基于MCGS的升降橫移式立體車庫人機系統設計

陳元凱 尹凱

摘 ? 要：近年來，隨著私家車輛的普及化，我國車輛的保有量每年呈飛速上升的趨勢，然而停車位的建設步伐卻遠遠落后于車輛增長的速度。據統計，我國目前至少有著5000萬個停車位的缺口，因此大力建設停車位尤其是發展高空間利用率的立體停車庫勢在必行。針對目前越來越嚴重的車位短缺現象，本文從升降橫移式立體車庫的工作原理以及人機系統角度出發，基于工控組態軟件MCGS實現了立體車庫的人機交互系統的設計，以實現車輛的自動存取的過程監視和操縱。經運行調試，該系統可以有效而穩定地運行。

關鍵詞：立體車庫 ?組態軟件 ?MCGS ?PLC ?人機系統

中圖分類號：TP273.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0034-03

Abstract：Recently，with the popularization of private cars，the number of vehicles in our country has been increasing rapidly every year.But the pace of parking space construction lags far behind the growth rate of vehicles.According to the statistics，our country lacks 50million parking spaces.Therefore，it is imperative to build parking lots，especially the stereo garage.In order to solve the serious shortage of parking ?spaces，this paper starts from the working principle of the lifting and transferring parking garage and Man-machine system，realized the design of man-machine system of then lifting and transferring stereo garage based on MCGS.Besides，the design realized the monitoring function of automatic storage.According to the phenomenon of debugging，the system operate effectively and stably.

Key Words：Stereo garage;Configuration software;MCGS;PLC;Man-machine system

隨著我國汽車產業的不斷發展，汽車的保有量逐年增加[1]，據統計，截止到2016年年底，我國機動車保有量已經突破3億輛，其中汽車達2億輛，隨之而來的則是車位短缺現象變得越來越嚴重[2]，從而使得大量的車輛停放在道路兩側及公共區域，進而加劇了城市道路擁堵的問題[3]。立體車庫是一種充分利用車位與地面之間的垂直空間，并結合機械、電氣工程設備以及控制系統來存取車輛的重要裝置。伴隨著我國經濟的飛速發展，立體車庫已成為解決城市停車難題的最佳解決方案，也是解決城市道路擁堵問題的有效利器[4]。

1 ?升降橫移式立體車庫結構與工作原理

1.1 車庫結構

升降橫移式立體車庫適應性較強，可以配置的車位較多，并且每個車位均對應一個載車板，所需存取車輛的載車板通過升降、橫移運動可以達到地面或者高層。

升降橫移式立體車庫主要由多層結構框架構成[5]，在框架上每層均設置有橫向導軌，導軌上設置有多個可以沿導軌移動的載車架，每個載車架又對應一臺橫移電機，通過橫移電機并借助導軌上載車架可以實現車位的橫向移動[6];在載車架的一端的橫梁上又安裝有升降電機和減速器，通過鏈輪和鏈條帶動傳動軸，實現車位的垂直升降;此外，在載車架上設計有防墜掛鉤，用于懸掛載車板，防墜掛鉤由電磁鐵和復位彈簧控制它的彈出與復位[7]。

升降橫移立體車庫的優點就在于它的每個車位可以獨立、自由地動作，從而大大提高了工作效率，縮短了存取車的時間。

1.2 工作原理

立體車庫為多層多列的布置形式，為了保證每一個車位都能夠順利地降至地面，需在除了頂層以外的所有層都要設置一空位，用于車位的移動交換[8]。若要使用高層車位，則通過低層車位的平移運動即可以形成一條升降的通道，高層車位便可自由升降[9]，如圖1所示。

車輛出入庫需按如下步驟工作：

（1）如車輛需進出底層車位直接出入即可;

（2）如車輛需進出高層車位（如圖1中6號位），則必須將其下方7、8、9號位向左平移至空位中，形成一條可以至底層的通道，再通過升降機構垂直升降;

（3）垂直升降結束后，其下方車位自動移動回初始位置狀態。

2 ?立體車庫人機系統設計

整個立體車庫系統采用可編程邏輯控制器PLC下位機控制結合上位機監視的經典控制系統結構[10]，由下位機就地采集傳感器、行程開關信號，并利用組態軟件MCGS實現數據和狀態的人機交互，方便監控與管理[11]。

2.1 創建實時數據變量

實時數據庫是存放數據變量的中心，也是一個MCGS系統工程各個部分的數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成一個有機的整體。不同類型和名稱的數據變量，可以作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象[12]。

立體車庫人機系統中每個車位需定義2個數值型移動變量、4個開關型方向變量、1個開關型車位狀態標志量、2個開關型出入指令變量、1個開關型就位變量。立體車庫監控系統中共需定義130個實時數據變量。

2.2 動畫界面設計

立體車庫動畫界面設計主要包括兩大部分：立體車庫動畫界面設計、控制界面設計。

其中，立體車庫動畫界面設計一套3層4列的框架結構，并設置13個立體車位，其中第二列除頂層有車位外其余為空位;此外在控制界面中，每個車位均對應一個車輛入庫、出庫控制按鍵以及一盞紅綠車位指示燈，共計26個控制按鍵，13盞狀態指示燈[13-14]，如圖2所示。

2.3 運行策略編輯

MCGS中的運行策略是用戶為了實現對系統運行流程自由控制所生成的功能塊的總稱，主要完成工程運行流程的控制，包括編寫控制程序（if..then腳本程序）、選用各種功能構件，如數據提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。MSGS又把運行策略分為啟動策略、退出策略、循環策略、用戶策略、報警策略等7種，每種策略都由一系列功能模塊所組成，通過對不同模塊的調用或者編寫用戶腳本程序來實現各種功能[15]。

MCGS用戶腳本程序是一種需要在特定策略中運行的程序，用戶通過編程完成特定操作和處理，其編程語法類似于Basic語言。通過對系統運行策略腳本程序的編輯，可以實現對該立體車庫監控系統的組態。

以6號位停車為例，結合其工作原理，車輛入庫的MCGS循環腳本控制程序如下：

IF B6=0 THEN ? ? ? ? ? ? ? ? '6號位空閑'

IF K6=1 THEN ? ? ? ? ? ? ? ? '6號位有停車指令'

IF LEFT6=1 THEN

SP7=SP7-1 ? ? ? ? ? ? ? ?'789號位左移'

SP8=SP8-1

SP9=SP9-1

IF SP9<=-20 THEN

LEFT6=0

DOWN6=1

ENDIF

ENDIF

IF DOWN6=1 THEN ? ? ? ? ?'6號位下移'

CZ6=CZ6+1

IF CZ6>=40 THEN

DOWN6=0

ENDIF

ENDIF

IF CAR=1 THEN ? ? ? ? ? ? ?'車輛就位'

UP6=1

CAR=0

ENDIF

IF UP6=1 THEN ? ? ? ? ? ? ?'6號位上移'

CZ6=CZ6-1

IF CZ6<=0 THEN

UP6=0

RIGHT6=1

ENDIF

ENDIF

IF RIGHT6=1 THEN ? ? ? ? ? ?'789號位右移'

SP7=SP7+1

SP8=SP8+1

SP9=SP9+1

IF SP9>=0 THEN

RIGHT6=0

K6=0

B6=1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? '6號位占用'

ENDIF

ENDIF

ENDIF

ENDIF

2.4 運行調試

運行該立體車庫人機系統進入組態運行環境，通過操縱入庫停車按鍵使車輛全部入庫并占用全部車位，該人機系統運行狀態如圖3所示。

3 ?結語

穩定而可靠人機交互系統是整個升降橫移式立體停車庫系統正常工作的核心[16]，它起到監視系統整體工作情況以及控制系統工作狀態的作用，操作者能夠方便而快捷地了解整體車庫的運行狀態，大幅度地提高了車庫控制系統的安全穩定性，同時也能夠在組態運行環境中方便地操縱控制立體車位工作運行。但是該人機系統仍缺少車輛信息采集功能、車輛就位報警等功能，實際應用性能還有待提高。

參考文獻

[1] 韓冰琪，李精精，崔航，等.我國居民汽車保有量影響因素的計量分析[J].中國管理信息化，2013，16（4）：39-41.

[2] 牛馨雅.城市停車泊位供給規模研究[D].山東大學，2013.

[3] 陳希娟.占道停車法律制度研究[D].重慶大學，2013.

[4] 劉鵬.借鑒日本經驗解決停車難題[J].中國高新技術企業，2012（5）：60-62.

[5] 徐兆豐.組合結構在立體車庫中的應用研究[D].湖南大學，2013.

[6] 陳昕.多高層鋼結構立體車庫受力性能研究[D].西安科技大學，2014.

[7] 毛君，董先瑞，謝苗，等.簡易升降式智能立體停車位框架力學分析[J].機械強度，2016，38（5）：1046-1052.

[8] 張貴香，耿長清.基于PLC的升降橫移式立體車庫自動控制[J].自動化儀表，2013，34（7）：35-37.

[9] 劉偉.基于PLC控制的升降橫移式立體車庫的研制與實現[D].長安大學，2014.

[10]劉力.組態軟件在PLC實驗系統中的應用[J].實驗室研究與探索，2014，33（4）：127-129.

[11]李紅萍.工控組態技術及應用-MCGS[M].西安：西安電子科技大學出版社，2015.

[12]李江全.組態控制技術實訓教程[M].北京：機械工業出版社，2016.

[13]吳紅霞.基于MCGS的立體車庫監控系統設計[J].自動化應用，2014（10）：48-51.

[14]李電敏.基于MCGS的立體車庫控制系統設計[J].內江科技，2016（12）：49-50.

[15]王淑紅.工控組態軟件及應用[M].北京：中國電力出版社，2016.

[16]劉偉，張延林，董小偉，等.基于PLC的立體車庫自動控制系統的設計[J].起重運輸機械，2013（12）：20-22.