摘要：為了解決目前的傳統(tǒng)車庫存取時間長、耗電量大、管理維護費用較高的瓶頸問題，在研究現(xiàn)有傳統(tǒng)車庫的種種不足基礎(chǔ)之上，借鑒鏈傳動托盤和升降梯式車庫結(jié)構(gòu)，提出一種同時有多輛車存取的多進程立體車庫方案，所研究的車庫三層結(jié)構(gòu)所有獨立單元能與升降電梯配合工作；該車庫控制基于西門子S7-200CPU，配合使用定位模塊。通過觸摸屏及刷卡器實現(xiàn)對立體車庫進行實時管理與控制。本文介紹了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制實現(xiàn)方法，通過測試結(jié)果表明，該車庫最大存取時間小于90秒，優(yōu)于現(xiàn)有車庫。

關(guān)鍵詞：多進程；立體車庫；西門子S7-200；

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0引言

隨著我國汽車工業(yè)和各大城市經(jīng)濟的迅速發(fā)展，越來越多的家庭擁有私家車，各大城市相繼出現(xiàn)了停車困難的尷尬狀況。有限的停車空間已無法應對汽車數(shù)量的增長。解決停車難這一問題有助于城市經(jīng)濟發(fā)展，然而國內(nèi)市場上現(xiàn)有的一些立體機械停車設(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)也嚴重限制存取車時間。垂直提升式設(shè)備安全性要求加工安裝精度要求很高，導致投資要求較高。對立體車庫進一步分析研究后，發(fā)現(xiàn)獨立單元管理，高效、多進程、合理地管理獨立單元是解決立體車庫相關(guān)問題的關(guān)鍵所在。

1升降式多進程立體車庫結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1升降式多進程立體車庫結(jié)構(gòu)

該立體車庫由機械和控制兩個部分組成。立體車庫機械部分主要由出入車庫通道及載車電梯裝置、出入車位運載小車、鋼筋混凝土車位、安全保護裝置等組成，主要實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)運和存儲功能.所研究立體車庫結(jié)構(gòu)分三層，每層設(shè)有6個車位，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。每個車位配備獨立的運載小車。

圖1升降式多進程立體車三維模型

1.2升降式多進程立體車庫工作原理

當用戶需要存車時，用戶在入口處先進行刷卡，通過顯示屏提示選擇存儲車位，如果所選車位位于二層或三層，則升降電梯啟動，當升降電梯運行到所選車位時，對應的車庫的光電接收端接收到升降電梯發(fā)送出的光電信號之后，控制系統(tǒng)將此信息通過無線通信中控機將命令發(fā)送給所選泊位內(nèi)置的運載小車，所選泊位內(nèi)置的運載小車經(jīng)泊位橫向軌道、運載通道的縱向軌道移動到升降電梯的軌道上，升降電梯運行至入口處，用戶將車輛駛到運載小車上，當預存車輛正確停放后，經(jīng)停車位置檢測系統(tǒng)檢測成功后綠色指示燈點亮，提示用戶下車，通過按動觸摸屏上升降電梯升起按鈕后，運載小車及預存車輛被升降電梯送至預存儲層，運載小車承載著預存車輛駛離升降電梯，駛?cè)朐搶舆\載通道的縱向軌道，運載小車通過本體攜帶的行車位置檢測傳感器判斷當前位置，當行至泊車位時，小車停止前進，并準確停止轉(zhuǎn)向位，在小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的作用下，小車實現(xiàn)90度轉(zhuǎn)向，并沿橫向軌道進入泊車位，實現(xiàn)一次存車作業(yè)；如用戶選擇將車輛存入一層車庫，將省去升降電梯的提升作業(yè)，直接調(diào)取運載小車進行儲車作業(yè)。提車作業(yè)與儲車作業(yè)相反，當用戶需要提車時，用戶在入口處進行刷卡，用戶界面便會顯示用戶信息，包括卡號信息、存車時間、存車位置、取車時間、單價以及收費金額等信息，用戶繳納費用以后，控制系統(tǒng)控制升降臺到達車輛所在位置，目標車庫內(nèi)載有車輛的運載小車運行至升降臺上，系統(tǒng)控制升降臺運行至入口處，完成一次提車作業(yè)。此為一個升降電梯工作原理，在本立體車庫中具有多個可同時操控且互不影響的升降電梯，可在上一臺升降電梯工作的同時，另外閑置的升降電梯對下一輛需要存取的車輛進行操作，大大提高存車的效率。

2升降式多進程立體車庫控制系統(tǒng)

2.1升降式多進程立體車庫設(shè)計方案

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

車庫內(nèi)部的控制箱包括控制系統(tǒng)核心控制器，車庫內(nèi)運車電梯運行位置檢測、電機控制電路、無線通信電路等；可以實時檢測車庫是在存車、取車或者是等待任務(wù)時期。同時可以獲取車庫內(nèi)運車電梯的具體位置以及運行狀況，以及將整個信息通過通信傳送給地面監(jiān)測系統(tǒng)。

地面監(jiān)控系統(tǒng)包括人機交互界面、車庫電梯運行狀況顯示、以及通信電路。通過通信電路獲取由控制箱發(fā)來的電梯運行具人情況并進行顯示及分析。

圖2升降式多進程立體車庫控制系統(tǒng)方案

2.2控制系統(tǒng)核心的選擇

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

升降式多進程立體車庫控制系統(tǒng)的控制核心主要作用是通過地面監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)來的信息，利用位置檢測傳感器的反饋信息來控制電機以實現(xiàn)車庫里電梯的存車和取車過程，該任務(wù)可以通過單片機、PLC或是結(jié)合計算機來控制都可以很好的完成。但該任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，安全可靠。由于PLC可靠性高、抗干擾能力強、功耗低、

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

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

2.3控制系統(tǒng)的組成框架

圖3升降式多進程立體車庫控制系統(tǒng)方案

PLC主要實現(xiàn)的是對三組電機的正反轉(zhuǎn)控制和對接近開關(guān)信號的處理，以及于上位機的通信。PLC等待上位機位置信息，然后動作；接近開關(guān)將接收回來的各個位置信息傳給PLC。系統(tǒng)的路徑規(guī)劃是由上位機端算法實現(xiàn)的，也就是說在存車時，上位機通過內(nèi)部算法規(guī)劃最優(yōu)路徑，并將路徑信息傳給PLC執(zhí)行運動指令。通過接近開關(guān)的位置信息用作運動指令的節(jié)點和路徑數(shù)據(jù)的監(jiān)控、記錄。從而完成模型試驗的動作過程，為后續(xù)開發(fā)提供物理模型和設(shè)計參考。

3控制系統(tǒng)的軟件流程及上位機軟件設(shè)計

3.1控制系統(tǒng)的軟件流程

根據(jù)項目方案要求，本次設(shè)計實現(xiàn)的功能是系統(tǒng)自動實現(xiàn)立體車庫取車存車任務(wù)，并且保證完成以下指標，包括位置精度、存車取車最優(yōu)化時間等。

在升降式多進程立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計中電機控制分為兩個部分，第一個部分包括電梯廂升降控制電機、電梯移動電機和存車或者取車的托盤控制電機。第二部分便是存車或者取車的時候車庫里的電機。

在控制第一部分電機的時候，PLC是通過控制繼電器的通斷來控制電機的正反轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)電梯的運轉(zhuǎn)和存車取車的運行。

第二部分的電機控制是通過控制光電發(fā)射小燈加上光電對管電路的設(shè)計，從而實現(xiàn)車庫里的電機運轉(zhuǎn)。

圖4控制系統(tǒng)程序流程圖

3.2升降式多進程立體車庫上位機軟件設(shè)計

在本控制系統(tǒng)中，將采用VB進行上位機的開發(fā)，在VB環(huán)境下PC機利用RS485實現(xiàn)與PLC間的通訊，從而對下位機的指令發(fā)布，同時時刻獲取下位機信息。將采集得到的數(shù)據(jù)進行動態(tài)跟蹤的顯示、分析、繪制曲線及數(shù)據(jù)存儲。該上位機所實現(xiàn)的功能主要有三點：一是實時數(shù)據(jù)顯示界面，即下位機存車取車運行狀態(tài)實時顯示；二是可以查詢歷史數(shù)據(jù)，并可以對歷史數(shù)據(jù)進行處理；三是用戶需求任務(wù)執(zhí)行。

在上位機也就是PC與PLC通信過程中，上位機要實時顯示立體車庫里面的運轉(zhuǎn)現(xiàn)狀，包括車庫目前存車數(shù)量，各存車車輛存車時間以及正在存車的客戶資料等。

圖5車輛存儲狀態(tài)顯示

本設(shè)計在界面設(shè)計中車庫存車狀態(tài)使用色彩分別，即車庫中沒有車輛的時候用一個灰色的小車表示，當車庫中存有車輛時用彩色的小車表示。這樣就可以很明顯的分別車庫中車輛存儲狀態(tài)。

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

圖6設(shè)計界面

4總結(jié)

由于我國社會經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對資源的需求量在不斷的增大，存車問題在我國越來越讓人難以處理。升降式多進程立體車庫為解決這一問題提供一種可行的方案。

本論文在詳細了解了項目方案內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過同國內(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。采用多對象群控技術(shù)，在運行狀態(tài)下可對多個停車單元同時同步控制，為多輛小車同時提供停車服務(wù)；并研制可通過無線傳輸方式實現(xiàn)與總的控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，具有運行、轉(zhuǎn)向功能的運載小車，豐富立體車庫的結(jié)構(gòu)形式，為快速存取車輛提供了可能；在將現(xiàn)代的無線通信技術(shù)、即充即用的蓄電池充電技術(shù)、多對象的群控技術(shù)及其相關(guān)的通信技術(shù)有機結(jié)合起來，提高了車庫管理與運行的智能化水平的同時，也對車庫結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使得研制的立體車庫具有占地面積小、制造成本低、智能化程度高、存取車倆方便快捷的優(yōu)點。

通過實驗，從理論上驗證了該控制系統(tǒng)的正確性，但這不能說明在實際的應用中不會出現(xiàn)問題。如有機會進行實際實驗，并通過大量的實驗來完善系統(tǒng)，這樣該控制系統(tǒng)才能算是一個真正符合設(shè)計要求的控制系統(tǒng)。

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