虞江鋒

YU Jiang-feng

(浙江廣播電視大學 信息與工程學院，杭州 310030)

0 引言

隨著生活水平的提高，許多商業(yè)場所和居民小區(qū)的物業(yè)管理實現(xiàn)了智能化。作為智能小區(qū)，一個功能齊全，管理方便的智能停車庫是必不可少的。隨著城市化進程的加快，一些城市的大型購物中心、商場越來越多，在一些郊區(qū)也出現(xiàn)了許多賣場，這些地方的人流量巨大，如果沒有一個高效的停車庫管理系統(tǒng)是難以實現(xiàn)有序的管理。

目前順應社會需求，出現(xiàn)了許多不同類型的停車庫管理系統(tǒng)。比如在很多住宅小區(qū)中，廣泛使用智能卡管理系統(tǒng)，但是由于許多車庫入口及私人住宅臨街建設，無法安裝讀卡設備，而且讀卡系統(tǒng)存在著讀卡距離近、車輛通過緩慢、上下班堵車嚴重等諸多問題。還有在一些鬧市區(qū)商業(yè)場所中，采用立體停車庫，節(jié)省了占地空間，但是大部分還是以人工調度為主，沒有真正實現(xiàn)智能化[1,2]。

針對目前的各種停車庫系統(tǒng)，本文提出了一種基于PLC的智能立體停車庫，該系統(tǒng)結構簡單，方便實用，結合無線遙控技術實現(xiàn)了一定程度的智能控制，而且易于擴展和改進。

1 總體設計

本系統(tǒng)總體上造價相對較低、控制方便靈活、運行效率高，而且能在有限的城市空間中提供大容量的停車場所，為城市的交通帶來便利。

智能立體停車庫主要由電動機拖動控制，信號狀態(tài)檢測，存取車控制，安全保護裝置等部分組成。其中電機的拖動控制包括升降電機控制和橫移傳動機械的驅動。信號狀態(tài)檢測包括提升限位信號、橫移定位信號和下降限位信號等。存取車控制系統(tǒng)是基于可編程控制器（PLC）的控制，是整個系統(tǒng)的核心。通過PLC實現(xiàn)對現(xiàn)場各個傳感器、執(zhí)行器、電機以及變頻器等進行控制，實現(xiàn)存取車過程。此外還設有安全保護裝置實現(xiàn)限位保護、防止意外跌落以及電源錯斷相保護等[3]。

2 硬件設計與實現(xiàn)

2.1 停車庫的組合方式和車輛存取方式

立體停車庫系統(tǒng)設計成組合式的結構形式，停車庫的容量可以根據(jù)實際需求或停車場地的大小選取不同的組合方式。這里以兩層五個停車位的停車庫作為示意，其組合形式如圖1所示。圖中ABCDE表示5個停車位，F(xiàn)是供調度用的空位，下面就是停車庫的出口。實際運營的停車庫可以根據(jù)要求在空間上再增加層數(shù)，在容量上增加停車位，但都要留一個或者兩個供調度用的空位，空位最好是靠近出口的，這樣給調度車輛帶來方便。

圖1 停車庫的組合形式

以兩層五個停車位為例來說明車輛的存取方式和整個過程。下層的F位是空位，在存取車的過程中，D和E車位的下停車板可以分別向右或左移動，在A、B、C車位的上停車板做垂直升降運動。假設現(xiàn)在A號車位為空，如欲把車停在A號車位，動作順序如下：首先將D停車板左移至F位置，然后A停車板垂直下降，將車開到A停車板上，車輛停穩(wěn)并且座駕人員離開后A停車板垂直上升到原位置，停車過程結束。同樣要將位于A號車位的車取出來，先將車垂直降到D位置，然后開走車輛，取車過程結束。其他停車位的存取車過程依此原理類推[4,5]。

這里舉例的是很簡單的兩層立體停車庫，而且車位容量很少，當增加停車庫的層數(shù)和停車容量后，如何高效的工作成為整個停車庫的關鍵所在，所以在這種情況下就要利用最優(yōu)化的原理來設計，真正做到快速、高效、安全和穩(wěn)定。在存取車的過程中，所有電機的動作都由可編程控制器（PLC）來控制，根據(jù)實際情況設計相應的程序即可[6]。

2.2 無線遙控組件TWH9236和TWH9238

無線遙控組件主要是完成信號的發(fā)射和接收任務，從而達到自動調度的目的。本裝置采用的是一套微型化多通道無線遙控組件，它包括一個微波發(fā)射機TWH9236和一個與發(fā)射機對應編碼并調試好的接收模塊TWH9238。該組件采用較高的頻率和數(shù)字編碼技術，具有體積小、耗電省、可靠性高和保密性強等諸多優(yōu)點。同時，擁有自編碼多達32萬，即在32萬套設備中不會重復解調。最主要的是，該組件的發(fā)射接受有效工作距離大于30米，最遠可達500m。這使得車庫管理人員可以方便地控制車輛的調度。另外，在安裝使用時無需調制，使設計人員在開發(fā)和應用時更加方便[7]。

發(fā)射模塊TWH9236和接收模塊TWH9238的外形見圖2。TWH9236體積小，可以方便地穿在鑰匙扣上隨身攜帶，俗稱鑰匙發(fā)射機，它外形尺寸為mm，重30克，載波工作頻率260～270MHz，整機工作電流在6mA以下，由于本發(fā)射機不按鍵時不耗電，按鍵也工作在點發(fā)狀態(tài)，所以非常省電。無線接收模塊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個解碼信號輸出端,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位按鍵相對應。

圖2 遙控組件外形圖

2.3 遙控實現(xiàn)方案

當有車輛需要存放或者需要取走時，由管理人員根據(jù)停車者的憑證，確定車輛對象，然后通過上位機的監(jiān)控核對無誤后，選擇某車位的調度方案，在密碼鎖的發(fā)射機TWH9236上按下相應的密碼編碼，當密碼鎖的接收機TWH9238接收到信號后，閉合PLC相對應的輸入點，由PLC程序控制各個電機的運動，從而可以順利的完成任務[8]。

本系統(tǒng)采用OMRON公司的CPM1A小型PLC作為主控制器。它是一個具有最多40點內部I/O端口，包括同步脈沖控制，中斷輸入，模擬量設定和時鐘功能的小巧單元器件。可以通過自帶的RS－232C端口與上位機的進行通訊。本系統(tǒng)中將PLC的輸出端口與各個電機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，當遙控組件產(chǎn)生一個信號后，使得相應的前端繼電器閉合，給PLC輸入端的相應端口置高電平，從而運行相應程序，完成控制。

在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中有兩點值得注意。首先是前端繼電器開關和PLC的輸入端口間的信號匹配問題。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該與該電壓值匹配，否則將不能使PLC正常工作，如果沒有這種輸出規(guī)格的，還要增加適當?shù)碾妷浩ヅ潆娐?。第二點就是在調度過程中，一定要考慮動作間的銜接問題，否則會造成調度的不穩(wěn)定和造成危險。由于在調度某輛車的過程中，可能過程比較復雜，時間比較長，故相對調度的動作多，當前一個動作還沒完全完成之前，不能執(zhí)行下一個動作，這點就需要在軟件編制時充分考慮動作間的延時問題。

3 軟件設計

以兩層5個車位的停車庫為例，說明編程的思路。假如車庫已經(jīng)停滿了車，現(xiàn)在要求將A車位的車調出來。根據(jù)存取車的規(guī)則，調度的過程為：先將D位置的車向右平移到F位置，然后將A車位的目標車垂直下降到D位置，再將B車位的車調到原來的A車位，然后將F位置的車垂直往上升到B位置，最后將D車位的目標車相右平移到F位置，調車結束。這里雖然成功將目標車調了出來，而且算是最優(yōu)化的調車方案，但同時也破壞了D、B位置原來車的停放，在此次調車過程中就把原來停放在D、B位置的車分別放到了B、A位置，這樣會影響后續(xù)車的調度。所以還要將這輛兩車調整到原來的位置[9]。

系統(tǒng)的軟件主要由兩個主要方面構成。一是用于監(jiān)控部分的上位機界面，采用工業(yè)組態(tài)軟件MCGS來開發(fā)，操作系統(tǒng)是Windows XP，其界面是整個停車庫的實時動態(tài)情況，用動畫來顯示?？梢孕蜗蟮哪M停車庫運行和車位調度的的整個過程，便于工作人員監(jiān)控。同時具有存取車輛的歷史記錄、停車時間和繳費情況等信息的保存、查詢等功能。實現(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SYSMAC－CPT（Windows版本）進行開發(fā)。該軟件可以方便的在計算機上實現(xiàn)對OMRON SYSMAC C系列的PLC的梯形圖圖形編程，還可以在PLC與計算機通訊狀態(tài)下，通過圖形界面進行在線監(jiān)控、運行和編輯工作。

SYSMAC－CPT軟件的界面如圖3所示，在菜單中選擇Ladder則進入梯形圖編程環(huán)境，它還提供語句表編程，可以通過菜單中的VIEW選項選擇“Programeditors”，然后選擇“Mnemonics”來進入語句表編程。在梯形圖編程狀態(tài)下，程序以梯形圖的形式顯示，在語句表編程狀態(tài)下，程序以語句表形式表示。兩者程序可以互相轉換。

圖3 SYSMAC－CPT軟件平臺工作區(qū)主界面

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

4 結束語

本文提出了一種智能立體停車庫控制系統(tǒng)的設計方案和實現(xiàn)方法。在實際的設計過程中可以根據(jù)實際情況進行容量和空間上的擴充。遙控組件可提供最多16位的編碼可以很好的滿足保密的需要，長達500m的距離使遙控得心應手。智能化的車位調度策略提高了停車庫運行的效率，上位機的實施動態(tài)監(jiān)控，為管理者提供了方便。同時還有一系列相應的安全保護措施，滿足安全性的要求。本系統(tǒng)的應用能夠有效地解決城市停車難的問題，具有推廣價值。

[1]國家機械工業(yè)局.升降橫移類機械式停車設備[S].北京:國家機械工業(yè)局,1999.

[2]付翠玉,關景泰.立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].機械設計與制造,2005,(9):156-157.

[3]周雪松,田密,馬幼捷,等.多層循環(huán)型立體車庫控制系統(tǒng)[J].起重運輸機械,2009(5):58-61.

[4]張廣明,李果,朱煒.機電系統(tǒng)PLC控制技術[M].國防工業(yè)出版社:北京,2009.

[5]鄭寶舉,袁永康,員超.智能立體停車庫控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).[J]計算機測量與控制2003.11(6):426-429.

[6]周雪松,田密,馬幼捷,馬云斌,王輝,等.智能化立體車庫存取優(yōu)化控制策略的研究[J].制造業(yè)自動化,2008,(10):29-34.

[7]唐義清,譚善文,唐義龍,等.基于單片機控制的機械式立體庫[J].機械工程與自動化,2006,(2):3l-35.

[8]李波,李國棟,薛興國.PLC 在立體汽車庫控制系統(tǒng)中的應用[J].機電工程,2008,25(11):72-74,90.

[9]王焱玉,秦展田.PLC 在升降橫移立體停車庫控制中的應用[J].桂林航天工業(yè)高等?？茖W校學報,2007(3):27-28.

[10]程懷舟,巫世晶.多層升降橫移式立體車庫控制系統(tǒng)的設計[J].起重運輸機械,2004,(7):13-16.