基于MCGS的自动车库门监测组态设计.doc

课程设计说明书基于MCGS的自动车库门监测组态设计学院（部）：机械工程学院专业班级： 机设09-12班学生姓名： 王治寰指导教师： 马天兵老师 2013年 1 月 13日目 录摘要11.前言 22.设计内容与要求 32.1设计内容 32.1设计要求 33.工控组态软件介绍3 3.1工控组态软件概述3 3.2 MCGS组态软件的系统构成4 3.21 MCGS组态软件的整体结构4 3.22 MCGS组态软件的组成部分5 3.3 MCGS组态软件的功能和特点64.设计思路75.组态画面的设计76.自动控制程序编写167自动车库门控制系统的硬件组成19 7.1 对象组成19 7.2 I/O接口设备19 1.I/O接口19 2.接线端子版19 3.计算机19 7.3 接口设备的安装与连接20 1.参考I/O分配20 2. 硬件连接208结论219总结22附表 车库自动门与端子板的连接23参考文献24基于MCGS组态软件的自动车库设计摘要本文主要介绍了利用MCGS组态软件,采用模块的形式,制作出自动车库门的动态监控画面。设计了一种不需要人员管理的自动车库系统。详细介绍了这种自动车库系统的结构功能、控制的工作原理及系统的软件设计方法。监控人员可以将车库内的实际运行情况反馈到监控画面,使得能够及时准确地了解到车库的运行情况,并且加以控制。最后通过测试,在自动和手动模式下,实现了车库监测与控制的操作。关键词：组态软件，自动车库，监控Configuration software to control automatic garageWangZhiHuanAbstract：This paper describes the use of MCGS configuration software, use the form module, create the dynamic control automatic garage door screen. Design of a garage without the automatic system of personnel management. Details of this automatic garage system structure and function, working principle and control system software design. Staff can monitor the actual operation of the garage back to the monitor screen, makes it possible to promptly and accurately understand the operation of the garage, and take control. Finally, testing, automatic and manual mode, to achieve a garage monitoring and control operations.Key Words：Configuration software Automatic garage Monitor1.前言目前经济的发展和人民生活水平逐渐的提高,小轿车数量增长迅猛,人们对车库的需求也越来越高。根据 “十五”汽车工业发展规划，2006年我国汽车保有量将达到23652545万辆，其中轿车约占830870万辆。由于绝大部分的轿车集中在大、中城市，城市轿车数量的大幅度增加必然引起对停车位需求的增加，预计在今后5年内我国城市至少要有约250万个停车库才能满足需求。车库门的年需求量高达300万套，而实际产量为150万套。自动门、工业门的需求量为460万平方米，其中自动门的需求量为250万平方米随着城市化进程的加速，车库已成为人们日常生活中不可缺少的工具，其运行的可靠性也成为人们关注的焦点，所以开发和研制车库监控系统具有十分重要的现实意义。车库监控的目的旨在以最少的人员配备来加强对车库的管理，提供较为直观、清晰、准确的车库运行状态，进而为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。车库控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度 作为机械工程的技术人员应努力把当今高新技术成果引入其设计自动车库门中,设计一套低成本、高效率、高可靠性、人性化的自动车库门，才能在市场竞争中处于有利地位。自动车库应用范围广泛，既可用于商业性车库，又可用于住房配套用车库，其推广应用社会经济效益十分显著，对改善城市面貌有重要作用。近几年来随着组态软件的广泛应用，结合车库监控系统的实际要求和组态软件的特点开始把组态软件应用到车库的控制系统。组态软件本身所具有的操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出优点，可以使管理人员不到现场就可以直观、清晰、准确的了解车库的运行状态及时对车库系统中的故障进行报警，分析判断故障原因，并可通过计算机直接控制车库的运行，充分提高系统的工作效率、提高监控的力度、保障车库的可靠性。与以往车库控制中采用的单片机等软件相比，MCGS更加操作简便、动画显示使人机界面更加人性化等，因此基于组态软件的车库控制系统的研究具有重要的现实意义。2.设计内容与要求2.1设计内容：利用组态软件,搭建适应的模型、编写相应的控制程序实现对自动车库的控制。2.2设计要求：（1）车行驶至门前，车感传感器接收特定的信号，并向车库门发开门信号。（2）经延时一段时间，车库自动开门，此时开门指示灯亮。（3）车库门全部打开时，开门指示灯灭，门停止运作。（4）车进入车库内，车位传感器感测到车停到停车位置，向车库门发关门信号。（5）经延时一段时间，车库自动关门，此时关门指示灯亮。（6）车库门全部关闭时，关门指示灯灭，门停止运作。3.工控组态软件介绍3.1工控组态软件概述MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于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，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。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，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。MCGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC+语言编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩充系统的功能。工控组态软件MCGS的最大优点是组态方便，它融汇了中外工控组态软件的众多长处，只要是稍具外语常识，即可以方便组态。MCGS组态软件功能强大，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，轻而易举地完成一个运行稳定，功能成熟，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作，因此被应用到了行各业。3.2 MCGS组态软件的系统构成3.21 MCGS组态软件的整体结构组态环境：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库MCGS 5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。如图2.1所示。图2.1 MCGS整体结构图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2.2所示。图 2.2 MCGS组态环境和运行环境关系图MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。3.22 MCGS组态软件的组成部分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。如图2.3所示。l 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。l 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。l 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。l 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。l 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。主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略MCGS工控组态软件菜单设计设置工程属性设定存盘结构添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件图 2.3 MCGS工控组态软件关系图3.3 MCGS组态软件的功能和特点与国内外同类产品相比，MCGS 5.1组态软件具有以下特点：1.全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。2.庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。3.全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。4.支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。5.简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。6.强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。7.方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。8.完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS 5.1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。9.良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS 5.1组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。10.提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览到与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。4.设计思路 搭建好车库模拟模块，把车设置为水平移动，车库门设置为利用组态画面的坐标，当车行驶到某一坐标值时，车停止运动，此时车库门开始开门，当门上移到某一坐标时，门停止运动，而此时车开始驶入车库内。当车完全进入出库后，车停止，车库门开始下移即关门。当门完全关闭，门停止运动。5.组态画面的设计自动车库门控制系统画面除了画面车库、卷帘门、汽车外,还设计了外开门、外停止、外关门以及内开门、内停止、内关门等按钮,用于调试时模拟车感信号、车位信号、进行信号输入。另外还设有以及车库门开门、关门、停止开关门状态指示灯。5.1 变量定义如下表1变量名类型初值备注车感信号开关0输入1有效车库门上卷接触器开关1输入0有效车库门下卷接触器开关1输入0有效车位信号开关0输入1有效车移动参数数值0表现车移动定时器复位开关0输入1有效定时器启动开关0输入1有效动作指示开关1输入0有效复位开关开关0输入1有效计时到开关0输入1有效计时时间数值0计时时间门移动参数数值0表现门移动启动开关开关0输入0有效上限位开关开关0输入0有效下限位开关开关0输入0有效小车标志开关0输入0有效5.1.1各变量的动态设置如下：各变量输入1. 门的动画效果：用垂直变化连接。a. 在“实时数据库”增加一个新变量“垂直移动量”，初值：0，类型：数值型。b. 估计总垂直移动距离：在上下边缘画一条直线，根据状态条可知道直线长度即总垂直移动距离。c. 计算垂直移动一次脚本 程序执行次数：次数=下移时间（上升时间）/循环策略执行间隔d. 计算：垂直移动量最大值=循环次数*变化率e. 在自动车库门监控画面中选中并双击工件，弹出“属性设置”窗口。f. 在“位置动画连接”一栏选中“垂直移动”。单击“垂直移动”选项卡，进入该页，如图3.4所示。g. 设置参数如图3.4所示。h. 单击“确认”按钮，退出“动画组态属性设置”设置页。i. 单击“保存”按钮。车的动画效果：用水平移动连接。连接方式类似门连接，车的设置门的设置启动开关设置2. 按钮的动画连接：a. 双击“启动按钮”，弹出“属性设置”窗口，单机“操作属性”选项卡，显示该页，如图3.2所示。选中“参数对象值操作”（单击其前面的小方框，出现对钩）。b. 单击第一个下拉列表框的“”按钮，弹出按钮动作下拉菜单，单击“取反”。c. 单击第二个下拉列表框的“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列表，双击“启动按钮”。用同样的方法建立复位按钮与对应变量之间的动画连接。单击“保存”按钮复位开关设置上卷指示灯设置3. 各指示灯的动画连接：a. 双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。b. 单击“动画连接”选项卡，进入该页，如图3.31示。c. 单击“组合图符”出现“？”和“”按钮。d. 单击“”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡，进入该页，如图3.32所示。e. 选中“可见度”（单击其前面的小方框，出现对钩）。其他项不选。f. 选中“可见度”选项卡，进入该页，如图3.33所示。g. 在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前定义的所有数据对象列表，双击“启动开关”（也可在这一栏中直接输入文字：启动开关）。h. 在“当表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”，如图3.33所示。i. 单击“确认”按钮，退出“可见度”设置页。j. 单击“确认”按钮，退出“单元属性设置”窗口，结束启动指示灯的动画连接。k. 单击“保存”按钮。车位信号灯设置动作指示灯设置 创建定时器定时器的设置整体动态组态画面如下图所示6.自动控制程序编写如下：IF 车库门上卷接触器 = 0 THEN 门移动参数 = 门移动参数 - 1IF 车库门下卷接触器 = 0 THEN 门移动参数 = 门移动参数 + 1IF 车库门上卷接触器 = 0 OR 车库门下卷接触器 = 0 THEN 动作指示 = 1ELSE动作指示 = 0ENDIFIF 启动开关 = 1 AND 复位开关 = 0 THEN 定时器复位=0 定时器启动=1小车标志 = 1ENDIFIF 启动开关=0 THEN定时器启动=0ENDIFIF 复位开关=1 THEN定时器启动=0车库门上卷接触器 = 1车库门下卷接触器 = 1ENDIFIF 定时器启动 = 1 THENIF 计时时间6 THEN车移动参数 = 车移动参数 + 1EXITENDIFIF 定时器启动=0 THEN车库门上卷接触器 = 1车库门下卷接触器 = 1车感信号 = 0车位信号 = 0上限位开关 = 0下限位开关 = 0ENDIF IF 计时时间9 THEN车感信号 = 1EXITENDIFIF 计时时间12 THEN车感信号 = 0EXITENDIF IF 计时时间20 THEN车库门上卷接触器 = 0EXITENDIF IF 计时时间26 THEN上限位开关 = 1车库门上卷接触器 = 1车移动参数 = 车移动参数 + 1EXITENDIF IF 计时时间29 THEN上限位开关 = 0车位信号 = 1EXITENDIF IF 计时时间32 THEN车位信号 = 0EXITENDIFIF 计时时间40 THEN车库门下卷接触器 = 0 EXITENDIFIF 计时时间42 THEN 下限位开关 = 1车库门下卷接触器 = 1EXITENDIFIF 定时器复位 = 1 THEN 小车标志 = 0EXITENDIFEXITENDIF7自动车库门控制系统的硬件组成7.1 对象组成由图3.1所示，对象由卡车、车库、指示灯等几部分组成。由于为开关控制，所以只能对其进行通断控制。7.2 I/O接口设备1.I/O接口 选用中泰PCI-8408。设该卡已安装在计算机的PCI总线扩展槽上，并在计算机中安装了该卡的驱动程序。PCI-8408有16路光隔开关量输入（DI）和16路光隔开关量输出（DO）。DI通道将输入电平经光电隔离后，转换为TTL电平送入计算机。PCI-8408的输入电平范围比较大，从348V不等，可以根据不同输入电平范围选择限流电阻的大小。DO部分为反相输出。PCI-8408需要外接电源，输出高电平的幅度与电源电压有关，为1236V。接卡口最大输出电流为200mA，可以直接驱动继电器、固态继电器，也可以直接驱动低压灯泡。2.接线端子版 端子板安装在机箱外适当处，端子板与板卡之间通过37芯D型插头连接，自动车库门对象与接线端子板之间用导线连接。连接关系如图3.3所示图 3.3 自动控制门与计算机连接 3.计算机 计算机包括工业控制计算机(IPC)及配套的显示器、打印机等。工业控制计算机简称工控机，事为适应工业现场环境和实现工业测控目的生产的计算机。它与一般上用计算机或个人计算机在硬件和软件资源上是兼容的，但采用了更利于工控结构，工业标准机箱、工业级元件、总线结构以及丰富的过程通道板卡和通信口等，因而比普通计算机具有更高的可靠性和抗干扰性能，更适合工控。在此，我们用普通计算机代替。7.3 接口设备的安装与连接1.参考I/O分配I/O分配见表 3.2 。表 3.2 参考I/O分配输入输出对象PCI-8408接线端子对象PCI-8408接线端子X1（车感信号），高电平有效CH6(DI6)Y1(车库门上卷接触器)，高电平有效CH1(DO1)X2（车位信号），高电平有效CH7(DI7)Y2(车库门下卷接触器)，高电平有效CH2(DO2)X3（下限位开关），高电平有效CH8(DI8)Y3（动作指示灯），高电平有效CH3(DO3)X4（上限位开关），高电平有效CH9(DI9)2. 硬件连接 PCI-8408 I/O接口卡的安装：a. 断开所有电源，以防止发生危险。b. 将PCI-8408数字量I/O卡插入计算机机箱内任何一个空余的PCI扩展槽上，再将挡板固定螺丝压紧，合上机箱。 安装PCI-8408 I/O卡驱动程序 具体连接步骤如下：a. 断开所有电源.b. 用37芯D型插头连接端子板和计算机内的PCI-8408卡。c. 连接自动车库门和接线端子板，如附表所示。d. 连接电源和自动车库门、电源与接线端子板。e. 接线端子板DI和DO地连接。f. 接线检查。安装完成后，运行系统程序进行调试，如有问题，检查、更改硬件连接与软件，直到正常。8.结论利用组态软件设计自动车库的动态组态画面，依据实际运作的情况及画面的布置，设定好各种变量的类型、初值。根据预想的运作效果，设置车以及出库门的运动属性。根据车库控制系统的各个物理变量，建立含有全部数据变量的实时数据库。设定好当变量的值改变时动态画面的显示效果。根据变量与变量或变量与动态画面的联系设定控制程序。另外根据实际运行时可能出现得情况，还得设计出各相应的控制按钮，例如人如果需要在车库呆一段时间，此时就不希望车库门关闭，此时就可以利用车库内或车库外的按钮使门停止运作。此外还应设有各做动作指示灯，让人可清晰的了解车库的运动情况。如开门时有开门指示灯、关门时有关门指示灯等。MCGS软件控制效果清晰、直观，通过其动态画面可以很明了的了解控制系统的运作情况，给实际工程设计提供了一个很好的依据。9总结：此次设计是一个很好的实践活动，在设计过程中遇到一些一时难以解决的问题，通过和同学讨论和向老师请教，使我在锻炼自己的个人能力的同时也学到了不同解决问题的方法。 通过这次的课程设计，我对组态又有了进一步的了解和掌握了组态技术的基础应用。尤其对MCGS组态软件有了一定的理解。组态过程中让我认识到组态的每个细节都很重要，都会对后续的组态及调试都有影响。 通过这次的课程设计我得到了很大的启迪，在这次的组态中，遇到了很多问题，经过分析和与同学的探讨并查阅资料，问题一个个的解决了。所以，做事时耐心和冷静的头脑是必须的，同时团队的合作也很重要！ 在作此次课程设计的过程中，本人得到了王老师的精心指导，正是因为老师不断的提供大量的资料来源，不仅为我设计出该自动车库门系统提供了大量的知识贮备，而且使我学会了从大量的资料中选择出自己需要的东西。故在此特向帮助过我的老师和各位同学们致谢。附表 车库自动门与端子板的连接参考文献1 纪名刚等主编. 机械设计M. 北京：高等教育出版社