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升降橫移式立體車庫車輛智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2020-06-30 02:48徐敏
科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2020年17期
關(guān)鍵詞:立體車庫中間層車位

徐敏

(江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械電子與信息工程學(xué)院,江蘇 淮安223003)

隨著我國汽車保有量的不斷增加,城市停車難的問題日益顯著。自動(dòng)化立體車庫作為未來車庫的主流發(fā)展趨勢(shì),具有占地面積小、存取容量大等優(yōu)點(diǎn)。但是,其也存在操控性能差,程序控制誤差較大等不足。文中以升降橫移式立體車庫的結(jié)構(gòu)與功能需求為基礎(chǔ),對(duì)車庫總體控制架構(gòu)、車輛存取策略、載車板優(yōu)化調(diào)度算法進(jìn)行了研究,為改善立體車庫的操控性、適應(yīng)性與實(shí)用性提供了有效的解決方案。

1 總體方案設(shè)計(jì)

車庫底層與頂層載車板分別僅能夠作橫移、升降運(yùn)動(dòng),中間層則皆可。常用的2~3 層升降橫移式立體車庫通過鏈條傳動(dòng)方式牽引載車板沿車庫主體升降,通過橫移電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)載車板沿導(dǎo)軌橫移。

系統(tǒng)以PLC 為控制核心,在正常運(yùn)行狀態(tài)下,由上位計(jì)算機(jī)直接向PLC 發(fā)送控制指令,調(diào)動(dòng)載車板移動(dòng)至預(yù)定車位,同時(shí)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài);操作人員也可以在面板上輸入目標(biāo)車位號(hào),由PLC 執(zhí)行載車板移動(dòng)程序,完成車輛存取操作。

在車輛存取過程中,以射頻IC 卡實(shí)現(xiàn)車輛身份信息識(shí)別、停車計(jì)時(shí)與費(fèi)用收繳等功能。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由配置有Profibus-DP 卡CP5611 的上位計(jì)算機(jī)和帶EM277 智能通信擴(kuò)展模塊的西門子S7-200 PLC 為核心的兩級(jí)控制系統(tǒng)組成?,F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備主要包括一個(gè)S7-200 型PLC與三個(gè)分布式I/O ET200 模塊,主從之間利用Profibus 協(xié)議建立一種一主多從通信網(wǎng)絡(luò)。其它現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及驅(qū)動(dòng)設(shè)備均與鄰近ET200 的Profibus 接口相連接。主站通過輪詢方式實(shí)現(xiàn)與從站的數(shù)據(jù)交換。

2.1 信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)

車庫單元進(jìn)口處的光電開關(guān),用來檢測(cè)車輛長(zhǎng)度、高度,以防止超限造成車輛損壞;靠近進(jìn)(出)口處的光電開關(guān),用來判斷載車板是否到位,以及對(duì)出、入庫車輛進(jìn)行加、減計(jì)數(shù);載車板對(duì)角線、底層兩側(cè)上的光電開關(guān),用于判斷空載、停車到位狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)人員誤入等意外,光線遮擋光電開關(guān),發(fā)送一個(gè)電平突變信號(hào)至PLC,所有電機(jī)停止運(yùn)行并報(bào)警。四只稱重傳感器實(shí)現(xiàn)汽車重量檢測(cè)。信息經(jīng)PLC 處理計(jì)算后,由上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)分析處理。

2.2 傳送控制系統(tǒng)

傳送控制系統(tǒng)的目標(biāo)對(duì)象為車庫驅(qū)動(dòng)設(shè)備。上層載車板的升降與下層的橫移運(yùn)動(dòng)互鎖,且每次只執(zhí)行一個(gè)單元的升降運(yùn)動(dòng)。行程開關(guān)用于載車板在定位控制時(shí)的電機(jī)制動(dòng)或者在故障時(shí)緊急斷電觸發(fā)防墜掛鉤:任一載車板觸碰上、下行程裝置或按下急停開關(guān),則斷開所有電機(jī)電源;頂、底層載車板未在原位時(shí),則中間層載車板無法運(yùn)行;中間層未在原位時(shí),則頂、底層載車板無法運(yùn)行;防墜掛鉤閉合時(shí),則無下行運(yùn)動(dòng)。

圖1 傳送控制系統(tǒng)控制原理圖

以3x4 型立體車庫的實(shí)際需求分析,控制系統(tǒng)輸入、輸出信號(hào)分別有54、36 個(gè)。S7-200-CPU226 本機(jī)帶24 輸入/16 輸出,選用輸入輸出模塊EM223CN 擴(kuò)展(32 輸入/輸出)。

2.3 上位計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)

上位機(jī)采用組態(tài)王軟件接收與處理PLC 上傳的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),并驅(qū)動(dòng)圖形化界面顯示各單元狀態(tài)信息。S7-200 型PLC 利用EM277 通信模塊建立Profibus-DP 通信網(wǎng)絡(luò),組態(tài)王經(jīng)OPC 通道連接OPC 服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3 控制算法與最優(yōu)選擇

3.1 控制方法

單元停車位存在多種狀態(tài)組合,若將調(diào)度程序全部編制,會(huì)占用較大量的存儲(chǔ)空間。因此,在設(shè)計(jì)中利用S7-200 的功能指令SBR 編制運(yùn)動(dòng)程序模塊。將所有載車板行列信息及各層空位列信息均存儲(chǔ)于變量寄存器Var 中。假設(shè)3x4 型10 車位立體車庫在初始狀態(tài)下,底層與中間層空位均處于車庫最右側(cè),分別用P4、P8表示其所在列,賦值P4=P8=4。P1~P3、P5~P7為從左至右第一、二層載車板所處列位置,依次賦值為P1=P5=1,P2=P6=2,P3=P7=3。同理,用P9~P11、P12~P15表示車庫中間層、頂層從左至右載車板升降狀態(tài),以0 與1 定義原位與底層。頂層載車板、底層載車板勿需運(yùn)動(dòng),所以不予編號(hào)與賦值。在執(zhí)行過程中,上述狀態(tài)變量值不斷刷新,并調(diào)度相關(guān)載車板運(yùn)行以建立下行移動(dòng)通道。

3.2 最優(yōu)選擇算法

載車板需根據(jù)一定的規(guī)則在最短時(shí)間范圍內(nèi)移動(dòng)到車庫底層。人工智能算法在搜索最優(yōu)解時(shí)具有較強(qiáng)的魯棒性,可進(jìn)行最優(yōu)車位選擇。

假設(shè)3x4 型二維矩陣立體車庫10 個(gè)車位均與像素點(diǎn)相對(duì)應(yīng),以數(shù)組X[X1][X2]、Y[Y1][Y2]分別表示各車位單元、載車板所處位置,其中X1、Y1用于表征車庫層數(shù),取值為1、2 或3;X2、Y2用于表征車庫列值,取值為1、2、3 或4。

在調(diào)度管理算法中,第一步搜索底層空載車板,如果已有車輛數(shù)目小于本層所允許停放車輛的最大值3,則能夠直接停放。否則采用基于領(lǐng)域的搜索策略擇優(yōu)獲取最佳車位:將車庫的當(dāng)前狀態(tài)作為初始節(jié)點(diǎn),預(yù)設(shè)其遍歷最深深度值為5(V1~V5)。V1、V2、V3表示遍歷底層空閑車位單元的4 鄰域、8 鄰域與其正上方頂層的空閑車位單元、中間層空閑車位單元的4 鄰域,V4、V5分別表示遍歷中間層、頂層余下的車位單元。節(jié)點(diǎn)代價(jià)公式:I(x)=J(x)+K(x),其中J(x)、K(x)與I(x)分別表征由初始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的橫移、升降與總代價(jià)。依序遍歷V1~V5以得到空閑單元,如若在某一深度下搜索到的該類單元超過一個(gè)時(shí),進(jìn)行總代價(jià)比較,最小即為最優(yōu)。

4 結(jié)論

基于Profibus 總線技術(shù)的一主多從立體車庫二級(jí)調(diào)度管理技術(shù)提出了簡(jiǎn)單易行的基于鄰域的有界擇優(yōu)搜索策略,得到了趨近于最佳的車位選擇結(jié)果,對(duì)車庫的建設(shè)、改造與管理優(yōu)化具有較好的借鑒價(jià)值,具有較為廣闊的市場(chǎng)前景。

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