基于MCGS的升降橫移式立體車庫人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳元?jiǎng)P 尹凱

摘 ? 要：近年來，隨著私家車輛的普及化，我國車輛的保有量每年呈飛速上升的趨勢，然而停車位的建設(shè)步伐卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于車輛增長的速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前至少有著5000萬個(gè)停車位的缺口，因此大力建設(shè)停車位尤其是發(fā)展高空間利用率的立體停車庫勢在必行。針對目前越來越嚴(yán)重的車位短缺現(xiàn)象，本文從升降橫移式立體車庫的工作原理以及人機(jī)系統(tǒng)角度出發(fā)，基于工控組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)了立體車庫的人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)存取的過程監(jiān)視和操縱。經(jīng)運(yùn)行調(diào)試，該系統(tǒng)可以有效而穩(wěn)定地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：立體車庫 ?組態(tài)軟件 ?MCGS ?PLC ?人機(jī)系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0034-03

Abstract：Recently，with the popularization of private cars，the number of vehicles in our country has been increasing rapidly every year.But the pace of parking space construction lags far behind the growth rate of vehicles.According to the statistics，our country lacks 50million parking spaces.Therefore，it is imperative to build parking lots，especially the stereo garage.In order to solve the serious shortage of parking ?spaces，this paper starts from the working principle of the lifting and transferring parking garage and Man-machine system，realized the design of man-machine system of then lifting and transferring stereo garage based on MCGS.Besides，the design realized the monitoring function of automatic storage.According to the phenomenon of debugging，the system operate effectively and stably.

Key Words：Stereo garage;Configuration software;MCGS;PLC;Man-machine system

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，汽車的保有量逐年增加[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2016年年底，我國機(jī)動(dòng)車保有量已經(jīng)突破3億輛，其中汽車達(dá)2億輛，隨之而來的則是車位短缺現(xiàn)象變得越來越嚴(yán)重[2]，從而使得大量的車輛停放在道路兩側(cè)及公共區(qū)域，進(jìn)而加劇了城市道路擁堵的問題[3]。立體車庫是一種充分利用車位與地面之間的垂直空間，并結(jié)合機(jī)械、電氣工程設(shè)備以及控制系統(tǒng)來存取車輛的重要裝置。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，立體車庫已成為解決城市停車難題的最佳解決方案，也是解決城市道路擁堵問題的有效利器[4]。

1 ?升降橫移式立體車庫結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 車庫結(jié)構(gòu)

升降橫移式立體車庫適應(yīng)性較強(qiáng)，可以配置的車位較多，并且每個(gè)車位均對應(yīng)一個(gè)載車板，所需存取車輛的載車板通過升降、橫移運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到地面或者高層。

升降橫移式立體車庫主要由多層結(jié)構(gòu)框架構(gòu)成[5]，在框架上每層均設(shè)置有橫向?qū)к墸瑢?dǎo)軌上設(shè)置有多個(gè)可以沿導(dǎo)軌移動(dòng)的載車架，每個(gè)載車架又對應(yīng)一臺橫移電機(jī)，通過橫移電機(jī)并借助導(dǎo)軌上載車架可以實(shí)現(xiàn)車位的橫向移動(dòng)[6];在載車架的一端的橫梁上又安裝有升降電機(jī)和減速器，通過鏈輪和鏈條帶動(dòng)傳動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)車位的垂直升降;此外，在載車架上設(shè)計(jì)有防墜掛鉤，用于懸掛載車板，防墜掛鉤由電磁鐵和復(fù)位彈簧控制它的彈出與復(fù)位[7]。

升降橫移立體車庫的優(yōu)點(diǎn)就在于它的每個(gè)車位可以獨(dú)立、自由地動(dòng)作，從而大大提高了工作效率，縮短了存取車的時(shí)間。

1.2 工作原理

立體車庫為多層多列的布置形式，為了保證每一個(gè)車位都能夠順利地降至地面，需在除了頂層以外的所有層都要設(shè)置一空位，用于車位的移動(dòng)交換[8]。若要使用高層車位，則通過低層車位的平移運(yùn)動(dòng)即可以形成一條升降的通道，高層車位便可自由升降[9]，如圖1所示。

車輛出入庫需按如下步驟工作：

（1）如車輛需進(jìn)出底層車位直接出入即可;

（2）如車輛需進(jìn)出高層車位（如圖1中6號位），則必須將其下方7、8、9號位向左平移至空位中，形成一條可以至底層的通道，再通過升降機(jī)構(gòu)垂直升降;

（3）垂直升降結(jié)束后，其下方車位自動(dòng)移動(dòng)回初始位置狀態(tài)。

2 ?立體車庫人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)立體車庫系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器PLC下位機(jī)控制結(jié)合上位機(jī)監(jiān)視的經(jīng)典控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[10]，由下位機(jī)就地采集傳感器、行程開關(guān)信號，并利用組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的人機(jī)交互，方便監(jiān)控與管理[11]。

2.1 創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變量

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)變量的中心，也是一個(gè)MCGS系統(tǒng)工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成一個(gè)有機(jī)的整體。不同類型和名稱的數(shù)據(jù)變量，可以作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對象[12]。

立體車庫人機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)車位需定義2個(gè)數(shù)值型移動(dòng)變量、4個(gè)開關(guān)型方向變量、1個(gè)開關(guān)型車位狀態(tài)標(biāo)志量、2個(gè)開關(guān)型出入指令變量、1個(gè)開關(guān)型就位變量。立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)中共需定義130個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變量。

2.2 動(dòng)畫界面設(shè)計(jì)

立體車庫動(dòng)畫界面設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：立體車庫動(dòng)畫界面設(shè)計(jì)、控制界面設(shè)計(jì)。

其中，立體車庫動(dòng)畫界面設(shè)計(jì)一套3層4列的框架結(jié)構(gòu)，并設(shè)置13個(gè)立體車位，其中第二列除頂層有車位外其余為空位;此外在控制界面中，每個(gè)車位均對應(yīng)一個(gè)車輛入庫、出庫控制按鍵以及一盞紅綠車位指示燈，共計(jì)26個(gè)控制按鍵，13盞狀態(tài)指示燈[13-14]，如圖2所示。

2.3 運(yùn)行策略編輯

MCGS中的運(yùn)行策略是用戶為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行流程自由控制所生成的功能塊的總稱，主要完成工程運(yùn)行流程的控制，包括編寫控制程序（if..then腳本程序）、選用各種功能構(gòu)件，如數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。MSGS又把運(yùn)行策略分為啟動(dòng)策略、退出策略、循環(huán)策略、用戶策略、報(bào)警策略等7種，每種策略都由一系列功能模塊所組成，通過對不同模塊的調(diào)用或者編寫用戶腳本程序來實(shí)現(xiàn)各種功能[15]。

MCGS用戶腳本程序是一種需要在特定策略中運(yùn)行的程序，用戶通過編程完成特定操作和處理，其編程語法類似于Basic語言。通過對系統(tǒng)運(yùn)行策略腳本程序的編輯，可以實(shí)現(xiàn)對該立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)。

以6號位停車為例，結(jié)合其工作原理，車輛入庫的MCGS循環(huán)腳本控制程序如下：

IF B6=0 THEN ? ? ? ? ? ? ? ? '6號位空閑'

IF K6=1 THEN ? ? ? ? ? ? ? ? '6號位有停車指令'

IF LEFT6=1 THEN

SP7=SP7-1 ? ? ? ? ? ? ? ?'789號位左移'

SP8=SP8-1

SP9=SP9-1

IF SP9<=-20 THEN

LEFT6=0

DOWN6=1

ENDIF

ENDIF

IF DOWN6=1 THEN ? ? ? ? ?'6號位下移'

CZ6=CZ6+1

IF CZ6>=40 THEN

DOWN6=0

ENDIF

ENDIF

IF CAR=1 THEN ? ? ? ? ? ? ?'車輛就位'

UP6=1

CAR=0

ENDIF

IF UP6=1 THEN ? ? ? ? ? ? ?'6號位上移'

CZ6=CZ6-1

IF CZ6<=0 THEN

UP6=0

RIGHT6=1

ENDIF

ENDIF

IF RIGHT6=1 THEN ? ? ? ? ? ?'789號位右移'

SP7=SP7+1

SP8=SP8+1

SP9=SP9+1

IF SP9>=0 THEN

RIGHT6=0

K6=0

B6=1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? '6號位占用'

ENDIF

ENDIF

ENDIF

ENDIF

2.4 運(yùn)行調(diào)試

運(yùn)行該立體車庫人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行環(huán)境，通過操縱入庫停車按鍵使車輛全部入庫并占用全部車位，該人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。

3 ?結(jié)語

穩(wěn)定而可靠人機(jī)交互系統(tǒng)是整個(gè)升降橫移式立體停車庫系統(tǒng)正常工作的核心[16]，它起到監(jiān)視系統(tǒng)整體工作情況以及控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的作用，操作者能夠方便而快捷地了解整體車庫的運(yùn)行狀態(tài)，大幅度地提高了車庫控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠在組態(tài)運(yùn)行環(huán)境中方便地操縱控制立體車位工作運(yùn)行。但是該人機(jī)系統(tǒng)仍缺少車輛信息采集功能、車輛就位報(bào)警等功能，實(shí)際應(yīng)用性能還有待提高。

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