智能立体停车库控制系统的设计与实现

虞江锋

YU Jiang-feng

(浙江广播电视大学 信息与工程学院，杭州 310030)

0 引言

随着生活水平的提高，许多商业场所和居民小区的物业管理实现了智能化。作为智能小区，一个功能齐全，管理方便的智能停车库是必不可少的。随着城市化进程的加快，一些城市的大型购物中心、商场越来越多，在一些郊区也出现了许多卖场，这些地方的人流量巨大，如果没有一个高效的停车库管理系统是难以实现有序的管理。

目前顺应社会需求，出现了许多不同类型的停车库管理系统。比如在很多住宅小区中，广泛使用智能卡管理系统，但是由于许多车库入口及私人住宅临街建设，无法安装读卡设备，而且读卡系统存在着读卡距离近、车辆通过缓慢、上下班堵车严重等诸多问题。还有在一些闹市区商业场所中，采用立体停车库，节省了占地空间，但是大部分还是以人工调度为主，没有真正实现智能化[1,2]。

针对目前的各种停车库系统，本文提出了一种基于PLC的智能立体停车库，该系统结构简单，方便实用，结合无线遥控技术实现了一定程度的智能控制，而且易于扩展和改进。

1 总体设计

本系统总体上造价相对较低、控制方便灵活、运行效率高，而且能在有限的城市空间中提供大容量的停车场所，为城市的交通带来便利。

智能立体停车库主要由电动机拖动控制，信号状态检测，存取车控制，安全保护装置等部分组成。其中电机的拖动控制包括升降电机控制和横移传动机械的驱动。信号状态检测包括提升限位信号、横移定位信号和下降限位信号等。存取车控制系统是基于可编程控制器（PLC）的控制，是整个系统的核心。通过PLC实现对现场各个传感器、执行器、电机以及变频器等进行控制，实现存取车过程。此外还设有安全保护装置实现限位保护、防止意外跌落以及电源错断相保护等[3]。

2 硬件设计与实现

2.1 停车库的组合方式和车辆存取方式

立体停车库系统设计成组合式的结构形式，停车库的容量可以根据实际需求或停车场地的大小选取不同的组合方式。这里以两层五个停车位的停车库作为示意，其组合形式如图1所示。图中ABCDE表示5个停车位，F是供调度用的空位，下面就是停车库的出口。实际运营的停车库可以根据要求在空间上再增加层数，在容量上增加停车位，但都要留一个或者两个供调度用的空位，空位最好是靠近出口的，这样给调度车辆带来方便。

图1 停车库的组合形式

以两层五个停车位为例来说明车辆的存取方式和整个过程。下层的F位是空位，在存取车的过程中，D和E车位的下停车板可以分别向右或左移动，在A、B、C车位的上停车板做垂直升降运动。假设现在A号车位为空，如欲把车停在A号车位，动作顺序如下：首先将D停车板左移至F位置，然后A停车板垂直下降，将车开到A停车板上，车辆停稳并且座驾人员离开后A停车板垂直上升到原位置，停车过程结束。同样要将位于A号车位的车取出来，先将车垂直降到D位置，然后开走车辆，取车过程结束。其他停车位的存取车过程依此原理类推[4,5]。

这里举例的是很简单的两层立体停车库，而且车位容量很少，当增加停车库的层数和停车容量后，如何高效的工作成为整个停车库的关键所在，所以在这种情况下就要利用最优化的原理来设计，真正做到快速、高效、安全和稳定。在存取车的过程中，所有电机的动作都由可编程控制器（PLC）来控制，根据实际情况设计相应的程序即可[6]。

2.2 无线遥控组件TWH9236和TWH9238

无线遥控组件主要是完成信号的发射和接收任务，从而达到自动调度的目的。本装置采用的是一套微型化多通道无线遥控组件，它包括一个微波发射机TWH9236和一个与发射机对应编码并调试好的接收模块TWH9238。该组件采用较高的频率和数字编码技术，具有体积小、耗电省、可靠性高和保密性强等诸多优点。同时，拥有自编码多达32万，即在32万套设备中不会重复解调。最主要的是，该组件的发射接受有效工作距离大于30米，最远可达500m。这使得车库管理人员可以方便地控制车辆的调度。另外，在安装使用时无需调制，使设计人员在开发和应用时更加方便[7]。

发射模块TWH9236和接收模块TWH9238的外形见图2。TWH9236体积小，可以方便地穿在钥匙扣上随身携带，俗称钥匙发射机，它外形尺寸为mm，重30克，载波工作频率260～270MHz，整机工作电流在6mA以下，由于本发射机不按键时不耗电，按键也工作在点发状态，所以非常省电。无线接收模块TWH9238把微型天线、接收放大以及整形解码等电路封装在一起，共有7根引线，有A、B、C、D及IO端共5个解码信号输出端,输出电平为4～5V，电流约2mA。其中IO端为解码有效非锁存输出，余下为4位数据锁存输出，与4位发射模块上的4位按键相对应。

图2 遥控组件外形图

2.3 遥控实现方案

当有车辆需要存放或者需要取走时，由管理人员根据停车者的凭证，确定车辆对象，然后通过上位机的监控核对无误后，选择某车位的调度方案，在密码锁的发射机TWH9236上按下相应的密码编码，当密码锁的接收机TWH9238接收到信号后，闭合PLC相对应的输入点，由PLC程序控制各个电机的运动，从而可以顺利的完成任务[8]。

本系统采用OMRON公司的CPM1A小型PLC作为主控制器。它是一个具有最多40点内部I/O端口，包括同步脉冲控制，中断输入，模拟量设定和时钟功能的小巧单元器件。可以通过自带的RS－232C端口与上位机的进行通讯。本系统中将PLC的输出端口与各个电机的输入继电器端分别相连，PLC的输入端口与前端继电器相连，当遥控组件产生一个信号后，使得相应的前端继电器闭合，给PLC输入端的相应端口置高电平，从而运行相应程序，完成控制。

在系统的实现过程中有两点值得注意。首先是前端继电器开关和PLC的输入端口间的信号匹配问题。PLC的输入电压要求是交流100～240V或直流24V，所以前端继电器电路的输出应该与该电压值匹配，否则将不能使PLC正常工作，如果没有这种输出规格的，还要增加适当的电压匹配电路。第二点就是在调度过程中，一定要考虑动作间的衔接问题，否则会造成调度的不稳定和造成危险。由于在调度某辆车的过程中，可能过程比较复杂，时间比较长，故相对调度的动作多，当前一个动作还没完全完成之前，不能执行下一个动作，这点就需要在软件编制时充分考虑动作间的延时问题。

3 软件设计

以两层5个车位的停车库为例，说明编程的思路。假如车库已经停满了车，现在要求将A车位的车调出来。根据存取车的规则，调度的过程为：先将D位置的车向右平移到F位置，然后将A车位的目标车垂直下降到D位置，再将B车位的车调到原来的A车位，然后将F位置的车垂直往上升到B位置，最后将D车位的目标车相右平移到F位置，调车结束。这里虽然成功将目标车调了出来，而且算是最优化的调车方案，但同时也破坏了D、B位置原来车的停放，在此次调车过程中就把原来停放在D、B位置的车分别放到了B、A位置，这样会影响后续车的调度。所以还要将这辆两车调整到原来的位置[9]。

系统的软件主要由两个主要方面构成。一是用于监控部分的上位机界面，采用工业组态软件MCGS来开发，操作系统是Windows XP，其界面是整个停车库的实时动态情况，用动画来显示。可以形象的模拟停车库运行和车位调度的的整个过程，便于工作人员监控。同时具有存取车辆的历史记录、停车时间和缴费情况等信息的保存、查询等功能。实现智能化信息管理。

另一部分是PLC的程控制序，采用欧姆龙CPM1A型PLC的配套软件平台SYSMAC－CPT（Windows版本）进行开发。该软件可以方便的在计算机上实现对OMRON SYSMAC C系列的PLC的梯形图图形编程，还可以在PLC与计算机通讯状态下，通过图形界面进行在线监控、运行和编辑工作。

SYSMAC－CPT软件的界面如图3所示，在菜单中选择Ladder则进入梯形图编程环境，它还提供语句表编程，可以通过菜单中的VIEW选项选择“Programeditors”，然后选择“Mnemonics”来进入语句表编程。在梯形图编程状态下，程序以梯形图的形式显示，在语句表编程状态下，程序以语句表形式表示。两者程序可以互相转换。

图3 SYSMAC－CPT软件平台工作区主界面

根据前面介绍的存取车的方式，可以知道编制的程序中，最主要的是要考虑各个动作间的协调和先后次序，这里主要体现在程序中延时部分。在梯形图中，我们首先要定义好各个输入输出继电器的编号和功能，然后选择定时器模块完成调度的各个动作时间间隔的控制，在停车位较多的情况下，各个继电器和定时器的连锁是比较复杂的[10]。

4 结束语

本文提出了一种智能立体停车库控制系统的设计方案和实现方法。在实际的设计过程中可以根据实际情况进行容量和空间上的扩充。遥控组件可提供最多16位的编码可以很好的满足保密的需要，长达500m的距离使遥控得心应手。智能化的车位调度策略提高了停车库运行的效率，上位机的实施动态监控，为管理者提供了方便。同时还有一系列相应的安全保护措施，满足安全性的要求。本系统的应用能够有效地解决城市停车难的问题，具有推广价值。

[1]国家机械工业局.升降横移类机械式停车设备[S].北京:国家机械工业局,1999.

[2]付翠玉,关景泰.立体车库发展的现状与挑战[J].机械设计与制造,2005,(9):156-157.

[3]周雪松,田密,马幼捷,等.多层循环型立体车库控制系统[J].起重运输机械,2009(5):58-61.

[4]张广明,李果,朱炜.机电系统PLC控制技术[M].国防工业出版社:北京,2009.

[5]郑宝举,袁永康,员超.智能立体停车库控制系统的设计与实现.[J]计算机测量与控制2003.11(6):426-429.

[6]周雪松,田密,马幼捷,马云斌,王辉,等.智能化立体车库存取优化控制策略的研究[J].制造业自动化,2008,(10):29-34.

[7]唐义清,谭善文,唐义龙,等.基于单片机控制的机械式立体库[J].机械工程与自动化,2006,(2):3l-35.

[8]李波,李国栋,薛兴国.PLC 在立体汽车库控制系统中的应用[J].机电工程,2008,25(11):72-74,90.

[9]王焱玉,秦展田.PLC 在升降横移立体停车库控制中的应用[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2007(3):27-28.

[10]程怀舟,巫世晶.多层升降横移式立体车库控制系统的设计[J].起重运输机械,2004,(7):13-16.