仓储式停车设备计算机控制系统的设计与实现

随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的提高，汽车的社会保有量大幅度增长，这不仅给人们生活带来了极大的方便，而且也大大加快了我国汽车业的飞速发展。但同时也带来了一个比较严重的社会问题：在城市、尤其是在大城市，停车难，乱停车的现象比较普遍，这种现象使得本来已经拥挤不堪的交通更加拥堵。因此，交通与停车的管理已经成为政府及各界关注和急待解决的重要问题。在这种情况下，开发自动化立体停车系统，完善我国的静态交通管理已成为当务之急。机械式主体停车设备具有占地面积小，出入库方便快捷，安全防盗，改善市容环境等优点，为此，我公司已经陆续开发了几套仓储式全自动停车设备，并独立开发了相应的计算机控制系统。该系统具有读卡操作、自动出入库、无线通讯、自动寻址定位、计算机自动调度和信息管理等特点，在技术上处于国内领先地位，尤其适合大中型立体停车库。本文将对智能化仓储式停车设备的计算机控制系统作一个简单介绍。 一．主要机械结构 本文将以一个64车位的仓储式停车设备为例，简要介绍仓储式停车设备的机械结构。停车设备出入口设在地面，64个车位分布在地下四层，由两台升降机负责车板的垂直升降，四台运载小车分别负责本层车板的水平移动。见下图： 二．计算机硬件系统结构 停车设备控制系统的人机界面是一台工业控制计算机，该计算机带有2套读卡装置和一台票据打印机，通过串行通讯线与PLC控制系统相连。 控制系统由一个主控PLC和四个台车PLC组成，主控PLC和台车PLC之间通过无线通讯传递信息。工控机通过RS232串行通讯口采集控制系统的数据，并将数据以文字的形式或图像的形式动态地显示在计算机屏幕上，同时，操作员可以通过人机界面向控制系统发出命令。 计算机的屏幕为触摸屏，可以直接用手指点击屏幕上的相关位置，其效果与鼠标相同。 计算机由一台不间断电源（UPS）供电。 三．计算机软件系统结构 1．主控程序 软件系统的核心是主控程序，安全、稳定、高效是控制程序的基本原则。主控程序的任务是：完成对出入口的信号检测，车辆出入的引导，安全门的控制，两台升降机的控制，回转盘的控制，四辆运载小车的信号搜集，以及四台小车的指令控制。与此同时，将各种状态信息传送给上位机监控系统，并接收来自于上位机监控系统的指令。由于设备之间的关系密切，设备启动的随机性较大，因此，设备之间的安全连锁就更加至关重要。在本系统的主控程序中，我们采用了许多先进的控制策略，不仅保证系统及车辆的安全，而且使得系统的运行效率大大提高。每次启动时，升降机和台车可以以任何组合方式运行，可以是一台升降机、两辆台车运行，也可以是两台升降机、一辆台车运行，还可以是两台升降机、四辆台车同时运行。最快速度可以达到在一分中内，存两辆车，取两辆车。 2．台车控制程序 台车控制程序的主要任务是：接收来自主控程序的指令，根据指令的内容及台车自身的状态，确定需要完成的动作及其完成这些动作的顺序。首先，台车需要根据存取车指令及自己的位置，确定运行的方向；在运行过程中，台车需要实时检测车位，到目的车位时，及时减速，保证停车准确；根据车位的编排顺序和一定的算法，确定水平移动的方向。由于受物理空间的限制，有些停车场的结构呈现出不规则形状，为了充分利用有效空间，我们在机械设计方面做了许多有益的尝试，除了常规的直线型巷道外，我们还设计了L型和T型巷道。非常规的机械结构，大大地增加了控制程序的复杂性。为了完成这些控制功能，我们在检测方式、控制思想、控制算法以及控制设备的选型方面都作了许多精心的考虑，以保证台车安全高效地运行。 3．上位机监控系统 上位机监控系统的主要任务是从主控程序中采集数据，并实时地以文字或图像的形式显示在计算机屏幕上；随时接受操作员发出的指令，并将这些指令传送到主控程序。屏幕上显示的内容包括：各个设备的状态信息，各PLC的通讯状态，各台车的位置，升降机的位置，故障信息等等。 4．停车收费系统 停车收费系统是存车人与停车设备信息传输的接口。存车者都必须有一张感应卡，在卡上记录着该卡的有关信息，如：卡号、车位号、预存金额、剩余金额、有效期等等信息。当需要存/取车时，持卡人将卡放在门口的感应卡阅读器上，计算机自动识别卡上的信息，自动判断是存车还是取车，自动计算存车时间及本次收费金额，并打印出收费条。除了存/取车的管理外，停车收费系统还具有存车卡管理功能、存车信息查询功能等。 四．系统特点 近年来，随着汽车业的飞速发展，我国的机械停车设备也取得了可喜的进步。从最开始的竖直循环式、水平循环式、升降横移式、地坑式，到现在的仓储式，经历了由简单到复杂、由小规模单体停车设备到中大规模的智能型停车系统的发展历程。同时，停车设备的开发厂商也在激烈的竞争中不断发展壮大，开发出来的产品不论在形式上、质量上、还是在技术水平上，都在不断的进步。本文将从以下几个方面介绍智能型仓储式停车设备在控制系统设计上的一些特点。 1． 安全可靠的系统设计——仓储式停车设备的机械结构包括升降和平移两大部分，平移又分为纵向移动和横向移动。一次正常的系统运行过程需要启动不同的设备许多次。因此，停车设备的控制系统设计，除了设备的正常运行外，系统的安全性设计将是一个非常重要的内容。安全性设计包括：汽车的安全保护、启动设备本身的安全保护，以及设备与设备之间的联锁关系等等。为了保护汽车在存车过程中的安全，我们除了常规的检测以外，还从程序上增加了实时检测判断，实现全流程的多重后备保护。 2． 先进的控制方式——仓储式停车设备的一个显著特点是升降部分和平移部分是分离的。在现有的一些仓储式停车设备的控制系统中，有的采用集中控制方式，集中控制的优点是将所有的输入输出信号直接采用电缆连接方式，集中连接到可编程控制器，省去了数据通讯的环节，而正是这种集中连接方式，需要大量的现场布线，运行中设备拖拽着电缆运动很不方便，而且由于电缆长度的限制，行程不可能很远。另外，如果某个环节出故障，整个系统均不能运行。而在本系统中，采用分布式控制系统，升降部分和各层水平移动部分分别控制，这样，不仅省去了大量的现场布线以及由此带来的施工、校对的工作，而且减少了许多故障发生的可能性，最重要的是，当某个局部发生故障时，并不会影响其它设备的运行。 3． 先进的数据通讯技术——由于采用了分布式控制系统，各个分控点之间的数据交换就是一个重要问题。考虑到设备的移动特性，我们采用无线通讯方式，网络拓扑结构采用星形结构。这样的设计，既避免了有线通讯结构中数据通讯对电缆传输距离的限制，又大大提高了数据通讯的抗干扰能力。另外，在程序设计上充分考虑数据传输的实时性，增强系统的容错能力，从而使系统的可靠性得到保证。 4． 准确无误的车位识别——车位识别准确，是存取车操作的关键，如果识别失误，造成的后果将是非常严重的。为了保证车位识别准确无误，我们引入了最先进的激光扫描技术，并将它与传统的检测方式相结合。激光扫描技术是当前最先进的技术之一，它具有扫描速度快，精度高，容错能力强，抗干扰能力强等优点。在唯一地定义了车位编码以后，通过精心编制的数据处理程序，可以准确无误地识别所选车位的信息。在此基础之上，辅以传统的寻址方式，相当于给车位识别以双重保护。 5． 清晰明了的故障定位——为了让操作员在操作或运行过程中出现故障的情况下，能快速、准确地发现故障，排除故障，我们在系统中设计了许多方式对故障进行检测，除了安装一些检测开关进行检测外，还设计了许多软件判断条件，对一些不合理的逻辑条件及时报警。操作人员或者系统维护人员只要看到屏幕上的报警信息，便可知道发生了什么故障，从而及时处理。 6． 实时的动态画面设计及人机交互系统——实时的动态画面设计使操作员能及时了解整个系统运行的工况，包括：设备状态、故障状态、升降机或台车所处的位置、设备当前正在进行的操作等等；系统还提供了丰富的历史数据储存，管理人员和系统维护人员可以随时查阅。人性化的人机界面使操作员能进行许多灵活的操作。 五．结论 将分布式控制技术、无线通讯技术、激光扫描和定位技术引入到停车设备之中，在国内同行业中均是首次。在引进的国外同类产品中，也未发现有同样的应用。由于这些高技术和高技术产品的引用，停车设备的安全性、可靠性和运行效率均得到明显的提高。