重列组合式智能停车设备的控制系统的制作方法

本实用新型涉及组合式停车设备，特别是涉及一种重列组合式智能停车设备的控制系统。

背景技术：

目前，在升降横移类停车设备中使用的控制系统只能进行单排的升降横移类停车设备的存取车辆控制，这种简单的升降横移操作不能满足我公司研发的两排重列组合的智能停车设备的存取车辆控制要求。在重列组合式智能停车设备中新出现的前后排的协调动作、安全策略、后排出入车方式、并行操作、变频调速等等需要设计新的控制系统，采用新的控制方法，编制新的程序加以实现。

技术实现要素：

鉴于现有技术状况，本实用新型的目的是提供一种重列组合式智能停车设备的控制系统和控制方法，本设计的重列组合式智能停车设备控制系统，就是为了采用光机电一体化结合，智能控制停车设备实现纵深空间所停车辆的出入，实现对土地资源紧缺单位的边角地块、狭窄纵深地块的利用，以及对传统地下车库进行近四倍停车位增容改造。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种重列组合式智能停车设备的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括人机界面、PLC、停车位升降装置的限位开关和升降电机、停车位横移装置的限位开关和横移电机、停车位纵移装置的接近开关和纵移电机、安全门装置的限位开关和安全门电机、超高检测光电开关、超长检测光电开关、防坠器吸合到位微动开关、人机误入检测光电开关、松链检测开关、上下极限保护开关、过载保护器、相序保护器、防坠器电磁铁、声光报警装置和变频器；PLC的开关量输入信号分别连接超高检测光电开关、超长检测光电开关、防坠器吸合到位微动开关、人机误入检测光电开关、松链检测开关、上下极限保护开关、过载保护器和相序保护器，同时PLC的开关量输入信号还分别连接停车位升降装置的限位开关、停车位横移装置的限位开关、停车位纵移装置的接近开关和安全门装置的限位开关；PLC的开关量输出信号分别连接停车位升降装置的升降电机、停车位横移装置的横移电机、停车位纵移装置的纵移电机和安全门装置的安全门电机，同时PLC的开关量输出信号还分别连接防坠器电磁铁、声光报警装置和变频器；PLC的通讯接口与人机界面连接。

所述控制系统安装在重列组合式停车设备中。所述重列组合式停车设备包括第一停车设备、全位停车设备、控制柜、纵移载车板及停车位B、纵移轨道、横移轨道、人机界面、无车空位、横移载车板及停车位A。

本实用新型所产生的有益效果是：本实用新型通过对硬件系统的设计实现了设计无冲突的并行操作，提高了出入库速度。本设计为重列组合式智能停车设备的出入库操作提供了安全可靠的保障。在本发明的智能控制下，重列组合式智能停车设备构建的车库比传统设备不但增加了停车位，按传统升降横移停车设备构建车库厚度6M、车库前出入车通道至少6M宽计算，免去的两排停车设备之间的出入车通道后，新车库还节省了33%以上的土地和空间资源，大大提高了土地和空间利用率。为新建立体车库或改造传统地下停车场提供了一个优选方案。

附图说明

图1为重列组合式智能停车设备的一个实施例结构示意图（省略安全门）；

图2为重列组合式智能停车设备控制系统框图；

图3为重列组合式智能停车设备控制系统的第一部分控制程序流程图；图中的①（第一接口）与图4中①（第一接口）对接，图中的②（第二接口）与图4中②（第二接口）对接；

图4为重列组合式智能停车设备控制系统的第二部分的控制程序流程图；图中的①（第一接口）与图3中①（第一接口）对接，图中的②（第二接口）与图3中②（第二接口）对接。

图中标号表示：1.第一停车设备；2.全位停车设备；3.控制柜；4.纵移载车板及停车位B；5.纵移轨道；6.横移轨道；7.人机界面；8.无车空位；9.横移载车板及停车位A；10.PLC；11.停车位升降装置；12.停车位横移装置；13.停车位纵移装置；14.安全门装置；15.超高检测光电开关；16.超长检测光电开关；17.防坠器吸合到位微动开关；18.人机误入检测光电开关；19.松链检测开关；20.上、下极限保护开关；21.过载保护器；22.相序保护器；23.防坠器电磁铁；24.声光报警装置；25.变频器；S101至S118为第一部分程序的各个操作步骤；S201至S213为第二部分程序的各个操作步骤。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的一个实施例做进一步说明：

重列组合式智能停车设备的工作原理如下：重列组合式智能停车设备由前后两排不同设计的停车设备组成，一个两层三列十个停车位的组合式停车设备如图1所示。为克服传统技术无法利用狭小土地纵深空间的不足，同时提高停车设备的内部空间利用率，后排设计为一个充分利用无车空位空间的全位停车设备2，即全部空间位置均作为停车位，不设无车空位的停车设备。同时设计了前排具有升降横移功能及纵移轨道的第一停车设备1。将全位停车设备2与第一停车设备1组合成一体，并研发相应的PLC智能控制程序，进行这种重列组合式智能停车设备的综合协调管理和控制，利用第一停车设备1中载车板横移后形成的空间作为后排全位停车设备2通过纵移和升降进行入车、出车的通道，实现后排全位停车设备2中的车辆进行出入库操作。而第一停车设备1仍按传统升降横移操作方式进行车辆出入库操作。

如图1所示，重列组合式停车设备包括第一停车设备1、全位停车设备2、控制柜3、纵移载车板及停车位B 4、纵移轨道5、横移轨道6、人机界面7、无车空位8、横移载车板及停车位A 9。停车位升降装置11安装在第一停车设备1的二层以上停车位的横移框架上以及全位停车设备2的二层以上停车位的纵移框架上、停车位横移装置12安装在第一停车设备1中、停车位纵移装置13安装在全位停车设备2中、安全门装置14安装在第一停车设备1的前面。停车位中的载车板涉及的运动功能包括升降、横移、纵移三类，但并非每一个载车板都涉及这三种运动。（1）升降功能块只有停车设备前后两排二层以上停车位涉及，通过PLC 10控制前排停车位的横移装置中的升降电机实现前排载车板的升降；通过PLC 10控制纵移到车库前排中来的后排纵移装置上的升降电机实现后排载车板的升降。（2）横移功能块只有前排停车位才涉及，二层以上停车位通过PLC10控制横移装置中的横移电机运转实现，一层则是通过PLC 10控制载车板上的横移电机运转实现。（3）纵移功能块只有后排停车位才涉及，二层以上停车位通过PLC 10控制纵移装置中的纵移电机运转实现，一层则是通过PLC 10控制载车板上的纵移电机运转实现。

系统对每一个二层及以上层停车位，均设计了四个一组的防坠器进行静态防坠保护，同时设计了松链检测保护。

重列组合式停车设备的控制系统框图如图2所示。控制系统安装在重列组合式停车设备中。控制系统包括人机界面7、PLC 10、停车位升降装置11的限位开关和升降电机、停车位横移装置12的限位开关和横移电机、停车位纵移装置13的接近开关和纵移电机、安全门装置14的限位开关和安全门电机、超高检测光电开关15、超长检测光电开关16、防坠器吸合到位微动开关17、人机误入检测光电开关18、松链检测开关19、上下极限保护开关20、过载保护器21、相序保护器22、防坠器电磁铁23、声光报警装置24和变频器25；PLC 10的开关量输入信号分别连接超高检测光电开关15、超长检测光电开关16、防坠器吸合到位微动开关17、人机误入检测光电开关18、松链检测开关19、上下极限保护开关20、过载保护器21和相序保护器22，同时PLC 10的开关量输入信号还分别连接停车位升降装置11的限位开关、停车位横移装置12的限位开关、停车位纵移装置13的接近开关和安全门装置14的限位开关；PLC 10的开关量输出信号分别连接停车位升降装置11的升降电机、停车位横移装置12的横移电机、停车位纵移装置13的纵移电机和安全门装置14的安全门电机，同时PLC 10的开关量输出信号还分别连接防坠器电磁铁23、声光报警装置24和变频器25；PLC 10的通讯接口与人机界面7连接。

停车设备控制系统的核心是一台PLC，它的输入模块接收来自停车设备中各个部位安装的检测元件提供的开关量输入信号，供PLC进行载车板运动状态或安全状态判断和处理，并通过输出模块的开关量输出信号对各类电机、防坠器、报警器、安全门、变频器等等进行控制。

作为人机界面的操作面板用于向车辆驾驶人员或车库管理人员提供存车、取车的按键和刷卡操作。它也提供对操作模式的选择包括手动、自动、刷卡等模式。

控制系统硬件设计：

一、人机界面及PLC设计

人机界面采用施瑞克停车设备人机界面，它采用24V DC供电，提供RS232、RS485通讯接口。提供自动、手动、刷卡等操作模式，并在显示区显示。IC卡的配置可以通过人机界面操作器完成，每个车位可以配置三张卡。

人机界面面板由刷卡区、显示区、按键操作区及允许工作的钥匙开关、急停按钮开关等组成。在系统设计时，进入设置模式后，通过管理员身份可以对PLC类型、通讯模式、波特率等进行选择。选用SRK-SH-001 型人机界面操作器与欧姆龙CP1H-X40DR-A型PLC 连接，以PLC主机上带有的RS485口进行通讯，通讯参数可在人机界面和PLC两侧分别进行设置，人机界面操作器待机模式显示由PLC第一个数据地址D0决定，其它操作内容也在PLC由相应的数据地址接收。

PLC主机选择欧姆龙CP1H-X40DR-A，它采用220V AC电源供电，自带I/O为24点24V DC开关量输入、16点继电器输出，可最多扩展7个CPM1A系列的I/O模块，最大达到320点I/O；为与人机界面进行通讯，PLC主机选件板插槽选择了RS-422A/485选件板CP1W-CIF12。这种硬件配置可用于最大四层六列规模的重列组合式停车设备控制系统。

二、运动检测及运动控制设计

控制系统中运动检测与运动控制主要集中在载车板的升降、横移装置和纵移装置的移动的检测控制上。载车板升降的上下限、上下极限运动位置检测和横移装置横移定位检测采用Suketame的限位开关SK8108CG实现，纵移装置的前限位、前减速、后限位、后减速等纵移运动定位采用欧姆龙的E2B-M12KN08-WP-C2 2M接近开关实现，载车板的松链故障采用Suketame的SK7311W松链开关实现。

对升降、横移、纵移运动控制的执行机构分别选择用日静减速机制造公司的2.5KW、0.2KW、0.2KW功率的三相异步电动机。这些电机为带刹车的齿轮减速电机，通过PLC控制它们各自连接的接触器的通断控制其运转，PLC发出停止运转信号时，因有与停止/运转信号同步的刹车装置，可立即准确停止电机运转。

纵移电机的变速运转受PLC与变频器控制，变频器采用富士电机的FRN0.4G1S-4C，这是一款0.4KW的带面板的变频器。纵移前进、后退方向控制信号由PLC通过开关量输出向变频器的FWD、RBV端子发出，控制变频的命令也由PLC通过开关量输出向变频器的X1、X2端子发出，以二进制方式给出不同的运转频率命令，接到该命令信号后，变频器改变三相电源的频率，使得纵移电机改变运转速度。在本系统中，采用了两个运转频率，即启动后以60Hz快速运转（变频参数设置C1=60），提高纵移的速度，当纵移即将到达目的地点时，通过在减速位置安装的减速检测接近开关检测到纵移抵达减速位置信号，并送PLC处理，PLC向变频器发出变频命令，变频器改变输出的三相电源频率为20Hz（变频参数设置C2=20），缓慢向目的地点纵移，当到达目的地点时，安装在目的地点进行位置检测的接近开关检测到纵移装置抵达纵移目的地点信号，并送PLC处理，PLC撤销向变频器输出的正反转命令，并通过控制接触器断开停止纵移电机的供电，实现停止纵移的目的。

三、安全设计

停车设备安全门也由PLC控制开启和关闭。当停车设备中进行升降、横移、纵移等运行前，PLC控制安全门关闭，防止人员和车辆误入车库，以保障安全。只有所选载车板停在前排一层等待出入车时，安全门才开启。安全门开启到位、关闭到位的检测采用Suketame的限位开关SK8108CG实现。

对于入库车辆，PLC控制系统通过光电开关进行超高、超长检测，并通过声光报警装置进行报警。停车设备还设计了人机误入检测报警功能，当处于车辆出入库工作状态时，警示灯点亮，系统对车库周边通过光电开关检测，提醒车辆或人员不要靠近车库，一旦有人员或车辆试图进入或过分靠近车库，报警装置鸣响，人机界面显示报警。光电开关选择杰泰克的PMF50T-25MRF。

PLC输出通过控制接触器的通断控制电机的运行，接触器采用施耐德的LC1E系列。过载保护装置21采用施耐德的LRE系列热继电器等元器件实现，一旦过载，系统将停止运行。系统中还设计了相序保护装置22，采用精瑞电力的JVR-380W，在动力电源缺相、错相时，立即检测出来，并禁止马达运转，以确保整体设备安全。

系统采取了保护接地措施，安装了主隔离开关、短路保护，安装了欠压、零电位、过压等保护装置。设有紧急停止按钮，以对紧急故障进行应急处理。作为安全防护检测之一的松链检测开关检测升降链条的松、断故障，松链开关动作时，将由软件急停系统，并等待现场处理与恢复。

当遇到紧急情况时，按下紧急停止按钮，设备立即停止运转，需联系管理员并排除故障后，设备方可正常使用。

人机界面系统采用24V DC电源，以确保操作人员安全。

控制系统软件设计

（1）软件主要流程及开发手段

控制系统软件设计采用梯形图语言进行，软件的主要流程见图3和图4。这个软件流程实际上也是停车设备的工作流程。考虑PLC程序周而复始的扫描特点，在软件顺序流程的设计中以对常开触点的控制作为流程图中工作步骤的进入条件。PLC上电后首先进行初始化，对软件预设的运行条件、记忆数据等进行恢复。然后当检测到停车设备供电后，即进入软件流程的实质操作部分，通过对手动操作模式或非手动操作模式（包括自动模式和刷卡模式）的选择判断，进行不同的操作处理。图3与图4中除判断（决策）之外的操作步骤（过程）均是一个子流程，它们还分别包含着若干的判断、分支及操作步骤，并包含了各种安全保护的检测和可能的急停响应等等。如图3所示，流程图下方的“车库复位”过程，在其中包含了载车板上升复位时，对正常上升定位的该载车板停车位的上限检测，也包括了发生载车板冲过上限的异常情况时，对上极限的限位检测，这些检测通过触点断开或接通实现，借以使得信号流通，使能某线圈，达到软件控制相应硬件进行处理的目的。

软件采用欧姆龙的CP系列的编程语言，CX-Programmer Ver.6.1 以上版本软件编程，可使用33类500余种指令，程序容量最大20K步。可使用调试操作模式离线运行所编写的程序，进行仿真调试，这对提高软件开发速度，降低开发成本尤其有利。编程软件运行平台为Pentiuum 133MHz以上主频，Windows XP、Windows 7等操作系统，64M以上内存，100M以上硬盘空间，SVGA以上监视器，计算机与PLC之间采用AB接口USB连接线作为编程电缆。

（2）安全保护的软件设计

软件设计采取与硬件设计相结合的方法，最大限度地发挥硬件系统的优势。比如，在硬件中设计了一种静态防坠安全器及相应的联合防坠方案，在二层以上的载车板升降框架的四角附近使用，有效避免了传统方案可能因硬件故障发生的载车板侧翻事故。另外，为了保证升降、横移、纵移的安全，在硬件上设计了双重的限位开关检测移动到位情况，同时在软件设计上也进行了相应的保护设计。比如，对升降设计了上限、下限、上极限、下极限等上下两对限位开关作为检测开关，如果上升到位，上限限位开关因故障未动作，还有第二级的检测开关——上极限限位开关起作用。但是如果第二重检测也失灵的话，也会发生事故，因此在软件上根据实测设计了软件定时关断（OFF）电机运转的控制程序，以保证运行上的绝对安全。

同样的道理，对于正反转之类的互锁，除了在硬件上设计互锁外，在软件上也进行了软件的正反转互锁设计，保证系统不会因为硬件的故障而失去安全的保障。

在停车设备中，后排利用前排空间进行出入库增加了后排的出入车行程，从而增加了出入库时间。虽然在硬件上采取了变频控制，提高了纵移速度，但是为了进一步缩短操作时间，对于操作上不会产生冲突，能够避免冲突的运动，从软件上也进行了智能化的并行操作设计，只要并行操作条件成立，便进行并行操作。在设计并行操作程序时，在某些地方多做一个判断，程序上可能多执行几个语句，表面看来重复了、不“优化”，但实际上却利用增加不到1ms的代价换回了十几秒到几十秒的时间节省，这才是真正的优化。如图4所示，在软件流程图中右上角设计了这种并行操作。

（3）人机界面与PLC的通讯

人机界面与PLC的通讯接口采用PLC主机自带的RS485接口，并分别在人机界面与PLC选择设置通讯接口和参数。在通讯中，双方约定了一组12个字的数据存储区D1~D12作为人机界面操作的数据存放地址，供PLC编程时使用。D0为模式显示，D1为车位显示，D2为数据暂存，D3为故障显示，D4为故障位号显示，D5为车位余额显示，D6为车位排数显示，D7为读IC卡块2数据，D9=1为RUN启动确认键操作，D10=1为ESC退出清除键操作，D11的存储内容为1至4时分别代表上、下、左、右四种手动操作，D12为卡号显示。如：当D0=1时待机屏幕模式显示区显示“自动模式”。D0为2至5则分别代表手动模式、刷卡模式、按键模式、遥控模式，并在显示区显示。

D1为显示单元，D2为按键输入信息接收单元，如果要把输入的数值显示出来，程序里必须有把D2 里的数传送到D1 的命令，也就是说D1 是什么数就显示什么数。D3 是故障显示单元，当D3 里有预制故障代码，屏幕马上切换到故障界面并显示预制故障信息。按下ESC 清除键将清除D1 至D12 内存全部数据。D3 故障区如果有故障一直存在，按下ESC清除键后无法清除故障，将优先显示故障信息。

本系统的控制方法按照第一部分程序和第二部分程序执行操作，其中第一部分程序操作有以下步骤（如图3所示）：

S101步骤：程序运行开始；

S102步骤：初始化，然后进入S103步骤操作；

S103步骤：判断设备电源是否接通，若接通则进入S104步骤操作，否则程序返回S103步骤重新判断设备电源是否接通；

S104步骤：进行系统安全检测，然后进入S105步骤操作；

S105步骤：判断是否发生故障,若发生故障则进入S114步骤操作，否则进入S106步骤操作；

S106步骤：判断是否选择进行非手动操作，若选择手动操作则进入

S115步骤操作，否则进入S107步骤操作；

S107步骤：判断是否有按键选择车位或刷卡操作，若有则进入S108步骤，否则返回S106步骤操作；

S108步骤：判断是否选择的是一层前排车位，若是则进入S109步骤操作，否则转到第二部分程序的第一接口，继续执行第二部分程序中的S201步骤操作；

S109步骤：判断安全门是否开启，若未开启进入S117步骤操作，否则进入S110步骤操作；

S110步骤：车辆驶入或驶出选中车位载车板，然后进行S111步骤操作；

S111步骤：判断驶入选中车位载车板的车辆是否超高或超长，若超高或超长进入S118步骤操作，否则进入S112步骤操作；

S112步骤：判断是否有按键二次选择车位或刷卡，若没有则程序返回S106步骤进行操作，否则进入S113步骤操作；

S113步骤：安全门关闭，车库复位，然后程序返回S104步骤重新开始进行新的一轮存取车辆操作；

S114步骤：车库报警，并在人机界面显示故障类型，然后进入S115步骤操作；

S115步骤：进行手动操作，然后进入S116步骤操作；

S116步骤：判断是否选择了进行非手动操作，若选择非手动操作，则程序返回S104步骤重新开始进行新的一轮存取车辆操作，否则返回S115步骤继续进行手动操作；

S117步骤：开启安全门，然后进入S110步骤操作；

S118步骤：车库报警，然后程序返回S111步骤重复进行超高超长检测判断操作。

第二部分程序有以下步骤（如图4所示）：

S201步骤：接第一部分程序的第一接口，安全门关闭，然后进行S202步骤操作；

S202步骤：判断是否选中的车位在后排，若是则进入S206步骤操作，否则进入S203步骤操作；

S203步骤：判断所选中车位的载车板是否在一层；若所选中车位的载车板在一层，通过与第一部分程序的第二接口进入第一部分程序的S109步骤继续操作，否则进入S204步骤操作；

S204步骤：判断所选中车位的载车板的下方是否有空位，若有空位进入S205步骤操作，否则进入S210步骤操作；

S205步骤：选中车位的载车板下降，通过与第一部分程序的第二接口进入第一部分程序的S109步骤继续操作；

S206步骤：判断所选中的车位前方是否是空位，若是则进入S208步骤操作，否则进入S207步骤操作；

S207步骤：选中车位前方的载车板是上层的，则载车板上升，选中车位前方的载车板是同层的，则载车板横移，然后进入S208步骤操作；

S208步骤：判断所选中车位的载车板是否在一层，若不在一层则进入S211步骤操作，否则进入S209步骤操作；

S209步骤：选中车位的载车板前移，然后通过与第一部分程序的接口进入第一部分程序的S109步骤继续操作；

S210步骤：下方车位的载车板是后排的，则载车板后移，下方车位的载车板是前排的，则载车板横移；然后进入S205步骤继续操作；

S211步骤：判断所选中车位的载车板前面下方是否有空位，若无空位则进入S213步骤操作，否则进入S212步骤操作；

S212步骤：选中车位的载车板前移，然后进入S205步骤继续操作；

S213步骤：前面下方的载车板是后排的，则载车板后移；前面下方的载车板是前排的，则载车板横移，同时选中车位的载车板前移，然后进入S205步骤操作。