倉儲式智能機器人停車設備控制系統(tǒng)的分析設計與實現(xiàn)

摘要： 本文主要介紹了倉儲式機器人停車設備的主要機械結(jié)構(gòu)和該設備的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的組成。該設備控制系統(tǒng)的安全可靠、通訊先進等優(yōu)點。 摘要詞： 倉儲式智能機器人 智能化電氣控制 反饋系統(tǒng) 控制策略 故障編碼 無線通訊 組態(tài) 　　隨著人民生活水平的提高，汽車的社會占有量大幅度增長，這不僅給人們生活帶來了極大的方便，而且也大大加快了我國經(jīng)濟發(fā)展。但同時也帶來了一個比較嚴重的社會問題：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)了幾套自動停車設備，并獨立開發(fā)了相應的計算機控制系統(tǒng)。該計算機控制系統(tǒng)具有按鈕、讀卡操作、自動出入庫、自動尋址定位、計算機自動調(diào)度和信息管理等特點，在技術(shù)上處于國內(nèi)領先地位，尤其適合中小型立體停車庫。本文以20車位的倉儲式智能機器人停車設備為例對該系統(tǒng)作一個簡單分析。 一．主要機械結(jié)構(gòu) 　　停車設備出入口設在地面，20個車位分布在地上單排四層五列，由一臺升降機負責平運載小車板的垂直升降，一臺橫移大車負責橫向的移動，一臺運載小車在垂直升降的平臺載車板上，可以前后雙向移動，負責將汽車運送到相應的車位。所謂的智能機器人控制原理模型就是這三種機械結(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) 　　停車設備控制系統(tǒng)的人機界面是一臺PC機，該PC機帶有1套讀卡裝置和一臺票據(jù)打印機，通過串行通訊線與PLC控制系統(tǒng)相連?？刂葡到y(tǒng)由一個三菱FX系列PLC為主，加上編碼器反饋系統(tǒng)和外圍檢測電路。PC機通過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態(tài)地顯示在計算機屏幕上，同時，操作管理員可以通過人機界面向控制系統(tǒng)發(fā)出命令。人機界面為觸摸屏，可以直接用手指點擊屏幕上的相關(guān)位置，其效果與鼠標相同。計算機由一臺不間斷電源（UPS）供電。如下圖 三．計算機軟件系統(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。主控程序的任務是：完成對出入口的信號檢測，車輛出入的引導，安全門的控制，一臺升降機平臺的控制，橫移大車的控制，一輛運載小車的控制。與此同時，將各種狀態(tài)信息傳送給上位機監(jiān)控系統(tǒng)，并接收來自于上位機監(jiān)控系統(tǒng)的指令。由于設備之間的關(guān)系密切，設備啟動的隨機性較大，因此，設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)的運行效率大大提高。每次啟動時，升降機平臺和橫移大車可以以任何組合方式運行，如11車位，運載小車可以前后運轉(zhuǎn)，12、13、14、15車位是橫移大車和運載小車的組合運轉(zhuǎn)，21、31、41是升降平臺和運載小車的組合運轉(zhuǎn)，其余車位是升降平臺、橫移大車和運載小車的三者組合運轉(zhuǎn)，為了保證安全其中運載小車的運行和升降平臺、橫移大車之間是互鎖的，升降平臺和橫移大車只有全部到合適位置后運載小車才能運轉(zhuǎn)。由于變頻的應用存取車最快速度可以控制在一分中內(nèi)。 2．運載小車控制程序 　　運載小車控制程序的主要任務是：接收來自主控程序的指令，根據(jù)指令的內(nèi)容及運載小車自身的狀態(tài)，確定需要完成的動作及其完成這些動作的順序。首先，運載小車需要根據(jù)存取車指令及自己的位置，確定運行的方向；在運行過程中，運載小車需要實時檢測車位，到目的車位時，及時減速，保證停車準確；根據(jù)車位的編排順序和一定的算法，確定水平移動的方向。由于受物理空間的限制，有些停車場的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不規(guī)則形狀，為了充分利用有效空間，我們在機械設計方面做了許多有益的嘗試，除了常規(guī)的直線型巷道外，我們還設計了前后雙面直線型、L型和T型巷道。非標準的機械結(jié)構(gòu)，大大地增加了控制程序的復雜性。為了完成這些控制功能，我們在檢測方式、控制思想、控制算法以及控制設備的選型方面都作了許多精心的考慮，以保證運載小車安全高效地運行。 3．上位機監(jiān)控系統(tǒng) 　　上位機監(jiān)控系統(tǒng)我們通常采用不同廠家的組態(tài)系統(tǒng)的軟件來完成。上位機監(jiān)控的主要任務是從主控程序中采集數(shù)據(jù)，并實時地以文字或圖像的形式顯示在計算機屏幕上；隨時接受操作員發(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：各個設備的狀態(tài)信息，各PLC的通訊狀態(tài)，各運載小車的位置，升降機的位置，故障信息等等。 4．停車收費系統(tǒng) 　　停車收費系統(tǒng)是存車人與停車設備信息傳輸?shù)慕涌凇Ｍ＼囀召M感應觸頭有幾種：IC卡，感應卡、讀卡器等。存車者都有一張感應卡，在卡上記錄著該卡的有關(guān)信息，如：卡號、車位號、預存金額、剩余金額、有效期等等信息。當需要存/取車時，持卡人將卡放在門口的感應卡閱讀器上，計算機自動識別卡上的信息，自動判斷是存車還是取車，自動計算存車時間及本次收費金額，并通過打印機打印出收費條。除了存/取車的管理外，停車收費系統(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 　　1、 安全可靠的系統(tǒng)設計——安全性設計包括：汽車的安全保護、啟動設備本身的安全保護，以及設備與設備之間的聯(lián)鎖關(guān)系等等。為了保護汽車在存車過程中的安全，我們除了常規(guī)的檢測以外，還從程序上增加了實時檢測判斷，實現(xiàn)全流程的多重后備保護。 　　2、 先進的控制方式——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)有的一些倉儲式智能機器人停車設備的控制系統(tǒng)中，大多采用集中控制方式，集中控制的優(yōu)點是將所有的輸入輸出信號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)場布線，運行中設備拖拽著電纜運動很不方便，而且由于電纜長度的限制，行程不可能很遠。另外，如果某個環(huán)節(jié)出故障，整個系統(tǒng)均不能運行。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部分分別控制，這樣，不僅省去了大量的現(xiàn)場布線以及由此帶來的施工、校對的工作，而且減少了許多故障發(fā)生的可能性，最重要的是，當某個局部發(fā)生故障時，并不會影響其它設備的運行。 　　3、 先進的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)——采用無線通訊方式，網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用星形結(jié)構(gòu)。這樣的設計，既避免了有線通訊結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)通訊對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，在程序設計上充分考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，增強系統(tǒng)的容錯能力，從而使系統(tǒng)的可靠性得到保證。 　　4、 準確無誤的車位識別——引入了最先進的激光掃描技術(shù)，并將它與傳統(tǒng)的檢測方式相結(jié)合。在此基礎之上，輔以傳統(tǒng)的尋址方式，相當于給車位識別以雙重保護。 　　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行過程中出現(xiàn)故障的情況下，能快速、準確地發(fā)現(xiàn)故障，排除故障，我們在系統(tǒng)中設計了許多方式對故障進行檢測，對故障進行一些代碼編號，除了安裝一些檢測開關(guān)進行檢測外，還設計了許多軟件判斷條件，對一些不合理的邏輯條件及時報警并顯示故障代碼編號。操作人員或者系統(tǒng)維護人員只要看到屏幕上的報警信息代碼編號，便可知道發(fā)生了什么故障，從而及時處理。 　　6、 實時的組態(tài)畫面設計及人機交互系統(tǒng)——實時的組態(tài)畫面設計使操作員能及時了解整個系統(tǒng)運行的工況，包括：設備狀態(tài)、故障狀態(tài)、升降機或運載小車所處的位置、設備當前正在進行的操作等等；系統(tǒng)還提供了豐富的歷史數(shù)據(jù)儲存，管理人員和系統(tǒng)維護人員可以隨時查閱。人性化的人機界面使操作員能進行許多靈活的操作。 五．結(jié)論 　　我公司將分布式控制技術(shù)、無線通訊技術(shù)、激光掃描和定位技術(shù)引入到停車設備之中，在國內(nèi)同行業(yè)中均處于領先地位。由于這些高技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品的引用，使我公司的停車設備的安全性、可靠性和運行效率均得到明顯的提高。