一種智能化立體車庫(kù)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

桂存兵 陳果 劉洋

摘 要：本文主要分析筆者設(shè)計(jì)開發(fā)的一種6層雙排26車位升降橫移式立體車庫(kù)和基于CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，提高操作和控制的靈活性，筆者提出了一種遠(yuǎn)程控制方案；同時(shí)以路徑最優(yōu)為目標(biāo)，分別設(shè)計(jì)了存車與取車時(shí)的載車板優(yōu)化算法，該立體車庫(kù)運(yùn)行效果良好。該研究成果為開發(fā)出具有多樣功能的立體車庫(kù)提供了參考，也為改造、升級(jí)現(xiàn)有的立體車庫(kù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：CC-LINK網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程控制；優(yōu)化算法；智能化

中圖分類號(hào)：U491.71；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-9052（2020）06-0196-02

基金項(xiàng)目：2019年度廣州市高等學(xué)校第十批教育教學(xué)改革資助項(xiàng)目“基于項(xiàng)目化教學(xué)與競(jìng)賽相結(jié)合的機(jī)電專業(yè)課程體系改革與創(chuàng)新實(shí)踐研究”（2019JG243）

近些年，針對(duì)立體車庫(kù)的控制算法研究很火熱，提出了一些新型的算法，總體來說還不成熟，難以在實(shí)際中采用[1-2]。因此，作者開發(fā)設(shè)計(jì)了一種6層雙排26車位升降橫移式立體車庫(kù)和一套完整的就地及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中的現(xiàn)場(chǎng)控制是基于CC-LINK網(wǎng)絡(luò)，并基于路徑最優(yōu)原則分別設(shè)計(jì)了存車與取車時(shí)的載車板優(yōu)化算法。該綜合控制系統(tǒng)可方便對(duì)車庫(kù)進(jìn)行維護(hù)、監(jiān)控及查詢，就地控制系統(tǒng)可就地完成自動(dòng)和手動(dòng)存取車以及車位的自動(dòng)顯示、自動(dòng)收費(fèi)等復(fù)雜功能，而且其用于監(jiān)控的遠(yuǎn)程系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)通訊模塊，采取無線方式可以利用手機(jī)App對(duì)以上功能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和訪問，大大提高了立體車庫(kù)的監(jiān)控水平和智能化水平，整體運(yùn)行效率也得以大大提升，滿足了立體車庫(kù)人性化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化融合發(fā)展趨勢(shì)的需要。

1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

通過連接在主站上的RS485通訊模塊與物聯(lián)網(wǎng)通信模塊GRM501進(jìn)行串行連接，借助于云監(jiān)控服務(wù)器，手機(jī)App利用GSM網(wǎng)絡(luò)與云監(jiān)控服務(wù)器相連接，實(shí)現(xiàn)PLC專用協(xié)議和App通訊協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，高效實(shí)現(xiàn)PLC與用于監(jiān)控的遠(yuǎn)程設(shè)備間的通訊。

借助于手機(jī)App將對(duì)手/自動(dòng)存取車、停車收費(fèi)、空余車位顯示等功能集中在一個(gè)綜合系統(tǒng)中，而且可靈活設(shè)計(jì)自動(dòng)/手動(dòng)叫車界面、停車收付費(fèi)及故障/車位界面、橫移電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)界面等，也可以在以后根據(jù)需要借助于云監(jiān)控服務(wù)器，通過安裝專用的遠(yuǎn)程管理軟件，在遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦上將手機(jī)App對(duì)手/自動(dòng)存取車、停車收費(fèi)、空余車位顯示這些功能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且可以與訪問功能集中在一個(gè)綜合管理系統(tǒng)，從而大大提高車庫(kù)系統(tǒng)的監(jiān)控水平和智能化水平，提高了立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、便捷性、靈活性，克服了傳輸距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣等問題。

利用計(jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)的完美結(jié)合實(shí)現(xiàn)了手/自動(dòng)存取車、停車收費(fèi)、空余車位顯示這些功能，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的智能化，使其運(yùn)行更加可靠和高效。

2 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的組成

該設(shè)計(jì)以三菱FX3U系列PLC組成的CC-Link網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)智能立體車庫(kù)系統(tǒng)的高效數(shù)據(jù)傳輸和穩(wěn)定的系統(tǒng)控制[3]。如圖1所示，F(xiàn)X3U-256MR擴(kuò)展FX2N-32CCLK模塊、A/D模塊、D/A模塊構(gòu)成主站，觸摸屏（HMI）接在主站（0號(hào)站）上，通過主站擴(kuò)展的FX2NC-485-ADP模塊，構(gòu)成RS-485串行通信，連接遠(yuǎn)程控制端的物聯(lián)網(wǎng)模塊GRM501，主站控制立體智能車庫(kù)1；FX3U-256MR擴(kuò)展FX2N-32CCLK模塊、A/D模塊、D/A模塊構(gòu)成1號(hào)從站，1號(hào)從站控制立體智能車庫(kù)2。智能立體車庫(kù)1及智能立體車庫(kù)2都是6層13車位升降橫移式立體車庫(kù)，1號(hào)、2號(hào)車庫(kù)的配置完全相同，2號(hào)車庫(kù)也可以為多功能停車車庫(kù)，為適應(yīng)以后需要，可設(shè)置為放置共享汽車，配置加氫或者充電樁的功能。

現(xiàn)場(chǎng)的各類執(zhí)行裝置包括升降電機(jī)、橫移電機(jī)、光電傳感器、接觸器、煙霧報(bào)警器、壓力傳感器、電磁鐵、限位開關(guān)、變頻器、安全掛鉤等。

2.2 CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的組成

將車庫(kù)1對(duì)應(yīng)的PLC設(shè)置為主站（0號(hào)站），車庫(kù)2對(duì)應(yīng)的PLC設(shè)置為遠(yuǎn)程設(shè)備站（1號(hào)站），網(wǎng)絡(luò)傳輸速率均設(shè)置為2.5Mbps[4]。

3 最優(yōu)路徑優(yōu)化算法設(shè)計(jì)

依據(jù)排隊(duì)論理論和時(shí)間最優(yōu)原則，為保證載車板的運(yùn)行路徑最短，設(shè)計(jì)了取車最優(yōu)路徑算法和存車最優(yōu)路徑算法[5]。

不管是存車還是取車，在目標(biāo)車位確定的情況下，由于層數(shù)確定，對(duì)應(yīng)的載車板升降次數(shù)也隨之確定。因此本優(yōu)化算法實(shí)際上就是確保在目標(biāo)車位層以下的載車板避免一些橫移時(shí)的無效橫移動(dòng)作，為了存取車的需要而讓出升降通道時(shí)的橫移次數(shù)最少。

3.1 取車算法

對(duì)于目標(biāo)車位MhlMhl（其中圖2中h表示對(duì)應(yīng)的層，l表示對(duì)應(yīng)的列）：①所在的行處于第一行時(shí)，直接取車；②若目標(biāo)車位不在第一行先判斷第一層到第h-1層的l列是否都沒有載車板，滿足的話目標(biāo)車位載車板直接下降至一層；③若第一層到h-1層的l列有載車板時(shí)，逐層查找目標(biāo)車位所在的行下面所有層的空車位所在列，用dydy表示，由l？ dyl？dy的符號(hào)確定每一層載車板橫移路徑：<1>l？dy>0l？ dy>0，y層dy+1dy+1列到l列車位都左移一位；<2>l？ dy<0l？dy<0，y層l列到dy？1dy？1列車位都右移一位；<3>l？dy=0l？dy=0，無需移動(dòng)。

逐層移動(dòng)|l？dy||l？dy|次后，目標(biāo)車位載車板直接下降至一層。1號(hào)、2號(hào)立體車庫(kù)的取車算法完全一樣。取車算法流程圖如圖2所示

3.2 存車算法

存車原則為低層優(yōu)先，能不升降則不要升降，同時(shí)1號(hào)、2號(hào)車庫(kù)在進(jìn)行存車車位查詢時(shí)，對(duì)同一層的所有車位統(tǒng)一連續(xù)編號(hào)。

圖3中c2，c3，c4，c4，c5，c6分別對(duì)應(yīng)2，3，4，5，6層對(duì)應(yīng)的最小橫移車位數(shù)，l，dydy的意義同前，dyijdyij中的i表示對(duì)應(yīng)的層，j表示對(duì)應(yīng)的車庫(kù)1或2。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁莉君.自動(dòng)化立體車庫(kù)人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工程技術(shù)研究，2018（9）：219-221.

[2]李劍鋒，段文軍，方斌，等.基于改進(jìn)遺傳算法立體車庫(kù)存取調(diào)度優(yōu)化[J].控制工程，2010，17（9）：658-661.

[3]劉東海，劉路，許劍新.基于CC-Link的標(biāo)簽打印系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息與電腦（理論版），2018（10）：89-92.

[4]楊秀文.自動(dòng)化生產(chǎn)線中CCLINK 總線技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人通訊[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2015（7）：83-85.

[5]張芳芳，梁飛，朱敏哲.基于排隊(duì)論的升降橫移立體車庫(kù)控制策略研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2013，30（1）：208-211.

（責(zé)任編輯：李凌峰）