李 寧，靳 娜

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鹽城生物工程分院，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

我國(guó)人口眾多，汽車保有量日益增加，而停車場(chǎng)數(shù)量過(guò)少，難以有效滿足人們的停車需求[1-2]。當(dāng)前我國(guó)大部分為地面停車位，但地面停車位人均資源占用量過(guò)低，尚未達(dá)到世界平均水平[3]。因此，如何在有限的城市空間內(nèi)為廣大市民提供更多的停車位是我國(guó)當(dāng)前城市生活亟待解決的重要問(wèn)題。本文構(gòu)建的智能立體停車庫(kù)系統(tǒng)可有效緩解當(dāng)前我國(guó)城市普遍存在的停車難現(xiàn)象，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可為相關(guān)領(lǐng)域研究提供了參考。

1 相關(guān)概述

1.1 智能立體停車庫(kù)概述

智能立體停車庫(kù)是通過(guò)堆垛機(jī)的運(yùn)行完成車輛存取操作，其適應(yīng)能力強(qiáng)，可規(guī)劃及布置于各種不同的環(huán)境[4]。堆垛機(jī)運(yùn)行于巷道之中，載車板在水平與垂直兩個(gè)方向同時(shí)移動(dòng)。巷道堆垛類立體停車庫(kù)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出較強(qiáng)的安全性，只在系統(tǒng)封閉狀態(tài)下運(yùn)行，能更加充分地利用空間，與其他立體停車庫(kù)相比明顯占據(jù)優(yōu)勢(shì)，以便于用戶存取車輛，智能化水平較高。在實(shí)踐中，可結(jié)合場(chǎng)地情況規(guī)劃立體停車庫(kù)，其核心機(jī)構(gòu)主要有搬運(yùn)器、堆垛機(jī)等。車庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 立體車庫(kù)空間模型

立體車庫(kù)具有三維化的特征，以三維運(yùn)動(dòng)存取車輛，巷道內(nèi)存取車的行為可細(xì)分為3個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，一是水平運(yùn)動(dòng)X，其主要功能是選取合適的巷道；二是垂直運(yùn)動(dòng)Z，其主要功能是選定停車層數(shù)；三是橫向運(yùn)動(dòng)Y，其主要功能是確定擇車位列數(shù)。為進(jìn)一步闡明運(yùn)行機(jī)制，本設(shè)計(jì)采用雙棟三層五列結(jié)構(gòu)，總共包含30個(gè)停車位置，兩行之間的中間位置增設(shè)一個(gè)軌道，支持機(jī)械載體框架通行。把升降臺(tái)安設(shè)于入口處，把平移軌道運(yùn)用于每個(gè)層次之中，對(duì)機(jī)械載體在整個(gè)框架內(nèi)的通行提供有利條件。在設(shè)計(jì)車庫(kù)與選擇搬運(yùn)器時(shí)，均運(yùn)用機(jī)械式梳狀裝置，負(fù)責(zé)在車位與搬運(yùn)器之間運(yùn)輸車輛。所有車位都配備了接近開(kāi)關(guān)，自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前有無(wú)存儲(chǔ)車位。立體停車庫(kù)的機(jī)械部分主要包括車庫(kù)鋼框架結(jié)構(gòu)、搬運(yùn)器等部件。本文設(shè)計(jì)的立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 堆垛式立體停車庫(kù)結(jié)構(gòu)

1.2 PLC的概念和應(yīng)用

可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，能夠保證系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，高效、準(zhǔn)確地處理系統(tǒng)的各類信息，并將按照控制要求發(fā)送到各個(gè)模塊，使各個(gè)模塊有機(jī)地結(jié)合到一起，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。PLC的輸入、輸出接口具有多種可擴(kuò)展模塊，使PLC具有強(qiáng)大的控制功能以及良好的與外圍設(shè)備的通信功能。

PLC作為常用的以電氣與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的專用型工業(yè)控制器，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。PLC作為控制器具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、通用性強(qiáng)、硬件類型多樣、使用簡(jiǎn)單、可以滿足多種的控制要求、適應(yīng)性極好、編程簡(jiǎn)單、容易掌握、安裝簡(jiǎn)單、維修工作量小、維護(hù)方便、體積小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

2 智能立體停車庫(kù)車輛存取控制設(shè)計(jì)

立體車庫(kù)系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì)目的是提高停車庫(kù)的智能服務(wù)水平，便于用戶快速安全地存取車。在此設(shè)計(jì)中，堆垛機(jī)的存取車流程及系統(tǒng)存取車控制尤為重要。

2.1 存取車控制流程

用戶存取車時(shí)，升降機(jī)會(huì)做出上升和下降兩個(gè)動(dòng)作，此類動(dòng)作的完成高度依賴于搬運(yùn)器等裝置的協(xié)同配合，搬運(yùn)器運(yùn)行動(dòng)作也包括兩個(gè)，一是搬出，這一動(dòng)作在發(fā)生時(shí)會(huì)遇到滿載、空載兩種情況；二是搬回，也要面臨滿載、空載兩種情況。水平行走機(jī)在運(yùn)行中需要完成移出與移回兩種動(dòng)作。搬運(yùn)器升降機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主要保持上升、下降兩種模式。梳齒裝置在運(yùn)行中保持伸展、收縮兩種模式。在觸摸屏上，用戶點(diǎn)擊存車并領(lǐng)取相應(yīng)的條形碼。系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)車位，若未在第一層，那么升降機(jī)運(yùn)行，上升至指定層數(shù)，搬運(yùn)器提起之后把存車架移動(dòng)到指定車位。處于下降運(yùn)行狀態(tài)的搬運(yùn)器，梳齒處于收縮狀態(tài)之中，能在安全有保證的前提下快速把車輛存儲(chǔ)于車庫(kù)。當(dāng)搬運(yùn)器移回存車架之后，要對(duì)車位進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否處于第一層，如果未處于第一層，則啟動(dòng)升降機(jī)并降至第一層。水平行走機(jī)移至出口處，條碼能自動(dòng)打印，用戶取走條碼。堆垛機(jī)存車流程如圖3所示。

圖3 存車流程

用戶把條碼對(duì)準(zhǔn)條碼器，系統(tǒng)掃碼后啟動(dòng)水平行走機(jī)，使之移至目標(biāo)車位，對(duì)車輛位置做出判斷，如果未處于第一層，需要啟動(dòng)升降機(jī)將其提升至目標(biāo)層數(shù)，再用搬運(yùn)器將車輛運(yùn)出，此時(shí)梳齒處于伸展?fàn)顟B(tài)，提起搬運(yùn)器并把車輛運(yùn)送至搬運(yùn)器，在滿載狀態(tài)之下，搬運(yùn)器可移回存車架，再次對(duì)車位是否處于第一層做出判斷，若未在此層，啟動(dòng)升降機(jī)并將其降至第一層，水平行走機(jī)移至出入口處，自動(dòng)打印條碼，用戶將車開(kāi)走。堆垛機(jī)取車流程如圖4所示。

圖4 取車流程

2.2 系統(tǒng)存取車控制流程

系統(tǒng)存車流程：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)之后，需要對(duì)是否有車位進(jìn)行檢查，如果沒(méi)有車位，入口門關(guān)閉，車位滿指示燈亮；如果有空車位，入口門敞開(kāi)，車輛進(jìn)入存車架，用戶在觸摸屏中進(jìn)行操作可存車，系統(tǒng)對(duì)車輛存放位置進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)車輛存儲(chǔ)是否安全進(jìn)行檢測(cè)，如果出現(xiàn)系統(tǒng)故障，工作人員快速排除故障，存車工作結(jié)束后打印條碼并提供給用戶，完成存車動(dòng)作之后，空車位數(shù)量減1。整個(gè)存車流程如圖5所示。

系統(tǒng)取車流程：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)之后，車主取車時(shí)需要點(diǎn)擊觸摸屏，需要把條碼對(duì)準(zhǔn)讀碼器，系統(tǒng)自動(dòng)掃碼并進(jìn)行掃描，系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)換到取車流程，識(shí)別取車任務(wù)是否完成，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，要聯(lián)系工作人員及時(shí)檢查，車主取車之后，空車位數(shù)量減1。整個(gè)取車流程如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)取車流程

3 智能立體停車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 智能立體停車庫(kù)系統(tǒng)整體架構(gòu)

智能立體停車庫(kù)系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖7所示，主要由操作單元、工作單元等構(gòu)成。

圖7 停車庫(kù)系統(tǒng)整體架構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用西門子可編程控制器S7-1215C。將SM1221DI16x3，SM1222DQ16x1作為本控制器的擴(kuò)展單元。S7-1215C的通信接口與讀碼器等多類外部設(shè)備相連接。本設(shè)計(jì)方案通過(guò)Profinet I/O通信接口進(jìn)行Profinet通信，此通信方式的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為硬件設(shè)施投入少、不需要采用其他通信模塊、調(diào)試便捷、性能穩(wěn)定等。

3.2 停車庫(kù)系統(tǒng)電機(jī)控制

本文控制電機(jī)由變頻器進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)及速度的調(diào)節(jié)。以軌道平移行走機(jī)的電機(jī)為例，其控制原理如圖8所示，交流接觸器KM2實(shí)現(xiàn)平移行走機(jī)的電機(jī)運(yùn)行。本文的智能立體停車庫(kù)控制系統(tǒng)分別由5個(gè)三相交流電機(jī)同步協(xié)調(diào)運(yùn)行，圖8中交流接觸器KM2能控制平移行走機(jī)電機(jī)，分別由交流接觸器KM4，KM6，KM8和KM10對(duì)升降機(jī)、搬運(yùn)器平移、升降、梳齒伸縮進(jìn)行控制，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)電機(jī)控制，其控制原理與圖8類似。

圖8 電機(jī)控制原理

3.3 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

為了方便車主直觀地存取車，立體停車庫(kù)控制系統(tǒng)采用觸摸屏進(jìn)行操作。如圖9所示，其主界面能夠清晰顯示空位數(shù)量，該界面也會(huì)顯示其他信息，類似于取車、存車信息等。通過(guò)車位信息界面，人們能夠快速準(zhǔn)確地了解車位停車現(xiàn)狀。通過(guò)點(diǎn)位監(jiān)控界面可以實(shí)時(shí)了解I/O口狀態(tài)，需要注意一點(diǎn)，本界面為管理員界面，一旦機(jī)器運(yùn)行出現(xiàn)了故障、異常等，管理員登錄系統(tǒng)之后能實(shí)時(shí)了解I/O點(diǎn)的運(yùn)行情況，而且可以通過(guò)狀態(tài)監(jiān)控界面了解車輛狀態(tài)、變頻器運(yùn)行等情況。管理員能夠通過(guò)通信和傳感器界面及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信故障，有助于快速有效地處理問(wèn)題。

圖9 監(jiān)控系統(tǒng)界面

4 結(jié)語(yǔ)

智能立體停車庫(kù)可以節(jié)約停車時(shí)間，優(yōu)化停車空間，有效解決了城市中停車難問(wèn)題，因此建立智能立體停車庫(kù)管理控制系統(tǒng)已成必然趨勢(shì)。本文根據(jù)智能立體停車庫(kù)控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，提出了基于PLC的設(shè)計(jì)方案。不同于傳統(tǒng)立體停車庫(kù)系統(tǒng)，本系統(tǒng)信息存儲(chǔ)能力強(qiáng)、管理功能豐富，能高效處理數(shù)據(jù)，用戶訪問(wèn)時(shí)間得到了有效縮短。