一种智能化立体车库控制系统研究与设计

桂存兵 陈果 刘洋

摘 要：本文主要分析笔者设计开发的一种6层双排26车位升降横移式立体车库和基于CC-LINK网络的现场控制系统。为了实现远程控制功能，提高操作和控制的灵活性，笔者提出了一种远程控制方案；同时以路径最优为目标，分别设计了存车与取车时的载车板优化算法，该立体车库运行效果良好。该研究成果为开发出具有多样功能的立体车库提供了参考，也为改造、升级现有的立体车库提供了参考。

关键词：CC-LINK网络；远程控制；优化算法；智能化

中图分类号：U491.71；TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）06-0196-02

基金项目：2019年度广州市高等学校第十批教育教学改革资助项目“基于项目化教学与竞赛相结合的机电专业课程体系改革与创新实践研究”（2019JG243）

近些年，针对立体车库的控制算法研究很火热，提出了一些新型的算法，总体来说还不成熟，难以在实际中采用[1-2]。因此，作者开发设计了一种6层双排26车位升降横移式立体车库和一套完整的就地及远程监控系统，其中的现场控制是基于CC-LINK网络，并基于路径最优原则分别设计了存车与取车时的载车板优化算法。该综合控制系统可方便对车库进行维护、监控及查询，就地控制系统可就地完成自动和手动存取车以及车位的自动显示、自动收费等复杂功能，而且其用于监控的远程系统借助物联网通讯模块，采取无线方式可以利用手机App对以上功能进行远程监控和访问，大大提高了立体车库的监控水平和智能化水平，整体运行效率也得以大大提升，满足了立体车库人性化、智能化、网络化融合发展趋势的需要。

1 远程控制系统

通过连接在主站上的RS485通讯模块与物联网通信模块GRM501进行串行连接，借助于云监控服务器，手机App利用GSM网络与云监控服务器相连接，实现PLC专用协议和App通讯协议之间的转换，高效实现PLC与用于监控的远程设备间的通讯。

借助于手机App将对手/自动存取车、停车收费、空余车位显示等功能集中在一个综合系统中，而且可灵活设计自动/手动叫车界面、停车收付费及故障/车位界面、横移电机运转界面等，也可以在以后根据需要借助于云监控服务器，通过安装专用的远程管理软件，在远程监控电脑上将手机App对手/自动存取车、停车收费、空余车位显示这些功能进行远程监控，并且可以与访问功能集中在一个综合管理系统，从而大大提高车库系统的监控水平和智能化水平，提高了立体车库控制系统的安全性、稳定性、便捷性、灵活性，克服了传输距离远、现场环境恶劣等问题。

利用计算机和物联网的完美结合实现了手/自动存取车、停车收费、空余车位显示这些功能，实现了控制系统的智能化，使其运行更加可靠和高效。

2 现场控制系统

2.1 现场控制系统的组成

该设计以三菱FX3U系列PLC组成的CC-Link网络为基础，实现智能立体车库系统的高效数据传输和稳定的系统控制[3]。如图1所示，FX3U-256MR扩展FX2N-32CCLK模块、A/D模块、D/A模块构成主站，触摸屏（HMI）接在主站（0号站）上，通过主站扩展的FX2NC-485-ADP模块，构成RS-485串行通信，连接远程控制端的物联网模块GRM501，主站控制立体智能车库1；FX3U-256MR扩展FX2N-32CCLK模块、A/D模块、D/A模块构成1号从站，1号从站控制立体智能车库2。智能立体车库1及智能立体车库2都是6层13车位升降横移式立体车库，1号、2号车库的配置完全相同，2号车库也可以为多功能停车车库，为适应以后需要，可设置为放置共享汽车，配置加氢或者充电桩的功能。

现场的各类执行装置包括升降电机、横移电机、光电传感器、接触器、烟雾报警器、压力传感器、电磁铁、限位开关、变频器、安全挂钩等。

2.2 CC-LINK网络的组成

将车库1对应的PLC设置为主站（0号站），车库2对应的PLC设置为远程设备站（1号站），网络传输速率均设置为2.5Mbps[4]。

3 最优路径优化算法设计

依据排队论理论和时间最优原则，为保证载车板的运行路径最短，设计了取车最优路径算法和存车最优路径算法[5]。

不管是存车还是取车，在目标车位确定的情况下，由于层数确定，对应的载车板升降次数也随之确定。因此本优化算法实际上就是确保在目标车位层以下的载车板避免一些横移时的无效横移动作，为了存取车的需要而让出升降通道时的横移次数最少。

3.1 取车算法

对于目标车位MhlMhl（其中图2中h表示对应的层，l表示对应的列）：①所在的行处于第一行时，直接取车；②若目标车位不在第一行先判断第一层到第h-1层的l列是否都没有载车板，满足的话目标车位载车板直接下降至一层；③若第一层到h-1层的l列有载车板时，逐层查找目标车位所在的行下面所有层的空车位所在列，用dydy表示，由l？ dyl？dy的符号确定每一层载车板横移路径：<1>l？dy>0l？ dy>0，y层dy+1dy+1列到l列车位都左移一位；<2>l？ dy<0l？dy<0，y层l列到dy？1dy？1列车位都右移一位；<3>l？dy=0l？dy=0，无需移动。

逐层移动|l？dy||l？dy|次后，目标车位载车板直接下降至一层。1号、2号立体车库的取车算法完全一样。取车算法流程图如图2所示

3.2 存车算法

存车原则为低层优先，能不升降则不要升降，同时1号、2号车库在进行存车车位查询时，对同一层的所有车位统一连续编号。

图3中c2，c3，c4，c4，c5，c6分别对应2，3，4，5，6层对应的最小横移车位数，l，dydy的意义同前，dyijdyij中的i表示对应的层，j表示对应的车库1或2。

参考文献：

[1]丁莉君.自动化立体车库人机交互系统的设计[J].工程技术研究，2018（9）：219-221.

[2]李剑锋，段文军，方斌，等.基于改进遗传算法立体车库存取调度优化[J].控制工程，2010，17（9）：658-661.

[3]刘东海，刘路，许剑新.基于CC-Link的标签打印系统设计[J].信息与电脑（理论版），2018（10）：89-92.

[4]杨秀文.自动化生产线中CCLINK 总线技术及工业机器人通讯[J].自动化技术与应用，2015（7）：83-85.

[5]张芳芳，梁飞，朱敏哲.基于排队论的升降横移立体车库控制策略研究[J].计算机仿真，2013，30（1）：208-211.

（責任编辑：李凌峰）