【文章內(nèi)容簡介】 的選擇 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的原理 垂 直升降式立體停車庫是一種比較典型的跨學(xué)科機(jī)電一體化產(chǎn)品，集機(jī)械、電子、信息技術(shù)于一體。其中，電子技術(shù)、信息技術(shù)和傳感技術(shù)的合理運用與組合構(gòu)成了車庫的控制系統(tǒng)。垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)是整個車庫系統(tǒng)的重要組成部分，也是車庫系統(tǒng)的核心。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是“四肢”，框架是“區(qū)體”，那么控制系統(tǒng)就是“大腦”。它指揮著車庫的每個運作過程，并對整個系統(tǒng)的狀態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)控。 圖 31 車庫系統(tǒng)控制原理框圖 垂直升降式立體停車庫的系統(tǒng)控制原理 :操作者 (人 )要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺 (界面 )把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系 統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設(shè)備驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成車庫現(xiàn)場的運作。其系統(tǒng)控制原理框圖，如圖 所示。 接口在車庫的控制系統(tǒng)中是必不可少。接口是驅(qū)動單元與控制核心單元以及執(zhí)行部件與驅(qū)動單元間的連接點。接口電路大致有三種：開關(guān)量接口電路、數(shù)字量接口電路和模擬量輸入 /輸出接口電路。垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)應(yīng)用的接口電路為開關(guān)量接口電路。 界面是操作人員與車庫控制核心單元交流信心的平臺。操作人員可以通過界面向車庫系統(tǒng)發(fā)送動作意圖，車庫系統(tǒng)可以向操作人員反饋系統(tǒng)運作狀況。簡單的界面可以是一個操作盒 ，而復(fù)雜的界面可以為利用微機(jī)通過運用專用的應(yīng)用軟件建立的人機(jī)界面。垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)的具體組成，要根據(jù)具體的控制形式而定，其組成形式也很靈活多樣。 控 制 系 統(tǒng) 車庫 現(xiàn)場 人 檢 測 系 統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 界面 10 車庫現(xiàn)場一般環(huán)境比較惡劣 (一般為室外 )，如高溫、粉塵、高濕度、振動、強(qiáng)電設(shè)備啟動的磁場干擾等，所涉及的控制系統(tǒng)除了要滿足控制任務(wù)，還需要滿足如下的基本要求： 可靠性高 車庫控制系統(tǒng)在車庫現(xiàn)場應(yīng)能長期、可靠、穩(wěn)定地工作。一方面，必須具有很強(qiáng)的抗車庫現(xiàn)場干擾能力；系統(tǒng)設(shè)計時，就應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境，考慮合 適的抗干擾措施。另一方面，控制系統(tǒng)必須能長期穩(wěn)定的運行。如用下面公式來衡量，有效度 A 愈接近 1，控制系統(tǒng)長期運行的可靠性就越高，這取決于合理的系統(tǒng)設(shè)計、控制電路的設(shè)計、元器件質(zhì)量、組裝調(diào)試時嚴(yán)格的工藝規(guī)程等。 式中 :MTBF— 平均無故障工作時間 MTTR— 平均維修時間 操作性能好 車庫控制系統(tǒng)的操作性能好，表現(xiàn)在它的使用性能和可維護(hù)性能兩個方面，這是在系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計時就要考慮和注意的壞節(jié)。使用性能方面，硬件設(shè)計時要盡量降低操作人員的專業(yè)知識要求，如控制界面不要太復(fù)雜，操作順序簡單、 操作出錯不會引起人身設(shè)備故障等，使操作人員感到容易學(xué)習(xí)，使用方便。軟件開發(fā)時，按照軟件工程的要求，盡量使用高級語言開發(fā)用戶程序，使程序具有較好的開放性并易于再開發(fā)。在可維護(hù)性能方面，硬件設(shè)計時，控制柜應(yīng)有較大的維修操作空間，硬件采用模塊式組合結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障時，容易采用更換方式進(jìn)行維修，從而縮短維修時間。軟件設(shè)計時，應(yīng)配有查錯、故障診斷程序，使故障出現(xiàn)時，易于查找故障部位。 通用性好 工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展迅速，更新?lián)Q代快，而且被控對象的控制要求也會根據(jù)生產(chǎn)的發(fā)展不斷提出新的要求。因此系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮所設(shè)計的 控制系統(tǒng)具有垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)益。要達(dá)到這一目的，系統(tǒng)設(shè)計時，主要采用標(biāo)準(zhǔn)化總線設(shè)計，輸入輸出通道設(shè)計。電源設(shè)計時，預(yù)留一定的余量和空間，這樣功能擴(kuò)充時，可以很方便的增加一些輸入通道而不需重新更換控制柜，同時，只要更換 CPU 模塊或模塊擴(kuò)展，就可以達(dá)到系統(tǒng)升級的目的。 有效度= MTBFMTBF+ MTTR 11 較高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 設(shè)計車庫的控制系統(tǒng)時，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是始終要考慮的指標(biāo)，即要有較高的價格性能比。這要根據(jù)實際的控制要求，在車庫控制系統(tǒng)核心單元選型、檢測傳感器與驅(qū)動元件的選擇、軟件開發(fā)與運行、一系統(tǒng)組裝與調(diào)試等費用方面綜合進(jìn)行考慮。 垂直升降式立體停車庫控制系統(tǒng)硬件的選擇 控制系統(tǒng)硬件確定主要包括系統(tǒng)控制形式及控制核心單元的選擇、輸入?yún)⒘康臋z測和傳感器的選擇、輸出驅(qū)動方式和驅(qū)動元件的選擇、人機(jī)聯(lián)系方式的選擇，最后生成硬件接線圖。 控制系統(tǒng)控制核心單元 垂直升降式立體停車庫控制形式是根據(jù)車庫的具體情況選定，要綜合考慮到其規(guī)模、應(yīng)用場合等各方面因素而定，在車庫眾多的控制系統(tǒng)中有三種比較常見的控制形式 :繼電器邏輯電路控制、可編程控制器控制、單片機(jī)控制。 （ 1） 繼電器控制 在垂直升降式立體停車庫的應(yīng)用初期，繼電器控制形式比 較常用。它主要是利用多個主交流接觸器、中間接觸器以及過載熱繼電器等電器元件經(jīng)合理的聯(lián)接構(gòu)成具有簡單控制功能的邏輯電路。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生了許多其它形式的控制元器件，并已經(jīng)很快的取代了這種早期的控制形式。但對于小型低成本的垂直升降式立體停車庫，繼電器控制還在繼續(xù)被使用。 繼電器控制也有許多不足之處。第一，難以實現(xiàn)智能模塊化控制 。第二，不適合應(yīng)用于大規(guī)模、大容量的立體停車庫 。第三，元器件的損壞率比較高，車庫運行的可靠性不佳 。最后，隨著驅(qū)動部件的不斷增加，其邏輯電路的搭載難度也大大增加了。所以對于大中 型垂直升降式立體停車庫，其控制形式就不適合運用繼電器的控制形式。 （ 2） 可編程控制器 (Programmable Logic Controller)控制 國內(nèi)外現(xiàn)有的垂直升降式立體停車庫，它們的系統(tǒng)控制形式大都采用可編程控制器控制，特別是應(yīng)用在智能化要求程度高、大容量的現(xiàn)代化垂直升降式立體停車庫中。 可編程控制器與繼電器、單片微機(jī)相比有著比較獨特的優(yōu)點： A、 靈活、通用 可編程控制器是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。而且，同一臺可編程控 制器還可 12 以用于不同的控制對象，只要改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。另外 PLC 產(chǎn)品還具有多樣化、系列化的特點，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，同一系列又有低檔、高檔之分，因此可以適應(yīng)于各種不同規(guī)模、不同要求的工業(yè)控制。PLC 還有多種功能模塊，可以根據(jù)需要靈活組合成各種不同功能的控制裝置，實現(xiàn)各種特殊的控制要求。 B、 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 對于立體停車庫而言，可靠性是一個非常重要的指標(biāo)，如何能在各種惡劣的工作環(huán)境和條件 (如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵超高溫等 )下，平穩(wěn)可靠的工作，將故障率降 至最低，是研制每一種控制器件必須考慮的問題。 PLC 的研制者在這一方面采取了許多有利的措施，使 PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機(jī)”。 首先， PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成的，因此不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，提高了可靠性。另外， PLC 還在硬件和軟件兩方面采取了以下主要措施來提高其可靠性。 ① 硬件措施 對于電源變壓器、 CPU和編程器等主要部件，均采用嚴(yán)格措施進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾對供電系統(tǒng)及輸入線路 采用多種形式的濾波，如 LC 型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的互相影響；對 CPU這個核心部件所需的 +5 V 電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響；在 CPU與 I/O 電路之間，采用光電隔離措施，有效的隔離了內(nèi)部電路與 I/O間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作 。采用模塊式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。因為一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。 ② 軟件措施 監(jiān)控程序定期的監(jiān)測外界環(huán)境，如掉電、鉗電壓、后備電池電壓過低及 強(qiáng)干擾信號等 :當(dāng)檢測到故障時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，并對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。這樣，一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作 。同時對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，停電時利用后備電池供電，確保信息不丟失。由于采取了以上措施，使 PLC 的可靠性、抗干擾能力大大提高，這是 PLC 控制優(yōu)于單片計算機(jī)控制的一大特點。 （ 3） 編程簡單、使用方便 用單片計算機(jī)實現(xiàn)控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平 13 的計算機(jī)硬件和軟件知識。而 PLC 采 用面向控制過程、面向問題的 “自然語言”編程，容易掌握。例如目前大多數(shù) PLC 采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到大多數(shù)電器技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平，很容易被電器技術(shù)人員所接受。 PLC 易于編程，程序改變時也容易修改，靈活方便。它與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在 PLC 內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的停車庫控制設(shè)備來說， PLC 的控制速度是足夠的。用單片計算機(jī)控制，只有在輸入輸出接口上做大量工作，才能與控制現(xiàn)場連接起來，調(diào)試也比較麻煩。而PLC 的輸入輸出接口已經(jīng)做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備直接連接。輸入接口可以與各種開關(guān)和傳感器連接，輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器、接觸器和電磁閥等連接，使用很方便。 （ 4） 接線簡單 PLC 的接線只需將輸入設(shè)備 (如按鈕、開關(guān)等 )與 PLC 輸入端子連接，將輸出設(shè)備 (如接觸器、電磁閥等 )與 PLC 輸出端子連接。接線工具僅為螺絲刀，接線工作極其簡單、工作量極少。 （ 5） 功能強(qiáng) 現(xiàn)代 PLC不僅具有條件控制、計時、計數(shù)和步進(jìn)等控制功能，而且還能完成 A/D, D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān) 控等。因此，它既可對開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對模擬量進(jìn)行控制 。既可控制一臺單機(jī)、一個車庫，又可控制一個車庫群。既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)距離控制。既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 （ 6） 體積小、重量輕和易于實現(xiàn)機(jī)電一體化 由于 PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路。因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點。且由于 PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備。 同樣，可編程控制器控制也有其不足的地方，在 性價比上要高于繼電器控制和單片微機(jī)控制 。其開發(fā)潛力要差于單片微機(jī)，不如其功能靈活多樣 。通用性不好，不同廠家的可編程控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。 可編程控制器在垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用，并在停車庫的發(fā)展演化中起著非常重要的作用，本文車庫系統(tǒng)即采用可編程控制器控制形式。 單片微機(jī) (Single Chip MicroComputer)控制 單片微機(jī)就是我們通常所說的單片機(jī)，是將 CPU, RAM, ROM(EPROM)、定時器 / 14 計數(shù)器和 1/0 接口全部集成在一個硅片上。單片機(jī)控制在機(jī) 電設(shè)備中是一種比較常見的控制形式，由于它的控制功能強(qiáng)、體積小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接裝到儀器設(shè)備上，所以在 20 世紀(jì) 80 年代以來得到飛速發(fā)展。理論上也可用于立體停車庫系統(tǒng)，但實際上在立體停車庫的控制系統(tǒng)中，單片微機(jī)控制卻沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用，其原因主要有以下幾點： （ 1） 單片微機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調(diào)試耗時比較多； （ 2） 單片微機(jī)抗干擾能力比較弱，所以對現(xiàn)場工作環(huán)境要求很苛刻； （ 3） 單片微機(jī)自身就是弱電驅(qū)動，但是對于停車庫系統(tǒng)來說，執(zhí)行部件是電機(jī)，屬強(qiáng)電 系統(tǒng)，這就需要由弱電驅(qū)動強(qiáng)電，隨著驅(qū)動環(huán)節(jié)的增加，系統(tǒng)的可 靠性就下降了； （ 4） 單片微機(jī)控制系統(tǒng)，其控制程序基本上是匯編語言，匯編語言雖然功能比較強(qiáng)大，但是程序編制工作量比較大。 因此，我們選擇可編程控制器。采用的 PLC 是由三菱公司生產(chǎn)的，型號為 FX2N— 80MR。它是一款性能十分出眾的微型可編程控制器。 15 第四章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 車庫的單位控制機(jī)構(gòu) 41 正面及側(cè)面圖 車庫的大致結(jié)構(gòu)可以參照圖 4－ 1，現(xiàn)在簡要介紹一下車庫的三大單位控制機(jī)構(gòu)：升降機(jī)構(gòu)，拖車板，橫移機(jī) 構(gòu)。 （ 1）升降機(jī)構(gòu) 升降機(jī)構(gòu)有步進(jìn)電機(jī)，卷筒，滑輪，鋼絲繩等組成。載車臺上下升降的位置信號來自接近開關(guān)，我們總共設(shè)置了 7 個接近開關(guān)，分別設(shè)置在基層，一層，二層，三層，四層，五層。接近開關(guān)裝在每層托板的下方，精確位置可在調(diào)試中加以確定。在基層的底部和五層的頂部我們分別安裝了限位開關(guān)，對載車臺起限位保護(hù)作用。 16 （ 2）托車板 托車板是車輛和車庫發(fā)生直接接觸的機(jī)構(gòu) ,托車板下方固定有導(dǎo)軌和滑輪。存車時，將待入庫車輛停放在托車板上，再利用載車臺升降和橫移機(jī)構(gòu)橫移將車送至泊車位 。取車時，先由橫移機(jī)構(gòu) 將托車板連同車輛一起取回到載車臺，然后降到基層。 （ 3）橫移機(jī)構(gòu) 橫移機(jī)構(gòu)使托車板從載車臺橫移至泊車位