智能立體停車庫控制系統的設計與實現

虞江鋒

YU Jiang-feng

(浙江廣播電視大學 信息與工程學院，杭州 310030)

0 引言

隨著生活水平的提高，許多商業場所和居民小區的物業管理實現了智能化。作為智能小區，一個功能齊全，管理方便的智能停車庫是必不可少的。隨著城市化進程的加快，一些城市的大型購物中心、商場越來越多，在一些郊區也出現了許多賣場，這些地方的人流量巨大，如果沒有一個高效的停車庫管理系統是難以實現有序的管理。

目前順應社會需求，出現了許多不同類型的停車庫管理系統。比如在很多住宅小區中，廣泛使用智能卡管理系統，但是由于許多車庫入口及私人住宅臨街建設，無法安裝讀卡設備，而且讀卡系統存在著讀卡距離近、車輛通過緩慢、上下班堵車嚴重等諸多問題。還有在一些鬧市區商業場所中，采用立體停車庫，節省了占地空間，但是大部分還是以人工調度為主，沒有真正實現智能化[1,2]。

針對目前的各種停車庫系統，本文提出了一種基于PLC的智能立體停車庫，該系統結構簡單，方便實用，結合無線遙控技術實現了一定程度的智能控制，而且易于擴展和改進。

1 總體設計

本系統總體上造價相對較低、控制方便靈活、運行效率高，而且能在有限的城市空間中提供大容量的停車場所，為城市的交通帶來便利。

智能立體停車庫主要由電動機拖動控制，信號狀態檢測，存取車控制，安全保護裝置等部分組成。其中電機的拖動控制包括升降電機控制和橫移傳動機械的驅動。信號狀態檢測包括提升限位信號、橫移定位信號和下降限位信號等。存取車控制系統是基于可編程控制器（PLC）的控制，是整個系統的核心。通過PLC實現對現場各個傳感器、執行器、電機以及變頻器等進行控制，實現存取車過程。此外還設有安全保護裝置實現限位保護、防止意外跌落以及電源錯斷相保護等[3]。

2 硬件設計與實現

2.1 停車庫的組合方式和車輛存取方式

立體停車庫系統設計成組合式的結構形式，停車庫的容量可以根據實際需求或停車場地的大小選取不同的組合方式。這里以兩層五個停車位的停車庫作為示意，其組合形式如圖1所示。圖中ABCDE表示5個停車位，F是供調度用的空位，下面就是停車庫的出口。實際運營的停車庫可以根據要求在空間上再增加層數，在容量上增加停車位，但都要留一個或者兩個供調度用的空位，空位最好是靠近出口的，這樣給調度車輛帶來方便。

圖1 停車庫的組合形式

以兩層五個停車位為例來說明車輛的存取方式和整個過程。下層的F位是空位，在存取車的過程中，D和E車位的下停車板可以分別向右或左移動，在A、B、C車位的上停車板做垂直升降運動。假設現在A號車位為空，如欲把車停在A號車位，動作順序如下：首先將D停車板左移至F位置，然后A停車板垂直下降，將車開到A停車板上，車輛停穩并且座駕人員離開后A停車板垂直上升到原位置，停車過程結束。同樣要將位于A號車位的車取出來，先將車垂直降到D位置，然后開走車輛，取車過程結束。其他停車位的存取車過程依此原理類推[4,5]。

這里舉例的是很簡單的兩層立體停車庫，而且車位容量很少，當增加停車庫的層數和停車容量后，如何高效的工作成為整個停車庫的關鍵所在，所以在這種情況下就要利用最優化的原理來設計，真正做到快速、高效、安全和穩定。在存取車的過程中，所有電機的動作都由可編程控制器（PLC）來控制，根據實際情況設計相應的程序即可[6]。

2.2 無線遙控組件TWH9236和TWH9238

無線遙控組件主要是完成信號的發射和接收任務，從而達到自動調度的目的。本裝置采用的是一套微型化多通道無線遙控組件，它包括一個微波發射機TWH9236和一個與發射機對應編碼并調試好的接收模塊TWH9238。該組件采用較高的頻率和數字編碼技術，具有體積小、耗電省、可靠性高和保密性強等諸多優點。同時，擁有自編碼多達32萬，即在32萬套設備中不會重復解調。最主要的是，該組件的發射接受有效工作距離大于30米，最遠可達500m。這使得車庫管理人員可以方便地控制車輛的調度。另外，在安裝使用時無需調制，使設計人員在開發和應用時更加方便[7]。

發射模塊TWH9236和接收模塊TWH9238的外形見圖2。TWH9236體積小，可以方便地穿在鑰匙扣上隨身攜帶，俗稱鑰匙發射機，它外形尺寸為mm，重30克，載波工作頻率260～270MHz，整機工作電流在6mA以下，由于本發射機不按鍵時不耗電，按鍵也工作在點發狀態，所以非常省電。無線接收模塊TWH9238把微型天線、接收放大以及整形解碼等電路封裝在一起，共有7根引線，有A、B、C、D及IO端共5個解碼信號輸出端,輸出電平為4～5V，電流約2mA。其中IO端為解碼有效非鎖存輸出，余下為4位數據鎖存輸出，與4位發射模塊上的4位按鍵相對應。

圖2 遙控組件外形圖

2.3 遙控實現方案

當有車輛需要存放或者需要取走時，由管理人員根據停車者的憑證，確定車輛對象，然后通過上位機的監控核對無誤后，選擇某車位的調度方案，在密碼鎖的發射機TWH9236上按下相應的密碼編碼，當密碼鎖的接收機TWH9238接收到信號后，閉合PLC相對應的輸入點，由PLC程序控制各個電機的運動，從而可以順利的完成任務[8]。

本系統采用OMRON公司的CPM1A小型PLC作為主控制器。它是一個具有最多40點內部I/O端口，包括同步脈沖控制，中斷輸入，模擬量設定和時鐘功能的小巧單元器件。可以通過自帶的RS－232C端口與上位機的進行通訊。本系統中將PLC的輸出端口與各個電機的輸入繼電器端分別相連，PLC的輸入端口與前端繼電器相連，當遙控組件產生一個信號后，使得相應的前端繼電器閉合，給PLC輸入端的相應端口置高電平，從而運行相應程序，完成控制。

在系統的實現過程中有兩點值得注意。首先是前端繼電器開關和PLC的輸入端口間的信號匹配問題。PLC的輸入電壓要求是交流100～240V或直流24V，所以前端繼電器電路的輸出應該與該電壓值匹配，否則將不能使PLC正常工作，如果沒有這種輸出規格的，還要增加適當的電壓匹配電路。第二點就是在調度過程中，一定要考慮動作間的銜接問題，否則會造成調度的不穩定和造成危險。由于在調度某輛車的過程中，可能過程比較復雜，時間比較長，故相對調度的動作多，當前一個動作還沒完全完成之前，不能執行下一個動作，這點就需要在軟件編制時充分考慮動作間的延時問題。

3 軟件設計

以兩層5個車位的停車庫為例，說明編程的思路。假如車庫已經停滿了車，現在要求將A車位的車調出來。根據存取車的規則，調度的過程為：先將D位置的車向右平移到F位置，然后將A車位的目標車垂直下降到D位置，再將B車位的車調到原來的A車位，然后將F位置的車垂直往上升到B位置，最后將D車位的目標車相右平移到F位置，調車結束。這里雖然成功將目標車調了出來，而且算是最優化的調車方案，但同時也破壞了D、B位置原來車的停放，在此次調車過程中就把原來停放在D、B位置的車分別放到了B、A位置，這樣會影響后續車的調度。所以還要將這輛兩車調整到原來的位置[9]。

系統的軟件主要由兩個主要方面構成。一是用于監控部分的上位機界面，采用工業組態軟件MCGS來開發，操作系統是Windows XP，其界面是整個停車庫的實時動態情況，用動畫來顯示。可以形象的模擬停車庫運行和車位調度的的整個過程，便于工作人員監控。同時具有存取車輛的歷史記錄、停車時間和繳費情況等信息的保存、查詢等功能。實現智能化信息管理。

另一部分是PLC的程控制序，采用歐姆龍CPM1A型PLC的配套軟件平臺SYSMAC－CPT（Windows版本）進行開發。該軟件可以方便的在計算機上實現對OMRON SYSMAC C系列的PLC的梯形圖圖形編程，還可以在PLC與計算機通訊狀態下，通過圖形界面進行在線監控、運行和編輯工作。

SYSMAC－CPT軟件的界面如圖3所示，在菜單中選擇Ladder則進入梯形圖編程環境，它還提供語句表編程，可以通過菜單中的VIEW選項選擇“Programeditors”，然后選擇“Mnemonics”來進入語句表編程。在梯形圖編程狀態下，程序以梯形圖的形式顯示，在語句表編程狀態下，程序以語句表形式表示。兩者程序可以互相轉換。

圖3 SYSMAC－CPT軟件平臺工作區主界面

根據前面介紹的存取車的方式，可以知道編制的程序中，最主要的是要考慮各個動作間的協調和先后次序，這里主要體現在程序中延時部分。在梯形圖中，我們首先要定義好各個輸入輸出繼電器的編號和功能，然后選擇定時器模塊完成調度的各個動作時間間隔的控制，在停車位較多的情況下，各個繼電器和定時器的連鎖是比較復雜的[10]。

4 結束語

本文提出了一種智能立體停車庫控制系統的設計方案和實現方法。在實際的設計過程中可以根據實際情況進行容量和空間上的擴充。遙控組件可提供最多16位的編碼可以很好的滿足保密的需要，長達500m的距離使遙控得心應手。智能化的車位調度策略提高了停車庫運行的效率，上位機的實施動態監控，為管理者提供了方便。同時還有一系列相應的安全保護措施，滿足安全性的要求。本系統的應用能夠有效地解決城市停車難的問題，具有推廣價值。

[1]國家機械工業局.升降橫移類機械式停車設備[S].北京:國家機械工業局,1999.

[2]付翠玉,關景泰.立體車庫發展的現狀與挑戰[J].機械設計與制造,2005,(9):156-157.

[3]周雪松,田密,馬幼捷,等.多層循環型立體車庫控制系統[J].起重運輸機械,2009(5):58-61.

[4]張廣明,李果,朱煒.機電系統PLC控制技術[M].國防工業出版社:北京,2009.

[5]鄭寶舉,袁永康,員超.智能立體停車庫控制系統的設計與實現.[J]計算機測量與控制2003.11(6):426-429.

[6]周雪松,田密,馬幼捷,馬云斌,王輝,等.智能化立體車庫存取優化控制策略的研究[J].制造業自動化,2008,(10):29-34.

[7]唐義清,譚善文,唐義龍,等.基于單片機控制的機械式立體庫[J].機械工程與自動化,2006,(2):3l-35.

[8]李波,李國棟,薛興國.PLC 在立體汽車庫控制系統中的應用[J].機電工程,2008,25(11):72-74,90.

[9]王焱玉,秦展田.PLC 在升降橫移立體停車庫控制中的應用[J].桂林航天工業高等專科學校學報,2007(3):27-28.

[10]程懷舟,巫世晶.多層升降橫移式立體車庫控制系統的設計[J].起重運輸機械,2004,(7):13-16.