【文章內容簡介】 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科機電一體化產品，集機械、電子、信息技術于一體。其中，電子技術、信息技術和傳感技術的合理運用與組合構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)行機構是“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)，經系 統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅動執(zhí)行結構，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。接口是驅動單元與控制核心單元以及執(zhí)行部件與驅動單元間的連接點。接口電路大致有三種：開關量接口電路、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)應用的接口電路為開關量接口電路。 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 ，而復雜的界面可以為利用微機通過運用專用的應用軟件建立的人機界面。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)行機構 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、強電設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，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)場應能長期、可靠、穩(wěn)定地工作。一方面，必須具有很強的抗車庫現(xiàn)場干擾能力；系統(tǒng)設計時，就應根據(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)設計、控制電路的設計、元器件質量、組裝調試時嚴格的工藝規(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性能兩個方面，這是在系統(tǒng)硬件和軟件設計時就要考慮和注意的壞節(jié)。使用性能方面，硬件設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雜，操作順序簡單、 操作出錯不會引起人身設備故障等，使操作人員感到容易學習，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)。在可維護性能方面，硬件設計時，控制柜應有較大的維修操作空間，硬件采用模塊式組合結構，出現(xiàn)故障時，容易采用更換方式進行維修，從而縮短維修時間。軟件設計時，應配有查錯、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)生產的發(fā)展不斷提出新的要求。因此系統(tǒng)設計時，要考慮所設計的 控制系統(tǒng)具有垂直升降式立體停車庫的控制系統(tǒng)益。要達到這一目的，系統(tǒng)設計時，主要采用標準化總線設計，輸入輸出通道設計。電源設計時，預留一定的余量和空間，這樣功能擴充時，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 模塊或模塊擴展，就可以達到系統(tǒng)升級的目的。 有效度= MTBFMTBF+ MTTR 11 較高的經濟指標 設計車庫的控制系統(tǒng)時，經濟指標是始終要考慮的指標，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、檢測傳感器與驅動元件的選擇、軟件開發(fā)與運行、一系統(tǒng)組裝與調試等費用方面綜合進行考慮。 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、輸入參量的檢測和傳感器的選擇、輸出驅動方式和驅動元件的選擇、人機聯(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、單片機控制。 （ 1） 繼電器控制 在垂直升降式立體停車庫的應用初期，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合理的聯(lián)接構成具有簡單控制功能的邏輯電路。隨著電子技術的飛速發(fā)展，誕生了許多其它形式的控制元器件，并已經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實現(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 產品還具有多樣化、系列化的特點，其結構形式多種多樣，同一系列又有低檔、高檔之分，因此可以適應于各種不同規(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 對于立體停車庫而言，可靠性是一個非常重要的指標，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“專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。 首先， PLC 采用微電子技術，大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成的，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，均采用嚴格措施進行屏蔽，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 型濾波網絡，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，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網的波動和過電壓、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 。采用模塊式結構，這種結構有助于在故障情況下短時修復。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 強干擾信號等 :當檢測到故障時，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)于單片計算機控制的一大特點。 （ 3） 編程簡單、使用方便 用單片計算機實現(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)電器技術人員的讀圖習慣及應用微機的水平，很容易被電器技術人員所接受。 PLC 易于編程，程序改變時也容易修改，靈活方便。它與目前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在 PLC 內部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的停車庫控制設備來說， PLC 的控制速度是足夠的。用單片計算機控制，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，調試也比較麻煩。而PLC 的輸入輸出接口已經做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設備直接連接。輸入接口可以與各種開關和傳感器連接，輸出接口具有較強的驅動能力，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備 (如按鈕、開關等 )與 PLC 輸入端子連接，將輸出設備 (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 現(xiàn)代 PLC不僅具有條件控制、計時、計數(shù)和步進等控制功能，而且還能完成 A/D, D/A轉換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網和生產過程監(jiān) 控等。因此，它既可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制 。既可控制一臺單機、一個車庫，又可控制一個車庫群。既可現(xiàn)場控制，又可遠距離控制。既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)。 （ 6） 體積小、重量輕和易于實現(xiàn)機電一體化 由于 PLC 采用了半導體集成電路。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)控制而設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用、體積小巧，并由于具備很強的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機械設備內部，因而成為實現(xiàn)機電一體化十分理想的控制設備。 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控制 。其開發(fā)潛力要差于單片微機，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 (Single Chip MicroComputer)控制 單片微機就是我們通常所說的單片機，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。單片機控制在機 電設備中是一種比較常見的控制形式，由于它的控制功能強、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備上，所以在 20 世紀 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，單片微機控制卻沒有得到廣泛的推廣應用，其原因主要有以下幾點： （ 1） 單片微機控制系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，系統(tǒng)調試耗時比較多； （ 2） 單片微機抗干擾能力比較弱，所以對現(xiàn)場工作環(huán)境要求很苛刻； （ 3） 單片微機自身就是弱電驅動，但是對于停車庫系統(tǒng)來說，執(zhí)行部件是電機，屬強電 系統(tǒng)，這就需要由弱電驅動強電，隨著驅動環(huán)節(jié)的增加，系統(tǒng)的可 靠性就下降了； （ 4） 單片微機控制系統(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)設計 車庫的單位控制機構 41 正面及側面圖 車庫的大致結構可以參照圖 4－ 1，現(xiàn)在簡要介紹一下車庫的三大單位控制機構：升降機構，拖車板，橫移機 構。 （ 1）升降機構 升降機構有步進電機，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，我們總共設置了 7 個接近開關，分別設置在基層，一層，二層，三層，四層，五層。接近開關裝在每層托板的下方，精確位置可在調試中加以確定。在基層的底部和五層的頂部我們分別安裝了限位開關，對載車臺起限位保護作用。 16 （ 2）托車板 托車板是車輛和車庫發(fā)生直接接觸的機構 ,托車板下方固定有導軌和滑輪。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構橫移將車送至泊車位 。取車時，先由橫移機構 將托車板連同車輛一起取回到載車臺，然后降到基層。 （ 3）橫移機構 橫移機構使托車板從載車臺橫移至泊車位