仓储式智能机器人停车设备控制系统的分析设计与实现

摘要： 本文主要介绍了仓储式机器人停车设备的主要机械结构和该设备的硬件系统和软件系统的组成。该设备控制系统的安全可靠、通讯先进等优点。 摘要词： 仓储式智能机器人 智能化电气控制 反馈系统 控制策略 故障编码 无线通讯 组态 　　随着人民生活水平的提高，汽车的社会占有量大幅度增长，这不仅给人们生活带来了极大的方便，而且也大大加快了我国经济发展。但同时也带来了一个比较严重的社会问题：在城市、特别是在大城市，停车难，乱停车的现象比较普遍，这种现象使得交通更加拥堵。为此，我公司已经陆续开发了几套自动停车设备，并独立开发了相应的计算机控制系统。该计算机控制系统具有按钮、读卡操作、自动出入库、自动寻址定位、计算机自动调度和信息管理等特点，在技术上处于国内领先地位，尤其适合中小型立体停车库。本文以20车位的仓储式智能机器人停车设备为例对该系统作一个简单分析。 一．主要机械结构 　　停车设备出入口设在地面，20个车位分布在地上单排四层五列，由一台升降机负责平运载小车板的垂直升降，一台横移大车负责横向的移动，一台运载小车在垂直升降的平台载车板上，可以前后双向移动，负责将汽车运送到相应的车位。所谓的智能机器人控制原理模型就是这三种机械结构的组成，加上智能化电气控制。见下图： 二．主要硬件系统结构 　　停车设备控制系统的人机界面是一台PC机，该PC机带有1套读卡装置和一台票据打印机，通过串行通讯线与PLC控制系统相连。控制系统由一个三菱FX系列PLC为主，加上编码器反馈系统和外围检测电路。PC机通过RS232串行通讯口采集控制系统的数据，并将数据以文字的形式或图像的形式动态地显示在计算机屏幕上，同时，操作管理员可以通过人机界面向控制系统发出命令。人机界面为触摸屏，可以直接用手指点击屏幕上的相关位置，其效果与鼠标相同。计算机由一台不间断电源（UPS）供电。如下图 三．计算机软件系统结构 1．主控程序 　　软件系统的核心是主控程序，安全、稳定、高效是控制程序的基本原则。主控程序的任务是：完成对出入口的信号检测，车辆出入的引导，安全门的控制，一台升降机平台的控制，横移大车的控制，一辆运载小车的控制。与此同时，将各种状态信息传送给上位机监控系统，并接收来自于上位机监控系统的指令。由于设备之间的关系密切，设备启动的随机性较大，因此，设备之间的安全连锁就更加至关重要。在本系统的主控程序中，我们采用了许多先进的控制策略，不仅保证系统及车辆的安全，而且使得系统的运行效率大大提高。每次启动时，升降机平台和横移大车可以以任何组合方式运行，如11车位，运载小车可以前后运转，12、13、14、15车位是横移大车和运载小车的组合运转，21、31、41是升降平台和运载小车的组合运转，其余车位是升降平台、横移大车和运载小车的三者组合运转，为了保证安全其中运载小车的运行和升降平台、横移大车之间是互锁的，升降平台和横移大车只有全部到合适位置后运载小车才能运转。由于变频的应用存取车最快速度可以控制在一分中内。 2．运载小车控制程序 　　运载小车控制程序的主要任务是：接收来自主控程序的指令，根据指令的内容及运载小车自身的状态，确定需要完成的动作及其完成这些动作的顺序。首先，运载小车需要根据存取车指令及自己的位置，确定运行的方向；在运行过程中，运载小车需要实时检测车位，到目的车位时，及时减速，保证停车准确；根据车位的编排顺序和一定的算法，确定水平移动的方向。由于受物理空间的限制，有些停车场的结构呈现出不规则形状，为了充分利用有效空间，我们在机械设计方面做了许多有益的尝试，除了常规的直线型巷道外，我们还设计了前后双面直线型、L型和T型巷道。非标准的机械结构，大大地增加了控制程序的复杂性。为了完成这些控制功能，我们在检测方式、控制思想、控制算法以及控制设备的选型方面都作了许多精心的考虑，以保证运载小车安全高效地运行。 3．上位机监控系统 　　上位机监控系统我们通常采用不同厂家的组态系统的软件来完成。上位机监控的主要任务是从主控程序中采集数据，并实时地以文字或图像的形式显示在计算机屏幕上；随时接受操作员发出的指令，并将这些指令传送到主控程序。屏幕上显示的内容包括：各个设备的状态信息，各PLC的通讯状态，各运载小车的位置，升降机的位置，故障信息等等。 4．停车收费系统 　　停车收费系统是存车人与停车设备信息传输的接口。停车收费感应触头有几种：IC卡，感应卡、读卡器等。存车者都有一张感应卡，在卡上记录着该卡的有关信息，如：卡号、车位号、预存金额、剩余金额、有效期等等信息。当需要存/取车时，持卡人将卡放在门口的感应卡阅读器上，计算机自动识别卡上的信息，自动判断是存车还是取车，自动计算存车时间及本次收费金额，并通过打印机打印出收费条。除了存/取车的管理外，停车收费系统还具有存车卡管理功能、存车信息查询功能等。 四．控制系统特点 　　1、 安全可靠的系统设计——安全性设计包括：汽车的安全保护、启动设备本身的安全保护，以及设备与设备之间的联锁关系等等。为了保护汽车在存车过程中的安全，我们除了常规的检测以外，还从程序上增加了实时检测判断，实现全流程的多重后备保护。 　　2、 先进的控制方式——采用分布式控制系统，升降部分和平移部分是分离的。在现有的一些仓储式智能机器人停车设备的控制系统中，大多采用集中控制方式，集中控制的优点是将所有的输入输出信号直接采用电缆连接方式，集中连接到可编程控制器，省去了数据通讯的环节，而正是这种集中连接方式，需要大量的现场布线，运行中设备拖拽着电缆运动很不方便，而且由于电缆长度的限制，行程不可能很远。另外，如果某个环节出故障，整个系统均不能运行。而在本系统中，采用分布式控制系统，升降部分和各层水平移动部分分别控制，这样，不仅省去了大量的现场布线以及由此带来的施工、校对的工作，而且减少了许多故障发生的可能性，最重要的是，当某个局部发生故障时，并不会影响其它设备的运行。 　　3、 先进的数据通讯技术——采用无线通讯方式，网络拓扑结构采用星形结构。这样的设计，既避免了有线通讯结构中数据通讯对电缆传输距离的限制，又大大提高了数据通讯的抗干扰能力。另外，在程序设计上充分考虑数据传输的实时性，增强系统的容错能力，从而使系统的可靠性得到保证。 　　4、 准确无误的车位识别——引入了最先进的激光扫描技术，并将它与传统的检测方式相结合。在此基础之上，辅以传统的寻址方式，相当于给车位识别以双重保护。 　　5、 清晰明了的故障定位——采用了故障编码技术。为了让操作员在操作或运行过程中出现故障的情况下，能快速、准确地发现故障，排除故障，我们在系统中设计了许多方式对故障进行检测，对故障进行一些代码编号，除了安装一些检测开关进行检测外，还设计了许多软件判断条件，对一些不合理的逻辑条件及时报警并显示故障代码编号。操作人员或者系统维护人员只要看到屏幕上的报警信息代码编号，便可知道发生了什么故障，从而及时处理。 　　6、 实时的组态画面设计及人机交互系统——实时的组态画面设计使操作员能及时了解整个系统运行的工况，包括：设备状态、故障状态、升降机或运载小车所处的位置、设备当前正在进行的操作等等；系统还提供了丰富的历史数据储存，管理人员和系统维护人员可以随时查阅。人性化的人机界面使操作员能进行许多灵活的操作。 五．结论 　　我公司将分布式控制技术、无线通讯技术、激光扫描和定位技术引入到停车设备之中，在国内同行业中均处于领先地位。由于这些高技术和高技术产品的引用，使我公司的停车设备的安全性、可靠性和运行效率均得到明显的提高。