郭奕鑫， 劉江帆

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510925）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本套系統(tǒng)主要采用德國(guó)3S公司研發(fā)的軟件—CoDeSys，CoDeSys環(huán)境中集成了多種總線協(xié)議，EtherCAT協(xié)議作為一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是從傳輸速度，還是在開(kāi)放性及安全性方面都更優(yōu)于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線。EtherCAT總線采用“一網(wǎng)到底”的概念，即協(xié)議在處理過(guò)程直達(dá)底層，中間過(guò)程不需要任何的轉(zhuǎn)換設(shè)備或是子總線，在CPU的循環(huán)時(shí)間和任務(wù)處理速度上傳輸速率能夠達(dá)到100 Mb/s，幾乎無(wú)網(wǎng)關(guān)延時(shí)。其優(yōu)越的性能及總線的處理速度區(qū)別于傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線[1]。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件上采用三層架構(gòu)，主要表現(xiàn)如圖1所示，第一層采用研華工控機(jī)及其輔助設(shè)備；第二層主采用支持EtherCAT總線的的華泰遠(yuǎn)程IO模塊，針對(duì)下層系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全的控制及監(jiān)控；第三層則為車庫(kù)執(zhí)行系統(tǒng)，主要由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、輔助按鈕等開(kāi)關(guān)量及采集信號(hào)構(gòu)成。

EtherCAT總線的遠(yuǎn)程IO模塊主包括華泰smartLink的FR8200適配器模塊、8位數(shù)字量輸入的FR1118模塊、8位數(shù)字量輸出的FR2118模塊、2路高速計(jì)數(shù)器FR5002模塊及支持EtherCAT總線的雷賽步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。

數(shù)字量輸入模塊主要用在輔助設(shè)備和傳感器信號(hào)的采集，判斷當(dāng)前車位的使用情況，另一方面也實(shí)時(shí)檢測(cè)出入庫(kù)車輛的數(shù)量。高速計(jì)數(shù)器模塊用于反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)位置，與控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制，雷賽步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器用于控制電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要有三方面的內(nèi)容組成：EtherCAT總線的配置、控制程序的編寫和可視化界面的設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

3.1 EtherCAT總線的配置

利用CoDeSys平臺(tái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程，需要在項(xiàng)目Device設(shè)備管理器上配置總線管理器，即配置EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線主站。針對(duì)EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線主站再配置從站模塊，相應(yīng)地從站模塊需要在CoDeSys開(kāi)發(fā)環(huán)境中安裝對(duì)應(yīng)的XML文件，即設(shè)備描述文件。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)，要在項(xiàng)目樹(shù)中的EtherCAT_Task中調(diào)用主程序，否則運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將無(wú)法正常響應(yīng)。

3.2 控制程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的輸入信號(hào)主要包括數(shù)字量信號(hào)、高速脈沖信號(hào)及可視化界面的控制指令信號(hào)。輸入的數(shù)字量信號(hào)主要是對(duì)進(jìn)場(chǎng)車輛和車庫(kù)車位進(jìn)行檢測(cè)，保護(hù)單元程序再根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判定存取車輛是否滿足先決條件，同時(shí)高速計(jì)算器信號(hào)將實(shí)時(shí)反饋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置。在符合存取車的條件下，通過(guò)發(fā)送控制指令信號(hào)并經(jīng)過(guò)主控制程序邏輯分析后，將控制對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，將車輛送到指定位置。否則，控制系統(tǒng)將不執(zhí)行控制指令的請(qǐng)求。

3.3 可視化界面設(shè)計(jì)

CoDeSys開(kāi)發(fā)環(huán)境中可在項(xiàng)目應(yīng)用中添加網(wǎng)絡(luò)可視化界面，同時(shí)一個(gè)codesys工程文件中可包含多個(gè)可視化對(duì)象，并且在不同的對(duì)象之間可以用通訊連接。在編輯項(xiàng)目中，通過(guò)簡(jiǎn)單的拖動(dòng)及配置即可關(guān)聯(lián)PLC變量[2]。在程序調(diào)試階段，可將控制程序和可視化程序一同下載進(jìn)控制器，通過(guò)移動(dòng)智能設(shè)備瀏覽器訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)視圖進(jìn)行調(diào)試，突破了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的硬件局限。在用戶選擇服務(wù)時(shí)，只需掃描特定的二維碼，便可在手機(jī)或Ipad等移動(dòng)智能設(shè)備上進(jìn)行存取車服務(wù)。

本控制系統(tǒng)可視化界面分為系統(tǒng)界面和用戶界面。系統(tǒng)界面主要是供控制系統(tǒng)后臺(tái)維護(hù)使用，包含了系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)記錄和功能調(diào)試等方面。用戶界面主要是供用戶進(jìn)行停取車服務(wù)以及顯示車位使用情況和停取車進(jìn)度等信息。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)測(cè)試，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)和無(wú)人值守，用戶可通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)智能設(shè)備自助停取車輛，并可獲取車庫(kù)的車位情況停聽(tīng)取車服務(wù)狀態(tài)等信息，與傳統(tǒng)的車庫(kù)控制系統(tǒng)相比，有較大的應(yīng)用前景。