摘要：為了解決目前的傳統(tǒng)車庫(kù)存取時(shí)間長(zhǎng)、耗電量大、管理維護(hù)費(fèi)用較高的瓶頸問(wèn)題，在研究現(xiàn)有傳統(tǒng)車庫(kù)的種種不足基礎(chǔ)之上，借鑒鏈傳動(dòng)托盤(pán)和升降梯式車庫(kù)結(jié)構(gòu)，提出一種同時(shí)有多輛車存取的多進(jìn)程立體車庫(kù)方案，所研究的車庫(kù)三層結(jié)構(gòu)所有獨(dú)立單元能與升降電梯配合工作；該車庫(kù)控制基于西門(mén)子S7-200CPU，配合使用定位模塊。通過(guò)觸摸屏及刷卡器實(shí)現(xiàn)對(duì)立體車庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理與控制。本文介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)測(cè)試結(jié)果表明，該車庫(kù)最大存取時(shí)間小于90秒，優(yōu)于現(xiàn)有車庫(kù)。

關(guān)鍵詞：多進(jìn)程；立體車庫(kù)；西門(mén)子S7-200；

中文分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

0引言

隨著我國(guó)汽車工業(yè)和各大城市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的家庭擁有私家車，各大城市相繼出現(xiàn)了停車?yán)щy的尷尬狀況。有限的停車空間已無(wú)法應(yīng)對(duì)汽車數(shù)量的增長(zhǎng)。解決停車難這一問(wèn)題有助于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，然而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上現(xiàn)有的一些立體機(jī)械停車設(shè)備，多以升降橫移式、垂直提升式、巷道堆垛式這幾種立體車庫(kù)類型為主。其中升降橫移式建設(shè)土地利用率卻不高，層數(shù)也嚴(yán)重限制存取車時(shí)間。垂直提升式設(shè)備安全性要求加工安裝精度要求很高，導(dǎo)致投資要求較高。對(duì)立體車庫(kù)進(jìn)一步分析研究后，發(fā)現(xiàn)獨(dú)立單元管理，高效、多進(jìn)程、合理地管理獨(dú)立單元是解決立體車庫(kù)相關(guān)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

1升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)

該立體車庫(kù)由機(jī)械和控制兩個(gè)部分組成。立體車庫(kù)機(jī)械部分主要由出入車庫(kù)通道及載車電梯裝置、出入車位運(yùn)載小車、鋼筋混凝土車位、安全保護(hù)裝置等組成，主要實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)功能.所研究立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)分三層，每層設(shè)有6個(gè)車位，分布在載車電梯裝置的兩側(cè)，載車電梯裝置前后為小車出入通道，中間為升降電梯間，用于提升汽車。每個(gè)車位配備獨(dú)立的運(yùn)載小車。

圖1升降式多進(jìn)程立體車三維模型

1.2升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)工作原理

當(dāng)用戶需要存車時(shí)，用戶在入口處先進(jìn)行刷卡，通過(guò)顯示屏提示選擇存儲(chǔ)車位，如果所選車位位于二層或三層，則升降電梯啟動(dòng)，當(dāng)升降電梯運(yùn)行到所選車位時(shí)，對(duì)應(yīng)的車庫(kù)的光電接收端接收到升降電梯發(fā)送出的光電信號(hào)之后，控制系統(tǒng)將此信息通過(guò)無(wú)線通信中控機(jī)將命令發(fā)送給所選泊位內(nèi)置的運(yùn)載小車，所選泊位內(nèi)置的運(yùn)載小車經(jīng)泊位橫向軌道、運(yùn)載通道的縱向軌道移動(dòng)到升降電梯的軌道上，升降電梯運(yùn)行至入口處，用戶將車輛駛到運(yùn)載小車上，當(dāng)預(yù)存車輛正確停放后，經(jīng)停車位置檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)成功后綠色指示燈點(diǎn)亮，提示用戶下車，通過(guò)按動(dòng)觸摸屏上升降電梯升起按鈕后，運(yùn)載小車及預(yù)存車輛被升降電梯送至預(yù)存儲(chǔ)層，運(yùn)載小車承載著預(yù)存車輛駛離升降電梯，駛?cè)朐搶舆\(yùn)載通道的縱向軌道，運(yùn)載小車通過(guò)本體攜帶的行車位置檢測(cè)傳感器判斷當(dāng)前位置，當(dāng)行至泊車位時(shí)，小車停止前進(jìn)，并準(zhǔn)確停止轉(zhuǎn)向位，在小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的作用下，小車實(shí)現(xiàn)90度轉(zhuǎn)向，并沿橫向軌道進(jìn)入泊車位，實(shí)現(xiàn)一次存車作業(yè)；如用戶選擇將車輛存入一層車庫(kù)，將省去升降電梯的提升作業(yè)，直接調(diào)取運(yùn)載小車進(jìn)行儲(chǔ)車作業(yè)。提車作業(yè)與儲(chǔ)車作業(yè)相反，當(dāng)用戶需要提車時(shí)，用戶在入口處進(jìn)行刷卡，用戶界面便會(huì)顯示用戶信息，包括卡號(hào)信息、存車時(shí)間、存車位置、取車時(shí)間、單價(jià)以及收費(fèi)金額等信息，用戶繳納費(fèi)用以后，控制系統(tǒng)控制升降臺(tái)到達(dá)車輛所在位置，目標(biāo)車庫(kù)內(nèi)載有車輛的運(yùn)載小車運(yùn)行至升降臺(tái)上，系統(tǒng)控制升降臺(tái)運(yùn)行至入口處，完成一次提車作業(yè)。此為一個(gè)升降電梯工作原理，在本立體車庫(kù)中具有多個(gè)可同時(shí)操控且互不影響的升降電梯，可在上一臺(tái)升降電梯工作的同時(shí)，另外閑置的升降電梯對(duì)下一輛需要存取的車輛進(jìn)行操作，大大提高存車的效率。

2升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)

2.1升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)設(shè)計(jì)方案

升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分組成，一部分是安裝在車庫(kù)內(nèi)部的控制箱，另一部分是地面監(jiān)控系統(tǒng)。

車庫(kù)內(nèi)部的控制箱包括控制系統(tǒng)核心控制器，車庫(kù)內(nèi)運(yùn)車電梯運(yùn)行位置檢測(cè)、電機(jī)控制電路、無(wú)線通信電路等；可以實(shí)時(shí)檢測(cè)車庫(kù)是在存車、取車或者是等待任務(wù)時(shí)期。同時(shí)可以獲取車庫(kù)內(nèi)運(yùn)車電梯的具體位置以及運(yùn)行狀況，以及將整個(gè)信息通過(guò)通信傳送給地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

地面監(jiān)控系統(tǒng)包括人機(jī)交互界面、車庫(kù)電梯運(yùn)行狀況顯示、以及通信電路。通過(guò)通信電路獲取由控制箱發(fā)來(lái)的電梯運(yùn)行具人情況并進(jìn)行顯示及分析。

圖2升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)方案

2.2控制系統(tǒng)核心的選擇

升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的控制核心選擇是至關(guān)重要的，要根據(jù)系統(tǒng)的要求和工作進(jìn)行選擇。

升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的控制核心主要作用是通過(guò)地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的信息，利用位置檢測(cè)傳感器的反饋信息來(lái)控制電機(jī)以實(shí)現(xiàn)車庫(kù)里電梯的存車和取車過(guò)程，該任務(wù)可以通過(guò)單片機(jī)、PLC或是結(jié)合計(jì)算機(jī)來(lái)控制都可以很好的完成。但該任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，安全可靠。由于PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、

維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，而且該控制系統(tǒng)需要控制電機(jī)，PLC控制更加方便。

所以綜合以上各點(diǎn)，最終選擇使用以PLC為核心的控制系統(tǒng)來(lái)完成升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)的控制任務(wù)。

2.3控制系統(tǒng)的組成框架

圖3升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)方案

PLC主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)三組電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制和對(duì)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)的處理，以及于上位機(jī)的通信。PLC等待上位機(jī)位置信息，然后動(dòng)作；接近開(kāi)關(guān)將接收回來(lái)的各個(gè)位置信息傳給PLC。系統(tǒng)的路徑規(guī)劃是由上位機(jī)端算法實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)在存車時(shí)，上位機(jī)通過(guò)內(nèi)部算法規(guī)劃最優(yōu)路徑，并將路徑信息傳給PLC執(zhí)行運(yùn)動(dòng)指令。通過(guò)接近開(kāi)關(guān)的位置信息用作運(yùn)動(dòng)指令的節(jié)點(diǎn)和路徑數(shù)據(jù)的監(jiān)控、記錄。從而完成模型試驗(yàn)的動(dòng)作過(guò)程，為后續(xù)開(kāi)發(fā)提供物理模型和設(shè)計(jì)參考。

3控制系統(tǒng)的軟件流程及上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)的軟件流程

根據(jù)項(xiàng)目方案要求，本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)立體車庫(kù)取車存車任務(wù)，并且保證完成以下指標(biāo)，包括位置精度、存車取車最優(yōu)化時(shí)間等。

在升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電機(jī)控制分為兩個(gè)部分，第一個(gè)部分包括電梯廂升降控制電機(jī)、電梯移動(dòng)電機(jī)和存車或者取車的托盤(pán)控制電機(jī)。第二部分便是存車或者取車的時(shí)候車庫(kù)里的電機(jī)。

在控制第一部分電機(jī)的時(shí)候，PLC是通過(guò)控制繼電器的通斷來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)轉(zhuǎn)和存車取車的運(yùn)行。

第二部分的電機(jī)控制是通過(guò)控制光電發(fā)射小燈加上光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)車庫(kù)里的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖4控制系統(tǒng)程序流程圖

3.2升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

在本控制系統(tǒng)中，將采用VB進(jìn)行上位機(jī)的開(kāi)發(fā)，在VB環(huán)境下PC機(jī)利用RS485實(shí)現(xiàn)與PLC間的通訊，從而對(duì)下位機(jī)的指令發(fā)布，同時(shí)時(shí)刻獲取下位機(jī)信息。將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤的顯示、分析、繪制曲線及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該上位機(jī)所實(shí)現(xiàn)的功能主要有三點(diǎn)：一是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面，即下位機(jī)存車取車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示；二是可以查詢歷史數(shù)據(jù)，并可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；三是用戶需求任務(wù)執(zhí)行。

在上位機(jī)也就是PC與PLC通信過(guò)程中，上位機(jī)要實(shí)時(shí)顯示立體車庫(kù)里面的運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)狀，包括車庫(kù)目前存車數(shù)量，各存車車輛存車時(shí)間以及正在存車的客戶資料等。

圖5車輛存儲(chǔ)狀態(tài)顯示

本設(shè)計(jì)在界面設(shè)計(jì)中車庫(kù)存車狀態(tài)使用色彩分別，即車庫(kù)中沒(méi)有車輛的時(shí)候用一個(gè)灰色的小車表示，當(dāng)車庫(kù)中存有車輛時(shí)用彩色的小車表示。這樣就可以很明顯的分別車庫(kù)中車輛存儲(chǔ)狀態(tài)。

在界面設(shè)計(jì)中存車客戶信息不適用姓名，只使用卡號(hào)。當(dāng)用戶有取車或者存車需求時(shí)，使用自己的卡在刷卡器上刷一下，用戶界面便會(huì)顯示用戶信息，包括卡號(hào)信息、存車時(shí)間、存車位置、取車時(shí)間、單價(jià)以及收費(fèi)金額，并且在界面設(shè)計(jì)中還有存車記錄，記錄有最近客戶存車取車時(shí)間等信息。

圖6設(shè)計(jì)界面

4總結(jié)

由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們對(duì)資源的需求量在不斷的增大，存車問(wèn)題在我國(guó)越來(lái)越讓人難以處理。升降式多進(jìn)程立體車庫(kù)為解決這一問(wèn)題提供一種可行的方案。

本論文在詳細(xì)了解了項(xiàng)目方案內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過(guò)同國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的比較與分析，提出了自己的解決方案。采用多對(duì)象群控技術(shù)，在運(yùn)行狀態(tài)下可對(duì)多個(gè)停車單元同時(shí)同步控制，為多輛小車同時(shí)提供停車服務(wù)；并研制可通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)與總的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，具有運(yùn)行、轉(zhuǎn)向功能的運(yùn)載小車，豐富立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式，為快速存取車輛提供了可能；在將現(xiàn)代的無(wú)線通信技術(shù)、即充即用的蓄電池充電技術(shù)、多對(duì)象的群控技術(shù)及其相關(guān)的通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提高了車庫(kù)管理與運(yùn)行的智能化水平的同時(shí)，也對(duì)車庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使得研制的立體車庫(kù)具有占地面積小、制造成本低、智能化程度高、存取車倆方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，從理論上驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的正確性，但這不能說(shuō)明在實(shí)際的應(yīng)用中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)完善系統(tǒng)，這樣該控制系統(tǒng)才能算是一個(gè)真正符合設(shè)計(jì)要求的控制系統(tǒng)。

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第一作者簡(jiǎn)介：唐杰，1994年11月30日出生，男，籍貫重慶市忠縣新立鎮(zhèn)，大學(xué)本科生。