倉(cāng)儲(chǔ)式智能機(jī)器人停車設(shè)備控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要： 本文主要介紹了倉(cāng)儲(chǔ)式機(jī)器人停車設(shè)備的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)和該設(shè)備的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成。該設(shè)備控制系統(tǒng)的安全可靠、通訊先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。 摘要詞： 倉(cāng)儲(chǔ)式智能機(jī)器人 智能化電氣控制 反饋系統(tǒng) 控制策略 故障編碼 無(wú)線通訊 組態(tài) 　　隨著人民生活水平的提高，汽車的社會(huì)占有量大幅度增長(zhǎng)，這不僅給人們生活帶來(lái)了極大的方便，而且也大大加快了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)比較嚴(yán)重的社會(huì)問題：在城市、特別是在大城市，停車難，亂停車的現(xiàn)象比較普遍，這種現(xiàn)象使得交通更加擁堵。為此，我公司已經(jīng)陸續(xù)開發(fā)了幾套自動(dòng)停車設(shè)備，并獨(dú)立開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有按鈕、讀卡操作、自動(dòng)出入庫(kù)、自動(dòng)尋址定位、計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)度和信息管理等特點(diǎn)，在技術(shù)上處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，尤其適合中小型立體停車庫(kù)。本文以20車位的倉(cāng)儲(chǔ)式智能機(jī)器人停車設(shè)備為例對(duì)該系統(tǒng)作一個(gè)簡(jiǎn)單分析。 一．主要機(jī)械結(jié)構(gòu) 　　停車設(shè)備出入口設(shè)在地面，20個(gè)車位分布在地上單排四層五列，由一臺(tái)升降機(jī)負(fù)責(zé)平運(yùn)載小車板的垂直升降，一臺(tái)橫移大車負(fù)責(zé)橫向的移動(dòng)，一臺(tái)運(yùn)載小車在垂直升降的平臺(tái)載車板上，可以前后雙向移動(dòng)，負(fù)責(zé)將汽車運(yùn)送到相應(yīng)的車位。所謂的智能機(jī)器人控制原理模型就是這三種機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成，加上智能化電氣控制。見下圖： 二．主要硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　停車設(shè)備控制系統(tǒng)的人機(jī)界面是一臺(tái)PC機(jī)，該P(yáng)C機(jī)帶有1套讀卡裝置和一臺(tái)票據(jù)打印機(jī)，通過串行通訊線與PLC控制系統(tǒng)相連?？刂葡到y(tǒng)由一個(gè)三菱FX系列PLC為主，加上編碼器反饋系統(tǒng)和外圍檢測(cè)電路。PC機(jī)通過RS232串行通訊口采集控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以文字的形式或圖像的形式動(dòng)態(tài)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，同時(shí)，操作管理員可以通過人機(jī)界面向控制系統(tǒng)發(fā)出命令。人機(jī)界面為觸摸屏，可以直接用手指點(diǎn)擊屏幕上的相關(guān)位置，其效果與鼠標(biāo)相同。計(jì)算機(jī)由一臺(tái)不間斷電源（UPS）供電。如下圖 三．計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1．主控程序 　　軟件系統(tǒng)的核心是主控程序，安全、穩(wěn)定、高效是控制程序的基本原則。主控程序的任務(wù)是：完成對(duì)出入口的信號(hào)檢測(cè)，車輛出入的引導(dǎo)，安全門的控制，一臺(tái)升降機(jī)平臺(tái)的控制，橫移大車的控制，一輛運(yùn)載小車的控制。與此同時(shí)，將各種狀態(tài)信息傳送給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并接收來(lái)自于上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的指令。由于設(shè)備之間的關(guān)系密切，設(shè)備啟動(dòng)的隨機(jī)性較大，因此，設(shè)備之間的安全連鎖就更加至關(guān)重要。在本系統(tǒng)的主控程序中，我們采用了許多先進(jìn)的控制策略，不僅保證系統(tǒng)及車輛的安全，而且使得系統(tǒng)的運(yùn)行效率大大提高。每次啟動(dòng)時(shí)，升降機(jī)平臺(tái)和橫移大車可以以任何組合方式運(yùn)行，如11車位，運(yùn)載小車可以前后運(yùn)轉(zhuǎn)，12、13、14、15車位是橫移大車和運(yùn)載小車的組合運(yùn)轉(zhuǎn)，21、31、41是升降平臺(tái)和運(yùn)載小車的組合運(yùn)轉(zhuǎn)，其余車位是升降平臺(tái)、橫移大車和運(yùn)載小車的三者組合運(yùn)轉(zhuǎn)，為了保證安全其中運(yùn)載小車的運(yùn)行和升降平臺(tái)、橫移大車之間是互鎖的，升降平臺(tái)和橫移大車只有全部到合適位置后運(yùn)載小車才能運(yùn)轉(zhuǎn)。由于變頻的應(yīng)用存取車最快速度可以控制在一分中內(nèi)。 2．運(yùn)載小車控制程序 　　運(yùn)載小車控制程序的主要任務(wù)是：接收來(lái)自主控程序的指令，根據(jù)指令的內(nèi)容及運(yùn)載小車自身的狀態(tài)，確定需要完成的動(dòng)作及其完成這些動(dòng)作的順序。首先，運(yùn)載小車需要根據(jù)存取車指令及自己的位置，確定運(yùn)行的方向；在運(yùn)行過程中，運(yùn)載小車需要實(shí)時(shí)檢測(cè)車位，到目的車位時(shí)，及時(shí)減速，保證停車準(zhǔn)確；根據(jù)車位的編排順序和一定的算法，確定水平移動(dòng)的方向。由于受物理空間的限制，有些停車場(chǎng)的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不規(guī)則形狀，為了充分利用有效空間，我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)方面做了許多有益的嘗試，除了常規(guī)的直線型巷道外，我們還設(shè)計(jì)了前后雙面直線型、L型和T型巷道。非標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，大大地增加了控制程序的復(fù)雜性。為了完成這些控制功能，我們?cè)跈z測(cè)方式、控制思想、控制算法以及控制設(shè)備的選型方面都作了許多精心的考慮，以保證運(yùn)載小車安全高效地運(yùn)行。 3．上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 　　上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)我們通常采用不同廠家的組態(tài)系統(tǒng)的軟件來(lái)完成。上位機(jī)監(jiān)控的主要任務(wù)是從主控程序中采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地以文字或圖像的形式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；隨時(shí)接受操作員發(fā)出的指令，并將這些指令傳送到主控程序。屏幕上顯示的內(nèi)容包括：各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)信息，各PLC的通訊狀態(tài)，各運(yùn)載小車的位置，升降機(jī)的位置，故障信息等等。 4．停車收費(fèi)系統(tǒng) 　　停車收費(fèi)系統(tǒng)是存車人與停車設(shè)備信息傳輸?shù)慕涌?。停車收費(fèi)感應(yīng)觸頭有幾種：IC卡，感應(yīng)卡、讀卡器等。存車者都有一張感應(yīng)卡，在卡上記錄著該卡的有關(guān)信息，如：卡號(hào)、車位號(hào)、預(yù)存金額、剩余金額、有效期等等信息。當(dāng)需要存/取車時(shí)，持卡人將卡放在門口的感應(yīng)卡閱讀器上，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別卡上的信息，自動(dòng)判斷是存車還是取車，自動(dòng)計(jì)算存車時(shí)間及本次收費(fèi)金額，并通過打印機(jī)打印出收費(fèi)條。除了存/取車的管理外，停車收費(fèi)系統(tǒng)還具有存車卡管理功能、存車信息查詢功能等。 四．控制系統(tǒng)特點(diǎn) 　　1、 安全可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)——安全性設(shè)計(jì)包括：汽車的安全保護(hù)、啟動(dòng)設(shè)備本身的安全保護(hù)，以及設(shè)備與設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系等等。為了保護(hù)汽車在存車過程中的安全，我們除了常規(guī)的檢測(cè)以外，還從程序上增加了實(shí)時(shí)檢測(cè)判斷，實(shí)現(xiàn)全流程的多重后備保護(hù)。 　　2、 先進(jìn)的控制方式——采用分布式控制系統(tǒng)，升降部分和平移部分是分離的。在現(xiàn)有的一些倉(cāng)儲(chǔ)式智能機(jī)器人停車設(shè)備的控制系統(tǒng)中，大多采用集中控制方式，集中控制的優(yōu)點(diǎn)是將所有的輸入輸出信號(hào)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(shù)據(jù)通訊的環(huán)節(jié)，而正是這種集中連接方式，需要大量的現(xiàn)場(chǎng)布線，運(yùn)行中設(shè)備拖拽著電纜運(yùn)動(dòng)很不方便，而且由于電纜長(zhǎng)度的限制，行程不可能很遠(yuǎn)。另外，如果某個(gè)環(huán)節(jié)出故障，整個(gè)系統(tǒng)均不能運(yùn)行。而在本系統(tǒng)中，采用分布式控制系統(tǒng)，升降部分和各層水平移動(dòng)部分分別控制，這樣，不僅省去了大量的現(xiàn)場(chǎng)布線以及由此帶來(lái)的施工、校對(duì)的工作，而且減少了許多故障發(fā)生的可能性，最重要的是，當(dāng)某個(gè)局部發(fā)生故障時(shí)，并不會(huì)影響其它設(shè)備的運(yùn)行。 　　3、 先進(jìn)的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)——采用無(wú)線通訊方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星形結(jié)構(gòu)。這樣的設(shè)計(jì)，既避免了有線通訊結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)通訊對(duì)電纜傳輸距離的限制，又大大提高了數(shù)據(jù)通訊的抗干擾能力。另外，在程序設(shè)計(jì)上充分考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，從而使系統(tǒng)的可靠性得到保證。 　　4、 準(zhǔn)確無(wú)誤的車位識(shí)別——引入了最先進(jìn)的激光掃描技術(shù)，并將它與傳統(tǒng)的檢測(cè)方式相結(jié)合。在此基礎(chǔ)之上，輔以傳統(tǒng)的尋址方式，相當(dāng)于給車位識(shí)別以雙重保護(hù)。 　　5、 清晰明了的故障定位——采用了故障編碼技術(shù)。為了讓操作員在操作或運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的情況下，能快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)計(jì)了許多方式對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行一些代碼編號(hào)，除了安裝一些檢測(cè)開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)外，還設(shè)計(jì)了許多軟件判斷條件，對(duì)一些不合理的邏輯條件及時(shí)報(bào)警并顯示故障代碼編號(hào)。操作人員或者系統(tǒng)維護(hù)人員只要看到屏幕上的報(bào)警信息代碼編號(hào)，便可知道發(fā)生了什么故障，從而及時(shí)處理。 　　6、 實(shí)時(shí)的組態(tài)畫面設(shè)計(jì)及人機(jī)交互系統(tǒng)——實(shí)時(shí)的組態(tài)畫面設(shè)計(jì)使操作員能及時(shí)了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的工況，包括：設(shè)備狀態(tài)、故障狀態(tài)、升降機(jī)或運(yùn)載小車所處的位置、設(shè)備當(dāng)前正在進(jìn)行的操作等等；系統(tǒng)還提供了豐富的歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，管理人員和系統(tǒng)維護(hù)人員可以隨時(shí)查閱。人性化的人機(jī)界面使操作員能進(jìn)行許多靈活的操作。 五．結(jié)論 　　我公司將分布式控制技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、激光掃描和定位技術(shù)引入到停車設(shè)備之中，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中均處于領(lǐng)先地位。由于這些高技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品的引用，使我公司的停車設(shè)備的安全性、可靠性和運(yùn)行效率均得到明顯的提高。