基于MCGS的小车入库设计毕业设计说明书.docx
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基于MCGS的小车入库设计毕业设计说明书
基于MCGS的小车入库毕业设计
学号20
班级电气1302
专业电气自动化
院系机电工程学院
2015年10月24日
湖南信息职业技术学院毕业设计
诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计文本和成果，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
成果不存在知识产权争议，本毕业设计不含任何其他个人或集体已经发表过的作品和成果。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
毕业设计者签名：
2015年11月20日
摘要
本文主要介绍了利用MCGS组态软件，采用模块的形式，制作出了自动车库门的动态监控组态画面。
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，使得能够及时准确的了解到车库的运行情况，并加以控制。
最后通过测试，在自动与手动的模式下，实现了车库监测与控制的操作。
关键词：
MCGS组态软件车库门
前言
车库的发展，应该说从第一辆汽车诞生以来就随之诞生。
国家统计局网站今日公布《2014年国民经济和社会发展统计公报》。
数据显示，2014年全国民用汽车保有量达到15447万量（包括三轮汽车和低速货车972万辆），比上年末增长12.4%，其中私人汽车保有量12584万辆，增长15.5%。
民用轿车保有量8307万辆，增长16.6%，其中私人轿车7590万辆，增长18.4%。
在汽车快速增长的同时，“停车难”的问题越来越严重的凸显出来。
国内家用汽车拥有量的迅速增加，使城市道路交通变得十分拥挤，各大城市高峰时堵车已经成为天天可见的一道风景。
家用汽车的停放也逐渐成为一个社会问题。
我国大城市由于停车位少，而土地越来越紧张的情况下，停车位价格十分昂贵，为解决城市停车难的问题，家用车库是必然出路。
我国家用车库发展虽经历了近几十年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。
为此对家用车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。
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了人们的关注焦点，所以开发和研制车库监控系统具有十分重要的现实意义。
车库监控的目标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、人性化的自动车车库门，才能在市场竞争中处于有利地位。
自动车库门应用范围广泛，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，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研究具有重要的现实。
第一章.控制系统的方案确定
1.1系统控制方案：
利用组态软件，搭建适应的模型、编写相应的的控制程序实现对自动车库的控制。
自动车库门的控制采用开环控制，开环方框图如下图所示。
I/O接口I/O接口
闪烁车库门
开门
关门
1.2系统控制要求：
（1）车行驶至门前，车感传感器接受特定的信号，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，开门指示灯亮，门停止运作。
（4）车进入车库内，车库传感器感应到车停到停车位置，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，关门指示灯亮，门停止运作。
第二章.自动车库门控制系统的软硬件选型
2.1车库门的驱动装置
车库门的运动由电动机驱动。
电动门大门功率一般要求不高，多采用单
相异步电机。
如下图所示，其主要技术参数如下：
输入电压：
～220V+10%50HZ
电机功:
370W
电机转速：
1400r/min
输出转速：
46.6r/min
重量：
18KG
启动电流：
3A
开关门电机
2.2车库门的控制电路
车库门的开关门动作可通过电动机正、反转实现。
电动机有主绕组和副绕组，二者相隔90°放置。
本电动机额定功率只有370W，用中间继电器驱动。
与三相异步电动机正、反转控制相同，正、反转继电器不能同时接通。
下图所示是一种单相异步电动的实物接线图和电路接线图。
单相异步电动的实物接线图和电路接线图
2.3命令输入设备选型
本系统命令输入设备只需要1个启动按钮，一个停止按钮。
为了安装方便，可以选择带按钮盒的的三联按钮，如下图所示。
三联按钮三控原理图
2.3传感器和变送器选型
自动门极限位置检测用行程开关实现，行程开关安装在自动门上下两侧，自动门开关到位后碰到行程开关，触点动作。
检测是否夹到人或物品的传感器叫安全触板，它安装在自动门上。
安全触板实质也是行程开关，当夹到物品时触板向内略有形变，带动内部的微动开关动作。
本系统应选择至少2个行程开关，1个安全触板开关。
行程开关安全触板开关
2.4执行器选型
2.4.1中间继电器选型
为控制电动机正、反转，需要两个中间继电器，每个中间继电器至少带3个常开触点。
在此，选择施耐德RXM系列小型可插拔继电器，型号为：
RXM4AB2U7。
其主要技术参数如下：
线圈电压：
～220V
4个常开/常闭触点，触点额定电压～220V
额定电流：
6A
中间继电器中间继电器接线端子
2.4.2报警灯选型
系统还需要一个报警灯，可选择施耐德旋转反射信号灯，型号为XVR-1M04。
交流220V供电，发红光。
施耐德旋转反射信号灯2.5软件选型
选用国产通用软件MCGS组态软件。
第三章.组态软件介绍
3.1工控组态软件介绍
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）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MicrosoftWindows95/98/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。
使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内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。
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。
3.2MCGS组态软件的系统构成
MCGS6.2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。
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。
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。
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。
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（if…then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。
3.3MCGS组态软件的功能和特点
与国内外同类产品相比，MCGS6.2组态软件具有以下特点：
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MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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，MCGS6.2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。
良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS6.2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。
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
3.4MCGS组态软件的工作方式
MCGS如何与设备进行通讯：
MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。
包括数据采集和发送设备指令。
设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。
MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。
每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。
MCGS如何产生动画效果：
MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：
一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。
所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。
然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？
方法是：
图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。
详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接。
MCGS如何实施远程多机监控：
MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。
同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。
分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。
MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。
第四章.设计思路
利用组态软件，搭建好车库模拟模块，编写相应的控制程序实现对自动车库的控制。
实现自动和手动控制，车能自动进入车库，车库的门也可以手动控制。
当车要进入车库前，通过传感器感应车的位置，当车达到相应的位置时，车自动停止，此时，车库门自动打开，当车门完全打开时，门停止运动，当车完全进入车库内时，门再关闭。
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，门停止移动，而此时车开始驶入车库内。
当车完全进入车库后，车停止，车库门开始下移（即关门）。
当门完全关闭，门停止运动。
利用组态软件设计自动车库门的动态组态画面，依据实际运作的的情况及画面的布置，设计好各种变量的的类型、初值。
根据预想的运作效果，设置车以及车库门的运动属性。
根据车库控制的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的情况，还得设计出各相应的控制按钮，例如人如果需要在车库待一段时间，此时就不希望车库门关闭，此时就可以利用车库内的或车库外的按钮使门停止运作。
此时还应设有各种动作指示灯，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灯。
MCGS组态软件做出自动车库的画面后，然后用PCI-8408板卡与MCGS组态软件连接。
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，直至正常。
第五章.组态画面的设计
5.1变量定义
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
车库门控制系统变量分配表
5.2各变量的的动态设置：
数据库设置
5.3门的动画效果：
用垂直移动连接
（1）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
（2）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是总垂直移动距离。
（3）计算垂直移动一次的脚本。
程序执行次数：
次数=下移时间（上移时间）/循环策略执行间隔。
（4）计算：
垂直移动量最大值=循环次数*变化率。
（5）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。
（6）在“位置动画连接”一栏中选中“垂直移动”。
单击“垂直移动”选项卡，进入该页，如下图所示。
门移动参数设置
5.4车的动画效果：
用水平移动连接。
连接方式类似门连接。
（1）设置参数也如图所示。
（2）单击“确认”按钮，退出“动画组态属性设置”设置页。
（3）单击“保存”按钮。
车移动参数设置
5.5按钮的动画连接：
（1）双击“启动按钮”，弹出“属性设置”窗口，单击“操作属性”选项卡，显示该页，如下图所示。
选中“参数对象操作”（单击其前面的小方框，出现对钩）。
启动按钮属性设置
（2）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”。
（3）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”。
5.6复位按钮的连接
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。
5.7用同样的方法把各接触器动画连接起来
5.8各指示灯的动画连接
（1）双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。
（2）单击“动画连接”选项卡，进入该页。
（3）单击“组合图符”出现“?
”和“>”按钮。
（4）单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。
单击“属性设置”选项，进入该页，如图所示。
动作指示属性设置
（5）选中“可见度”（单击其前面的的小方框，出现对钩）。
其他项不选。
（6）选中“可见度”选项卡，进入该页。
（7）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”。
（8）在“表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”。
（9）单击“确认”按钮，退出“可见度”设置页。
（10）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作连接。
（11）单击“保存”按钮。
5.9定时器的创建
（1）进入工作台，打开“运行策略”，单击“循环策略”，如图所示。
运行策略窗口
（2）单击“策略属性”，设置循环策略的执行时间为200ms。
设置循环策略的执行时间
（3）在循环策略中添加一个脚本程序和一个定时器。
如下图所示。
在循环策略中添加脚本程序和定时器
（4）双击定时器，进入定时器属性设置页，如下图所示。
定时器设置
5.10整体动态组态画面
如下图所示
组态整体画面
5.11小车入库的调试画面
（1）按下启动按钮，车行驶至门前，车感传感器接受特定的信号，并向车库门发开门信号。
小车行驶至门前
（2）经12s，车库自动开门，此时开门指示灯亮。
车库门全部打开，开门指示灯亮，门停止运作。
自动门打开
（3）车进入车库内，车库传感器感应到车停到停车位置，向车库门发关门信号。
小车进入车库
（4）经26s，车库自动关门，此时关门指示灯亮。
车库门全部关闭，关门指示灯亮，门停止运作。
自动门关闭
第六章.自动车库门控制系统的硬件组成
6.1对象组成
对象由小车、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
6.2I/O接口设备
6.2.1I/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了该卡的驱动程序。
6.2.2接线端子板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之间用导线连接。
连接关系如图所示。
控制对象接线端子计算机机箱
6.2.3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，是为适应工业现场环境和实现工业测控目的生产的计算机。
它与一般的计算机或者个人计算机在硬件和软件资源上是兼容的，但采用了更有利于工控结构，工业标准机箱、工业级元件、总线结构、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。
在这里，我们用普通计算机代替。
6.3接口设备的安装与连接
6.3.1参考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
CHI（D01）
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（D02）
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（D03）
X4（上限位开关），高电平有效
CH9（DI9）
6.3.2硬件连接
1.PCI-8408接线端子接口卡的安装：
①.断开所有电源，以防止发生危险。
②.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。
2.安装PCI-8408I/O卡驱动程序。
①.启动计算机，插入PCI-8408驱动光盘。
②.按照提示进行驱动程序安装。
具体安装步骤参见手册。
③.驱动程序安装完成后，可利用板卡制造商提供的测试软件，对装入的板卡进行测试。
3.具体连接步骤：
①.断开所有电源
②.37芯D型插头连接端子板和计算机内的PCI-8408卡。
③.连接自动车库门和接线端子板，如下图所示。
车库门的接线端子板
④.连接电源和自动车库门、电源与接线端子板。
⑤.接线端子板DI和DO的连接。
⑥.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，直至正常。
结束语
MCGS软件控制效果清晰、直观，通过其动态画面的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。
这次设计是一次很好的实践活动，在设计过程中遇到一些难以解决的的问题，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的了解。
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
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