一種立體停車場(chǎng)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 甜 鐘旭東

（贛州金環(huán)磁選設(shè)備有限公司，江西 贛州341000）

0 引言

世界各大中城市汽車的擁有量急劇增加，使城市出現(xiàn)了嚴(yán)重的停車難題。作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施--向空間、向高層發(fā)展的自動(dòng)化立體停車設(shè)備，以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價(jià)比高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。本文設(shè)計(jì)了一種升降橫移式智能立體停車庫(kù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

1 升降橫移式立體車庫(kù)機(jī)械結(jié)構(gòu)

升降橫移式立體車庫(kù)主要由結(jié)構(gòu)框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)六大部分組成。升降橫移類機(jī)械停車庫(kù)利用托盤移位產(chǎn)生垂直通道，實(shí)現(xiàn)高層車位升降存取車輛。其車位結(jié)構(gòu)為2維矩陣形式，可設(shè)計(jì)為多層和多列。現(xiàn)以典型的地上3×3升降橫移式為例，說(shuō)明停車庫(kù)的運(yùn)行原理。車庫(kù)車位示意圖如圖1所示。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:一層只能平移,二層即可平移又能升降,三層只能升降,一層二層各有一個(gè)空位。當(dāng)一層車位進(jìn)出車時(shí),不需移動(dòng)其他托盤就可直接進(jìn)行進(jìn)出車處理。當(dāng)二、三層車位進(jìn)出車時(shí),首先要判斷其對(duì)應(yīng)的下方位置是否為空,不為空時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理,至到下方為空才可進(jìn)行下降動(dòng)作到達(dá)一層,進(jìn)行進(jìn)出車處理,進(jìn)出車畢后再上升回到原位置。它運(yùn)動(dòng)的總原則是:升降復(fù)位,平移不復(fù)位。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1 立體停車庫(kù)車位示意圖

系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示。

PLC采用了以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，集微機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)為一體，可靠性強(qiáng)、性價(jià)比高、設(shè)計(jì)緊湊、擴(kuò)展性好、操作方便，適用于頻繁啟動(dòng)和惡劣的環(huán)境，因此在立體停車庫(kù)控制系統(tǒng)中通常采用PLC作為電控系統(tǒng)的核心，該控制系統(tǒng)選擇西門子S7-300作為主控單元。控制系統(tǒng)信號(hào)以開(kāi)關(guān)量輸入輸出為主，電路簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境要求不高，憑PLC本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此可不必再另外增加其他抗干擾措施。PLC是車庫(kù)控制系統(tǒng)的核心，其操作大致分為3類：以故障診斷和處理為主的操作、聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)狀況的數(shù)據(jù)I/O操作、執(zhí)行用戶程序和服務(wù)與外部設(shè)備的命令操作。

圖2 控制系統(tǒng)硬件總體框圖

2.1 控制系統(tǒng)輸入分析

（1）傳感器。包括光電傳感器、行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等。

（2）觸摸屏。觸摸屏是控制系統(tǒng)的操作界面，應(yīng)該設(shè)有車位選擇、啟動(dòng)/停止、急停、復(fù)位、自動(dòng)/點(diǎn)動(dòng)切換等控制按鈕。

2.2 控制系統(tǒng)輸出分析

（1）左右橫移電機(jī)。載車板的左右平移由電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。

（2）垂直提升電機(jī)。載車板和各庫(kù)位均裝有鏈輥，由鏈輥電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車的入庫(kù)和出庫(kù)。

（3）防墜裝置。當(dāng)中間層或頂層載車板停放完畢后，為防止載車板墜落，在相應(yīng)的位置裝有防墜裝置，由電磁鐵驅(qū)動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉。

（4）車庫(kù)的指示設(shè)備。運(yùn)行燈、報(bào)警燈和警鈴。車庫(kù)中有車位動(dòng)作時(shí)，運(yùn)行燈亮，提醒人員注意；當(dāng)出現(xiàn)緊急狀態(tài)時(shí)，報(bào)警燈閃爍，同時(shí)警鈴響起。

2.3 安全檢測(cè)系統(tǒng)

（1）延時(shí)保護(hù)：當(dāng)車停不進(jìn)設(shè)備時(shí)，設(shè)備將自動(dòng)停止任何操作，處于保護(hù)狀態(tài)。

（2）緊急停止裝置：設(shè)置緊急制動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，能使停車設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）車輛有無(wú)檢測(cè)。為了判斷載車板上是否存有車輛，每個(gè)載車板上應(yīng)安裝檢測(cè)車輛有無(wú)的傳感器。

（4）準(zhǔn)確定位檢測(cè)。為了保證載車板是否運(yùn)動(dòng)到指定位置，應(yīng)在相應(yīng)的車位上安裝檢測(cè)載車板是否升降或橫移到位的檢測(cè)裝置。

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是完成自動(dòng)存、取車操作和運(yùn)行中故障處理操作，是由主程序、自動(dòng)功能子程序、手動(dòng)功能子程（序組成。其中手動(dòng)功能子程序是在系統(tǒng)檢修維護(hù)或急停后應(yīng)用，選擇上、下、左、右按鈕使車位移動(dòng)到指定位置。

3.1 軟件設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的處理

掉電保護(hù)。所使用的狀態(tài)元件、定時(shí)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均采用電池后備的元件。當(dāng)?shù)綦姇r(shí)保存現(xiàn)場(chǎng)信息,待上電后繼續(xù)完成被中斷的動(dòng)作。

故障處理。當(dāng)隅到電氣或機(jī)械故障時(shí),軟件按超時(shí)方式進(jìn)行判斷并啟動(dòng)聲光報(bào)警,轉(zhuǎn)入半自動(dòng)方式即可進(jìn)行故障處理。

急停處理。當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí),可按下急停按鈕,終止正在進(jìn)行的動(dòng)作。PC對(duì)急停也按掉電處理,并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)斷點(diǎn)信息。

3.2 車輛調(diào)度系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的核心是存取車控制，存取車控制算法的優(yōu)劣直接影響存取車的可靠性和效率。根據(jù)立體車庫(kù)的使用要求，存車操作分為自動(dòng)存車和叫位存車2種方式，而取車操作只有叫位取車方式。自動(dòng)存車控制由控制系統(tǒng)根據(jù)存車路線最優(yōu)原則自動(dòng)確定存車的車位號(hào)，叫位存車和叫位取車控制均為對(duì)指定的車位進(jìn)行存取車操作，其關(guān)鍵是根據(jù)車位移動(dòng)的最優(yōu)路徑，建立下行通道，確保高效存取車輛。車庫(kù)層數(shù)用i（1≤i≤n）表示，列數(shù)用j（1≤j≤m）表示，車位號(hào)用aij表示，其中包括空位。

對(duì)于某空車位進(jìn)行存取車操作時(shí)，須對(duì)其以下各層車位進(jìn)行相應(yīng)的橫移操作，使該車位所在列的以下各層車位均為空位，建立該車位的下行通道，進(jìn)行存取車操作。采用路徑最優(yōu)原則，即建立下行通道的時(shí)間最短，或者建立下行通道時(shí)橫移的車位數(shù)最少，則選擇的空車位aij應(yīng)滿足

其中，kh為第h行空位所在的列數(shù)。選擇的空車位所在的層數(shù)i、列數(shù)j需同時(shí)滿足公式(1)、(2)2個(gè)條件,自動(dòng)選擇車位時(shí)，應(yīng)先選擇低層的車位存車。

［1］廖常初.S7-300 PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

［2］陳瑞陽(yáng).工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

［3］閏宏偉,潘宏俠.立體停車庫(kù)在中國(guó)的發(fā)展前景[J].建筑機(jī)械化,2004:49-51.