劉 鵬 ，朱龍彪 ，朱志慧 ，王 輝

（1.南通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)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(jì)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(jìn)行管理和維護(hù)，這不僅造成了人員浪費(fèi)，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(shí)現(xiàn)立體車庫的遠(yuǎn)程管理和維護(hù)，本文設(shè)計(jì)了一種基于組態(tài)軟件的升降橫移式立體車庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)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(biāo)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(gè)停車位，其中1～4層各有2個(gè)停車位，最高層有3個(gè)停車位，其余空位用于1～4層載車板的升降和橫移運(yùn)動。第1層載車板只能做橫移運(yùn)動，第5層載車板只能做升降運(yùn)動，2～4層載車板既能做橫移運(yùn)動，也能做升降運(yùn)動。2～5層的每一個(gè)停車位均綁定固定的IC卡，用戶通過刷卡方式進(jìn)行車輛的存取，存取流程如圖2所示。立體車庫所使用電機(jī)均為減速電機(jī)，帶自鎖功能，載車板不運(yùn)動時(shí)，電機(jī)不消耗電能。此外，載車板只在升降運(yùn)動時(shí)通過電磁鐵的吸合實(shí)現(xiàn)其安全掛鉤的打開，橫移運(yùn)動和不運(yùn)動時(shí)，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(jī)時(shí)耗能較少，可廣泛應(yīng)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(jì)

升降橫移式立體車庫遠(yuǎn)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(jī)為PC機(jī)，安裝力控組態(tài)軟件Force Control V7.0，下位機(jī)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(jìn)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(jī)電流進(jìn)行模擬量采集，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，送至PLC進(jìn)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(yuǎn)程維護(hù)和監(jiān)控的通訊模塊。下位機(jī)與GRM400無線通訊模塊間采用Hotlink協(xié)議進(jìn)行RS485通信，上位機(jī)通過OPC（object linking and embedding for process control）服務(wù)器與GRM400無線通訊模塊進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的以太網(wǎng)通信。選用海康威視網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)NVR（network video recorder）、智能球型攝像機(jī)和交換機(jī)完成視頻監(jiān)控的硬件設(shè)計(jì)，利用組態(tài)軟件中的視頻控件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控環(huán)節(jié)的嵌入。

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

3 報(bào)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(jī)故障等，針對這些故障設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)詳見表1所示。當(dāng)立體車庫發(fā)生報(bào)警時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警鳴音，同時(shí)向維護(hù)人員發(fā)送一條報(bào)警短信，顯示報(bào)警的位置，類型及說明。對于短信報(bào)警，設(shè)置有一定的報(bào)警延遲，避免了誤報(bào)警和假報(bào)警。維護(hù)人員通過查看系統(tǒng)的報(bào)警記錄，詳細(xì)了解報(bào)警的情況，通過車位監(jiān)控界面，切換手動工作模式，進(jìn)行立體車庫的遠(yuǎn)程維護(hù)。

表1 報(bào)警系統(tǒng)Tab.1 Alarm system

4 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 通訊設(shè)置

通訊分為視頻通訊以及上位機(jī)與下位機(jī)的通訊兩部分。

視頻通訊部分，將NVR與智能球型攝像機(jī)通過網(wǎng)線與交換機(jī)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(jī)上電后，需通過SADP軟件進(jìn)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(wù)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)視頻監(jiān)控環(huán)節(jié)的通訊。

上位機(jī)與下位機(jī)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(jìn)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(jī)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(yàn)位都選擇默認(rèn)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(jī)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(jìn)行設(shè)備配置，定義設(shè)備名稱，然后OPC服務(wù)器選擇GrmOpcServer.GRMOPC，其它選擇默認(rèn)值。最后在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中新建IO點(diǎn)，和GRM400無線通訊模塊中變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)即可完成GRM400無線通訊模塊與上位機(jī)的通信。

4.2 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)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(qiáng)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(bào)警記錄等，界面間的切換通過鼠標(biāo)左鍵單擊實(shí)現(xiàn)。不同的功能賦予相應(yīng)的操作權(quán)限，權(quán)限不夠則無法執(zhí)行相應(yīng)的操作。

在車位監(jiān)控界面中，對整個(gè)車庫的所有橫移限位開關(guān)和上下限位開關(guān)進(jìn)行開關(guān)量監(jiān)測，任何一個(gè)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(jìn)行監(jiān)控，按照控制要求，需要實(shí)現(xiàn)自動和手動2種工作模式的遠(yuǎn)程切換以及相應(yīng)模式下的遠(yuǎn)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(yīng)的載車板。手動工作模式用于立體車庫故障時(shí)進(jìn)行調(diào)試和應(yīng)急取車，輸入要控制的載車板號，通過上下左右操作鍵實(shí)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(yùn)行情況，若要調(diào)整監(jiān)視位置或進(jìn)行視頻錄像，需進(jìn)入視頻監(jiān)控界面進(jìn)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(yīng)權(quán)限。當(dāng)前所屬模式，對應(yīng)信號燈呈閃爍狀態(tài)。警燈顯示當(dāng)前取車狀態(tài)，取車運(yùn)行時(shí)，警燈閃爍。車位監(jiān)控界面如圖4所示。

單擊任一車位號，進(jìn)入指定車位監(jiān)測界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測該車位的安全掛鉤、限位開關(guān)以及電機(jī)的運(yùn)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(jī)的工作電流以趨勢曲線形式實(shí)時(shí)顯示，若監(jiān)測值超過設(shè)定的報(bào)警線，并且持續(xù)時(shí)間超過報(bào)警延遲時(shí)間，則產(chǎn)生報(bào)警。此外，設(shè)計(jì)和維護(hù)人員通過查詢歷史曲線，對狀態(tài)趨勢變化進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(fù)合報(bào)警控件創(chuàng)建報(bào)警記錄界面，記錄系統(tǒng)運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)報(bào)警狀態(tài)。立體車庫發(fā)生報(bào)警故障時(shí)，報(bào)警記錄自動生成一條紅色文字信息，詳細(xì)顯示報(bào)警的時(shí)間、類型、位號等參數(shù)，同時(shí)播放指定報(bào)警音樂；報(bào)警信息被確認(rèn)時(shí)，文字顏色變成綠色，同時(shí)報(bào)警音樂停止播放；報(bào)警故障被排除時(shí)，文字顏色變成藍(lán)色，表示系統(tǒng)恢復(fù)正常。通過編寫相應(yīng)的腳本可以實(shí)現(xiàn)查詢歷史、打印和篩選報(bào)警記錄的功能，方便維護(hù)人員進(jìn)行故障維修[5]。此外，通過對報(bào)警故障的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)故障高發(fā)部位，便于設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。報(bào)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(jìn)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(jì)的升降橫移式立體車庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了立體車庫的遠(yuǎn)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(hù)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(yùn)行可靠、實(shí)時(shí)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。

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