5 10 15 20 25 30 35 40 中国科技论文在线 基于 MCGS 的立体车库自动监控系统的设 http://www.paper.edu.cn 计与实现 孟庆波1，柯志敏2* （1. 郑州铁路职业技术学院电气工程系，郑州 450052； 2. 郑州铁路职业技术学院网络管理中心，郑州 450052） 摘要：采用 MCGS 组态软件设计的立体车库自动监控系统由 PLC 和工业控制计算机组成， 详细说明了监控系统的设计方法、设备定义与数据连接的过程。通过 MCGS 组态软件技术 建立了 PLC 和上位机之间的通信连接，实现了监控系统与现场设备的数据交换。完成了监 控系统对立体停车库现场运行工况的实时监测、上位机软控制和数据管理。在操作员和停车 库之间构造出形象、直观的人机友好界面。系统运行稳定可靠，性价比高，具有广阔的应用 前景。 关键词：MCGS；立体车库；组态设计；自动监控；通讯 中图分类号：TP319 Design and Implementation of Stereo Garage Automatic Monitoring System based on MCGS Meng Qingbo1, Ke Zhimin2 (1. Department of Electrical Engineering, Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, 2. Network Management Center, Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, ZhengZhou 450052; ZhengZhou 450052) Abstract: The stereo garage automatic monitoring system based on MCGS consists of PLC and industrial control computer. The paper describes the design method of monitoring system, the equipment definition and the data connection process in detail. With MCGS configuration software technology, the communication link between PLC and host computer is established, and the data exchange between monitoring system and field devices is implemented. The paper completes real-time monitoring of the monitoring system to the stereo garage operating conditions, host soft machine control and data management. Simultaneously, the paper constructs the vivid, intuitive and friendly human-machine interface between the operator and the stereo garage. The system operates reliably and cost-effectively, and has broad application prospects. Keywords: MCGS; stereo garage; configuration design; automatic monitoring; communication 0 引言 随着经济社会的不断发展，汽车迅速普及，停车难成为一个十分严峻的社会问题。借鉴 发达国家经验，建立技术新型、占地更少的立体车库，可以有效地缓解交通拥堵，满足城市 的停车需求。目前，国内立体停车设备以升降横移类立体车库为主，而对于大中型立体车库， 传统的人工半自动化管理模式已经不能满足准确高效的运行要求[1]。组态技术的出现使管理 人员在监控室里通过计算机就能监控设备的运行情况，实现对现场设备的实时调度和运行监 控，完成立体车库的自动化管理。 1 MCGS 组态软件的功能特点 组态就是利用软件方法对计算机的软硬件资源进行配置，使其能完成某种控制功能或动 作者简介：孟庆波，（1973-），男，河南孟津人，现供职于郑州铁路职业技术学院电气工程系，讲师，现 从事电力电子技术及变频调速的教学及研究。E-mail: 13838027936@139.com - 1 - 

45 50 55 60 65 70 75 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 画功能。即用户利用组态软件内部的功能构件或控件，经过简单的连接组合和属性设置，组 态软件内部实时数据库与现场设备就可以交换数据。一方面通过动画连接，使图形对象的外 观、工作状态随现场设备相关数据的变化而变化，实时反映被控对象的状态，实现其实时监 测功能。另一方面，也可以通过上位机上设置的软开关、软按钮给现场设备发送指令，控制 现场设备的运行状态，实现其上位机的控制功能。 MCGS 全中文工业自动化控制组态软件集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制 与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、历史数据与曲线等诸多强大功能于一身，并 支持国内外众多数据采集与输出设备，是一种较好的国产组态软件。MCGS 采用脚本语言 编程，用户无须具备计算机编程的知识，简单易学，操作更简便，软件开发工作量也大为缩 减，并且功能齐全，其动画显示使人机界面更加人性化。管理人员不到现场就能直观、清晰、 准确地了解车库的运行状态，通过组态画面实时的对车库系统进行有效的监控，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和监控力度，保障车库的工作可靠性。 2 系统构成和工作原理 升降横移类机械停车设备采用载车板升降或横移的方法来存取车辆。车体存取由载车板 的移动完成，底层只能平移，顶层只升降，中间层既可以横移又可以升降[2]。这种方法结构 简单、占地少、投资少、存取容易、操作简便。对场地的适应性较强，土建要求比较低，可 根据不同的地形和空间进行任意排列组合，应用广泛。其监控系统由上位机监控系统和下位 机 PLC 控制系统组成，构成“上位机+PLC+现场操作箱”的典型结构，系统结构框图如图 1 所示。 上位机 （MCGS组态软件） 现场检测装置 变频器 PLC （松下FP0） 现场操作箱 电动机 图 1 系统结构框图 Fig. 1 System structure diagram 上位机安装有 MCGS 组态软件，主要用于监控、数据处理、报表等，而 PLC 作为底层 控制器，完成具体的控制功能。上位机作为监控机通过串行通讯，实时接收和处理下位机 PLC 从现场采集的各种状态、报警信号和参数数值，也可向 PLC 发出控制指令，使 PLC 控 制变频器及电动机的运作，同时利用这些现场信号驱动上位机控制界面中的各种图形和构 件，实时显示现场的各种状况，并实现远程控制[3-4]。在操作员和车库之间构造出形象、直 观的界面。控制核心 PLC 选用松下电工 FP0，利用 MCGS 组态软件将控制系统的各种状态 可视化。 立体车库有三种控制方式：手动、半自动和全自动。手动为点动控制，主要用于设备调 试、维修或异常情况处理。半自动是通过按钮命令改变 PLC 的输入，利用 PLC 实现自动逻 辑控制，在计算机脱机情况下，PLC 可以完成所有存取车操作。全自动是由计算机给出存 取命令由 PLC 执行，同时车库的运行状态实时呈现在上位机上。这三种控制方式可以通过 选择开关进行选择，系统正常工作情况下，车库运行于全自动方式。 - 2 - 

中国科技论文在线 3 监控系统设计 3.1 监控系统功能 http://www.paper.edu.cn 80 上位机监控系统由 MCGS 组态软件进行设计，所有存取车操作以及立体车库系统的运 行状态都在计算机上完成。监控系统主要完成以下三方面的工作： （1）上位机实时监测。通过采集现场各种开关信号、传感器信号，实时显示整个车库 85 90 95 100 105 110 中每个车位的状态，与现场运行工况完全一致。 （2）上位机操作软控制。操作人员通过操作上位机控制界面上的按钮或开关，直接控 制电动机和变频器的运行，从而实现存取车全自动控制，大大提高了系统在故障状态时的应 急处理能力。 （3）数据统计与管理。对每个车库的每个车位相关信息进行存储和查询，自动生成运 行记录和报表，对于车库报警及故障信息自动生成记录文件供事后分析。 3.2 工程框架结构 工程定义的名称为“立体车库监控系统.mcg”工程文件，由主控窗口、用户窗口等五大 窗口组成。总共建立了车库运行控制窗口 1~5 和数据显示窗口 6 个用户窗口，组态系统管理、 报警信息、数据显示、登录用户、退出登录 5 个主菜单，分别用于立体车库控制、报警显示、 报表和曲线显示、数据显示，构成了工程的基本骨架。 3.3 动画图形制作 立体车库运行控制窗口 1 是工程首先显示的图形窗口，即系统启动窗口；运行控制窗口 1~5 是五幅模拟各车库系统真实工作流程并实施监控操作的动画窗口。利用 MCGS 组态软 件的绘图工具箱、设备工具箱和策略工具箱分别对各图形对象进行配置：依据实际运作的情 况及画面的布置，确定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， 并设定好各种变量的类型、初值。根据预想的运作效果，设置车体以及出库门的运动属性[5-6]。 3.4 运行安全保障 为了保证托盘运行过程的安全性，系统采取安全挂钩保护设计，即控制安全挂钩动作的 电磁铁上有一反馈信号，用于指示挂钩是否已把托盘挂好。为了保证系统精确定位及存取车 可靠安全，系统设置了限位开关、光电开关和测长传感器。限位开关保证了托盘能平移到预 定位置以及托盘能上升或下降到准确位置。光电开关可以检测托盘上有无车等。测长传感器 是当车辆超长时，会给 PLC 一个电平变化信号，使系统发出报警提示。 4 上位机与下位机的通讯 上位机与PLC的通讯是通过编程电缆将PLC的RS232编程口与计算机的RS232串行口相 连接来完成的，在设备窗口逐步进行设备定义和数据连接正确后即可实现上位机与下位机 的通讯。 4.1 设备定义 上位机的串行口和PLC的RS232编程口建立物理连接后，在软件设置方面也需进行设备 组态。先调用串口通讯父设备构件，再把松下电工FP0子设备构件挂接在串口父设备下。对 串口父设备只需打开其属性窗口，在基本属性中设置好设备名称、初始工作状态、最小采 - 3 - 

115 120 125 130 135 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 样周期、串口端口号、通讯波特率、数据位位数、停止位位数和数据校验方式即可。对于 松下电工FP0子设备，打开其属性窗口，先设置好基本属性中的设备名称，初始工作状态， 最小采集周期（与父设备一致）[7]。其中通信参数设置必须与PLC系统寄存器的设置完全一 样。具体参数设置：波特率9600、7位数据位、偶校验、1位停止位。 4.2 数据连接 完成了上位机和PLC的基本设置后，还要设置PLC设备的通道连接，即完成PLC元件与 实时数据库中对应数据对象的连接。系统将输入元件X的通道类型设置为只读，输出元件Y 和内部继电器R的通道类型可根据控制要求设置为只读、只写或读写。即把PLC中相关继电 器（X，Y，R）和寄存器（DT）与MCGS实时数据库中变量建立一一对应关系，并确定正 确的读写操作方式。通道连接正确后，通道值一列显示设备通讯状态，0表示通讯成功，1 表示通讯失败。对模拟量输入通道调试时，通道值一列应显示模拟量输入通道的实际测量 值。对模拟量输出通道调试时，通道值一列输入要输出的值。上位机监控系统就可以与PLC 设备进行通讯了。 一般情况下，MCGS 都是采用自动循环周期通讯方式来操作 PLC。在这种方式下，只 要设置好 MCGS 和 PLC 的相关参数后，MCGS 就会自动周期性地更新实时数据库中跟 PLC 连接的变量，或把有关变量写入 PLC 中相关继电器或寄存器中，不需人工干预，通讯都是 在后台自动完成，程序员只需直接操作 MCGS 数据库的各个变量，而不需再在程序中考虑 与 PLC 通讯，非常方便[8]。 5 结束语 基于MCGS的立体车库自动监测控制系统控制效果清晰直观，人机交互界面友好，既提 高了车库存取车速度，又方便了操作人员对系统的维护。存取车速度快，运行稳定可靠， 操作简单方便直观，监测和控制功能完善，适用于汽车密集小区或公共场所停车场。整个 系统操作方便灵活、功能全面，并配备完善的安全装置，应用范围广，发展前景好。同时， 为城市中日益严重的汽车停放问题提供了有效的解决办法，可实现经济效益和社会效益的 双赢。 140 [参考文献] (References) 145 150 155 [1] 王丽霞,杨裕祥,邱荣贤. 电动汽车立体停车设备的控制系统[J]. 自动化仪表. 2011,32(6): 61-63 WANG Li-xia, YANG Yu-xiang, QIU Rong-xian. The Control System for Storeyed Parking Facilities of Electric Vehicles[J]. PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION. 2011,32(6): 61-63 [2] 刘晓娟,潘宏侠. 垂直升降式立体车库系统设计与研究[J]. 机械设计与制造.2011,49(05): 53-55 LIU Xiao-juan, PAN Hong-xia. Design and research for Vertical garage system of lifting type[J]. MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE. 2011,32(6): 61-63 [3] 张硕颖. 基于 PLC 的 GIS 控制系统设计[J]. 电力自动化设备. 2011,31(6): 148-150 ZHANG Shuo-ying. Design of PLC-based control system for GIS[J]. ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT. 2011,31(6): 148-150 [4] 张岩,韩小文,张济国. 基于 PLC 的 HDL/FE 废水处理控制系统设计[J]. 兰州:化工自动化及仪表. 2011,38(1): 117-119 ZHANG Yan, HAN Xiao-wen, ZHANG Ji-guo. HDL/FE wasted Water Treatment Control System Design based on PLC[J]. Control and Instruments in Chemical Industry. 2011,38(1): 117-119 [5] 王卫兵,孙铁波. 水位远程连续报测系统设计与实现[J]. 自动化仪表. 2011,32(6): 43-45 WANG Wei-bing, SUN Tie-bo. Design and Realization of Remote Continuous Measurement and Report System for Water Level[J]. PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION. 2011,32(6): 43-45 [6] 罗庚兴,宁玉珊. 气动安装机械手的 PLC 控制[J]. 制造业自动化. 2011,33(1): 88-90 LUO Geng-xing, NING Yu-shan. PLC aerodynamic installation manipulator[J]. control for - 4 - 

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