（机械制造及其自动化专业论文）智能立体车库控制系统开发及排队模型的优化.pdf

o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry a oy u n p i n g o c t o b e r , 2 0 1 0 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者虢渊妖嗍二脾堋艿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收 录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：力，口年，) 月8 日 日期：jp ，p 年，2 月，矿日 窳饼l 裔，乏互伺这苏挑 、翻幼 名名， 签签 者师 作导 2 2 巷道堆垛式立体车库概述1 1 2 2 1 巷道堆垛式车库简介11 2 2 2 堆垛式立体车库的主要结构：1 2 2 2 3 堆垛式立体车库的系统组成1 2 2 3 影响立体车库设计各种因素1 3 2 4 巷道堆垛式立体车库自动控制系统1 4 2 4 1 立体车库自动控制系统概述：1 4 2 4 2 立体车库控制系统控制器及控制方案选择1 4 2 5 巷道堆垛式立体车库总体设计1 6 2 6 本章小结17 第3 章巷道堆垛式车库排队优化设计1 8 3 1 排队论概述1 8 h 第4 章巷道堆跺式车库主要部件的设计2 9 4 1 巷道堆跺式立体车库的总体方案确定2 9 4 2 升降驱动系统3 0 4 3 车辆存取方式_ 3 l 4 4 存取机构电机与减速机的选择3 2 4 4 1 横移机构电机3 2 4 4 2 微横移机构电机3 2 ：4 4 3 选用减速机3 2 4 5 板式输送机3 3 4 5 1 尾轮张紧装置。3 3 4 5 2 支架与轨道3 3 4 5 3 运行速度3 4 4 6 安全机构的设计3 4 4 7 本章小结3 5 第5 章控制系统软硬件设计3 6 5 1 车库控制系统设计3 6 5 2d s p 控制系统设计：3 6 5 2 1t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a d s p 结构3 6 5 2 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 a 的引脚描述3 8 5 2 3 信号采集和处理系统3 8 5 2 4d s p 系统软件4 3 1 1 1 智能立体车库控制系统开发及排队模型的优化 5 3p l c 控制系统设计4 4 5 3 1s 7 3 0 0 系列p l c 简介4 4 5 3 2 编程软件介绍：一4 5 5 3 3p l c 控制动作4 6 5 4 车库网络化实现4 9 5 4 1 车位信息采集板的构成一4 9 5 4 2 车位信息采集板的硬件i d 一5 1 5 5 巷道堆垛式车库检测系统设计5 2 5 5 1 车库传感检测系统设计5 2 5 5 2 车库视频检测系统设计5 2 5 6 控制硬件d s p 和p l c 设计5 3 5 7 软件程序设计5 3 5 7 1 信号采集与处理系统流程图5 3 5 7 2 p l c 控制系统流程图一5 5 5 8 本章小结5 8 第6 章巷道堆垛式立体车库管理系统设计5 9 6 1 软件开发工具简介5 9 6 1 1 软件实现平台5 9 6 1 2 后台数据库使用5 9 6 2 管理系统软件的实现6 0 6 3 本章小节6 6 第7 章结论与展望6 7 7 1 结论6 7 7 2 展望6 7 参考文献6 9 致谢7 3 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录7 4 附录b 亚欧商厦立体车库的车辆到达时间表7 5 附录c 信号采集与处理系统的硬件原理图7 7 i v 硕十学位论文 曼曼曼鼍量曼曼量i i , ：- - z i ioi i ： i - - ! 摘要 随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，我国轿车保有量直线上升， 轿车进入家庭已成为必然趋势。同时，停车难的问题也就逐渐成为了大中型城市 迫切需要解决的难题。立体车库最大的优势在于节约用地，可最大限度地利用空 间，这是解决城市用地紧张、缓解停车难的一个有效手段。因此，研究作业优化 方案以及进一步提高立体车库控制系统的智能化程度，具有十分重要的意义，本 文就十种类型立体车库中的巷道堆垛类立体车库进行了设计。 本文从车库的控制系统和排队优化两方面入手，具体完成了以下工作：首先， 针对现有立体车库的控制系统的自动化程度低问题，设计一套智能化的巷道堆垛 式立体车库的总体方案；其次，具体设计了以t i 公司t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的d s p 和西门子s 7 3 0 0 系列p l c 控制系统的双c p u 核心的巷道堆垛式立体车库控制系 统，并对硬件p l c 和d s p 控制系统、软件系统进行具体设计；然后对排队论进 行了研究，提出了符合巷道式立体车库的m d 1 排队模型，并对模型进行分析， 同时对影响因子车辆平均存取总时间、车库车位排列方式( 高度，巷道数) 与库 容量之间联系进行仿真，以及三种存车策略进行仿真，根据仿真结果分析进行优 化设计。紧接着，为了提高作业效率，从车库的主要部件进行研究，确定车库的 升降驱动、存取车形式，并详细设计停车位、载车板和存取机构和安全机构的设 计；最后，选用软件开发平台d e l p h i 和后台用数据库o r a c l e 开发了人性化的巷道 堆垛式立体车库管理系统，具体介绍了各个模块主要的构成和人性化界面功能， 模拟实现了存取车路线优化策略在该管理系统中应用。 关键词：智能立体车库；可编程逻辑控制器；数字信号处理器；排队论；控制系 统 智能立体车库控制系统开发及排队模型的优化 曼蔓曼曼寡鼍鼍孽兽蔓寡曹i 一寡舅寡舅舅鼍曼曼曼皇曼曼曼曼量鼍曼曼曼皇曼皇曼舅 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y a n dt h ei m p r o v e m e n to t p e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，t h en u m b e ro fc a r s i sr i s i n gp e r p e n d i c u l a r l y ，a n di th a s b e c o m ea ni n e v i t a b l et r e n dt h a tc a r sc o m e i n t of a m i l i e s m e a n w h i l e ，t h ed i f f i c u l t yf o r p a r k i n gi n c i t i e sh a sg r a d u a l l yb e c o m ead i f f i c u l tp r o b l e mt o b es o l v e du r g e n t l y m e c h a n i c a lp a r k i n g sb i g g e s ta d v a n t a g ei ss a v i n gs p a c ea n dm a k i n g t h em a x l m u mu s e o ft h es p a c e ，w h i c hi sa ne f f e c t i v em e a n s t os o l v et h es h o r t a g eo fl a n da n de a s et h e d i f f i c u l t yo fp a r k i n g t h e r e f o r e ，i t i so f o p t i m i z a t i o np r o g r a m sa n dh o w t of u r t h e r g r e a ts i g n i f i c a n c e t os t u d yo no p e r a t i o n e n h a n c et h ei n t e l l i g e n to fc o n t r o ls y s t e m i nt h i sa r t i c l e ，t r a n se l e v a t o rm e c h a n i c a lp a r k i n g ，o n eo ft e nt y p e so fp a r k i n g ，w a s d e s i g n e d t h ef o i l o w i n gw o r k w a sc o m p l e t e db a s e d o nc o n t r o ls y s t e m a n dl i n e o p t i m i z a t i o n f i r s t l y , a i ma t t h ep r o b l e mo ft h ee x i s t i n gl o wl e v e lo ft h e e o n t r o l s y s t e mi np a r k i n g ， as e to fo v e r a l lp r o g r a mo ft h ei n t e l l i g e n t t r a n se l e v a t o r m e c h a n i c a l p a r k i n g w a s d e s i g n e d s e c o n d l y , d u a l c p uc o r e o ft i s t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 ad s pa n ds i e m e n s ，s 7 - 3 0 0 s e r i e sp l co ft h et r a n se l e v a t o r m e c h a n i c a lp a r k i n gc o n t r o ls y s t e mw e r eu s e dt od e s i g nt h ed s pa n dp l cc o n t r o l s y s t e mr e s p e c t i v e l y t h i r d l y , h eq u e u i n gt h e o r yw a ss t u d i e d ，m d 1 q u e u i n gm o d e l w h i c hf i t t e d1 r a n se l e v a t o rm e c h a n i c a lp a r k i n gw a sp u tf o r w a r d ，a n dt h em o d e lw a s a n a l y z e d i na d d i t i o n ，a f f e c t i n gf a c t o r s ( t h ea v e r a g e t o t a lt i m eo fv e h i c l e se n t e r i n ga n d l e a v i n gp a r k i n g ，t h ea r r a n g e m e n to fp a r k i n gu n i t s ( h e i g h t ，r o a d w a yn u m b e r ) a n d t h e s t o r a g ec a p a c i t y ) a n dt h r e ep a r k i n gs t r a t e g i e s w e r es i m u l a t e d a c c o r d i n gt o t h e s i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h ed e s i g nw a so p t i m i z e d f o u r t h l y , i no r d e rt oi m p r o v eo p e r a t l o n a l e f f i c i e n c y ，r e s e a r c h e do nm a i nc o m p o n e n t so f t h eg a r a g e ，t h ee l e v a t o rd r i v ea n dt h e m e a no fd e p o s i t w i t h d r a ww e r ed e t e r m i n e d ，a n dp a r k i n gu n i t s ，p a r k i n g b o a r d s ， d e p o s i t w i t h d r a w i n g a n ds e c u r i t ym e c h a n i s m s w e r ed e s i g n e di nd e t a i l f i n a l l y , s o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r md e l p h ia n db a c k - o f f i c ed a t a b a s eo r a c l ew e r es e l e c t e d a n dd e v e l o p e dt h em a n a g e m e n ts y s t e mo f t r a n se l e v a t o rm e c h a n i c a lp a r k i n g m a j o r c o m p o n e n t sa n dh u m a n i z i n gi n t e r f a c e f u n c t i o no fe a c hm o d u l ew e r es p e c i f i c a l l y i n t r o d u c e d ，a n dt h eu s eo fo p t i m i z a t i o ns t r a t e g yo ns i m u l a t i o no fd e p o s i t w i t h d r a w i n g r o u t ei nm a n a g e m e n ts y s t e mw a sa sw e l l n 硕七学位论文 k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n ts t e r e op a r k i n g ：p l c ；d s p ；q u e u i n gt h e o r y ；c o n t r 0 1 s y s t e m i i i 图1 1 立体 图2 1 巷道 图2 2 车库 图2 3 巷道 图3 1 排队 图3 2 立体 图3 3 ( a ) 图3 3 ( b )车库容量与每辆车存取平均时间之间的关系图2 5 图3 4 三种不同策略的存取车策略对比仿真图2 7 图3 5 车库存车控制程序流程图2 8 图3 6 车库取车控制程序流程图2 8 图4 1 提升机构简图3 0 图4 2 板式输送机3 3 图4 3 运输车：3 4 图5 1 巷道式立体车库控制原理图3 6 图5 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 引脚图一3 7 图5 3t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 内部结构功能图3 7 图5 4 信号采集与处理流程图3 9 图5 5d s p 控制硬件框图3 9 图5 6 电源电路原理图4 0 图5 7d sl3 0 2 引脚图：4 0 图5 8a t 4 5 d b 0 1 2 引脚图4 1 图5 9s h t l 系列温度传感器与d s p 的接口连接图4 2 2 2 3 4 5 6 0 1 1 4 4 4 4 4 4 5 5 5 t 一图 v l 1 1 研究背景 硕七学位论文 第1 章绪论 随着经济的发展，我国逐步进入小康社会，我国轿车保有量直线上升，拥有 私家车己成为很多人追求的生活目标【l 】。据中国汽车工业协会公布的数据表明， 1 9 9 7 年全国汽车保有量1 1 0 0 万辆，其中轿车4 0 0 万辆，当年轿车生产量4 8 2 万 辆，微型车生产量3 8 2 万辆。1 9 9 8 年轿车生产量5 0 万辆，1 9 9 9 年5 5 万辆，2 0 0 0 年5 7 万辆。2 0 0 2 年中国汽车产量达到了3 2 5 万辆，比上年增长3 8 ，全球排位 由2 0 0 1 年的第八位上升至第五位。2 0 0 5 年的轿车保有量己达到l l0 8 万辆。由于 中国加入世贸关税进一步降低，2 0 0 8 年北京奥运及今年上海世界博览会等重大事 件的影响，以及国内需求的进一步拉动和“费改税 等政策的驱动，我国的汽车 工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展【2 】。按前述数据预测， 今年底将达到2 0 0 0 万辆。城市中停车位需求按l ：1 2 ( 1 0 0 的基本停车位和2 0 的公共停车位) 计算，将增加停车位4 8 0 万个，平均每年需求9 6 万个。因此，停 车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。 我国汽车工业的高速发展和汽车销售额的高速增长，必然给城市交通带来巨 大的压力，各地政府虽己花大力支持城市交通基础设施建设，但始终难以满足汽 车快速增长的需要。最近十几年来，我国城市机动车增长速度年平均在1 0 。1 5 ， 而城市道路年平均增长速度只有2 3 。特别是大城市的机动车拥有量和交通的 增长远远超过交通基础设施的增长速度【3 】。如北京市在9 0 年代小汽车年平均增长 速度达到3 0 左右，但城市道路年平均增长率只有2 ，道路面积年增长率为 3 7 。静态交通基础设施的建设更落后于动态交通基础设施建设，全国停车位缺 口平均在6 0 以上。因此造成大量车辆停在道路内，形成马路停车场。随着汽车 进入家庭的速度不断加快，对城市交通基础设施的压力越来越大。交通拥堵、停 车难已经成为国内很多城市发展的严重制约因素。据统计，在上海每天有3 5 万辆 汽车停泊在马路两边；北京每天就有9 0 万辆车无“家可归。在我国，许多大中 城市交通设施落后，道路堵塞严重，停车难、乱停车与不断增长的机动车保有量 间的矛盾同益突出，早已是社会普遍关注的焦点问题。怎样解决这个r 益突出的 矛盾? 难道要限制汽车增长吗? 这显然不符合经济发展的潮流，只有充分利用现 有的有限资源，大力加强静态交通的建设，才能有效解决“停车难”问题，因此 “立体车库”应运而生。 智能立体车库控制系统开发及排队模型的优化 1 2 立体车库国内外发展状况及发展趋势 1 2 1 国外发展状况 机械式立体车库( 亦称停车设备) 是一个新兴产业。国外已有6 0 余年历史， 国外的智能化立体车库技术已日趋成熟，在国际上代表立体车库发展领先水平的 国家有美国、德国、日本、韩国等。机械式立体车库发源于上世纪2 0 年代的美国， 是在繁华拥挤的都市里为解决停车而采取的一种措施。5 0 年代以后，伴随着私人 小汽车的大量涌现，在西欧、东南亚、韩国和日本都得到了广泛的应用。形成了 一个包括制造、安装、使用和维修的行业体系。其中，发展较早、较好的日本公 司有石川岛播磨、新明和、日精、三菱重工等：欧洲有 意大利s o t e f i n 、i n t e r p a r k 、德国p a l i s 等。这些国家和公 司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利 用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展，机 械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保 险等方面不断地更新换代，日趋完美。但现在德国p a l i s 公司的机器人搬运式停车设备是当今国际尖端产品。日 本还在每年2 5 左右需求递增，日本、欧洲、俄罗斯、 印度、泰国等对我国产品也有很大需求【2 】【4 1 。 图1 1 立体车厍图 日本从2 0 世纪6 0 年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设 备。当时日本全国汽车保有量约是5 0 0 万辆，采用的大多是垂直循环式停车设备。 8 0 年代开始向韩国、中国和我国的台湾出口产品和技术。9 0 年代初，其汽车保有 量达至u 6 2 0 0 辆。机械式停车设备也得到了高速发展，年递增率达到3 0 以上，品 种也从单一的垂直式发展为多种形式，至今已开发出了十大类近百个品牌，还包 括自重不大于1 3 t 的大型客车、载货汽车、自卸车、工程车等的机械式停车设备。 在日本，机械式停车场已超出了单纯于停车的功能，而是发展成了与城市环境融 为一体，具有较强的实用性、观赏性和经济开发价值的城市建筑。 韩国机械式停车设备行业的发展历程比较稳定。2 0 世纪7 0 年代中期为起步阶 段，8 0 年代为引进阶段，9 0 年代为供应使用阶段。由于这几个阶段收到了政府的 高度重视，各种机械式停车设备得到了普遍的开发和利用，年递增率达到3 0 ； 2 0 0 0 2 0 1 0 年为发展阶段，自动化停车设备将随供应量不断的扩大而得到迅猛发 展。 1 2 2 国内发展状况 我国从上世纪八十年代末开始引进国外技术至今，虽然已有近2 0 年历史，但 硕十学位论文 真正发展较快也是近几年。由于土地资源越来越少，汽车作为国家支柱产业每年 1o o 万辆速度递增，停车缺口总量已近5 0 0 万个等情况，国家发改委指出：发展机 械式立体车库已是势在必行。国家和各省市政府都极为重视，把推进立体车库行 业发展作为城市基础建设重要内容和解决城市“停车难”的必要手段【5 j 。 立体车库的使用寿命和轮回周期是2 0 3 0 年，可见其市场潜力是巨大的。随 着人们生活水平的提高，汽车价格的降低，以及扩大内需政策的支持，汽车进入 家庭的理念逐渐深入人心，购买汽车的家庭将越来越多。“停车经济”有着巨大商 机。汽车数量的增长无疑将带来巨大的停车市场。在欧洲、日本、韩国、香港、 台湾等一些发达国家和地区，停车产业已成为年产值数十亿美元的大产业。在香 港，一个停车位的售价比高级轿车还要贵，如汇景花园的一个停车位售价高达6 0 万港元；美国的停车产业每年大约收益2 6 0 亿美元，提供约1 0 0 万个就业机会。即 便在我国，一些新建高档小区的停车泊位也被开发商高价出售，一个车位相当于 一辆普通轿车的价格。在济南阳光一百住宅社区，一个地下停车位售出价格在8 万元至1 0 万元。上海车位出售价格一般在1 5 2 7 万元人民币上下。 现在，停车库的市场需求已经从北京、上海、广州等大城市开始向各省会城 市发展，华东县级市已经开始建立立体车库。据统计，上海停车缺口：至u 2 0 2 0 年是 8 0 万车位，全国停车位缺口在今后1 o 15 年，大约有5 0 5 0 0 万车位。 智能停车设备在我国得到快速的发展，智能停车设备行业已成为一个新兴的 行业，伴随发展了中国机械式停车设备行业企业，如杭州西子西川岛停车设备有 限公司、江苏双良停车设备有限公司、山东莱钢泰达车库有限公司等。：至1 j 2 0 0 3 年 底，车位8 万多个，其中有一半是用于住宅小区配套设置。2 0 0 4 年是立体车库存整 个市场份额全年需求总数上升到5 万多个车位以上，已达1o 多亿人民币。到了2 0 0 8 年，全国的市场已达至j j 2 9 个亿之多，国家发改委指出：今后l o 15 年是机械立体车 库发展的高潮期。而且，这些停车库更多地除了集中在北京、上海、江苏、浙江 和广东等地外，已向中西部和地级市延伸【6 j 。 与十年前相比，如今立体车库的市场接受程度已经大大提高了，不仅人们接 受了这种停车形式，而且大大小小的项目也在全国各城市落地生根。然而我国却 要面对现在很多车库的利用率并不高，这主要来源三方面的原因【7j ：变味的采购 需求、用户不友好和现行停车收费政策。不过，从今年政府及时出台一系列积极 的优惠政策( 如成都：2 0 0 9 年出台新建停车场每个车位补贴1 0 0 0 元) ，同时，由 于改革开放3 0 年以来我国的房地产业和汽车产业的快速发展，城市化进程的持续 扩大，人民生活水平的不断提高，带动了配以城市化的服务行业的立体车库行业 成为一项朝阳产业。 3 智能、上体车库控制系统开发及排队模型的优化 1 2 3 立体车库的主要发展趋势 立体车库是集自动化技术、机器人技术、计算机技术等高新技术为一体的智 能化、立体化的物流运输系统。它可以高效地利用土地面积；可以提高交通车辆 的流通速度；可以保证车辆的安全有序的管理。随着当今社会各种高新技术的引 入，立体车库正在向智能化、高自动化、复杂化以、专业化、网络化及人性化方 向发展，重点表现为以下几个方面： 1 智能化 立体车库的发展越来越向着智能化方向发展，一些新技术正在迅速进入该领 域，如变频技术、全电脑控制系统、导航定位技术、图像识别技术、传感技术、 光纤通讯技术、防火防盗系统、停电及电源故障的自动判别排除及处理系统等。 对于全电脑自动控制系统，要开发、设计专用硬件系统和专用软件，使之适用于 存取车全过程的管理和控制，尤其是对于“模块 阁架式立体车库的电梯调配， 自动送车找位、自动平层，应快捷、准确、可靠。系统安全装置的设置要与动态 过程安全检测形成闭环，确保存取车过程的安全运行。 2 高自动化 立体车库的高自动化主要表现为先进的自动控制技术和科学的管理方法。控 制技术和管理方法互为所长，大幅度提高了存取车效率【8 】。在控制方法上采用了 遥控技术和自动识别系统：车辆停靠稳妥( 在车库外面需要自动转向) 后，车库 可以将汽车自动停放到合适的位置，可实现无人操作；在科学管理方面，计算机 中心对停车场实行全方位管理，整个停车场完全在计算机监控之下，包括设备监 控、出入口监控、停车场内部监控，整个停车场运行的状态信息都可以存入计算 机，通过便捷的人机管理界面，实现车流量统计、系统故障查询、收费状况查询、 进出车辆信息查询、系统运行状态的实时查询，同时可以设置打印报表功能。 3 复杂化 立体车库产业正在向多元化方向发展，它已经不仅是纯粹的机械设备，还包 含了当今机械、电子、建筑、液压、光学、磁控、管理和计算机技术等领域的大 量先进技术【9 l 。立体停车系统已经日臻完善，如汽车出入车库时采用声光引导和 定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、 链绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车安全检测、图像识别技术、科学 管理等，各种领域先进技术的综合使用，已经使立体车库成为一个独立的大型复 杂的高技术设备。 4 专业化 立体车库系统稳定可靠，能j 下常运行而不出故障是用户的首要要求，也是一 4 硕十学位论文 套停车场系统的重中之重。因此，必须提高制造厂家的专业化程度，才能保证设 备的可靠性，立体车库的软硬件设施及各种设备的配套也应当达到专业化程度。 5 网络化 。 ， 。 伴随城市的快速发展，立体车库系统与城市规划联系起来。为了改善城市的 交通环境，提高城市的市容，现在国内外的新型的停车场与交通部门有机的结合 起来，引入了停车诱导系统和远距离射频识别技术，配合车位引导系统的使用， 使出行更加方面快捷，也有利于停车场的有效利用。还有停车场之间的系统集合， 实现该城市的所有停车场的数据同步，实现同城及异地车场的联网管理、质量监 控和远程维修。 6 人性化 立体车库较普通车库有突出的优势，如防盗，防风吹雨淋日晒，防刮擦，得 到停车者的青睐。但随着立体车库的发展，这些远远不能满足客户的要求，因此， 现在立体车库的发展应该更人性化设计，支付多样化( 手机付费，信用卡付费等) ， 网上预订车位，条码票取代i c 卡，安装超声波探头，引入全自动车牌识别系统， 远距离读卡器。 未来的车库系统管理更开放、更灵活，整个管理系统能够实现控制与管理一 体化，系统操作更加简便，功能更加强大。整个车库的管理可以纳入楼宇自动化 系统，联入网络，形成一个综合的计算机管理网络信息系统，真正实现立体车库 的无人化管理【1 们。 1 3 车库控制系统的国内外研究现状 f 立体车库是作为根据自动化物流系统物料传输原理，采用多层高架式存放车 辆的大型停车设备【1 1 】。控制系统随其使用的主控制器智能化程度不断提高，在国 内外都经过一个半自动化、自动化、智能化发展过程。 1 直接使用电动机与链条驱动的简易立体车库 该类型车库一般只有几个车位且为两层，不利于规模化，智能化发展趋势的 要求【12 1 。 2 采用可编程控制器( p l c ) 控制的立体车库 p l c 是专门为顺序生产过程而设计的控制器，它替代传统的继电器，实现顺 序控制、运动控制、过程控制等具有很强的时序性，抗干扰能力强，安全性高。 这类立体车库是当前国内生产制造或己建成的主要形式，但不能实现智能化管理， 并且只适合几个到几十个泊位的车库，不适应规模化发展趋势【1 3 】。 3 采用单片机控制的立体车库 在目前的应用研究中，较易于实现数字控制的方案是使用单片机来实现其功 智能、体车库控制系统开发及排队模型的优化 能，尤其是新型的8 位，l6 位单片机具有a d 、p 口、e e p r o m 、比较输出、捕 捉输入、s p i 接口、异步串行通讯接口、f l a s h 程序存储器等功能。单片机成本 低，易开发，因为单片机价格不断下降，而其技术含量却不断提高。另外，单片 机的应用己相当广泛，有许多可以借鉴的成功应用范例与大量的公用程序，并且 尺寸小，结构易布置，单片机及其外围接口电路可以紧凑地放在一块印刷电路板 上，这就为控制器的面板设计带来方便，面板形状与大小都可以在一定程度上随 意设计。对于一些比较复杂的控制，其计算量往往很大，这样，计算速度将直接 影响控制精度，一般用于下位机和小型控制；与此同时，单片机易受外界干扰， 单片机系统属于微电系统，比较容易受到强电，磁场，电脉冲的影响，甚至也容 易受恶劣工作环境的影响，所以必须采取抗干扰措施【1 4 】。为此这类立体车库也只 适用规模不是很大的车库，在国内已经有一些成果。 4 采用工控机为上位机的立体车库 相对于单片机和p l c 来说功能灵活，结构复杂，它集单片机与p l c 优点于 一体，具有很强的控制功能。工控机成本高，系统结构复杂，若和其它控制系统 联合使用，不仅会降低成本，而且会协调控制系统的工作，采用先进的控制模式， 实现整个立体车库的控制的智能化。编程容易，接口简单，可以采用高级语言编 程，设计友好的工作界面，利用计算机强大的计算功能，编制复杂的软件。另外， 其接口都是标准接口，易于与各系统之间进行通讯与连接。工控机有强大的计算、 管理及通讯功能，适宜于高性能进行机群调度和管理适合形成网络控制系统的上 位机【l5 1 。这一类型的立体车库，智能化程度高，适用于需要建造大型的立体车库 车型，比如巷道堆垛式立体车库。 本文在大量的收集、掌握国内外与立体车库控制系统及排队优化相关的理论 研究、实验测试的基础上，结合本课题的要求，主要从宏观和微观进行设计和分 析研究，为提升车库的控制系统控制能力进行探索性设计研究，试图寻找到性价 比极高的控制器、合理优化方案和算法，提高停车效率。 1 4 研究意义 城市“停车难”促进了自动立体停车设备的应用研究和发展，同时微电子技 术、通讯技术、控制技术、计算机技术、c r t 显示技术以及软件技术的迅猛发展， 也带来计算机技术立体车库领域快速、广泛的应用。 伴随控制技术的不断的更新，立体车库越来越向智能化，规模化发展，这使 得在设计制造车库时，为提高立体车库的可靠性和经济效益要考虑的影响因素越 来越多，越来越复杂。比如大型的智能化巷道堆跺式立体车库设计与建造过程中 受到车库库容量、现场的空间( 土地面积) 、车辆存放作业效率、土地价格、立体 6 硕，t 学位论文 曼曼曼曼皇曼曼曼皇曼曼曼曼笪曼曼曼曼量! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇i 一 ；一i 曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼皇量曼曼曼量 车库总造价，周围的车流量等众多因素的影响。这就需要对在车库设计中选择何 种合理的设计方案进行必要的研究，以及采用合理的设计方案降低立体车库的成 本【1 6 】。 立体车库的推广发展，速度的提高，自动化调速技术、认址技术、停止精度 技术等也相应予以发展。车库的信息传递技术方面，发展了超声波技术、绝对认 址技术、新条形码技术、r f i d 技术、车牌自动识别技术、计算机联网管理技术 及网络化技术【17 1 。除实现车库本身车辆存取的计算机记录和收费管理智能化和人 性化外，把计算机作为上位机、使其成为更大系统的网络化部分，进行实时控制 和管理车库运行成为发展趋势【18 1 。 当前我国的立体停车库与国际先进水平尚有较大的差距，主要反映在车库品 种少、设计制造成本高，自动化程度低，停车效率低、管理水平低、成本费用高 等方面，远远适应不了市场的需要，进一步研究一套完善集控制系统、优化方案 和监控管理系统一体的立体车库有利于车库智能化程度的提高，实现无人化管理， 降低车库的投资成本，提高车库作业效率，进而有利于智能化立体车库的推广使 用，促进智能立体车库随汽车行业的同步协调发展，推动我国的立体车库工业的 发展。 1 5 本课题的研究内容和任务 ， 本文在查阅国内外大量资料的基础上设计了一套有效而实用的巷道堆垛式立 体停车库智能控制系统。从理论上对立体停车库的结构、控制系统以及排队理论 进行了研究，并完成了对立体车库的整体结构、存取车的形式、整体控制系统及 管理系统的设计，具体内容如下： 1 巷道堆垛式立体车库总体方案设计 设计巷道堆垛式立体车库的总体方案，着重研究巷道堆垛式立体车库自动控 制系统中控制器、控制方案的选择以及影响车库作业效率的影响因素。 2 巷道堆垛式车库排队优化设计 研究了排队论的基本理论，提出了符合巷道式立体车库的m d 1 排队模型， 并对模型进行分析和仿真，得出仿真结果。根据结果分析从两方面( 作业效率和 3 种总体方案的基础上，确定车库的升降驱 车位、载车板和存取机构和安全机构的设 7 智能立体车库控制系统开发及排队模型的优化 设计完成立体车库控制系统的软硬件系统。以t i 公司t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 的 d s p 和西门子s 7 3 0 0 系列p l c 控制系统的双c p u 核心，分别对硬件p l c 和d s p 控制系统进行总体设计，并对车位采集板和车库检测系统进行具体设计。在控制 系统的软件系统设计部分，采用各自的环境下对系统的监控程序以及主要软件功 能模块子程序进行具体设计。 5 巷道堆垛式立体车库管理系统设计 介绍了具体软件实现方法及车库系统操作模块、车位管理模块、信息管理模 块、车库监控和计费系统主要的构成和界面及存取车路线优化方在管理系统中实 现。 1 6 论文创新点 1 首次提出用d s p 和p l c 作为智能巷道堆垛类立体车库控制系统的双c p u ，并对 基于d s p 芯片t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 为核心的信号采集和处理系统、p l c 控制执行机构进行 详细的设计并进行实验验证，根据各自不同功用和结合进行完整实现。 2 在智能车库管理系统引入新兴技术，引进服务为上的设计，使得通过系统 软件操作实现智能车库的运行、管理。 3 对智能车库系统中的细节方面秉着以人为本的原则，进行了人性化优化。 1 7 本章小结 本章主要介绍了课题的研究背景和研究意义，立体车库的国内外研究现状和 主要发展趋势，最后简要介绍了本课题的研究内容和任务，并提出本文设计的创 新点。 硕：l j 学位论文 第2 章巷道堆垛式立体车库总体方案设计 2 1 立体车库概述 立体车库的种类比较多，目前根据j b t 8 7 13 19 9 8 机械行业标准，按其工作原 理区分主要包括【l9 】：升降横移类s h 、垂直循环类c x 、多层循环类d x 、水平循环 类s x 、平面移动类p y 、巷道堆垛类( 俗称智能化仓储类) x d 、垂直升降类( 俗 称塔库) c s 、简易升降类j s 、汽车升降机类q s 和机器人搬运类这1 0 类3 0 几个系列 产品，其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在 国内车库市场占有绝对优势的市场份额，大约7 0 以上，制造人家较多。但拥有 平面移动、塔库、仓储类产品资质的在市场上不多，机器人搬运式则几乎没有。 这几种类型的产品因其技术含量高低不同，价格也相差悬殊【2 们。 表2 1截止2 0 0 8 年国内现有机械式停车设备类别比例 设备类别车位数( 个) 所占比例( ) 升降横移类( p s h ) 4 6 5 2 8 38 7 9 4 简易升降类( p j s ) 2 1 7 1 84 1 0 平面移动类( p p y ) 1 5 4 1 62 9 2 巷道堆垛类( p x d ) 1 1 6 2 42 2 0 垂直升降类( p c s ) 1 1 3 4 9 2 1 4 垂直循环类( p c x ) 2 4 6 1o 4 7 多层循环类( p d x ) 1 0 1 90 1 9 水平循环类( p s x ) 1 9 50 0 4 合计5 2 9 1 1 0 1 0 0 ( 1 ) 升降横移类 利用存车板升降或横移存取车辆，适用于地面及地下停车场，配置灵活，造 价较低。它以钢结构框架为主体，采用电机驱动钢丝绳或链条带动载车板做升降 横移运动，实现存取车辆。每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升 面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这 辆只作横移，不必升降，而停泊在顶层的车辆只作升降，不作 过升降横移运动为顶层车辆让出空位，或存取车辆。 车库采用垂直方向做循环运动的方式，通过电机带动传动机构， ，每隔一定距离安装一个存车托架，当电机启动时，存车托架 运动，达到存车目的。 9 智能且：