学位论文-—基于plc立体车库监控系统的设计.doc

唐 山 学 院

毕 业 设 计

设计题目：基于PLC立体车库监控系统的设计

系 别： 信息工程系
班 级：
姓　 　名：
指 导 教 师：

2013年5月30 日

基于PLC的立体车库监控系统的设计
摘 要
立体车库是一种占用相同平面大小，来实现空间多层停车的车库。它充分利用了垂直空间，通过可编程逻辑控制器（Programming Logic Controller）来实现对车辆的存取控制。将相同平面多层复用，实现了一般平面车库的立体的纵向延伸拓展，从而提高了地面利用率，实现高效率停车。为解决停车难问题起到了重要作用。
本毕业论文通过应用可编程逻辑控制器PLC以及上位机组态软件MCGS来实现自动化升降横移式立体车库控制系统。升降横移式立体车库一般多为两层及两层以上，除去最高层外，其他车层都会留出一个车位作为中转车位。如果按水平车位有X个，垂直车位有Y个，那么它的停车总量为Z=X*Y-（X-1）。它的垂直运动使用升降机完成，水平运动则由水平托车完成。
本文对PLC在工业领域的应用，以及使用MCGS监控软件实现对工业过程的监控，提升工业自动化方面都用着重要的实践价值。

关键词: 立体车库 可编程逻辑控制器PLC 组态软件MCGS

The Design of Monitoring System Based on PLC for Three-dimensional Garage
Abstract
Three-dimensional garage is a kind of take up the same plane size， to realize the multilayer parking garage space. It made full use of the vertical space， through the programmable Logic Controller (Programming Logic Controller) to realize the control of vehicle access. Will the same plane multilayer reuse， realize the plane of the three-dimensional garage general longitudinal extension development， so as to increase the utilization rate of the ground， realize high efficiency parking. To solve the parking problem plays an important role.
The graduation thesis through the application of programmable logic controller PLC and computer is added. The MCGS configuration software realizes automatic lift move transversely type parking equipment control system. Lift move transversely type parking equipment for two more commonly layer and two layer above， remove the top， other car layer set aside an parking Spaces as a transit vehicles. If press level parking have X， vertical parking have Y， then its parking total to Z = X * Y-(X-1). Its vertical movement use the lift car completing. The level movement is completed by the level moving car.
In this paper the application of PLC in the industrial fields， and use the monitoring software realize the MCGS industrial process monitoring， improve industrial automation with all the important practical value.

Keywords: three-dimensional garage programmable controller PLC Configuration software MCGS

目 录

1 概述 1
1.1 立体车库的背景与现状 1
1.1.1 立体车库介绍 1
1.1.2 设计主要目的与意义 3
2 立体车库控制设计系统分析 5
2.1 控制系统的选择 5
2.2 监控系统的选择 5
2.3 升降横移式立体车库系统分析 6
2.3.1 升降横移式立体车库工作原理 6
2.3.2 升降横移式立体车库控制系统设计 7
3 可编程逻辑控制器与MCGS软件的介绍 9
3.1 可编程逻辑控制器 9
3.1.1 可编程逻辑控制器简介 9
3.1.2 可编程逻辑控制器的基本结构 9
3.1.3 可编程逻辑控制器工作原理 10
3.1.4 可编程逻辑控制器主要特点 11
3.1.5 可编程逻辑控制器的主要应用 12
3.2 MCGS组态软件 13
3.2.1 MCGS组态软件简介 13
3.2.2 MCGS组态软件的系统构成及组成部分 14
3.2.3 MCGS组态软件的主要特点 15
3.2.4 MCGS组态软件的主要功能 16
4 升降横移式立体车库具体设计 17
4.1 可编程逻辑控制器的选择与设计 17
4.1.1 可编程逻辑控制器的选择 17
4.1.2 可编程逻辑控制器的设计 19
4.2 可编程控制器的外部接线图设计 22
4.3 MCGS组态软件设计 23
4.3.1 MCGS工程画面的实现 23
4.4 MCGS于可编程逻辑控制器交互通信设置 27
5 总结与展望 30
5.1 总结 30
5.2 未来展望 30
谢辞 31
参考文献 32
附录一 33
主程序 33
子程序0 40
子程序1 41
子程序2 41
附录二 43
外文资料 59
中文翻译 65

唐　山　学　院　毕　业　设　计
1 概述
1.1 立体车库的背景与现状
近年来，由于经济的飞速发展，中心城市的人口、车辆也日益增多，再加上建筑业的飞速发展，使城市中的空地越来越少。交通拥挤和停车困难的问题已成 为各级政府和群众关心的社会问题，尤其在大中城市更为突出。人们在解决交通问题时逐渐意识到，以往仅靠大力拓展道路来满足车辆对动态空间的需求是远远不够的。因为车辆大部分时间还是处于停驶状态。这就是说，车辆占用静态空间(停车位)的时间远大于其对动态空间(道路)的需求。停车位不足，会严重影响城市道路畅通、环境与安全。故一种可解决大城市繁华地带用地紧张与停车难矛盾的先进停车方式——自动化立体车库在发达国家率先得到推广应用。
据悉自2004年以来我国停车位数目激增，例如北京百条胡同为解决平房区和老小区停车位不足、乱停车问题将增建六千余个停车位、天津和平区繁华地带建造占地面积达60126平方米的4个大型停车场、广州为迎接2010年亚运会时建造了18500个停车位、青岛也在几年的时间里添加了19200个停车位，杭州、南京等地也增加大量停车位。这种车位大大的占用了土地资源，而如果采用多层立体车库，可使地面的使用率提高80%—90%，大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。[1]
日常生活中经常看到车辆停在道路两边，有时还占用行人道，这种情况同时为其他车辆和行人的出行造成了诸多不便。不合理的停车造成了交通的拥挤，更增加了交通事故的发生率。严重的影响了市民的正常出行，更对城市的市容造成了不好的影响。由此看来日常生活中合理停车，已经成了一个社会问题，所以对停车行业的合理规划更是刻不容缓，而立体车库则是目前解决这个问题最好的方法，也是最可行有效的方法。
立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经 验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有近二十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与 住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。
1.1.1 立体车库介绍
立体车库相比传统的自然地下车库相比，立体车库在很多方面都体现了其优越性。立体车库可以更好的节省土地，使土地的使用率提高80%—90%，这样大大节省了土地资源，同时降低了成本；立体车库更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转，应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。
目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等。几种形式的立体车库具有各自的优点。[2]
1. 升降横移式立体车库：采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备。每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个，但是每组设备必须留有至少一个空车位，来方便车辆的中转。
 特点：节省占地，配置灵活，建设周期短；价格低，消防、外装修、土建地基等投资少；可采用自动控制，构造简单，安全可靠。存取车迅速，等候时间短；运行平稳，工作噪声低；在停车设备的市场份额约占70%，较为适用于商业、机关、住宅小区配套停车场。
不足点：每组设备必须留有至少一个空车位；链条牵动运行过程不具有防止倾斜坠落的功能。
2. 垂直循环式立体车库：采用垂直方向做循环运动来存取车辆的机械式停车设备。
特点：省地，在58m2的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车，可省去购置土地的大量费用；可采用自动控制，运行安全可靠；价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。
不足点：设备结构复杂，没有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差。
3. 垂直升降式立体车库：这类立体车库亦可称为塔式立体车库，通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。
特点：整个存车库可多达20～25层，即可停放40～50辆车，占地面积不到50m2 ，空间利用率最高。适宜建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的集聚点。
不足点：设备结构复杂，相对比较故障率高。最远车位一般一次取车需2分钟，高峰取车时间依次取车时间过长，依次取车第20辆约需30分钟以上，实用性差。
4. 巷道堆垛式立体车库：以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平
且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。多用于地下，以便更好的利用地下空间。
特点：全封闭车库，存车安全，该类车库主要适用于大型密集式存车。
不足点：设备结构复杂，成本高且相对比较故障率高，高峰期依次取车时用
时较长，实用性差。
5. 平面移动式立体车库：在同一层上用搬运或起重机平面移动车辆或泊车板平面横移存取车辆，亦可搬运机和升降机配合实现多层平面移动存取车辆的机械式停车设备。
特点：一般设置在地上或半地下，地平面层可停放大尺寸车辆，设备适合在大中型建筑物或公共设施中安装。
不足点：设备结构复杂，相对比较故障率高，高峰取车时间依次取车时间过长，实用性差。
本次设计针对的是占据市场份额较大，而且优点较为突出的升降横移式立体车库。[3]
1.1.2 设计主要目的与意义
国民经济的高速发展以及我国的城市化水平不断加快，使得城市交通拥挤的矛盾 日益突出。车辆不断增多，城市道路设施跟不上经济发展的步伐，造成了动态交通的严重阻塞。同时停车场地设置的不合理，出现了严重的占道停车，占用居住区绿地，造成静态交通混乱现象，从而进一步加剧了交通拥挤，破坏了城市的居住环境和城市形象。动态交通和静态交通的关系形成了恶性循环。
据统计，中国至2003年年底，机动车保有量已达到9649多万辆，其中轿车保有量将达到 1000万辆。然而，目前我国城市机动车辆的保有量与停车位相差大约5倍，也就是说停车位的满足率只有20％左右。停车位严重不足，造成机动车非法停放、占道停放现象日益严重，上海市中心占道停放占总停放车辆的64％，这造成了许多车辆无家可归。从国际城市建设的经验看，要保证交通不拥堵，不仅要满足100％的基本停车位，还要能满足20％的公共停车位。近几年新增轿车每年在200万辆左右，按停车位与轿车数之比为1：1.2计算，每年需新增停车位290万个，才能满足停车位的需求。
立体车库在各方面都有很大的优点，但是在我国主要停车位还是传统停车模式，立体车库停车情况仍然不是特别受欢迎，立体车库的发展还有很多曲折。

首先，立体车库在我国还是新兴产业，存在着企业技术力量薄弱，产品的可靠性、 安全性、耐久性也还不能完全保障。人们要有—个逐步接受的过程，人们对立体车库的优点还未完全接受，特别是对一些新手司机，立体车库所要求的车技比地面车库要高，令部分有车族对立体库可望而生怯。
其次，市民长期的意识也很难在短时间内改变，虽然有明文禁止路边空地停车， 但在大街小巷仍可随处见到违规停车的。因为大家觉得，街道是公共场所，自己把车停在上面是理所当然，干嘛要把车停到车库里面，还要交钱。显然这部分有车的市民只强调了自己的市民身份，忘记了还有许许多多无车族，他的车侵占了行人的道路。另外，市民还认为，立体车库虽然节省空间。但是也是上天下地， 自己不放心爱车被高高挂起，或是深入地下。
上述两点是立体车库发展曲折的根本原因，由此产生的一个恶性循环则是其直接原因。
随着我国经济持续快速的发展，城市规划的完善，机械停车设备行业将成为一个充满生机的朝阳行业，机械停车设备的技术也将得到长足的发展。我国的机械停车设备行业也将从快速发展阶段进入稳定发展阶段。

2 立体车库控制设计系统分析
2.1 控制系统的选择
可编程逻辑控制器（PLC）作为在工业领域广泛应用的控制器，具有十分鲜明的特点：使用方便，编程简单。系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件；功能强，性能价格比高，可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理；
可靠性高，抗干扰能力强，可以实现长周期工作而不至于损坏；系统的设计、安装、调试工作量少，PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。
20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程逻辑控制器的国家日益增多，产量日益上升。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统（分散控制系统）。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
PLC应用的广泛性和它的普及程度是其他计算机设备无法比拟的。故此次设计选用PLC做控制器。
2.2 监控系统的选择
组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
国内的组态软件品牌主要有：世纪星、组态王、三维力控、MCGS、态神等。国外的组态软件品牌主要有：In Touch、WinCC、Citech、IFix等。
本次设计选用国产的组态软件MCGS，MCGS还包括网络版、通用版、嵌入版三个版本，经比较后，选用MCGS嵌入版。MCGS嵌入版组态软件的主要特点包括：容量小，整个系统最低配置只需要极小的存贮空间，可以方便的使用DOC等存贮设备；速度快：系统的时间控制精度高，可以方便地完成各种高速采集系统，满足实时控制系统要求；成本低：使用嵌入式计算机，大大降低设备成本； 真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统；稳定性高：无风扇，内置看门狗，上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行；功能强大：提供中断处理，定时扫描精度可达到毫秒级，提供对计算机串口，内存，端口的访问。并可以根据需要灵活组态；通讯方便：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、GPRS通讯功能、Web浏览功能和Modem远程诊断功能，可以方便地实现与各种设备进行数据交换、远程采集和Web浏览；操作简便：MCGS嵌入版采用的组态环境，继承了MCGS通用版与网络版简单易学的优点，组态操作既简单直观，又灵活多变。
总之，MCGS嵌入版组态软件具有强大的功能，并且操作简单，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嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，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。正因如此此次设计选用MCGS嵌入版作为监控系统。
2.3 升降横移式立体车库系统分析
2.3.1 升降横移式立体车库工作原理
车库利用载车盘的移位从而产生垂直的通道，实现高层车位的升降以便存取车辆 。车库组合布置的不同形式可适应不同场地条件的需要，配置非常灵活。
本次设计立体车库的特点是：最底层即第一层只能够横向平移，最顶层即第二层只能够竖向升降。另外第一层必须预留一个空车位，以便进出车辆用，而第二层不用。当第一层进出车时无需移动其他载车盘就可直接进出，当第二层进出车时先要判断与其对应的下方位置是否有空位，当没有空位时要对应的车位进行横向平移处理，直到下方有空位后方可进行升降，进出车完毕后上升回到原来的位置。它运动的总原则是：车位升降必须复位，车位平移不用复位。本设计中，横移电机安装在第一层的车位上，控制车位的横移。升降电机安装在第二层的车位上，控制车位的升降。[6]
实际生活中升降横移式立体车库运行原理如下图2-1所示。

图 2-1 升降横移立体车库运行原理图

2.3.2 升降横移式立体车库控制系统设计
控制系统主要由硬件系统和软件系统构成，其结构如图2-2所示。
图 2-2 控制系统结构图

打印机、音效设备、收费系统
IC 读卡机、LED显示器、操作系统
电动机、接触器、继电器、电磁铁、指示灯
PLC
工业控制机
形成开关、限位开关、电传感器、光传感器、控制按钮

车库在运行过程中最容易出现问题的时候就是车位上升和下降过程。因此首先系统升降采用变频器带动升降电机及相应的减速装置进行升降调速控制，其次对每个升降车位都额外增加一个上限位开关和一个下限位开关。横移电机采用常规的电机。防坠落电磁铁安装在二层的车位上，与安全挂钩组成防坠落系统。安全挂钩系统采取了得电打开，失电闭锁的控制，这样即使在停电状态下车位也能够保 证不因为钢索断裂而坠落。检测装置发出的检测信号是为了车位的精确定位以及安全保障。需要的检测装置有：车位左到位、右到位、上到位、上极限、下到位、 安全挂钩打开等检测装置。为了防止外界干扰，所有信号线均采用带金属屏蔽网的电缆。
PLC控制系统的程序主要是完成车库自动存取车的操作。根据立体车库的运行控制要求，得主控制程序流程图，如下图2-3所示。
系统上电

初始化

等待存取车

按键取车
按键存车

N

二层车位
显示车位号
车位已满
空位

Y

一层车位让位
一层车位
二层车位
显示空位号

一层车位让位
一层车位

载车盘下降
取车

车位复位
载车盘下降
存车

图 2-3 主控制程序流程图
车位复位
存取操作时，该控制系统中PLC接收和分析工控机输入的指令，做出相应的动作，并判断各检测装置的状态，读取车库当前各个车位的存放情况，然后将信息反馈到执行元件，拖动载车盘实现位置移动，完成车辆的存取及相关的信号显示。用各种光电开关和行程开关等检测装置的状态，以及用接触器、继电器执行对拖动电机的启停控制，整个动作区域配有光电检测及多重安全系统，以防异常情况的发生。
3 可编程逻辑控制器与MCGS软件的介绍
3.1 可编程逻辑控制器
3.1.1 可编程逻辑控制器简介
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快便将其引入可编程逻辑控制器，个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。20世纪80年代初，可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
3.1.2 可编程逻辑控制器的基本结构
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
1. 电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
2. 中央处理单元（CPU）
中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。它的处理速度是PLC性能的一个重要指标。
3. 存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。其中系统程序存储器用来存放设备出厂前固化好的程序，这些程序一般是不可以访问的；用户程序存储器是用来存放用户编写的程序，用户程序存储器可以让用户读写。一般说的存储容量也指的是用户存储器，它的读写速度也是一个重要的指标。
4. 输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
3.1.3 可编程逻辑控制器工作原理
可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，并且一直循环扫描工作。
1. 输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2. 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
3. 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。
3.1.4 可编程逻辑控制器主要特点
1. 使用方便，编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2. 功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4. 可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5. 系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6. 维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。
3.1.5 可编程逻辑控制器的主要应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
1. 开关量的逻辑控制 
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2. 模拟量控制 
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3. 运动控制 
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4. 过程控制 
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5. 数据处理 
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6. 通信及联网 
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
PLC的应用领域仍在扩展，在日本，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关连的机器、与环境关连的机器，而且均有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。
3.2 MCGS组态软件
3.2.1 MCGS组态软件简介
MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于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，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。
MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的，专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件，MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。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，在自动化领域有着广泛的应用。此外MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境，用于对组态后的工程进行模拟测试，方便用户对组态过程的调试。
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，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。
3.2.2 MCGS组态软件的系统构成及组成部分
组态环境：
组态生成应用系统
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3-1所示。
组态结果数据库

运行环境：
解释执行组态结果

图 3-1 MCGS组态环境与与运行环境的关系

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。组成部分结构图如下图3-2所示。
MCGS组态软件

主控窗口
实时数据库
主控窗口