梁崇彥佛山市恒進(jìn)智能停車(chē)技術(shù)有限公司

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停車(chē)設(shè)備的分布式控制系統(tǒng)

梁崇彥
佛山市恒進(jìn)智能停車(chē)技術(shù)有限公司

摘要：現(xiàn)有的停車(chē)設(shè)備采用整體式控制系統(tǒng)，存在規(guī)模大、連接線纜多、控制復(fù)雜、成本高、須專門(mén)設(shè)計(jì)、難以標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、安裝施工難度大、維修不方便等缺點(diǎn)，而上述缺點(diǎn)在升降橫移停車(chē)設(shè)備表現(xiàn)得尤為突出。本文提出的解決方案是：采用一個(gè)主控裝置和若干個(gè)終端裝置組成分布式控制系統(tǒng)，主控裝置的PLC芯片或者單片機(jī)只需少量輸入/輸出端口，一種規(guī)格的主控裝置可滿足不同層數(shù)和不同載車(chē)板個(gè)數(shù)所需；終端裝置按同時(shí)滿足一個(gè)載車(chē)板的升降控制和橫移控制進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，停車(chē)設(shè)備需要增加或者減少載車(chē)板，只需同時(shí)增加或者減少終端裝置而無(wú)需改動(dòng)主控裝置，做到模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，零部件互換性強(qiáng)；而形式上的串聯(lián)總線布局又使得布線數(shù)量大幅減少，布線距離也大大縮短，為安裝施工、調(diào)試檢修帶來(lái)莫大的便利。作者基于上述方案已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利。

關(guān)鍵詞：停車(chē)設(shè)備；升降橫移；控制系統(tǒng)；整體式；分布式；PLC；單片機(jī)

緒論

目前停車(chē)設(shè)備采用整體式控制系統(tǒng)。其中，應(yīng)用最廣泛的升降橫移停車(chē)設(shè)備采用以PLC裝置為主控芯片的整體式控制系統(tǒng)，每一個(gè)載車(chē)板的升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)、橫移電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及防墜器驅(qū)動(dòng)都由PLC裝置分別輸出信號(hào)控制；每一個(gè)載車(chē)板涉及的I/O信號(hào)點(diǎn)均分別接到PLC裝置的輸入端口，再加上公共用途以及設(shè)備其他設(shè)施的信號(hào)接入，需要占用PLC裝置的I/O端口多、控制模塊規(guī)模大、連接線纜多、控制復(fù)雜，而且，由于具體項(xiàng)目存在載車(chē)板數(shù)量及層數(shù)的差異，使得整體式控制系統(tǒng)不得不專門(mén)設(shè)計(jì)，更進(jìn)一步增加成本。

本文所述方案是把升降橫移停車(chē)設(shè)備原來(lái)的整體式控制系統(tǒng)拆分為由一個(gè)主控裝置和若干個(gè)終端裝置，一個(gè)終端裝置對(duì)應(yīng)一個(gè)載車(chē)板，即每一個(gè)載車(chē)板均視為被一個(gè)終端裝置控制的單元。終端裝置的第一個(gè)任務(wù)是當(dāng)主控裝置選中對(duì)應(yīng)載車(chē)板時(shí)往上報(bào)送載車(chē)板的信息、使得主控裝置獲得載車(chē)板當(dāng)前狀態(tài)；第二個(gè)任務(wù)是當(dāng)主控裝置選中對(duì)應(yīng)載車(chē)板時(shí)接收主控裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、使得載車(chē)板動(dòng)作。上述功能的實(shí)現(xiàn)是主控裝置與各終端裝置之間形式上為總線串聯(lián)方式連接，所有載車(chē)板的信號(hào)線都通過(guò)終端裝置接入到信號(hào)總線，該信號(hào)總線最終接入主控裝置；主控裝置除了接入信號(hào)總線之外，只需再接入公共的信號(hào)源。這樣，整個(gè)控制系統(tǒng)將非常簡(jiǎn)潔、信號(hào)線的數(shù)量將大幅減少，且易于實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，零部件的互換性極強(qiáng)。本文所述方案的思路同樣適用于其他類(lèi)型的停車(chē)設(shè)備。

一、停車(chē)設(shè)備和升降橫移停車(chē)設(shè)備

停車(chē)設(shè)備的全稱是機(jī)械式停車(chē)設(shè)備，是一種多平面的空間立體車(chē)庫(kù)，它以單層平面停車(chē)庫(kù)為核心，通過(guò)機(jī)電系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)位的空間位置變動(dòng)，使車(chē)位實(shí)現(xiàn)由空間到平面的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)多層平面停車(chē)的功能，具有占地少、停車(chē)多、投資少、停車(chē)方式先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。立體車(chē)庫(kù)主要由控制系統(tǒng)、強(qiáng)電系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)及安全系統(tǒng)組成。按照我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分為升降橫移類(lèi)、平面移動(dòng)類(lèi)、垂直升降類(lèi)、簡(jiǎn)易升降類(lèi)等類(lèi)型。在國(guó)內(nèi)，又以升降橫移類(lèi)、平面移動(dòng)類(lèi)和垂直升降類(lèi)的應(yīng)用最為普遍。升降橫移類(lèi)停車(chē)設(shè)備對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)土建要求較低，可在露天、地下室建造，也可設(shè)計(jì)成半地下式，規(guī)?？纱罂尚?，層數(shù)可多可少，根據(jù)不同的地形和空間進(jìn)行任意組合、排列，空間利用率高，使用、維護(hù)簡(jiǎn)便，價(jià)格較低。市場(chǎng)占有率在80％左右。

目前，升降橫移停車(chē)設(shè)備采用以PLC裝置為主控芯片的整體式控制系統(tǒng)，每一個(gè)載車(chē)板的升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)、橫移電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及防墜器驅(qū)動(dòng)，都由PLC裝置分別輸出信號(hào)控制；每一個(gè)載車(chē)板升降動(dòng)作的到位或超限、防墜器的到位或故障、橫移動(dòng)作的到位或超限，相關(guān)信號(hào)點(diǎn)均分別接到PLC裝置的輸入端口，加上急停開(kāi)關(guān)、人車(chē)誤入檢測(cè)和人機(jī)界面裝置等信號(hào)的接入，需要占用PLC裝置較多的輸入、輸出端口，使得整體式控制系統(tǒng)的控制模塊規(guī)模大、連接線纜多、控制復(fù)雜、成本高，且須根據(jù)具體情況專門(mén)設(shè)計(jì)，難以標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，安裝施工難度大、維修不方便。

二、升降橫移停車(chē)設(shè)備控制系統(tǒng)的改進(jìn)分析

升降橫移停車(chē)設(shè)備控制系統(tǒng)貌似復(fù)雜，但換一種角度、從控制對(duì)象來(lái)看，可以分為直接與載車(chē)板相關(guān)的個(gè)體控制以及與全部載車(chē)板相關(guān)的綜合控制兩大部分。

直接與載車(chē)板相關(guān)的個(gè)體控制存在較多的共通性。一個(gè)完整載車(chē)板的位置調(diào)度功能為分別作橫向移動(dòng)和垂直移動(dòng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出進(jìn)行橫移驅(qū)動(dòng)、升降驅(qū)動(dòng)以及與之配合的防墜器驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)完整載車(chē)板的狀態(tài)信息需要通過(guò)與之對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)來(lái)描述，這些信號(hào)包括左移到位、左移超限、右移到位、右移超限、下降到位、下降超限、上升到位、上升超限以及與之配合的防墜器打開(kāi)到位。按傳統(tǒng)做法，上述所有信號(hào)都要分別接入控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)用于直接控制載車(chē)板所需的I/O管腳接入點(diǎn)是單個(gè)載車(chē)板需要數(shù)量乘以載車(chē)板數(shù)量，而載車(chē)板分別布置在設(shè)備不同位置的各空間區(qū)域。因此，控制系統(tǒng)所需信號(hào)線數(shù)量較多、且布線復(fù)雜。

與全部載車(chē)板相關(guān)的綜合控制，所需的I/O管腳接入點(diǎn)則相對(duì)較少，通常包括主電源控制、電源相位轉(zhuǎn)換控制等在內(nèi)的強(qiáng)電控制，以及急停開(kāi)關(guān)、人車(chē)誤入檢測(cè)、警示裝置、人機(jī)界面裝置的信號(hào)接入及向控制?？刂葡到y(tǒng)的主要控制功能是對(duì)人機(jī)界面裝置接收到的載車(chē)板調(diào)度指令進(jìn)行分析，通過(guò)收集相關(guān)載車(chē)板當(dāng)前狀態(tài)信息、得出相關(guān)載車(chē)板的運(yùn)行規(guī)劃，然后逐一實(shí)施驅(qū)動(dòng)控制。在運(yùn)行過(guò)程中，需要?jiǎng)討B(tài)收集相關(guān)載車(chē)板的當(dāng)前運(yùn)行信息并及時(shí)作出處置，還要及時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備其他設(shè)施特別是安全設(shè)施、綜合狀態(tài)檢測(cè)裝置的信號(hào)，并及時(shí)作出處置。

很明顯，上述分析其中“直接與載車(chē)板相關(guān)的個(gè)體控制存在較多的共通性”的結(jié)論可以作為控制系統(tǒng)改進(jìn)的切入點(diǎn)。具體做法是：設(shè)計(jì)出一種升降橫移停車(chē)設(shè)備的分布式控制系統(tǒng)，把傳統(tǒng)的整體式控制系統(tǒng)按功能和安裝位置巧妙地拆分為主控裝置和終端裝置兩大部份；主控裝置的主控芯片采用簡(jiǎn)單型式的PLC芯片或者單片機(jī)芯片，主控裝置負(fù)責(zé)與全部載車(chē)板相關(guān)的綜合控制，所有與綜合控制有關(guān)的I/O信號(hào)全部接入主控裝置的I/O接口管腳。另外，把主控裝置通過(guò)指令強(qiáng)電控制單元輸出的驅(qū)動(dòng)載車(chē)板電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)電源、相關(guān)電氣元器件工作所需的控制電源以及直接從主控裝置輸出的控制載車(chē)板的指令均作為公共資源同時(shí)向所有終端裝置輸出；使用二進(jìn)制編碼按照具體需要每次選中指定的終端裝置和對(duì)應(yīng)的載車(chē)板，僅接受由選中終端裝置處理過(guò)的本級(jí)載車(chē)板狀態(tài)信號(hào)。因此，主控裝置所需I/O端口的數(shù)量大幅減少，且其規(guī)模大小與設(shè)備層數(shù)及載車(chē)板個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)，可以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。終端裝置則按同時(shí)滿足一個(gè)載車(chē)板的升降控制和橫移控制進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，多個(gè)終端裝置之間采用逐級(jí)聯(lián)結(jié)方式連接，停車(chē)設(shè)備需要增加或者減少載車(chē)板，只需同時(shí)增加或者減少終端裝置而無(wú)需改動(dòng)主控裝置，即一種規(guī)格的主控裝置可滿足不同層數(shù)和不同載車(chē)板個(gè)數(shù)所需，做到模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和制作。由于載車(chē)板之間的空間距離較短，因此，可以采用經(jīng)各級(jí)終端裝置光電耦合輸入和信號(hào)放大輸出的并行總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，滿足高速、同步的目的。

三、分布式控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

下面是升降橫移停車(chē)設(shè)備分布式控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。

從圖中可以看出，升降橫移停車(chē)設(shè)備控制系統(tǒng)分為一個(gè)主控裝置和若干個(gè)終端裝置組成，圖示右上角設(shè)置有主控裝置，圖示左側(cè)為若干個(gè)終端裝置，可以看出，圖示載車(chē)板1對(duì)應(yīng)終端裝置1、兩者之間通過(guò)狀態(tài)信號(hào)內(nèi)部總線和控制信號(hào)內(nèi)部總線連接；類(lèi)似的內(nèi)部連接也在載車(chē)板2和端裝置2、載車(chē)板N和終端裝置N之間實(shí)現(xiàn)；所有終端裝置之間通過(guò)往上級(jí)狀態(tài)信號(hào)總線和往下級(jí)控制信號(hào)總線逐級(jí)連接，最接近主控裝置的一級(jí)（即圖示的終端裝置1）與主控裝置連接。

主控裝置的I/O端口的連接方式是：連接強(qiáng)電控制單元，通過(guò)對(duì)強(qiáng)電控制單元的控制，使得強(qiáng)電控制單元通過(guò)公共電源總線統(tǒng)一向各終端裝置輸出；與人車(chē)誤入檢測(cè)、急停開(kāi)關(guān)、人機(jī)界面等與全部載車(chē)板相關(guān)的綜合控制設(shè)施連接，實(shí)現(xiàn)綜合控制；通過(guò)片選信號(hào)總線向每一個(gè)終端裝置輸出相同的片選信號(hào)；通過(guò)控制信號(hào)輸出總線向終端裝置1輸出控制信號(hào)，并通過(guò)終端裝置之間的往下級(jí)控制信號(hào)總線逐級(jí)傳遞、最后接至末級(jí)的終端裝置；各終端裝置的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)終端裝置之間的往上級(jí)狀態(tài)信號(hào)總線逐級(jí)傳遞，最終由終端裝置1通過(guò)狀態(tài)信號(hào)輸入總線接入主控裝置。

每一個(gè)終端裝置具備的基本功能是：第一，設(shè)置有通過(guò)片選使能的兩路輸入選擇器，兩路輸入選擇器的其中一路與對(duì)應(yīng)載車(chē)板的所有狀態(tài)檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端連接，直接接收這些狀態(tài)檢測(cè)裝置的信號(hào)輸入，另一路與下一級(jí)終端裝置的狀態(tài)信號(hào)總線連接；當(dāng)控制裝置的片選信號(hào)選中該終端裝置，則該兩路輸入選擇器選擇本終端裝置對(duì)應(yīng)的載車(chē)板的所有狀態(tài)檢測(cè)裝置的信號(hào)對(duì)外輸出；當(dāng)控制裝置的片選信號(hào)未能選中該終端裝置，則該兩路輸入選擇器選擇下一級(jí)終端裝置的狀態(tài)信號(hào)總線的信號(hào)對(duì)外輸出。第二，設(shè)置有通過(guò)片選使能的兩路輸出選擇器，兩路輸出選擇器的其中一路與對(duì)應(yīng)載車(chē)板運(yùn)行單元的所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接，直接向這些運(yùn)行單元輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；另一路與上一級(jí)終端裝置（第一個(gè)終端裝置的上一級(jí)終端裝置是主控裝置！）的控制信號(hào)總線連接；當(dāng)控制裝置的片選信號(hào)選中該終端裝置，則該兩路輸出選擇器選擇從上一級(jí)終端裝置（第一個(gè)終端裝置的上一級(jí)終端裝置是主控裝置?。┑目刂菩盘?hào)總線接收到的控制信號(hào)直接向連接本終端裝置的對(duì)應(yīng)載車(chē)板的運(yùn)行單元輸出；當(dāng)控制裝置的片選信號(hào)未能選中該終端裝置，則該兩路輸出選擇器向下一級(jí)終端裝置的控制信號(hào)總線原樣輸出的信號(hào)輸出從上一級(jí)終端裝置（第一個(gè)終端裝置的上一級(jí)終端裝置是主控裝置！）的控制信號(hào)總線接收到的控制信號(hào)。上述結(jié)果使得主控裝置通過(guò)片選即可獲得指定載車(chē)板的狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)片選即可向指定載車(chē)板發(fā)出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。

四、分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例

假設(shè)主控裝置需要讀取載車(chē)板N的狀態(tài)信息，則首先通過(guò)片選信號(hào)輸出觸發(fā)載車(chē)板N對(duì)應(yīng)的終端裝置N設(shè)置的兩路輸入選擇器，使得該兩路輸入選擇器的輸入端接收與載車(chē)板N連接的所有狀態(tài)檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端的狀態(tài)信號(hào)，然后向上一級(jí)終端裝置（即終端裝置2）的狀態(tài)信號(hào)總線輸出。而主控裝置通過(guò)片選信號(hào)總線發(fā)出的片選信號(hào)由于不能觸發(fā)終端裝置2設(shè)置的兩路輸入選擇器，故使得該兩路輸入選擇器的接收與載車(chē)板2連接的狀態(tài)輸入端信號(hào)被屏蔽，而選擇從下一級(jí)終端裝置（即終端裝置2）的狀態(tài)信號(hào)總線接收到的輸出信號(hào)，然后向上一級(jí)終端裝置（即終端裝置1）的狀態(tài)信號(hào)總線輸出。同理，主控裝置通過(guò)片選信號(hào)總線發(fā)出的片選信號(hào)由于不能觸發(fā)終端裝置1設(shè)置的兩路輸入選擇器，故使得該兩路輸入選擇器的接收與載車(chē)板1連接的狀態(tài)輸入端信號(hào)被屏蔽，而選擇從下一級(jí)終端裝置（即終端裝置1）的狀態(tài)信號(hào)總線接收到的輸出信號(hào)，然后向上一級(jí)終端裝置（即主控裝置）的狀態(tài)信號(hào)總線輸出。至此，主控裝置即從狀態(tài)信號(hào)總線獲得載車(chē)板N的狀態(tài)信息。

假設(shè)主控裝置需要驅(qū)動(dòng)載車(chē)板2，則首先通過(guò)片選信號(hào)輸出觸發(fā)載車(chē)板2對(duì)應(yīng)的終端裝置2設(shè)置的兩路輸出選擇器，使得該兩路輸出選擇器的輸出端向與載車(chē)板2連接的運(yùn)行單元的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。而主控裝置通過(guò)片選信號(hào)總線發(fā)出的片選信號(hào)由于不能觸發(fā)終端裝置1設(shè)置的兩路輸出選擇器，故使得該兩路輸出選擇器的輸出端將從上一級(jí)終端裝置（即主控裝置）的控制信號(hào)總線接收到的控制信號(hào)輸出直接向下一級(jí)終端裝置（即終端裝置2）的控制信號(hào)總線發(fā)送；因此，終端裝置2設(shè)置的兩路輸出選擇器向載車(chē)板2的運(yùn)行單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)就是主控裝置發(fā)出的運(yùn)行控制信號(hào)。由于主控裝置通過(guò)片選信號(hào)總線發(fā)出的片選信號(hào)不能觸發(fā)終端裝置N設(shè)置的兩路輸出選擇器，故該兩路輸出選擇器接收到從上一級(jí)終端裝置（即終端裝置2）的控制信號(hào)總線發(fā)來(lái)的控制信號(hào)不起作用。

當(dāng)然，一個(gè)完善的控制系統(tǒng)還要適當(dāng)增加信息反饋機(jī)制，使得片選信號(hào)選中的終端裝置能夠向主控裝置發(fā)出就緒信號(hào)，以便主控裝置據(jù)此判別片選是否成功，并且進(jìn)行下一步的操作。

上述技術(shù)方案的終端裝置全部采用普通的邏輯電路芯片。另一個(gè)技術(shù)方案是采用單片機(jī)作為終端裝置的控制芯片，終端裝置之間的信息交互或改為抗干擾能力更強(qiáng)的串行通訊，每個(gè)終端裝置所控制的載車(chē)板則適當(dāng)增加。而且，相關(guān)技術(shù)方案除了可以應(yīng)用在升降橫移停車(chē)設(shè)備之外，同樣適用其他類(lèi)型的停車(chē)設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]《機(jī)械式停車(chē)設(shè)備類(lèi)別、型式與基本參數(shù)》JB/T8731-1998

[2]《升降橫移類(lèi)機(jī)械式停車(chē)設(shè)備》JB/T8910-1999