停车的，从而实现减少占地面积，提高存取车自动化程度的机械式立体车库。
多层循环式立体车库最适宜建造于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所，如建筑的地下室、广场、便道的地下以及高架桥的下面，如图1-4所示。
（5）平面移动类采用在同一层上用搬运台车或起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取停放车辆，亦可用搬运台车和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类立体车库，如图1-5所示。
图1-5平面移动类立体车库
构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降类机械式停车设备。
简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式，如上图1-8所示。
（9）汽车专用升降机汽车专用升降机是专门用于处于不同平面汽车搬运的升降
机，它只起搬运作用，无自接存取的作用。
当前，由于土地资源的稀缺，建设立体车库时，往往会遇到土地狭小而无法采用建设自走式坡道车库的情况，这个时候，就可以采取利用汽车升降机的办法，将汽车自接升降，替代汽车进入车库的斜坡道，大大节省了空间，提高了车库的利用效率。
汽车升降机适用于小区、医院、酒店、写字楼、空港等多层车库，替代汽车自走坡道，节省了大量的土地，如上图1-9所示。
图1-9汽车专用升降机
1.2立体车库的国内外发展状况
1.2.1国外的发展状况
机械立体停车是解决大都市出现的停车难问题的有效方法。
土地资源紧张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，市场都在亚洲的日本、韩国、中国等地。
我国机械停车设备经过了十多年的研制、开发与使用，现有产品可以说已基本上能够满足国内的需求，而且产品的质量也有很大的提高尤其是变频调速、激光测距、
PLC、IC卡触摸屏等新兴智能控制技术、信息技术、传感器技术在停车设备上的应用，大大提高了产品的高技术含量和现代化水平。
1.3论文的目的与意义
随着我国经济持续快速的发展，大中型城市建设的不断加强，城市交通拥堵和停车成了影响城市发展的重要因素，路边停车和传统的自走式停车库已经不能适应城市发展的要求，再加上我国汽车保有量的不断增加，机械式立体车库成为解决这一问题的必然途径。
第二章升降横移式立体停车库
1概述
2升降横移式立体停车库的主要组成部分
升降横移式立体停车库主要由主框架部分、载车板部分、传动系统、控制系统、安全防护措施五大部分组成。
本文主要研究其控制系统。
3升降横移式立体车库车位结构
升降横移立体车库车位结构为N×M二维矩阵形式，可设计为多层、多列，车库提供的总车位容量为:
P=N×M一（N一1）
其中:
N为二维矩阵的行，即车库的层数
M为二维矩阵的列，即车库的列数
由于受收链装置及进出车时间的限制，一般为2-4层（国家规定最高为4层），以
2,3层者居多，可根据泊车的多少决定停车库的规模。
假如要设计一座能提供16车位的三层升降横移式立体车库。
由公式可知，N=3,P=16则M＝6，即设计3×6立体车库完全可满足要求。
本论文就以3×6地面上布置的升降横移立体车库为例，介绍其运行原理。
2.4升降横移式立体停车库的结构及运动规律
图2-1是全地上布置型式的3×6升降横移式立体停车库，共18个车位，16个托盘，最多停16辆车，n号托盘上为n号车。
车在库内运行的情况是这样的：
图中1、
2、3、4、5号车直接存取车；16号车下降到地面层后存取车；6、7、8、9、10号车需通过1、2、3、4、5号车横移出空位后下降到地面层存取车。
11、12、13、14、15、
16号车位通过1、2、3、4、5号车位和6、7、8、9、10号车位的横移让出空位后，再下降到地面层存取车。
如需在13号车位存取车，则将8、9、10号车位和3、4、5号车位向右移动，13号车位下降即可，如需在6号车位存取车则1、2、3、4、5号车位向右横移，6号车位下降即可。
同样n层m排的存取车原理都是相同。
图3-1全地上布置型式的PSH16D/5K升降横移式立体停车库
我们发现地面上布置的升降横移立体车库结构特点为:
底层只能平移，顶层只能升降，中间层既可平移又可升降。
除顶层外，中间层和底层都必须预留一个空车位，供进出车升降之用。
当底层车位要存取车时，无需移动其它托盘就可直接进出车;中间层、顶层进出车时，先要判断其对应的下方位置是否为空，不为空时要进行相应的平移处理，直到下方为空才可进行下降和进出车动作，进出车后托盘再上升回到原位置。
其运动总原则是:
升降复位，平移不复位。
地下布置、半地上半地下布置车库的结构与此类似。
第三章升降横移式立体停车库的控制系统
3.1升降横移式立体停车库控制原理及控制系统组成
升降横移式立体停车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。
其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。
升降横移式立体停车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。
执行机构是“四肢”，框架是“区体”，那么控制系统就是“大脑”。
它指挥着车库的每个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。
控
车库
检
现场
制
执行机构
测
系
系
统
人
统
界面
图3-1车库系统控制原理框图
升降横移式立体停车库的系统控制原理:
操作者（人）要通过控制系统信息交流的平台（界面）把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。
其系统控制原理框图，如图3-1所示。
广义上来说，车库的控制系统主要有以下几部分组成:
控制核心单元、接口、驱动单元和界面。
控制核心单元是整个控制系统的“脑件”，它可随着控制形式的不同而不同，可以是继电器组成的逻辑电路，也可以是可编程控制器PLC或单片机系统。
可编程控制器是现有车库控制系统的首选。
接口在车库的控制系统中是必不可少。
接口是驱动单元与控制核心单元以及执行部件与驱动单元间的连接点。
接口电路大致有三种：
开关量接口电路、数字量接口电路和模拟量输入/输出接口电路。
升降横移式立体停车库控制系统应用的接口电路为开关量接口电路。
驱动单元是升降横移式立体停车库控制系统的最后一个环节，其种类及范围也很广。
但在车库控制系统中，驱动单元比较单调，其驱动部件只有一个专用减速机（带刹车）。
所以，智能控制的车库系统的运动是靠受控的驱动元件来驱动的。
界面是操作人员与车库控制核心单元交流信心的平台。
操作人员可以通过界面向
车库系统发送动作意图，车库系统可以向操作人员反馈系统运作状况。
简单的界面可以是一个操作盒，而复杂的界面可以为利用微机通过运用专用的应用软件建立的人机界面。
升降横移式立体停车库控制系统的具体组成，要根据具体的控制形式而定，其组成形式也很灵活多样。
3.2升降横移式立体停车库系统的控制形式
升降横移式立体停车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:
继电器逻辑电路控制、可编程控制器控制、单片机控制。
3.2.1继电器控制
在升降横移式立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。
它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。
随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。
但对于小型低成本的升降横移式立体停车库，继电器控制还在继续被使用。
在小型的升降横移式立体停车库中，其控制元件比较少，专用性比较强，利用继电器控制，其电路也相应的简单，电路搭载用时少，成本也很低，适合于家庭用升降横移式立体停车库。
继电器控制也有许多不足之处。
第一，难以实现智能模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。
所以对于大中型升降横移式立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。
3.2.2可编程控制器（ProgrammableLogicController）控制
国内外现有的升降横移式立体停车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车尾、大容量的现代化升降横移式立体停车库中。
可编程控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：
1.灵活、通用
在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。
如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费了大量的人力、物力和时间。
而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。
而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有
很大的灵活性、通用性。
另外PLC产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同一系列又有低档、高档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的工业控制。
PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。
2.可靠性高、抗干扰能力强
对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件（如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等）下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。
PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。
首先，PLC采用微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。
另外，PLC还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。
①硬件措施
对于电源变压器、CPU和编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰;对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或n型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的互相影响；对CPU这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响；在CPU与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效的隔离了内部电路与I/O间电的联系，减少故障和误动作;采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。
因为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。
②软件措施
监控程序定期的监测外界环境，如掉电、钳电压、后备电池电压过低及强干扰信号等:
当检测到故障时，立即把现状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。
这样，一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作;设置监视定时器WDT，如果程序每次循环执行时间超过了WDT规定时间，表明程序进入死循坏，立即报警;加强对程序的检查和校验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行;对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，确保信息不丢失。
由于采取了以上措施，使PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高，这是PLC控制优于单片计算机控制的一大特点。
3.编程简单、使用方便
用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。
而PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。
例如目前大多数PLC采用的梯形图语言编程方式，既继承了继电
器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电器技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电器技术人员所接受。
PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。
它与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的停车库控制设备来说，PLC的控制速度是足够的。
用单片计算机控制，只有在输入输出接口上做大量工作，才能与控制现场连接起来，调试也比较麻烦。
而PLC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备直接连接。
输入接口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使用很方便。
4.接线简单
PLC的接线只需将输入设备（如按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将输出设备
（如接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。
接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。
5.功能强
现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D,
D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。
因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库，又可控制一个车库群。
既可现场控制，又可远距离控制。
既可控制简单系统，又可控制复杂系统。
6.体积小、重量轻和易于实现机电一体化
由于PLC采用了半导体集成电路。
因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。
且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。
同样，可编程控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片微机控制;其开发潜力要差于单片微机，不如其功能灵活多样;通用性不好，不同厂家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专用等等。
可编程控制器在升降横移式立体停车库的控制系统中被广泛的应用，并在停车库的发展演化中起着非常重要的作用，本文车库系统即采用可编程控制器控制形式。
3.2.3单片微机（SingleChipMicroComputer）控制
单片微机就是我们通常所说的单片机，是将CPU,RAM,ROM（EPROM）、定时器
/计数器和1/0接口全部集成在一个硅片上。
单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，所以在20世纪80年代以来得到飞速发展。
理论上也可用于立体停车库系统，但实际上在立体停车库的控制系统中，单片微机控制却没有得到广泛的推广应用，其原因主要有以下几点：
1.单片微机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；
2.单片微机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻；
3.单片微机自身就是弱电驱动，但是对于停车库系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可靠性就下降了；
4.单片微机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。
因此，单片微机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还不成熟，也是以后停车库系统研究开发的一个方向。
3.3升降横移式立体停车库3×6控制系统
升降横移式立体停车库的控制系统必须确保车库的各运动机构能够在规定的时间内准确无误完成所要求的动作，确保对车库现场的工作状况进行实时监控，并把监控信息反馈至系统的控制核心，由它对系统机构的运作进行修正，保证车库整个系统在稳定正常的状态下进行工作。
所以，在确定车库控制系统时，首先应该明确系统的控制任务。
3.3.1升降横移式立体停车库控制系统的控制任务
制定升降横移式立体停车库控制系统的控制任务，前提是要深入了解被控对象—车库的结构、运动规律等，并根据客户提出的控制要求和实际的可能性、必要性来确定其任务。
本文均以3×6升降横移式立体停车库控制系统为例。
图3-2 3×6升降横移式立体车库状态1
现在我们在图3-2中的状态下对13号托盘取车,取车完毕后对8号托盘存车。
根据车库的运动原则，8号和2号车位位于其垂直下方，必须要横移让出空位，所以就要求8,9,10号车位各向右横移一个车位，同时1,2号托盘各向左移一个车位,然后13
号托盘便在提升机构的作用下，降到底层存车，如图3-3所示。
图3-3 3×6升降横移式立体车库状态2
现在在8号托盘存车，承接13号托盘取车过程，根据运动原则，8号托盘下必须要求空位，那么13号载车板必须提升到车位架的位置，停放完毕后，3号托盘就可以向左横移一个车位，如图3-4所示
图3-4 3×6升降横移式立体车库状态3
这样，8号载车板就可以下降到底层存车，停好车后8号托盘上升方便以后的存取，从图示状态完成13号托盘存取车，8号托盘存车后的状态如图3-5所示。
图3-5 3×6升降横移式立体车库状态4
根据运动的规律，不难发现，存取车过程中，涉及最
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