一種智能化立體車庫控制系統研究與設計

桂存兵 陳果 劉洋

摘 要：本文主要分析筆者設計開發的一種6層雙排26車位升降橫移式立體車庫和基于CC-LINK網絡的現場控制系統。為了實現遠程控制功能，提高操作和控制的靈活性，筆者提出了一種遠程控制方案；同時以路徑最優為目標，分別設計了存車與取車時的載車板優化算法，該立體車庫運行效果良好。該研究成果為開發出具有多樣功能的立體車庫提供了參考，也為改造、升級現有的立體車庫提供了參考。

關鍵詞：CC-LINK網絡；遠程控制；優化算法；智能化

中圖分類號：U491.71；TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2020）06-0196-02

基金項目：2019年度廣州市高等學校第十批教育教學改革資助項目“基于項目化教學與競賽相結合的機電專業課程體系改革與創新實踐研究”（2019JG243）

近些年，針對立體車庫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，難以在實際中采用[1-2]。因此，作者開發設計了一種6層雙排26車位升降橫移式立體車庫和一套完整的就地及遠程監控系統，其中的現場控制是基于CC-LINK網絡，并基于路徑最優原則分別設計了存車與取車時的載車板優化算法。該綜合控制系統可方便對車庫進行維護、監控及查詢，就地控制系統可就地完成自動和手動存取車以及車位的自動顯示、自動收費等復雜功能，而且其用于監控的遠程系統借助物聯網通訊模塊，采取無線方式可以利用手機App對以上功能進行遠程監控和訪問，大大提高了立體車庫的監控水平和智能化水平，整體運行效率也得以大大提升，滿足了立體車庫人性化、智能化、網絡化融合發展趨勢的需要。

1 遠程控制系統

通過連接在主站上的RS485通訊模塊與物聯網通信模塊GRM501進行串行連接，借助于云監控服務器，手機App利用GSM網絡與云監控服務器相連接，實現PLC專用協議和App通訊協議之間的轉換，高效實現PLC與用于監控的遠程設備間的通訊。

借助于手機App將對手/自動存取車、停車收費、空余車位顯示等功能集中在一個綜合系統中，而且可靈活設計自動/手動叫車界面、停車收付費及故障/車位界面、橫移電機運轉界面等，也可以在以后根據需要借助于云監控服務器，通過安裝專用的遠程管理軟件，在遠程監控電腦上將手機App對手/自動存取車、停車收費、空余車位顯示這些功能進行遠程監控，并且可以與訪問功能集中在一個綜合管理系統，從而大大提高車庫系統的監控水平和智能化水平，提高了立體車庫控制系統的安全性、穩定性、便捷性、靈活性，克服了傳輸距離遠、現場環境惡劣等問題。

利用計算機和物聯網的完美結合實現了手/自動存取車、停車收費、空余車位顯示這些功能，實現了控制系統的智能化，使其運行更加可靠和高效。

2 現場控制系統

2.1 現場控制系統的組成

該設計以三菱FX3U系列PLC組成的CC-Link網絡為基礎，實現智能立體車庫系統的高效數據傳輸和穩定的系統控制[3]。如圖1所示，FX3U-256MR擴展FX2N-32CCLK模塊、A/D模塊、D/A模塊構成主站，觸摸屏（HMI）接在主站（0號站）上，通過主站擴展的FX2NC-485-ADP模塊，構成RS-485串行通信，連接遠程控制端的物聯網模塊GRM501，主站控制立體智能車庫1；FX3U-256MR擴展FX2N-32CCLK模塊、A/D模塊、D/A模塊構成1號從站，1號從站控制立體智能車庫2。智能立體車庫1及智能立體車庫2都是6層13車位升降橫移式立體車庫，1號、2號車庫的配置完全相同，2號車庫也可以為多功能停車車庫，為適應以后需要，可設置為放置共享汽車，配置加氫或者充電樁的功能。

現場的各類執行裝置包括升降電機、橫移電機、光電傳感器、接觸器、煙霧報警器、壓力傳感器、電磁鐵、限位開關、變頻器、安全掛鉤等。

2.2 CC-LINK網絡的組成

將車庫1對應的PLC設置為主站（0號站），車庫2對應的PLC設置為遠程設備站（1號站），網絡傳輸速率均設置為2.5Mbps[4]。

3 最優路徑優化算法設計

依據排隊論理論和時間最優原則，為保證載車板的運行路徑最短，設計了取車最優路徑算法和存車最優路徑算法[5]。

不管是存車還是取車，在目標車位確定的情況下，由于層數確定，對應的載車板升降次數也隨之確定。因此本優化算法實際上就是確保在目標車位層以下的載車板避免一些橫移時的無效橫移動作，為了存取車的需要而讓出升降通道時的橫移次數最少。

3.1 取車算法

對于目標車位MhlMhl（其中圖2中h表示對應的層，l表示對應的列）：①所在的行處于第一行時，直接取車；②若目標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，逐層查找目標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。

逐層移動|l？dy||l？dy|次后，目標車位載車板直接下降至一層。1號、2號立體車庫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

存車原則為低層優先，能不升降則不要升降，同時1號、2號車庫在進行存車車位查詢時，對同一層的所有車位統一連續編號。

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

參考文獻：

[1]丁莉君.自動化立體車庫人機交互系統的設計[J].工程技術研究，2018（9）：219-221.

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

[3]劉東海，劉路，許劍新.基于CC-Link的標簽打印系統設計[J].信息與電腦（理論版），2018（10）：89-92.

[4]楊秀文.自動化生產線中CCLINK 總線技術及工業機器人通訊[J].自動化技術與應用，2015（7）：83-85.

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

（責任編輯：李凌峰）