质和管理人员的水平。立体仓库的出现 ,实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。随着现代化生产规模的不断扩大和深化 ,它将为工业、企业带来巨大的经济效益。
自动化立体仓库应用范围很广.几乎遍布所有行业。在我国.自立体仓库应用的行业主要有机械、冶金、化工、航空航天、电子、医药、食品加工、烟草、印刷、配送中心、机场、港口等。
1.4本设计主要完成的工作
自动化立体仓库是一种用高层立体货架（托盘系统）存储物资.用自动控制堆垛机运输车进行存取作业的仓库。通过可编程控制器（Programming Logic Controller,简称 PLC）控制堆垛机的位置变动.模拟立体仓库工作的控制系统..实现存取货功能。
在查阅了大量资料的基础上..以立体仓库库位设备和堆垛机位置变动控制为研究对象.通过 S7-200PLC以及MCGS组态软件来实现对2*2立体仓库的模型控制系统的控制.对立体仓库的监视用工控组态软件MCGS.实现立体仓库控制系统 “取/存”货运行动作的模拟仿真。
第2章可编程控制器与MCGS的概述
2.1可编程控制器的产生、发展及应用特点 2.1.1PLC的定义和功能
可编程控制器..英文称Programmable Controller.简称 PLC.本课题中用 PLC作为它的简称。 PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术..但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序.把经输入电路的物理过程得到的输入信息.变换为所要求的输出信息..进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC基于电子计算机..但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时.大多只考虑信息本身.信息入出的物理过程一般不考虑的。而 PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性..以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境.如便于安装.便于维修及抗干扰等问题 ,入出信息变换及可靠的物理实现.可以说是 PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。
PLC有丰富的指令系统..有各种各样的 I/O接口、通信接口.有大容量的内存.有可靠的自身监控系统..因而具有以下基本的功能..
①逻辑处理功能.. ②数据运算功能.. ③准确定时功能.. ④高速计数功能..
⑤中断处理..可以实现各种内外中断..功能.. ⑥程序与数据存储功能.. ⑦联网通信功能..
⑧自检测、自诊断功能。 2.1.2 PLC的产生和发展
20世纪 60年代..汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置占据主导地位。由于继电器控制系统明显的缺点即通用性和灵活性、可扩展性较差..导致当时汽车的每一次改型都需要对控制系统进行重新设计和安装。随着生产的发展..汽车型号更新的周期愈来愈短..显然..继电器控制装置十分费时、费工、费料..延长了更新周期。为了适应汽车型号的不断翻新及生产工艺不断变化的需要. 1968年美国通用公司公开招标..要求用新的控制装置取代继电器控制装置..由此. PLC这种新型的工业控制装置得以诞生并以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小和使用寿命长等一系列优点.很快在美国其他工业领域得到推广应用。到 1971年. PLC已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业中并很快受到了世界其他国家的高度重视。 1971年日本从美国引进该项技术..很快研制出日本第一台 PLC.1973年西欧国家也研制出了他们的第一台PLC.我国 1974年开始研制.1977年
开始工业应用。 2.1.3 PLC的特点
（1）可靠性高..抗干扰能力强。 （2）适应性强..应用灵活。。 （3）编程方便..易于使用。 （4）功能强..扩展能力强。
（5）PLC控制系统设计、安装、调试方便。 （6）维修方便..维修工作量少。
（7）体积小..重量轻..易于实现机电一体化。 2.2可编程控制器的基本组成
PLC从组成形式上分为整体式和模块式两种。整体式PLC一般由 CPU、I/O单元、存储器、电源、通讯端口、I/O扩展端口组成.其特点是结构紧凑、体积小。模块式 PLC一般由 CPU模块、 I /O模块、内存模块、电源模块、通信单元、底版或机架组成.其特点是配置灵活.输入/输出接点的数量可自由选择。 PLC的硬件系统结构图如下图 2-1所示..
1.CPU（中央处理器）
和一般的微机一样. CPU是 PLC的核心..主要由运算器、控制器、寄存器以及实现他们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。CPU在很大程度上决定了PLC 的整体性能..如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量。
CPU位数越高..系统处理的信息量越大..运算速度也越快。
CPU控制着PLC工作..通过读取、解释指令.指导 PLC有条不紊的工作。 2.存储器
存储器（内存）主要用于存储程序及数据.是PLC不可缺少的组成部分。PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序一般由厂家编写的.用户不能修改.而用户程序是随PLC的控制对象而定的..由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。用户存储器容量的大小..关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少.是反映 PLC性能的重要指标之一。 3.输入输出模块
输入模块和输出模块通常称为I/O模块或 I/O单元。 PLC提供了各种工作电平、连接形式和驱动能力的I/O模块.有各种功能的 I/O模块供拥护选用。按I/O点数确定模块的规格和数量. I/O模块可多可少.但其最大数受 PLC所能管理的配置能力.即底版的限制。
PLC还提供了各种各样的特殊的I/O模块..如热电阻、热电偶、高速计算器、位置控制、以太网、现场总线、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等专用型或智能型模块.用以满
足各种特殊功能的控制要求。智能接口模块是一独立的计算机系统.它有自己的 CPU、系统程序、存储器及与 PLC系统总线相连接的接口。 4.编程装置
编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器..并利用编程器检查、修改和调试用户程序..监视用户程序的执行过程.显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。常见的编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于 PC的专用编程软件。目前 PLC制造厂家大都开发了计算机辅助 PLC编程支持软件.当个人计算机安装了PLC编程支持软件后.可用作图形编程器.进行用户程序的编辑、修改.并通过个人计算机和 PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控 、PLC运行状态等。 5..电源
PLC的电源将外部供给的交流电转换成供 CPU、存储器等所需的直流电.是整个 PLC的能源供给中心。 PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源.许多 PLC电源还可向外部提供直流 24V稳压电源..用于向输入接口上的接入电气元件供电..从而简化外围配置。 6.通信接口
为了实现 “人-机”或“机-机”之间的对话. PLC配有多种通信接口。 PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机以及其他的 PLC或计算机相连。 2.3 MCGS组态软件
MCGS全中文工业自动化控制组态软件（以下简称 MCGS工控组态软件或 MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。 MCGS工控组态软件是一套 32位工控组态软件.它基于 Windows平台.可稳定运行于 Windows95/98/NT操作系统。通过对现场数据的采集处理..以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案.它充分利用了 Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点..比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性..在自动化领域有着更广泛的应用。 2.3.1 MCGS的主要特点和基本功能
⑴简单灵活的可视化操作界面。 ⑵实时性强、良好的并行处理性能。 ⑶丰富、生动的多媒体画面。
⑷开放式结构..广泛的数据获取和强大的数据处理功能。 ⑸完善的安全机制。 ⑹强大的网络功能。 ⑺多样化的报警功能。
⑻实时数据库为用户分部组态提供极大方便。 ⑼支持多种硬件设备.实现 “设备无关 ”。 ⑽方便控制复杂的运行流程。 ⑾良好的可维护性和可扩充性。
⑿用数据库来管理数据存储..系统可靠性高。 ⒀设立对象元件库..组态工作简单方便。 ⒁实现对工控系统的分布式控制和管理。
总之.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。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题..集中精力去解决工程问题本身..根据工程作业的需要和特点..组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。 2.3.2 MCGS的构成
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.如图 2-2所示。两部分互相独立.又紧密相关。
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。
运行环境是一个独立的运行系统..它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理..完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义..必须与组态结果数据库一起作为一个整体.才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成.运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。
组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡..它们之间的关系如图 2-3所示。
图2-3 MCGS组态环境与运行环境的关系
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 2-4所示。
①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。
②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。
③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。
④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。
⑤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。
窗口是屏幕中的一块空间..是一个 “容器 ”..直接提供给用户使用。在窗口内..用户可以放置不同的构件..创建图形对象并调整画面的布局..组态配置不同的参数以完成不同的功能。
在 MCGS的单机版中..每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口..但可以有多个用户窗口和多个运行策略..实时数据库中也可以有多个数据对象。 MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面..组态配置各种不同类型和功能的对象或构件..同时可以对实时数据进行可视化处理。 2.3.4 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。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