基于組態(tài)軟件的升降橫移式立體車庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉 鵬 ，朱龍彪 ，朱志慧 ，王 輝

（1.南通大學 機械工程學院，南通 226019；2.江蘇金冠立體停車系統(tǒng)工程有限公司，南通 226003）

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)汽車的保有量也在急劇增加，立體車庫作為解決“停車難”問題的有效途徑得到了廣泛的使用。但目前立體車庫的管理模式還是人工半自動化模式，現(xiàn)場需要專人進行管理和維護，這不僅造成了人員浪費，而且對于大規(guī)模的立體車庫，現(xiàn)場管理效率也比較低下[1-2]。為了提高立體車庫的管理效率，實現(xiàn)立體車庫的遠程管理和維護，本文設(shè)計了一種基于組態(tài)軟件的升降橫移式立體車庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)和視頻傳輸，避免了布線的不便，節(jié)約了通訊成本。

1 升降橫移式立體車庫工作原理

升降橫移式立體車庫主要由金屬鋼結(jié)構(gòu)框架、載車板、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等組成，通過載車板的垂直升降和橫向平移將所需停放車輛移動到目標停車位[3]。本文以“單排、三列、五層”升降橫移式立體車庫為研究模型，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 升降橫移式立體車庫模型結(jié)構(gòu)Fig.1 Structural diagram of lift-sliding stereo garage

該立體車庫模型共有11個停車位，其中1～4層各有2個停車位，最高層有3個停車位，其余空位用于1～4層載車板的升降和橫移運動。第1層載車板只能做橫移運動，第5層載車板只能做升降運動，2～4層載車板既能做橫移運動，也能做升降運動。2～5層的每一個停車位均綁定固定的IC卡，用戶通過刷卡方式進行車輛的存取，存取流程如圖2所示。立體車庫所使用電機均為減速電機，帶自鎖功能，載車板不運動時，電機不消耗電能。此外，載車板只在升降運動時通過電磁鐵的吸合實現(xiàn)其安全掛鉤的打開，橫移運動和不運動時，電磁鐵處于斷開狀態(tài)，安全掛鉤靠自身重力關(guān)閉。綜上，立體車庫在待機時耗能較少，可廣泛應用于住宅小區(qū)及企事業(yè)單位。

圖2 存/取車流程Fig.2 Flow chart of parking and taking cars

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

升降橫移式立體車庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。監(jiān)控系統(tǒng)上位機為PC機，安裝力控組態(tài)軟件Force Control V7.0，下位機選用歐姆龍CP1E系列可編程邏輯控制器PLC（program logic controller）作為立體車庫的控制核心，對立體車庫中的各種開關(guān)量信號，如繼電器狀態(tài)、行程開關(guān)狀態(tài)以及光電開關(guān)狀態(tài)等進行數(shù)據(jù)采集與處理。通過電流變送器對立體車庫的減速電機電流進行模擬量采集，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，送至PLC進行數(shù)據(jù)處理。GRM400無線通訊模塊是巨控電子科技有限公司開發(fā)的一款專用于PLC遠程維護和監(jiān)控的通訊模塊。下位機與GRM400無線通訊模塊間采用Hotlink協(xié)議進行RS485通信，上位機通過OPC（object linking and embedding for process control）服務器與GRM400無線通訊模塊進行通信，從而實現(xiàn)上位機與下位機間的以太網(wǎng)通信。選用海康威視網(wǎng)絡硬盤錄像機NVR（network video recorder）、智能球型攝像機和交換機完成視頻監(jiān)控的硬件設(shè)計，利用組態(tài)軟件中的視頻控件，實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控環(huán)節(jié)的嵌入。

圖3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure diagram of remote monitoring system

3 報警系統(tǒng)

升降橫移式立體車庫常見的故障有鋼絲繩故障、限位開關(guān)故障、電機故障等，針對這些故障設(shè)計的報警系統(tǒng)詳見表1所示。當立體車庫發(fā)生報警時，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報警鳴音，同時向維護人員發(fā)送一條報警短信，顯示報警的位置，類型及說明。對于短信報警，設(shè)置有一定的報警延遲，避免了誤報警和假報警。維護人員通過查看系統(tǒng)的報警記錄，詳細了解報警的情況，通過車位監(jiān)控界面，切換手動工作模式，進行立體車庫的遠程維護。

表1 報警系統(tǒng)Tab.1 Alarm system

4 上位機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 通訊設(shè)置

通訊分為視頻通訊以及上位機與下位機的通訊兩部分。

視頻通訊部分，將NVR與智能球型攝像機通過網(wǎng)線與交換機相連，NVR系統(tǒng)啟動后設(shè)置其內(nèi)網(wǎng)固定IP地址和端口號，智能球機上電后，需通過SADP軟件進行內(nèi)網(wǎng)固定IP地址與端口號的設(shè)置。為了使外網(wǎng)可以訪問到NVR，需將NVR的服務端口、HTTP端口以及RSTP端口做端口映射。在NVR系統(tǒng)配置UPnP界面中，查看映射狀態(tài)是否生效，若某一端口沒有生效，則說明該端口被占用，需更改端口，重新做端口映射。在組態(tài)軟件視頻控件中，設(shè)置好NVR映射的外網(wǎng)IP地址、端口號以及用戶名和密碼，即可實現(xiàn)上位機視頻監(jiān)控環(huán)節(jié)的通訊。

上位機與下位機的通訊以GRM400無線通訊模塊為銜接平臺，通訊的關(guān)鍵在于GRM400無線通訊模塊的設(shè)置。將GRM400無線通訊模塊的COM1口 （RS485端口）和PLC的RS485選件板CP1WCIF11接口進行連接；將CIF11通訊模塊的DIP SW開關(guān)SW4設(shè)置為OFF，其他設(shè)置為ON，PLC串行端口的單元號設(shè)置成和GRM400的從機地址一致，通訊協(xié)議選擇歐姆龍的Hotlink協(xié)議，通訊波特率為9600，數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗位都選擇默認值；在數(shù)據(jù)詞典中新建變量，和PLC中I/O存儲器地址關(guān)聯(lián)即可完成下位機與GRM400無線通訊模塊間的通信。在力控組態(tài)軟件的IoManager中，選擇OPC設(shè)備并展開，雙擊OPC CLIENT3.6進行設(shè)備配置，定義設(shè)備名稱，然后OPC服務器選擇GrmOpcServer.GRMOPC，其它選擇默認值。最后在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中新建IO點，和GRM400無線通訊模塊中變量進行關(guān)聯(lián)即可完成GRM400無線通訊模塊與上位機的通信。

4.2 監(jiān)控界面設(shè)計

遠程監(jiān)控系統(tǒng)上位機監(jiān)控界面采用力控組態(tài)軟件V7.0開發(fā)，其開發(fā)環(huán)境方便、靈活、功能強大、極大地提高了組態(tài)的效率[4]。按照監(jiān)控系統(tǒng)的要求，界面包括車位監(jiān)控、視頻監(jiān)控和報警記錄等，界面間的切換通過鼠標左鍵單擊實現(xiàn)。不同的功能賦予相應的操作權(quán)限，權(quán)限不夠則無法執(zhí)行相應的操作。

在車位監(jiān)控界面中，對整個車庫的所有橫移限位開關(guān)和上下限位開關(guān)進行開關(guān)量監(jiān)測，任何一個限位開關(guān)發(fā)生故障，都可以方便地判斷出故障的位置；對立體車庫的工作模式進行監(jiān)控，按照控制要求，需要實現(xiàn)自動和手動2種工作模式的遠程切換以及相應模式下的遠程控制。自動工作模式下，輸入載車板號，按下回車鍵，再單擊啟動按鈕，即可自動取出相應的載車板。手動工作模式用于立體車庫故障時進行調(diào)試和應急取車，輸入要控制的載車板號，通過上下左右操作鍵實現(xiàn)其升降橫移動作。視頻監(jiān)視窗口用于查看現(xiàn)場立體車庫的運行情況，若要調(diào)整監(jiān)視位置或進行視頻錄像，需進入視頻監(jiān)控界面進行操作。切換自動工作模式需輸入密碼，切換手動工作模式需要相應權(quán)限。當前所屬模式，對應信號燈呈閃爍狀態(tài)。警燈顯示當前取車狀態(tài)，取車運行時，警燈閃爍。車位監(jiān)控界面如圖4所示。

單擊任一車位號，進入指定車位監(jiān)測界面，實時監(jiān)測該車位的安全掛鉤、限位開關(guān)以及電機的運行狀態(tài)（啟停、轉(zhuǎn)向和電流值），如圖5所示。采用電流變送器監(jiān)測的電機的工作電流以趨勢曲線形式實時顯示，若監(jiān)測值超過設(shè)定的報警線，并且持續(xù)時間超過報警延遲時間，則產(chǎn)生報警。此外，設(shè)計和維護人員通過查詢歷史曲線，對狀態(tài)趨勢變化進行分析，進而實現(xiàn)電機的安全評估和故障分析。

圖4 車位監(jiān)控界面Fig.4 Interface of stall monitoring

圖5 102車位狀態(tài)監(jiān)測Fig.5 Condition monitoring diagram of No.102 stall

通過復合報警控件創(chuàng)建報警記錄界面，記錄系統(tǒng)運行過程中的實時報警狀態(tài)。立體車庫發(fā)生報警故障時，報警記錄自動生成一條紅色文字信息，詳細顯示報警的時間、類型、位號等參數(shù)，同時播放指定報警音樂；報警信息被確認時，文字顏色變成綠色，同時報警音樂停止播放；報警故障被排除時，文字顏色變成藍色，表示系統(tǒng)恢復正常。通過編寫相應的腳本可以實現(xiàn)查詢歷史、打印和篩選報警記錄的功能，方便維護人員進行故障維修[5]。此外，通過對報警故障的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)故障高發(fā)部位，便于設(shè)計人員改進設(shè)計，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性。報警記錄界面如圖6所示，力控組態(tài)軟件可以儲存30天的監(jiān)測數(shù)據(jù)，若要儲存更多數(shù)據(jù)，需進行數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)存設(shè)置。

5 結(jié)語

通過組態(tài)軟件設(shè)計的升降橫移式立體車庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了立體車庫的遠程控制、狀態(tài)監(jiān)測以及視頻監(jiān)控，提高了立體車庫的管理效率，減少了維護人員的數(shù)量，節(jié)約了企業(yè)勞動成本。經(jīng)現(xiàn)場測試，系統(tǒng)運行可靠、實時性好、操作方便。此外，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，也為后期的安全評估提供了保障。

[1]劉美蓮，熊光潔，吳雪.組態(tài)技術(shù)在立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].北京工商大學學報：自然科學版，2009，27（4）：10-12，16.

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[5]張運剛，宋小春，郭武強.從入門到精通-工業(yè)組態(tài)技術(shù)與應用[M].北京：人民郵電出版社，2008.