倉儲式停車設備計算機控制系統的設計與實現

隨著國民經濟的飛速發展和人民生活水平的提高，汽車的社會保有量大幅度增長，這不僅給人們生活帶來了極大的方便，而且也大大加快了我國汽車業的飛速發展。但同時也帶來了一個比較嚴重的社會問題：在城市、尤其是在大城市，停車難，亂停車的現象比較普遍，這種現象使得本來已經擁擠不堪的交通更加擁堵。因此，交通與停車的管理已經成為政府及各界關注和急待解決的重要問題。在這種情況下，開發自動化立體停車系統，完善我國的靜態交通管理已成為當務之急。機械式主體停車設備具有占地面積小，出入庫方便快捷，安全防盜，改善市容環境等優點，為此，我公司已經陸續開發了幾套倉儲式全自動停車設備，并獨立開發了相應的計算機控制系統。該系統具有讀卡操作、自動出入庫、無線通訊、自動尋址定位、計算機自動調度和信息管理等特點，在技術上處于國內領先地位，尤其適合大中型立體停車庫。本文將對智能化倉儲式停車設備的計算機控制系統作一個簡單介紹。
一．主要機械結構
本文將以一個64車位的倉儲式停車設備為例，簡要介紹倉儲式停車設備的機械結構。停車設備出入口設在地面，64個車位分布在地下四層，由兩臺升降機負責車板的垂直升降，四臺運載小車分別負責本層車板的水平移動。
二．計算機硬件系統結構
停車設備控制系統的人機界面是一臺工業控制計算機，該計算機帶有2套讀卡裝置和一臺票據打印機，通過串行通訊線與PLC控制系統相連。
控制系統由一個主控PLC和四個臺車PLC組成，主控PLC和臺車PLC之間通過無線通訊傳遞信息。工控機通過RS232串行通訊口采集控制系統的數據，并將數據以文字的形式或圖像的形式動態地顯示在計算機屏幕上，同時，操作員可以通過人機界面向控制系統發出命令。
計算機的屏幕為觸摸屏，可以直接用手指點擊屏幕上的相關位置，其效果與鼠標相同。
計算機由一臺不間斷電源（UPS）供電。
三．計算機軟件系統結構
1．主控程序
軟件系統的核心是主控程序，安全、穩定、高效是控制程序的基本原則。主控程序的任務是：完成對出入口的信號檢測，車輛出入的引導，安全門的控制，兩臺升降機的控制，回轉盤的控制，四輛運載小車的信號搜集，以及四臺小車的指令控制。與此同時，將各種狀態信息傳送給上位機監控系統，并接收來自于上位機監控系統的指令。由于設備之間的關系密切，設備啟動的隨機性較大，因此，設備之間的安全連鎖就更加至關重要。在本系統的主控程序中，我們采用了許多先進的控制策略，不僅保證系統及車輛的安全，而且使得系統的運行效率大大提高。每次啟動時，升降機和臺車可以以任何組合方式運行，可以是一臺升降機、兩輛臺車運行，也可以是兩臺升降機、一輛臺車運行，還可以是兩臺升降機、四輛臺車同時運行。最快速度可以達到在一分中內，存兩輛車，取兩輛車。

2．臺車控制程序
臺車控制程序的主要任務是：接收來自主控程序的指令，根據指令的內容及臺車自身的狀態，確定需要完成的動作及其完成這些動作的順序。首先，臺車需要根據存取車指令及自己的位置，確定運行的方向；在運行過程中，臺車需要實時檢測車位，到目的車位時，及時減速，保證停車準確；根據車位的編排順序和一定的算法，確定水平移動的方向。由于受物理空間的限制，有些停車場的結構呈現出不規則形狀，為了充分利用有效空間，我們在機械設計方面做了許多有益的嘗試，除了常規的直線型巷道外，我們還設計了L型和T型巷道。非常規的機械結構，大大地增加了控制程序的復雜性。為了完成這些控制功能，我們在檢測方式、控制思想、控制算法以及控制設備的選型方面都作了許多精心的考慮，以保證臺車安全高效地運行。
3．上位機監控系統
上位機監控系統的主要任務是從主控程序中采集數據，并實時地以文字或圖像的形式顯示在計算機屏幕上；隨時接受操作員發出的指令，并將這些指令傳送到主控程序。屏幕上顯示的內容包括：各個設備的狀態信息，各PLC的通訊狀態，各臺車的位置，升降機的位置，故障信息等等。
4．停車收費系統
停車收費系統是存車人與停車設備信息傳輸的接口。存車者都必須有一張感應卡，在卡上記錄著該卡的有關信息，如：卡號、車位號、預存金額、剩余金額、有效期等等信息。當需要存/取車時，持卡人將卡放在門口的感應卡閱讀器上，計算機自動識別卡上的信息，自動判斷是存車還是取車，自動計算存車時間及本次收費金額，并打印出收費條。除了存/取車的管理外，停車收費系統還具有存車卡管理功能、存車信息查詢功能等。
四．系統特點
近年來，隨著汽車業的飛速發展，我國的機械停車設備也取得了可喜的進步。從最開始的豎直循環式、水平循環式、升降橫移式、地坑式，到現在的倉儲式，經歷了由簡單到復雜、由小規模單體停車設備到中大規模的智能型停車系統的發展歷程。同時，停車設備的開發廠商也在激烈的競爭中不斷發展壯大，開發出來的產品不論在形式上、質量上、還是在技術水平上，都在不斷的進步。本文將從以下幾個方面介紹智能型倉儲式停車設備在控制系統設計上的一些特點。
1． 安全可靠的系統設計——倉儲式停車設備的機械結構包括升降和平移兩大部分，平移又分為縱向移動和橫向移動。一次正常的系統運行過程需要啟動不同的設備許多次。因此，停車設備的控制系統設計，除了設備的正常運行外，系統的安全性設計將是一個非常重要的內容。安全性設計包括：汽車的安全保護、啟動設備本身的安全保護，以及設備與設備之間的聯鎖關系等等。為了保護汽車在存車過程中的安全，我們除了常規的檢測以外，還從程序上增加了實時檢測判斷，實現全流程的多重后備保護。
2． 先進的控制方式——倉儲式停車設備的一個顯著特點是升降部分和平移部分是分離的。在現有的一些倉儲式停車設備的控制系統中，有的采用集中控制方式，集中控制的優點是將所有的輸入輸出信號直接采用電纜連接方式，集中連接到可編程控制器，省去了數據通訊的環節，而正是這種集中連接方式，需要大量的現場布線，運行中設備拖拽著電纜運動很不方便，而且由于電纜長度的限制，行程不可能很遠。另外，如果某個環節出故障，整個系統均不能運行。而在本系統中，采用分布式控制系統，升降部分和各層水平移動部分分別控制，這樣，不僅省去了大量的現場布線以及由此帶來的施工、校對的工作，而且減少了許多故障發生的可能性，最重要的是，當某個局部發生故障時，并不會影響其它設備的運行。
3． 先進的數據通訊技術——由于采用了分布式控制系統，各個分控點之間的數據交換就是一個重要問題。考慮到設備的移動特性，我們采用無線通訊方式，網絡拓撲結構采用星形結構。這樣的設計，既避免了有線通訊結構中數據通訊對電纜傳輸距離的限制，又大大提高了數據通訊的抗干擾能力。另外，在程序設計上充分考慮數據傳輸的實時性，增強系統的容錯能力，從而使系統的可靠性得到保證。
4． 準確無誤的車位識別——車位識別準確，是存取車操作的關鍵，如果識別失誤，造成的后果將是非常嚴重的。為了保證車位識別準確無誤，我們引入了最先進的激光掃描技術，并將它與傳統的檢測方式相結合。激光掃描技術是當前最先進的技術之一，它具有掃描速度快，精度高，容錯能力強，抗干擾能力強等優點。在唯一地定義了車位編碼以后，通過精心編制的數據處理程序，可以準確無誤地識別所選車位的信息。在此基礎之上，輔以傳統的尋址方式，相當于給車位識別以雙重保護。
5． 清晰明了的故障定位——為了讓操作員在操作或運行過程中出現故障的情況下，能快速、準確地發現故障，排除故障，我們在系統中設計了許多方式對故障進行檢測，除了安裝一些檢測開關進行檢測外，還設計了許多軟件判斷條件，對一些不合理的邏輯條件及時報警。操作人員或者系統維護人員只要看到屏幕上的報警信息，便可知道發生了什么故障，從而及時處理。
6． 實時的動態畫面設計及人機交互系統——實時的動態畫面設計使操作員能及時了解整個系統運行的工況，包括：設備狀態、故障狀態、升降機或臺車所處的位置、設備當前正在進行的操作等等；系統還提供了豐富的歷史數據儲存，管理人員和系統維護人員可以隨時查閱。人性化的人機界面使操作員能進行許多靈活的操作。
五．結論
將分布式控制技術、無線通訊技術、激光掃描和定位技術引入到停車設備之中，在國內同行業中均是首次。在引進的國外同類產品中，也未發現有同樣的應用。由于這些高技術和高技術產品的引用，停車設備的安全性、可靠性和運行效率均得到明顯的提高。