虞江鋒

YU Jiang-feng

(浙江廣播電視大學(xué) 信息與工程學(xué)院，杭州 310030)

0 引言

隨著生活水平的提高，許多商業(yè)場(chǎng)所和居民小區(qū)的物業(yè)管理實(shí)現(xiàn)了智能化。作為智能小區(qū)，一個(gè)功能齊全，管理方便的智能停車(chē)庫(kù)是必不可少的。隨著城市化進(jìn)程的加快，一些城市的大型購(gòu)物中心、商場(chǎng)越來(lái)越多，在一些郊區(qū)也出現(xiàn)了許多賣(mài)場(chǎng)，這些地方的人流量巨大，如果沒(méi)有一個(gè)高效的停車(chē)庫(kù)管理系統(tǒng)是難以實(shí)現(xiàn)有序的管理。

目前順應(yīng)社會(huì)需求，出現(xiàn)了許多不同類(lèi)型的停車(chē)庫(kù)管理系統(tǒng)。比如在很多住宅小區(qū)中，廣泛使用智能卡管理系統(tǒng)，但是由于許多車(chē)庫(kù)入口及私人住宅臨街建設(shè)，無(wú)法安裝讀卡設(shè)備，而且讀卡系統(tǒng)存在著讀卡距離近、車(chē)輛通過(guò)緩慢、上下班堵車(chē)嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。還有在一些鬧市區(qū)商業(yè)場(chǎng)所中，采用立體停車(chē)庫(kù)，節(jié)省了占地空間，但是大部分還是以人工調(diào)度為主，沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)智能化[1,2]。

針對(duì)目前的各種停車(chē)庫(kù)系統(tǒng)，本文提出了一種基于PLC的智能立體停車(chē)庫(kù)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用，結(jié)合無(wú)線遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一定程度的智能控制，而且易于擴(kuò)展和改進(jìn)。

1 總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)總體上造價(jià)相對(duì)較低、控制方便靈活、運(yùn)行效率高，而且能在有限的城市空間中提供大容量的停車(chē)場(chǎng)所，為城市的交通帶來(lái)便利。

智能立體停車(chē)庫(kù)主要由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)控制，信號(hào)狀態(tài)檢測(cè)，存取車(chē)控制，安全保護(hù)裝置等部分組成。其中電機(jī)的拖動(dòng)控制包括升降電機(jī)控制和橫移傳動(dòng)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)。信號(hào)狀態(tài)檢測(cè)包括提升限位信號(hào)、橫移定位信號(hào)和下降限位信號(hào)等。存取車(chē)控制系統(tǒng)是基于可編程控制器（PLC）的控制，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)傳感器、執(zhí)行器、電機(jī)以及變頻器等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)存取車(chē)過(guò)程。此外還設(shè)有安全保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)限位保護(hù)、防止意外跌落以及電源錯(cuò)斷相保護(hù)等[3]。

2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 停車(chē)庫(kù)的組合方式和車(chē)輛存取方式

立體停車(chē)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成組合式的結(jié)構(gòu)形式，停車(chē)庫(kù)的容量可以根據(jù)實(shí)際需求或停車(chē)場(chǎng)地的大小選取不同的組合方式。這里以?xún)蓪游鍌€(gè)停車(chē)位的停車(chē)庫(kù)作為示意，其組合形式如圖1所示。圖中ABCDE表示5個(gè)停車(chē)位，F(xiàn)是供調(diào)度用的空位，下面就是停車(chē)庫(kù)的出口。實(shí)際運(yùn)營(yíng)的停車(chē)庫(kù)可以根據(jù)要求在空間上再增加層數(shù)，在容量上增加停車(chē)位，但都要留一個(gè)或者兩個(gè)供調(diào)度用的空位，空位最好是靠近出口的，這樣給調(diào)度車(chē)輛帶來(lái)方便。

圖1 停車(chē)庫(kù)的組合形式

以?xún)蓪游鍌€(gè)停車(chē)位為例來(lái)說(shuō)明車(chē)輛的存取方式和整個(gè)過(guò)程。下層的F位是空位，在存取車(chē)的過(guò)程中，D和E車(chē)位的下停車(chē)板可以分別向右或左移動(dòng)，在A、B、C車(chē)位的上停車(chē)板做垂直升降運(yùn)動(dòng)。假設(shè)現(xiàn)在A號(hào)車(chē)位為空，如欲把車(chē)停在A號(hào)車(chē)位，動(dòng)作順序如下：首先將D停車(chē)板左移至F位置，然后A停車(chē)板垂直下降，將車(chē)開(kāi)到A停車(chē)板上，車(chē)輛停穩(wěn)并且座駕人員離開(kāi)后A停車(chē)板垂直上升到原位置，停車(chē)過(guò)程結(jié)束。同樣要將位于A號(hào)車(chē)位的車(chē)取出來(lái)，先將車(chē)垂直降到D位置，然后開(kāi)走車(chē)輛，取車(chē)過(guò)程結(jié)束。其他停車(chē)位的存取車(chē)過(guò)程依此原理類(lèi)推[4,5]。

這里舉例的是很簡(jiǎn)單的兩層立體停車(chē)庫(kù)，而且車(chē)位容量很少，當(dāng)增加停車(chē)庫(kù)的層數(shù)和停車(chē)容量后，如何高效的工作成為整個(gè)停車(chē)庫(kù)的關(guān)鍵所在，所以在這種情況下就要利用最優(yōu)化的原理來(lái)設(shè)計(jì)，真正做到快速、高效、安全和穩(wěn)定。在存取車(chē)的過(guò)程中，所有電機(jī)的動(dòng)作都由可編程控制器（PLC）來(lái)控制，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序即可[6]。

2.2 無(wú)線遙控組件TWH9236和TWH9238

無(wú)線遙控組件主要是完成信號(hào)的發(fā)射和接收任務(wù)，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)度的目的。本裝置采用的是一套微型化多通道無(wú)線遙控組件，它包括一個(gè)微波發(fā)射機(jī)TWH9236和一個(gè)與發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)編碼并調(diào)試好的接收模塊TWH9238。該組件采用較高的頻率和數(shù)字編碼技術(shù)，具有體積小、耗電省、可靠性高和保密性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，擁有自編碼多達(dá)32萬(wàn)，即在32萬(wàn)套設(shè)備中不會(huì)重復(fù)解調(diào)。最主要的是，該組件的發(fā)射接受有效工作距離大于30米，最遠(yuǎn)可達(dá)500m。這使得車(chē)庫(kù)管理人員可以方便地控制車(chē)輛的調(diào)度。另外，在安裝使用時(shí)無(wú)需調(diào)制，使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用時(shí)更加方便[7]。

發(fā)射模塊TWH9236和接收模塊TWH9238的外形見(jiàn)圖2。TWH9236體積小，可以方便地穿在鑰匙扣上隨身攜帶，俗稱(chēng)鑰匙發(fā)射機(jī)，它外形尺寸為mm，重30克，載波工作頻率260～270MHz，整機(jī)工作電流在6mA以下，由于本發(fā)射機(jī)不按鍵時(shí)不耗電，按鍵也工作在點(diǎn)發(fā)狀態(tài)，所以非常省電。無(wú)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(gè)解碼信號(hào)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(shù)據(jù)鎖存輸出，與4位發(fā)射模塊上的4位按鍵相對(duì)應(yīng)。

圖2 遙控組件外形圖

2.3 遙控實(shí)現(xiàn)方案

當(dāng)有車(chē)輛需要存放或者需要取走時(shí)，由管理人員根據(jù)停車(chē)者的憑證，確定車(chē)輛對(duì)象，然后通過(guò)上位機(jī)的監(jiān)控核對(duì)無(wú)誤后，選擇某車(chē)位的調(diào)度方案，在密碼鎖的發(fā)射機(jī)TWH9236上按下相應(yīng)的密碼編碼，當(dāng)密碼鎖的接收機(jī)TWH9238接收到信號(hào)后，閉合PLC相對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)，由PLC程序控制各個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而可以順利的完成任務(wù)[8]。

本系統(tǒng)采用OMRON公司的CPM1A小型PLC作為主控制器。它是一個(gè)具有最多40點(diǎn)內(nèi)部I/O端口，包括同步脈沖控制，中斷輸入，模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能的小巧單元器件?？梢酝ㄟ^(guò)自帶的RS－232C端口與上位機(jī)的進(jìn)行通訊。本系統(tǒng)中將PLC的輸出端口與各個(gè)電機(jī)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(dāng)遙控組件產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)后，使得相應(yīng)的前端繼電器閉合，給PLC輸入端的相應(yīng)端口置高電平，從而運(yùn)行相應(yīng)程序，完成控制。

在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中有兩點(diǎn)值得注意。首先是前端繼電器開(kāi)關(guān)和PLC的輸入端口間的信號(hào)匹配問(wèn)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(yīng)該與該電壓值匹配，否則將不能使PLC正常工作，如果沒(méi)有這種輸出規(guī)格的，還要增加適當(dāng)?shù)碾妷浩ヅ潆娐?。第二點(diǎn)就是在調(diào)度過(guò)程中，一定要考慮動(dòng)作間的銜接問(wèn)題，否則會(huì)造成調(diào)度的不穩(wěn)定和造成危險(xiǎn)。由于在調(diào)度某輛車(chē)的過(guò)程中，可能過(guò)程比較復(fù)雜，時(shí)間比較長(zhǎng)，故相對(duì)調(diào)度的動(dòng)作多，當(dāng)前一個(gè)動(dòng)作還沒(méi)完全完成之前，不能執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作，這點(diǎn)就需要在軟件編制時(shí)充分考慮動(dòng)作間的延時(shí)問(wèn)題。

3 軟件設(shè)計(jì)

以?xún)蓪?個(gè)車(chē)位的停車(chē)庫(kù)為例，說(shuō)明編程的思路。假如車(chē)庫(kù)已經(jīng)停滿(mǎn)了車(chē)，現(xiàn)在要求將A車(chē)位的車(chē)調(diào)出來(lái)。根據(jù)存取車(chē)的規(guī)則，調(diào)度的過(guò)程為：先將D位置的車(chē)向右平移到F位置，然后將A車(chē)位的目標(biāo)車(chē)垂直下降到D位置，再將B車(chē)位的車(chē)調(diào)到原來(lái)的A車(chē)位，然后將F位置的車(chē)垂直往上升到B位置，最后將D車(chē)位的目標(biāo)車(chē)相右平移到F位置，調(diào)車(chē)結(jié)束。這里雖然成功將目標(biāo)車(chē)調(diào)了出來(lái)，而且算是最優(yōu)化的調(diào)車(chē)方案，但同時(shí)也破壞了D、B位置原來(lái)車(chē)的停放，在此次調(diào)車(chē)過(guò)程中就把原來(lái)停放在D、B位置的車(chē)分別放到了B、A位置，這樣會(huì)影響后續(xù)車(chē)的調(diào)度。所以還要將這輛兩車(chē)調(diào)整到原來(lái)的位置[9]。

系統(tǒng)的軟件主要由兩個(gè)主要方面構(gòu)成。一是用于監(jiān)控部分的上位機(jī)界面，采用工業(yè)組態(tài)軟件MCGS來(lái)開(kāi)發(fā)，操作系統(tǒng)是Windows XP，其界面是整個(gè)停車(chē)庫(kù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)情況，用動(dòng)畫(huà)來(lái)顯示。可以形象的模擬停車(chē)庫(kù)運(yùn)行和車(chē)位調(diào)度的的整個(gè)過(guò)程，便于工作人員監(jiān)控。同時(shí)具有存取車(chē)輛的歷史記錄、停車(chē)時(shí)間和繳費(fèi)情況等信息的保存、查詢(xún)等功能。實(shí)現(xiàn)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(tái)SYSMAC－CPT（Windows版本）進(jìn)行開(kāi)發(fā)。該軟件可以方便的在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)OMRON SYSMAC C系列的PLC的梯形圖圖形編程，還可以在PLC與計(jì)算機(jī)通訊狀態(tài)下，通過(guò)圖形界面進(jìn)行在線監(jiān)控、運(yùn)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(jìn)入梯形圖編程環(huán)境，它還提供語(yǔ)句表編程，可以通過(guò)菜單中的VIEW選項(xiàng)選擇“Programeditors”，然后選擇“Mnemonics”來(lái)進(jìn)入語(yǔ)句表編程。在梯形圖編程狀態(tài)下，程序以梯形圖的形式顯示，在語(yǔ)句表編程狀態(tài)下，程序以語(yǔ)句表形式表示。兩者程序可以互相轉(zhuǎn)換。

圖3 SYSMAC－CPT軟件平臺(tái)工作區(qū)主界面

根據(jù)前面介紹的存取車(chē)的方式，可以知道編制的程序中，最主要的是要考慮各個(gè)動(dòng)作間的協(xié)調(diào)和先后次序，這里主要體現(xiàn)在程序中延時(shí)部分。在梯形圖中，我們首先要定義好各個(gè)輸入輸出繼電器的編號(hào)和功能，然后選擇定時(shí)器模塊完成調(diào)度的各個(gè)動(dòng)作時(shí)間間隔的控制，在停車(chē)位較多的情況下，各個(gè)繼電器和定時(shí)器的連鎖是比較復(fù)雜的[10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種智能立體停車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行容量和空間上的擴(kuò)充。遙控組件可提供最多16位的編碼可以很好的滿(mǎn)足保密的需要，長(zhǎng)達(dá)500m的距離使遙控得心應(yīng)手。智能化的車(chē)位調(diào)度策略提高了停車(chē)庫(kù)運(yùn)行的效率，上位機(jī)的實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為管理者提供了方便。同時(shí)還有一系列相應(yīng)的安全保護(hù)措施，滿(mǎn)足安全性的要求。本系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效地解決城市停車(chē)難的問(wèn)題，具有推廣價(jià)值。

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