智能立体车库控制系统的研究.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()智能立体车库控制系统的研究易铭,罗庚兴,欧幸福(佛山职业技术学院,广东佛山 )摘要:介绍了智能立体车库的结构及工作原理,在基于P L C的控制方式中研究了泊车位的算法,制定了相应的控制方案与存取汽车控制流程,经试验运行表明,这种控制系统有效可行.关键词:智能立体车库;定位控制;位置算法;P L C中图分类号:T P U 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:易铭(),女,湖南湘乡人,副教授,硕士,主要研究方向:P L C控制及自动化.引言随着经济的发展和人们生活水平的提高,国内私家车的拥有量呈快速上升趋势,车辆猛增和与之配套停车设施滞后的矛盾日益严重,城市泊车压力越来越大.开发一种既能合理利用城市空间又能有效缓解城市停车难的智能立体车库的重要性越发明显.根据工作结构及形式,智能立体车库主要分为循环式立体车库、升降横移式立体车库、巷道堆垛式立体车库等.本文介绍的电梯垂直升降式立体车库,借用成熟的电梯技术,通过提升机构将车辆升降到指定层后,转盘旋转到指定泊车位,载车架进行伸缩从泊车位上取车或存车.这种立体车库具有空间利用率高、造型美观等优点.智能立体车库系统的结构立体车库系统由泊车位、转盘换位装置、汽车定位装置和升降电梯组成.该智能立体车库共层,每层 个泊车位.汽车轴距(汽车前轴中心到后轴中心的距离)不同,高级轿车轴距大于 m,中级轿车轴距 m m,小型轿车轴距为 m m,微型轿车轴距小于 m,为保证各种类型轿车都能可靠定位,设计了汽车定位装置.汽车定位装置包括载车架、支架夹紧、支架定位和轴距检测装置,可以对汽车进行移动、定位和检测.立体车库系统结构示意如图所示.图立体车库系统结构示意图支架定位装置由伺服电机M 拖动,在伺服电机轴上安装编码器P G测量支架行程,传感器S Q 接通开始定位,根据不同车型的轴距,支架定位装置行走相应的距离,传感器S Q 用于超程保护,接通停止移动.定位完毕后由支架夹紧电机M 将汽车固定在载车架上,电机低速正转夹紧,高速反转松开;存取汽车的水平移动由载车架的伸缩完成,载车架由交流电机M 驱动,正转伸出,反转缩回;交流电机M 用于驱动电梯门,正转开门,反转关门;升降电梯由变频电机M 牵引,为防止电梯超出范围设置S Q 和S Q 两个极限位置;转盘换位装置由步进电机M 驱动旋转.泊车位用于停放汽车,泊车位的分区编号与电机运行位置的对应关系如表所示,.譬如,汽车要存放在 号泊车位,则步进电机需要旋转 转,对应的转盘换位装置需要旋转 ,而升降电机需要运行 s,到达层.存取汽车控制过程和算法 存取汽车控制过程存取汽车刷卡界面如图所示.存汽车时,车牌号和车型信息由数据采集模块生成后自动显示.泊车号由系统自动生成,或者用户个性选择.点击“存车”按钮后,相应信息显示在泊车位状态,不可修改.如“高级轿车,”,则 号泊车位显示红色“圆点”.电梯门打开,进入存汽车过程.存汽车过程如下:存车标识电梯门打开汽车开到转盘换位司乘人员离开电梯门关闭根据车型,支架定位装置伸到指定位置支架夹紧电梯送到指定层数转盘旋转到指定位置载车架伸出支架放松支架定位装置收缩载车架缩回(泊车完成)电梯返回到层,转盘旋转到位置,完成一 次存车过程.表泊车位的分区编号与电机运行位置对应关系层数位置编号升降电机运行频率(H z)升降电机运行时间(s)电机对应旋转角度()步进电机旋转圈数 图汽车刷卡界面取汽车过程如下:取车标识电梯送到指定层数,转盘旋转到指定位置载车架伸出根据车型,支架定位装置伸到指定位置支架夹紧载车架缩回电梯返回到层,转盘旋转到位置支架放松支架定位装置收缩电梯门打开司乘人员进入汽车开离转盘电梯门关闭,完成一次取车过程.取车时,如输入的信息无效,则弹出“无该车,请重新输入”警告框,点击警告框的关闭按钮,可重新输入信息.泊车完毕,如果有取车信息,电梯和转盘直接运行到取车位,完成取车动作.存取汽车的数据信息由汽车刷卡模块完成后,送入P L C的存取车数据列表中.设上位机一次最多允许传送条存车数据和条取车数据给P L C.如P L C中仅有存车数据时,允许接收一次取车数据;同样,P L C仅有取车数据时,允许接收一次存车数据.存取汽车控制算法不论是存车还是取车,车牌号唯一与泊车号对应,这个对应关系由上位机完成.因此,在P L C控制部分,只需要上位机传送泊车号、车型和存取三个信息.P L C反馈给上位机的信号有可存取车数量D 、取车指示、存车指示等.存汽车控制算法设存汽车的目标泊车号为D ,存汽车的车型为D ,电梯运行的目标层数为D ,转盘目标位置为D .存汽车目标地址的算法如下:D I NT(D /)D MO D(D /)即,存汽车的泊车号除以 的商是电梯运行的目标层数;存汽车的泊车号除以 的余数是转盘旋转的目标位置,一次允许处理条存汽车数据.由表可知,电梯每上升层需要s,则电梯上升的时间D 与层数之间满足以下关系:D D 同理,转盘旋转的绝对圈数D 与转盘旋转的目标位置D 存在以下关系:D D 取汽车控制算法设取汽车的目标泊车号首地址为D ,所存汽车的车型首地址为D ,电梯运行的目标层数地址为D ,转盘目标位置地址为D ,取车数量为D .取汽车目标地址的算法如下:D I NT(D Z/)D MO D(D Z/)即,取汽车的泊车号除以 的商是电梯运行的目标层数;取汽车的泊车号除以 的余数是转盘旋转的目标位置.变址寄存器Z 的取值范围从至D ,表示最多可以处理D 条取汽车数据.由表可知,电梯上升的时间D 与层数之间存在以下关系:D (D D )如果结果为正,表示电梯上行;如果结果为负,表示电梯下行;如果结果为,则电梯停在原位不动.同理,转盘旋转的绝对圈数D 与转盘旋转的目标位置D 存在以下关系:D D P L C采用绝对定位指令控制步进电机的驱动转盘旋转,因此转盘旋转的圈数不用考虑正负号.智能立体车库的控制方案电气控制是本设计方案的重要组成部分,其性能直接影响整个系统的安全运行,要求控制部分稳定、安全和方便,需要完成车辆的自动存取、车位的状态检测以及 车 辆 的 行 走 定 位 等 功 能.本 控 制 方 案 采 用机 械 工 程 与 自 动 化 年第期P L C控制单元与工控机相结合的方式,使整个控制部分结构简单、维护方便.控制系统整体结构设计智能立体车库控制系统整体结构框图如图所示,由上位工控机、P L C控制单元、车辆轴距检测装置、汽车刷卡模块、视觉检测模块、声光输出模块、各种传感检测装置及驱动和执行电机组成.车辆轴距检测装置主要用来识别车型并匹配合适车位,它包括四个称重平台,设置在全自动立体车库的载车平台上,每个称重平台的上表面与载车平台的上表面平齐.四个称重平台分别对应于待存取车辆的车轮位置,并用于支撑待存取车辆的车轮.称重平台的矩形平板的底面四角对称设置个称重传感器,用于采集待存取车辆的重量信息.上位机利用转矩平衡原理可计算出每个车轮着力中心点的位置,并根据车轮着力中心点位置计算出待存取车辆的轴距.汽车刷卡模块、视觉检测模块、声光输出模块和P L C控制单元通过R S 信号线与工控机交换信息.支架夹紧装置用来固定车架,防止晃动,其定位由伺服驱动系统实现,转盘定位需要精准抓取车的位置和泊车位相匹配,才能精准自动泊车和取车,因此转盘定位由步进驱动系统实现.车架导轨上安装非接触式霍尔传感器,保证电机驱动的载车架伸缩准确定位.图智能立体车库控制系统整体结构框图 存取车P L C控制流程智能立体车库存取车P L C控制流程包括取车和存车两大部分.取车控制流程如下:系统初始化,读取存车/取车标识,如果是取车标识,则读取取车数据列表,泊车号首地址是D ,车型首地址是D ,存车数D ,判断泊车位主要由层数和位置决定,层数由D I N T(D Z/)确定,位置由D M O D(D Z/)确定;确定好取车位置后,步进电机旋转D 圈,转盘旋转D ,通过(D D )s到D 层;转盘定位后,载车架伸出至取车位,判断车型D Z,支架夹紧汽车,步进电机通过(D D )s下降到层,汽车返回地面,取车结束.存车控制流程如下:读取存车/取车标识,如果是存车标识,读取存车数据列表,目标泊车号存于D 地址中,车型存于D 地址中,电梯开门置位存车指示,系统自动记录车位数量D ,判断车型D ;泊车的层数由D I NT(D /)确定,泊车的位置由D MO D(D /)确定;确定好存车位置后,步进电机通过D s,转盘旋转D 圈,达到D 层位置,载车架伸出将汽车拖入泊车位,存车结束.结束语对本控制方案的P L C控制单元,先在实验室模拟试验,用监控组态触摸屏模拟刷卡模块产生车辆存取数据.试验结果表明:基于视觉识别技术、运动控制技术、P L C控制技术和变频控制技术构建的智能立体车库控制系统,其控制方法具有稳定性高、响应快、误差小、可靠性好、定位精度高等优点.本立体车库各泊车位不需要传感检测信号和动力驱动装置,可节省能耗,降低制造成本,适用于大型多层立体车库.参考文献:罗庚兴,宁玉珊大中型P L C应用技术M北京:北京师范大学出版集团,陈亚,杨佳衡,王殿君,等立体车库升降机轿厢纵梁轻量化设计J起重运输机械,():孙彦超基于P L C的智能分类立体车库设计与仿真J科技创新与生产力,():,李园园,尤文铁合金厂配料系统配料小车的定位控制J长春工业大学学报(自然科学版),():宋秋红,安丰贞,方铀,等城市立体车库的现状及展望J城市公用事业,():张宇迪,潘星宇智能停车场管理系统在升降横移立体车库中的应用J数字技术与应用,():R e s e a r c ho f I n t e l l i g e n tT h r e e D i m e n s i o n a lG a r a g eC o n t r o l S y s t e mY IM i n g,L U OG e n g x i n g,O UX i n g f u(F o s h a nP o l y t e c h n i c,F o s h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo f i n t e l l i g e n t t h r e e d i m e n s i o n a lg a r a g ea r e i n t r o d u c e d I nt h ec o n t r o lm o d eb a s e do nP L C,t h ea l g o r i t h mo f p a r k i n gs p a c e i s s t u d i e d,a n dt h e c o r r e s p o n d i n gc o n t r o l s c h e m e a n da c c e s sv e h i c l e c o n t r o l f l o wa r em a d e T h ee x p e r i m e n t a l o p e r a t i o ns h o w s t h a t t h ec o n t r o l s y s t e mi se f f e c t i v ea n df e a s i b l e K e y w o r d s:i n t e l l i g e n t t h r e e d i m e n s i o n a l g a r a g e;p o s i t i o n i n gc o n t r o l;p o s i t i o na l g o r i t h m;P L C 年第期易铭,等:智能立体车库控制系统的研究