如何基于DSP芯片的多層循環(huán)式立體車(chē)庫控制系統？

引言

隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，世界汽車(chē)擁有量在日益增加，如何解決停車(chē)難問(wèn)題已經(jīng)成為了全世界亟待解決的問(wèn)題。立體車(chē)庫以其節省占地面積、出入庫管理方便、配置靈活等優(yōu)勢逐漸成為了解決城市“停車(chē)難”問(wèn)題的重要途徑和發(fā)展方向。目前國內外的立體車(chē)庫大多采用PLC (Programmable Logic Controller)作為控制核心，雖然PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、易學(xué)易用的諸多優(yōu)勢，但是以PLC作為控制核心的控制系統體積大，價(jià)格昂貴，而且運算速度慢，出錯率高，已經(jīng)不能滿(mǎn)足立體車(chē)庫控制技術(shù)飛速發(fā)展的需要，嚴重地阻礙了立體車(chē)庫技術(shù)的進(jìn)步。速度更快、性能更強、集成度更高的芯片已經(jīng)成為立體車(chē)庫發(fā)展的迫切需要。數字信號處理器DSP (Digital Sig—nal Processor)和復雜的可編程邏輯器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)的出現，從根本上解決了這個(gè)問(wèn)題。本文將針對多層循環(huán)式立體車(chē)庫以DSP作為核心控制芯片，通過(guò)外擴CPLD對車(chē)庫的控制系統進(jìn)行設計，實(shí)現了以PLC作為控制核心的立體車(chē)庫原有的功能，并且通過(guò)DSP芯片多輸入輸出點(diǎn)的特性降低了車(chē)庫的控制成本，提高了運行速度，為將來(lái)立體車(chē)庫的發(fā)展趨勢即以DSP芯片代替PLC作為控制核心奠定了基礎。

1 主要結構

多層循環(huán)式立體車(chē)庫是采用了通過(guò)載車(chē)板作上下循環(huán)運動(dòng)，而實(shí)現車(chē)輛多層存放的多層循環(huán)式停車(chē)設備。本設備主要由鋼結構框架、車(chē)板旋轉系統、上下升降系統、水平橫移系統、自動(dòng)控制系統、消防系統等組成。

1)鋼結構框架：主要由立柱、角鋼、拖槽、機構梁、輔助梁、支撐管、調整梁、車(chē)板升降導軌、車(chē)板橫移導軌、停車(chē)架等部件組成。主要作用是承重和內置幾十個(gè)停車(chē)泊位并安裝機械傳動(dòng)、電氣控制、消防系統、排水等設備。

2)車(chē)板旋轉系統：該機構設置在車(chē)庫的出入口，其主要由旋轉盤(pán)、插銷(xiāo)電機、摩擦輪電機等構成。因為當車(chē)出入車(chē)庫時(shí)，為了方便存取，必須先順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉90度，其旋轉動(dòng)作是由摩擦輪電機帶動(dòng)摩擦輪通過(guò)摩擦輪摩擦旋轉臺來(lái)實(shí)現的。

3)上下升降系統：主要由升降電機、變頻器、升降鏈條、平衡鏈等組成，其升降動(dòng)作是由變頻器控制升降電機，通過(guò)升降鏈條帶動(dòng)平衡鏈實(shí)現的。

4)水平橫移系統：設置在每層橫移導軌的中間。主要由電機、變頻器、鏈傳動(dòng)長(cháng)軸、鏈條、鏈輪及三級滑叉等組成。其工作原理是當電機運轉后，通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)長(cháng)軸轉動(dòng)，長(cháng)軸兩端通過(guò)鏈條、鏈輪帶動(dòng)三級滑叉橫向移動(dòng)。載車(chē)板橫移機構的功能是帶動(dòng)該層所有車(chē)板左移或右移一個(gè)車(chē)位。

5)自動(dòng)控制系統：主要包括控制、拖動(dòng)、檢測及安全保護部分。多層循環(huán)式立體車(chē)庫存取車(chē)時(shí)的動(dòng)作較多且復雜，要求控制系統能實(shí)現順序動(dòng)作、速度、定位及安全互鎖等控制，為了保證傳動(dòng)裝置在運行時(shí)做到低噪聲、低能耗、自動(dòng)加減速，并且運行平穩、高速、準確，車(chē)庫的驅動(dòng)裝置多采用交流變頻調速系統。為確保車(chē)輛安全，車(chē)庫內還安裝了光電檢測裝置和各種限位裝置來(lái)檢測隱患。

6)消防系統：在停車(chē)庫內設置整套自動(dòng)滅火系統，煙感及溫感探測器均勻分布在各層車(chē)架中間，如果庫內溫度或煙氣濃度過(guò)高，消防系統將啟動(dòng)排風(fēng)機直至達到設定要求，若失火，整個(gè)自動(dòng)滅火系統會(huì )迅速將火熄滅。

2 車(chē)庫運行流程概述

車(chē)庫存車(chē)過(guò)程：當司機在車(chē)庫門(mén)前刷卡后，車(chē)庫門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，將汽車(chē)開(kāi)進(jìn)車(chē)庫停在旋轉臺上，司機走出車(chē)庫再次刷卡，此時(shí)車(chē)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)旋轉臺順時(shí)針旋轉 90度，旋轉臺插銷(xiāo)打開(kāi)，拖車(chē)板脫離旋轉臺開(kāi)始下降到指定層與離出入口最近的一個(gè)空車(chē)板進(jìn)行交換，從而實(shí)現存車(chē)過(guò)程。取車(chē)過(guò)程正好與之相反。

對于該種形式的立體車(chē)庫，存取車(chē)位存在非常大的不確定性，存取車(chē)時(shí)通過(guò)控制載車(chē)板橫移機構和車(chē)庫兩側的車(chē)板升降機構，使相鄰兩層做循環(huán)往復的運動(dòng)，所以做循環(huán)存取的車(chē)位在每一次的存取車(chē)后它所處的位置都會(huì )有一定的變化。而車(chē)庫存取車(chē)輛的核心策略在于有車(chē)輛的車(chē)板和無(wú)車(chē)輛的空的載車(chē)板之間的交換。存取車(chē)運行流程如圖1所示。

圖1 車(chē)庫運行流程

3 控制器設計

立體車(chē)庫的各種運動(dòng)由帶動(dòng)拖車(chē)板的各個(gè)電機完成，立體車(chē)庫控制本質(zhì)上是對各個(gè)電機的控制，也就是對與電機連接的相應各個(gè)繼電器開(kāi)關(guān)的控制。所有繼電器開(kāi)關(guān)的控制信號均由PWM脈沖信號驅動(dòng)控制，同時(shí)配有碼盤(pán)傳感器把拖車(chē)板的位置信號轉換成脈沖信號。各控制器的任務(wù)就是按照指定的程序對這些繼電器開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，使之完成相應的動(dòng)作命令。

3.1控制器總體結構

立體車(chē)庫控制器總體結構如圖2所示。光電碼盤(pán)傳感器把拖車(chē)版的位置信息轉換成兩路寬度相同但相位差90度。的脈沖信號，脈沖的數目與拖車(chē)板運動(dòng)的距離成正比，相位差的符號代表了拖車(chē)板運動(dòng)的方向。因此，通過(guò)對兩路脈沖進(jìn)行計數就可以得到拖車(chē)板的實(shí)際位置。脈沖信號經(jīng)過(guò)光電隔離器件隔離后送入CPLD脈沖計數器，計數后的信息送入DSP主處理器。主處理器對接收到的拖車(chē)板位置信息進(jìn)行計算和分析，并結合主控計算機的控制命令產(chǎn)生相應的PWM脈沖控制信號，經(jīng)過(guò)光電隔離和功率放大后送給執行機構，控制拖車(chē)板的運行。DSP通過(guò)CAN總線(xiàn)收發(fā)器連接到總線(xiàn)上，為提高精度，中間需要進(jìn)行光電隔離。

圖2 控制器結構圖

3.2 DSP結構設計

DSP主處理器是整個(gè)控制器的核心，主要完成信息處理和控制的各項功能。選用的DSP為T(mén)I公司的TMS320LF2407A芯片，它是TI家族C2000系列中的高檔產(chǎn)品，集實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設于一身，非常適用于工業(yè)控制。

DSP主處理器與外部電路的主要接口如圖3所示。其中，CLKIN為外部時(shí)鐘信號輸入端口，與外部頻率為10MHz的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器相連，經(jīng)過(guò)內部鎖相環(huán) (PLL)倍頻后為系統提供40MHz的工作時(shí)鐘。PIJJF與PILF2與外部Lc濾波電路相連，為輸入時(shí)鐘提供濾波功能。XINTl為外部中斷輸入端口，接收CPLD提供的外部中斷信號，用來(lái)檢測拖車(chē)板的零位。當每個(gè)拖車(chē)板經(jīng)過(guò)自己的零位時(shí)，由光電零位檢測開(kāi)關(guān)發(fā)出一個(gè)脈沖信號，經(jīng)CPLD譯碼后送 DSP外部中斷，DSP運行中斷服務(wù)子程序對信息進(jìn)行分析和處理，是哪一個(gè)拖車(chē)板就給哪一個(gè)計數器發(fā)送清零控制信號，如果是偽信號則不作理會(huì )。