2.4.2MCGS的构成
MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成，如图 2-4-1所示。两部分相互独立，又紧密相关。
多任务 多线程
图2-4-1 MCGS组态软件系统构成
用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。
2.4.3 MCGS组态软件的工作方式
如何对工程运行流程实施有效控制，MCGS开辟了专用的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程序设计语言编写的DLL(动态链接)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，达到互补干扰的目的。
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。我们在组态环境中生成的画面都是静止的，在工程运行中产生动画效果
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的方法是：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，链接到实时数据库中，一次建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。
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，构成分布式网络测控系统，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。分布式网络测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。
“运行策略”的窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用。通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块(称为用户策略)，使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了繁琐的编程工作。
2.5 系统软件设计方案
可编程控制器是扫描工作方式，能同时对多个模块进行控制，在整个程序扫描时间里加上不同的输入检测信号，就可使程序按所检测信号判断进入不同的分支程序。主程序包含有多个分支程序，这样既提高了编程的灵活性又减少了不必要的代码重复，同时也方便以后系统扩展对软件的修改。
系统控制有手动和自动两种工作方式，因此程序中采用子程序设计，初始化复位，手/自动的选择主要有主程序完成。主要设计有如下子程序：自动子程序、手动子程序、步进电机驱动子程序等。
堆垛机的初始位置位于入库的口，升降台位于“下位置”，入库台车上有货物，小车上无物。按下控制面板上相应的键，向入库口伸叉，伸叉到位即取得货物，然后小车向前运动，到达相应的列时停止，升降台开始上升，同理到达相应的层时停止，即到达货架的指定位置了，这时伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入，当取到货物或货已送入，则铲叉向后缩回，然后返回准备下一次作业。自动过程主要是这样的。而手动有些差别，手动的前后上下运动主要是通过按动控制面板上按钮来控制小车、升降台运动的方向和到达位置的。
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第三章 定位控制系统的硬件设计
定位控制方式分为自动控制操作和手动控制操作。其中自动和手动之间互锁。当有存取操作时，PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮或上位机输入的指令，做出合理的工控安排：判断检测元件的状态，读取仓库机械驱动部分的信息；然后，将信息反馈到执行元件，实现其位置移动，完成货物的存取操作。
该系统中PLC主要完成对货叉位置及运行状态的检测和存取的操作。用各种光电开关、行程开关检测位置状态，用接触器、继电器执行对拖动电机的起停控制。对货叉（机械手）的操作就是控制横移电机（小车电机）和升降电机，使它们在不同时间实现正反转，然后再通过伸缩手臂来抓取货物。而且升降、横移动作和机械手的伸缩动作必须是互锁的，即当前进或者升降动作时，机械手不能进行伸缩动作，反之亦然。为了保证安全各控制按钮之间必须有精确的逻辑互锁和自锁。
水平方向的前后运动，有小车电机进行驱动，小车电机为220W的三相交流异步电动机。堆垛机的垂直方向，有提升电机驱动升降台做升降运动，提升速度小于3米/分，提升功率也是220W的三相交流异步电动机。固定在升降台上的机械手可带动货物一起做伸缩运动，用于货物的存取操作。
同时，采用键盘来输入作业地址、作业指令，键盘按键又0-9、A-F等键可以使用，可以输入作业地址（某个仓库号）、作业指令（存、取），在输入作业地址、作业指令时操作面板可以马上显示出来，实现了简单的人机对话，保证了输入的作业地址和作业指令的准确性，提高了堆垛机运行的可靠性。用数字和指示灯来显示各种信息，输入的数值和指令马上可以显示出来，校对容易，对错一目了然。另外，为了更好地进行自动或手动操作，在每个仓库上加一个检测开关，这些开关均接个显示灯，用以检测某个仓库是否有物。
3.1 PLC的选型和资源配置
根据实际的控制点数和系统需要实现的控制要求，在本设计中选用西门子的S7-200系列的PLC作为控制系统。 3.1.1 S7-200系列PLC概述
S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC,超小型是指其功能具有
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大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的价格一样。可以单机运行，也可以输入/输出扩展。它结构小巧，可靠性高，运行速度快，继承和发挥了它在大、中型PLC领域的技术优势，又极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，配有功能丰富的扩展模块，性能价格比非常高。因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CPU22*系列PLC(它是21*系列的替代产品），由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，可以很容易的组成PLC网络。同时具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得S7-22*系列PLC来完成控制系统的设计时更加简单，系统的集成非常方便，几乎可以完成任何功能的控制任务。
S7-200硬件系统的配置方式采用整体式加积木式，即主机中包含一定数量的I/O输入输出，同时还可以扩展各种功能模块。
1.基本单元 基本单元有时又称作CPU模块，也有的称之为主机或本机。特包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等，使PLC的主要部分。它实际上就是一个完整的控制系统，可以单独的完成一定的控制任务。
2.扩展单元 主机I/O数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是多种因素共同决定的。
3.特殊功能模块 当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可与SIMATIC S7-200主机相连，已完成某种特殊的控制任务而特制的一种装置。
4.相关设备 相关设备是为了充分和方便的利用SIMATIC S7-200系统的硬件和软件资源而开发和使用的一些设备，主要有编程设备、人际操作界面和网络设备等。
5.工业软件 工业软件是为更好的管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要有标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成[8]。 3.1.2 CPU型号的选择
SIMATIC S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制。输入部分则输出控制信号，控制工业过程中的设备。
从CPU的模块来看，S7-200系列小型可编程控制器发展至今，经历了两代： 第一代产品的CPU模块为CPU 21*,主机都可进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元，既CPU 212,CPU 214,CPU 215和CPU 216，这里对第一代PLC产品不再具体介绍。
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第二代产品的CPU模块位CPU 22*，是在本世纪初投放市场的。其速度快，具有极强的通讯能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元。
（1）CPU 221 CPU 221具有6输入/4输出，共计10个点的I/O，无扩展能力，有6KB程序和数据存储空间。还具有4个独立的30kHz高数计数器，2路独立的20kHz高数脉冲输出端，一个RS-485通讯/编程端口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯方式。非常适合小点数的控制系统。
（2）CPU 222 CPU 222除了具有CPU 221的功能外，其不同在于：它有8输入/6输出，共计14点I/O，可以扩展8路模拟量和最多64个I/O,因此使更广泛的全功能控制器。
（3）CPU 224 它在CPU 222的基础上使主机的输入输出点数增为24点，最大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出；存储量也进一步增加，还增加了一些数学指令和高数计数器的数量，具有较强的控制能力。
（4）CPU 226 这种模块在CPU 224的基础上功能又进一步增强，主机输入和输出点增加到40点，最大可扩展为248点数字量和35点模拟量；增加了通讯口的数量，通讯能力大大增强；它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统[8]。
根据控制点数来计算，可以选用CPU-224这个型号的CPU。
CPU 224（扩展）分别左右、上下及机械手电机模块进行自动控制，并对检测信号及外部输入数据和控制信号进行处理，实现对左右运动、机械手驱动、升降台提升机保护等控制的基本要求。表3-1所示是CPU 224的技术参数[9]。
表3-1 CPU224的技术参数 技术参数 本机数字输入 本机数字输出 高速计数器（32位值） 脉冲输出 模拟电位器 时间中断 边沿中断 可选择的输入滤波器时间 说明 十四路数字量输入 十路数字量输入 6个高速计数器 2个，20kHz脉冲速率 1个，8位分辨率 2个，1ms分辨率 4个上升沿和/或4个下降沿 7个，范围0.2ms-12.8ms
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