基于PLC多協議智能立體車庫控制系統的設計

于國健 陶麗萍

摘? 要：文章所介紹的多協議網絡化智能立體車庫系統可用于解決國內外普遍面臨的停車難的問題。該控制系統采用PLC作為控制機構，采用視覺相機作為檢測機構，基于CC-Link網絡通訊協議、Modbus網絡通訊協議設計。三臺PLC之間使用CC-Link網絡通訊協議，光源控制器與其中一臺PLC使用Modbus網絡通訊協議。該系統還有觸摸屏對系統進行操作與監控，增加了系統工作的穩定性。同時還可擴展多個模塊，提高了系統的個性化需求，滿足如今市場對智能立體車庫的多元化需求。

關鍵詞：PLC;視覺相機;光源控制器;CC-Link通訊;Modbus通訊;語音播報

Abstract：The multi-protocol networked intelligent three-dimensional garage system introduced in this paper can be used to solve the parking problem commonly faced at home and abroad. The control system adopts PLC as the control mechanism，visual camera as the detection mechanism，and is designed based on CC-Link network communication protocol and Modbus network communication protocol. CC-Link network communication protocol is used between the three PLCs，and Modbus network communication protocol is used between the light source controller and one of the PLCs. The system also has touch screen to operate and monitor the system，which increases the stability of the system. At the same time，it can also expand multiple modules，improve the personalized demand of the system，and meet the diversified demand of the market for intelligent three-dimensional garage.

Keywords：PLC;vision camera;light source controller;CC-Link communication;Modbus communication;voice announcements

0? 引? 言

隨著我國經濟的高速展，我國國民汽車保有量也大幅度的上升，隨之而來的就是城市停車問難這一問題。本文中所提出的智能立體車庫未這一問題提供了很好的解決方案，它的控制系統采用了三菱PLC、光源控制器昆侖通態觸摸屏來對立體車庫系統進行控制，信捷的視覺相機進行車牌識別。相對于市場上其他種類立體車庫而言，在系統的智能化與個性化有著極大的提升。本文基于江蘇省高等職業教育高水平骨干專業建設項目提出，在人才培養方案中開設創新課程，包括創新創業類理論課程、專業實踐課程以及具體課程的教學創新項目、教育教學活動，基于項目建設理念，開展了學生匠人工坊等活動，進一步提升學生創新創業能力。

1? 系統控制要求

智能立體車庫控制系統共包含5臺電機，分別是X軸、Y軸驅動電機（M1、M2電機為伺服電機，采用方向+脈沖的形式控制，每旋轉一圈需要PLC發出10 000個脈沖）;X軸、Y軸散熱電機（M3、M4電機為雙速電機，要求能自動進行→YY的切換，并且還要考慮必要的過載連鎖保護）;主車位大門抬升電機（M5電機為三相異步電動機，要求能夠進行正轉星三角控制，需要考慮必要的連鎖保護）。Z軸推動氣缸YV1由PLC數字量點控制，置位伸出，復位返回。

2? 系統硬件組成

該控制系統共包含3臺PLC、1臺光源控制器、1臺人臉識別模塊。CC-Link通訊系統中主站由1臺三菱Q系列PLC擔任，從站分別由三菱FX-3U-32MR和FX-3U-32MT PLC擔任;Modbus通訊系統中主站由三菱FX-3U-32MR擔任，從站由信捷光源控制器與人臉識別相機擔任。系統中還包含5臺電機：M1～M5，M、M2電機采用DH22-5-2005-315/350-1-1500型伺服電機，采用MK-SD-S4T132-G型伺服驅動器驅動控制;M3、M4為雙速電機可實現高低速控制;M5為三相異步電動機可實現正反轉星三角控制。控制系統硬件結構圖如圖1所示。

2.1? CC-Link主站電氣原理圖

主站PLC采用三菱Q系列PLC，三菱Q系列PLC為大型模塊式PLC，可以級聯不同類型的PLC和計算機，從而組成控制范圍很大的局域網絡，適用于大型的自動化控制系統[1]，本系統中該PLC采用Q00U CPU模塊、QB35基板、Q61P電源模塊、2臺QX40數字量輸入模塊、QY10繼電器型輸出模塊以及QJ61BT11N通訊模塊。主站電氣原理如圖2所示。

2.2? CC-Link從一站電氣原理圖

從一站選用三菱FX-3U-32MR PLC，該型號PLC板載16路數字量輸入、16路繼電器型輸出。用于控制系統中的X軸、Y軸散熱電機M3、M4和主車位大門抬升電機M5。并且作為Modbus主站將不支持CC-Link通訊設備中的數據與主站Q系列PLC進行交互。從一站電氣原理如圖3所示。

2.3? CC-Link從二站電氣原理圖

從二站選用三菱FX-3U-32MTPLC，該型號PLC板載16路數字量輸入、16路晶體管型輸出，其中3路為高速脈沖輸出端口。用于控制系統中的X軸、Y軸驅動電機M1、M2和Z軸推動氣缸YV1。從二站電氣原理如圖4所示。

3? PLC控制程序流程圖

本文中所介紹設計的智能立體車庫系統，具有多種工作模式。在不同的使用場合，可以進行多工作模式的切換。為了提高在停車當中車輛位置的精確度，提高系統的安全系數，在進入工作模式前，可以進行手動模式的電機調試，以保障運行的穩定性。系統工作流程圖如圖5所示。按照該流程圖，在編程軟件當中完成PLC程序的編寫。

4? MCGS組態界面設計

該智能立體車庫控制系統的操作員可使用觸摸屏對整個工作系統進行遠程操作與監控。觸摸屏可以實時顯示當前停車場狀態、車輛牌號以及對應車位、剩余車位信息等，規避了系統運行過程當中可能存在的風險。組態界面設計圖如圖6～9所示。

5? 系統CC-Link通訊

該智能立體車庫系統中，3臺三菱PLC之間采用CC-Link總線通訊的方式進行主從站控制。這種串行多點總線式通訊方式具有超高的數據傳輸速度，最高可達 10 MB/s，底層通訊協議遵循RS-485。將3臺PLC之間的通訊模塊使用CC-Link專用電纜進行連接，并對三臺PLC進行站號的設置，主站PLC默認為“0”號站，因為2臺PLC都占用了4個站的位置，所以將從一站和總二QJ61BT11N站站號分別設置為“1”“5”。通訊模塊硬件接線圖如圖10所示。

CC-Link通訊硬件配置后，還需在編程軟件GX Works2中對主站Q系列PLC進行參數組態，在“I/O分配設置”中根據對應的插槽編輯“起始XY”的參數，“輸入”“輸入”“輸出”“智能”分別對應“0000”“0010”“0020”“00A0”。設置結束后，接著在“網絡參數”中進行“CC-Link”參數的編輯[2]。

6? 系統Modbus通訊

該智能立體車庫系統中，為了解決光源控制器不支持CC-Link總線式通訊協議的問題，還需要采用Modbus總線式通訊使光源控制器的數據能夠與主站進行交互。Modbus是Modicon公司為該公司生產的PLC設計的一種通信協議，發布于1979年。從其功能上看，Modbus就是一種現場總線，現在它已經成為一通用工業標準，在工業生產和控制的各個領域得到了廣泛應用[3]。

信捷視覺相機支持Modbus-RTU的通訊方式，通訊串口標準為RS-485標準;校驗方式為無校驗;停止位為1位;通訊波特率38 400;數據位長度8位。為了實現PLC與光源控制器之間的通訊，需要將兩臺設備使用協議設置相同。首先，設置D8400特殊寄存器，根據光源控制器協議格式，需要將D8400中第0位設置為1;第1位和第2位都設置為0;第3位設置為0;第4位到第7位設置為0、1、0、1;第12位設置為1。然后設置D8401特殊寄存器，D8401中第0位設置為1;第4位設置位0;第8為設置為0。那么，D8400和D8401中的數據分別是0B0001000010100001和0B0000000000000001，將它們轉化為16進制后分別為0X10A1和0X0001。那么我們就需要將這兩個數據寫入三菱PLC當中，來完成三菱PLC的協議設定。三菱PLC的Modbus通訊程序圖如圖11所示。

7? 結? 論

本文中所提出的多協議網絡化智能立體車庫系統，為我國越來越嚴重的停車難的問題，提供可靠可行的解決方案。借助PLC和MCGS觸摸屏來控制系統的運行，又增加了很多個性化定制模塊可以更具用戶的需要來進行個性化的定制。并且還包增加了語音播報等其他擴展功能，增加了用戶的使用體驗。

參考文獻：

[1] 蔣思中，劉東海，白雪.PLC控制系統設計、編程與調試（三菱） [M].北京：北京理工大學出版社，2018：5.

[2] 黃文浩，陶麗萍.CC-Link通訊在混料罐PLC控制系統中的應用 [J].科技風，2018（34）：149+157.

[3] 方清城，華路光，羅中良.PLC網絡控制系統的研究 [J].機床與液壓，2009（7）：168-170.

作者簡介：于國健（1998—），男，漢族，江蘇揚州人，研究方向：電氣自動化技術;陶麗萍（1983—），女，漢族，江蘇常州人，講師，畢業于江南大學，工學碩士，研究方向：智能控制技術。