呂棟騰

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 西安 710300）

1 引言

垂直升降立體車(chē)庫(kù)主要由鋼結(jié)構(gòu)架、升降裝置、橫移裝置、回轉(zhuǎn)裝置、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)和輔助等六大部分組成［1］。為規(guī)避立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行中的各類(lèi)事故，必須在整體設(shè)備中的合理配置安全互鎖裝置以及傳感檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)檢測(cè)各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。由于被控對(duì)象眾多，自動(dòng)化立體車(chē)庫(kù)在順序、速度以及定位、安全性能方面必須實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，運(yùn)行過(guò)程中要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控［2］。本文以左右兩側(cè)存取，25 層 50 車(chē)位的垂直升降立體車(chē)庫(kù)為主要研究對(duì)象，以PLC為核心控制器，通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。

2 人機(jī)界面的總體設(shè)計(jì)

垂直升降立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)共同組成，其中上位機(jī)以計(jì)算機(jī)為核心，處于監(jiān)控室或值班室中，主要起監(jiān)控和管理作用，可以適當(dāng)配備打印機(jī)、音響設(shè)備等；下位機(jī)采用PLC，作為子系統(tǒng)與主控制計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端現(xiàn)場(chǎng)的直接控制。在上位機(jī)當(dāng)中運(yùn)行組態(tài)軟件作為人機(jī)操作界面，通過(guò)數(shù)據(jù)處理、圖像顯示、聯(lián)機(jī)通訊等，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，同時(shí)上位機(jī)將PLC 從現(xiàn)場(chǎng)采集的各種信號(hào)在組態(tài)軟件中顯示出來(lái)，可以直觀地展示出立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行的各種狀態(tài)［3］。本次設(shè)計(jì)我們選擇了亞控科技的組態(tài)王KingView 軟件。結(jié)合垂直升降立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)要求，上位機(jī)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容圍繞數(shù)據(jù)構(gòu)造、I/O設(shè)備定義以及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)等內(nèi)容展開(kāi)，結(jié)合組態(tài)王軟件自身的控制功能和設(shè)備擴(kuò)展功能設(shè)計(jì)友好人機(jī)界面。上位機(jī)控制流程如圖1所示。

圖1 上位機(jī)總體控制流程

3 組態(tài)主要數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造

組態(tài)王可以將操作人員發(fā)布的各種控制指令快速送達(dá)到立體車(chē)庫(kù)的控制器，同時(shí)將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備實(shí)際狀態(tài)以動(dòng)畫(huà)形式反映在計(jì)算機(jī)顯示器或者觸摸屏上，用實(shí)時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)作為各種操作的中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)［4］。數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)王軟件的重要部分之一，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以連接上位計(jì)算機(jī)、下位控制器和操作人員。組態(tài)王數(shù)據(jù)庫(kù)中存放了系統(tǒng)變量和用戶(hù)自定義變量的當(dāng)前數(shù)值，記錄了用戶(hù)可使用的所有數(shù)據(jù)變量。

圖2 PLC的通信配置

圖3 變量設(shè)置方法

3.1 PLC的通信配置

在垂直升降立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)中，采用了OMRON 公司的CJ2M-CPU15 型PLC，在通信上實(shí)現(xiàn)變頻器與PLC 通信，PLC 與組態(tài)軟件通信。在PLC 與觸摸屏通信時(shí)采用Hostlink 通信方式。組態(tài)軟件完成設(shè)計(jì)后，可以通過(guò)數(shù)據(jù)線或USB接口直接下載到觸摸屏中用以監(jiān)控和操作車(chē)庫(kù)運(yùn)行。通訊過(guò)程中上位機(jī)可對(duì)PLC 傳送程序，控制PLC 的工作情況，監(jiān)控PLC 數(shù)據(jù)區(qū)。PLC 處理完畢上位機(jī)傳送的程序后，將執(zhí)行結(jié)果再傳回上位機(jī)。結(jié)合立體車(chē)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，這里采用RS-422 通訊方式。具體配置如圖2所示。

3.2 定義變量

數(shù)據(jù)變量有分為內(nèi)存變量和I/O變量。內(nèi)存變量是指組態(tài)王內(nèi)部需要的變量，供系統(tǒng)使用。內(nèi)存變量不需要和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，比如計(jì)算過(guò)程的中間變量就可以設(shè)置成內(nèi)存變量。I/O變量可與外部程序和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可以連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的PLC、數(shù)據(jù)采集通信卡、智能儀器儀表等。在立體車(chē)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行中，從PLC或其他程序中采集來(lái)的數(shù)據(jù)變量都是I/O變量?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和其他應(yīng)用程序中的值發(fā)生變化時(shí)，組態(tài)王中對(duì)應(yīng)的I/O 變量值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化；反之，當(dāng)I/O 變量發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)自動(dòng)寫(xiě)入PLC 或者其他應(yīng)用程序。立體車(chē)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)變量定義如圖3所示。

3.3 組態(tài)王數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)

SQL 訪問(wèn)管理器、SQL 函數(shù)應(yīng)用和他數(shù)據(jù)庫(kù)的配置連接構(gòu)成了組態(tài)王SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)主要是實(shí)現(xiàn)組態(tài)王軟件和其他數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)傳輸，其中數(shù)據(jù)序列和變量之間的關(guān)系也通過(guò)SQL 訪問(wèn)管理器實(shí)現(xiàn)［5］。組態(tài)王支持在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)建立表格模板，并將信息存入SQL.DEF文件中。在與外部數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行傳輸時(shí)首先在系統(tǒng)的ODBC 數(shù)據(jù)源中添加數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)訪問(wèn)管理器和函數(shù)應(yīng)用，直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種數(shù)據(jù)。通過(guò)組態(tài)王的命令語(yǔ)言調(diào)用，SQL 可以實(shí)現(xiàn)插入、刪除、創(chuàng)建表格、編輯、清空、查詢(xún)記錄等操作。

4 主要人機(jī)界面設(shè)計(jì)

HMI人機(jī)界面能夠?qū)崿F(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)和用戶(hù)之間進(jìn)行信息交互的橋梁和媒介［6］。人機(jī)界面產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)主要包括軟件和硬件。軟件分為又分為系統(tǒng)軟件和組態(tài)畫(huà)面軟件，系統(tǒng)軟件用于HMI產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，組態(tài)畫(huà)面軟件運(yùn)行于PC 機(jī)的操作系統(tǒng)中。硬件部分包括了CPU、輸入單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和通訊接口等。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中采用歐姆龍公司的NB10W-TW00B0-Z 可編程終端觸摸屏作為人機(jī)界面主要載體。

4.1 系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

在啟動(dòng)時(shí)的初始界面是本次控制系統(tǒng)的主界面。系統(tǒng)主界面在設(shè)計(jì)時(shí)包含了車(chē)庫(kù)運(yùn)行時(shí)的一些主要信息，例如當(dāng)前的時(shí)間、車(chē)輛存儲(chǔ)情況、存車(chē)取車(chē)操作選擇、幫助和憑條自動(dòng)打印等功能，是操作人員使用本系統(tǒng)的主要控制界面。主界面設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 立體車(chē)庫(kù)主界面設(shè)計(jì)

點(diǎn)擊“存車(chē)”按鈕，畫(huà)面將跳轉(zhuǎn)到存車(chē)畫(huà)面，直至完成存車(chē)操作。存車(chē)完畢升降機(jī)復(fù)位至入口處，系統(tǒng)將自動(dòng)打印憑條，提示車(chē)主取走憑條，后續(xù)憑密碼取車(chē)。如果車(chē)庫(kù)沒(méi)有空余車(chē)位，系統(tǒng)會(huì)彈出車(chē)位已滿(mǎn)提示框。取車(chē)時(shí)點(diǎn)擊“取車(chē)”按鈕，如果此時(shí)車(chē)庫(kù)內(nèi)沒(méi)有車(chē)輛，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出車(chē)庫(kù)內(nèi)沒(méi)有車(chē)輛的提示框，否則畫(huà)面將跳轉(zhuǎn)至密碼輸入界面，通過(guò)對(duì)比密碼以及車(chē)牌號(hào)碼，實(shí)現(xiàn)取車(chē)操作，車(chē)輛至出口提示駕駛員盡快取車(chē)，并自動(dòng)打印憑條提示存車(chē)時(shí)間、取車(chē)時(shí)間、車(chē)牌號(hào)碼以及產(chǎn)生費(fèi)用情況。存車(chē)校核和取車(chē)校核功能編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)如圖5、6 所示。

4.2 存車(chē)界面設(shè)計(jì)

當(dāng)上一次存車(chē)動(dòng)作結(jié)束，升降、橫移等裝置返回入口待命時(shí)，系統(tǒng)畫(huà)面將自動(dòng)切換至存車(chē)界面操作，如圖7 所示，在窗口左半部分是立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖，由于本次設(shè)計(jì)的車(chē)庫(kù)層數(shù)較多，故采用了分頁(yè)顯示。從畫(huà)面中可以看到當(dāng)前立體車(chē)庫(kù)存車(chē)情況，如果車(chē)位顯示了有車(chē)存在時(shí)，表明車(chē)位已被占用，一目了然，為右半部分選擇與放棄存車(chē)操作提供了很好的指引。當(dāng)入口處檢測(cè)到有車(chē)存在，自動(dòng)檢測(cè)車(chē)輛的尺寸、重量，經(jīng)檢測(cè)本車(chē)庫(kù)能夠存車(chē)提示“確定”按鈕、或者“放棄存車(chē)”按鈕，否則，如果存車(chē)不符合車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)，則自動(dòng)彈出“車(chē)輛不符合車(chē)庫(kù)參數(shù)，不能存車(chē)，請(qǐng)盡快開(kāi)走”提示框。

圖5 存車(chē)校核程序

圖6 取車(chē)校核程序

圖7 存車(chē)界面設(shè)計(jì)

4.3 取車(chē)界面設(shè)計(jì)

當(dāng)需要執(zhí)行取車(chē)操作時(shí)，單擊“主界面”中的“取車(chē)”按鈕，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)彈出“取車(chē)”界面，其窗口設(shè)計(jì)同存車(chē)界面。區(qū)別在于需要輸入提車(chē)密碼，當(dāng)操作人員正確輸入取車(chē)密碼時(shí)，系統(tǒng)與之前自動(dòng)生成的SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，一致執(zhí)行取車(chē)程序，不一致提示再次輸入相關(guān)信息。通過(guò)程序設(shè)定并顯示車(chē)輛在存車(chē)時(shí)保存的基本信息，車(chē)庫(kù)管理人員可以根據(jù)如車(chē)牌、照片等信息判斷車(chē)輛是否是待取車(chē)輛，如果信息核對(duì)一致就可以點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行取車(chē)操作。取車(chē)操作完成，將車(chē)運(yùn)至入口處，提示操作人員“盡快開(kāi)走”，按下“確定”自動(dòng)打印存車(chē)清單。

4.4 自動(dòng)報(bào)表生成

數(shù)據(jù)報(bào)表能夠?qū)崟r(shí)記錄監(jiān)控系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，是系統(tǒng)中的重要組成部分［7］。設(shè)計(jì)人員可以利用組態(tài)王提供的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)任意設(shè)置報(bào)表形式，可以制作實(shí)時(shí)報(bào)表也可制作歷史報(bào)表。報(bào)表系統(tǒng)中有豐富的報(bào)表函數(shù)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、各種運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)分析、打印等。本次立體車(chē)庫(kù)的監(jiān)控系統(tǒng)也設(shè)計(jì)有相應(yīng)的報(bào)表，用戶(hù)完成一次存取車(chē)操作后都可以自動(dòng)打印一份歷史報(bào)表，如圖8 所示，當(dāng)取車(chē)結(jié)束時(shí)自動(dòng)打印的報(bào)表。對(duì)于管理人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)報(bào)表即可打印車(chē)庫(kù)的使用過(guò)程，又可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，例如車(chē)輛類(lèi)型、車(chē)庫(kù)的使用率、平均停車(chē)時(shí)間等。

圖8 用戶(hù)報(bào)表格式

4.5 組態(tài)軟件與PLC連接調(diào)試

采用組態(tài)軟件編制完成，下載到觸摸屏中后，需要與PLC連接調(diào)試，主要連接調(diào)試的是寄存器連接是否正確，數(shù)據(jù)字典里的數(shù)據(jù)處理參數(shù)是否設(shè)置正確，都要通過(guò)組態(tài)軟件與PLC連接調(diào)試完成。運(yùn)行調(diào)試的重點(diǎn)主要為Hostlink 通信參數(shù)設(shè)計(jì)測(cè)試，包括端口號(hào)傳輸波特率，校驗(yàn)方式以及通信自檢情況等。由于通信協(xié)議是固定的，所以相關(guān)參數(shù)設(shè)置也是比較固定的，需要注意參數(shù)具體選擇。如圖9、10 所示，設(shè)備寄存器連接測(cè)試，可見(jiàn)PLC 與組態(tài)軟件之間通信正常，組態(tài)軟件可以正常從PLC寄存器內(nèi)讀到數(shù)據(jù)。

5 互網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和安全設(shè)置

在市區(qū)停車(chē)過(guò)程中，由于不能提前得知車(chē)庫(kù)車(chē)位的剩余情況，車(chē)主常常很難快速找到合適的車(chē)位。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益滲透，自動(dòng)化軟件網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)已成為整合IT 和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵。組態(tài)王提供了專(zhuān)門(mén)為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)發(fā)的組態(tài)王WEB 版。組態(tài)王WEB 版采用B/S 架構(gòu)，支持Internet/Intranet 訪問(wèn)，利用手機(jī)瀏覽器或是JRE 插件就可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)，用戶(hù)可以隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖9 通訊參數(shù)設(shè)計(jì)

圖10 設(shè)備寄存器設(shè)計(jì)

5.1 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布和安全設(shè)計(jì)

相當(dāng)于把立體車(chē)庫(kù)的上位機(jī)當(dāng)作主機(jī)或服務(wù)器，將車(chē)庫(kù)的組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面發(fā)布到網(wǎng)上，其他用戶(hù)都可以根據(jù)自定義的網(wǎng)址來(lái)訪為這臺(tái)主機(jī)。在使用過(guò)程中用手機(jī)下載安裝組態(tài)王軟件，客戶(hù)端和WEB 發(fā)布服務(wù)器數(shù)據(jù)同步，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)可以在任何地方與組態(tài)王共享監(jiān)控畫(huà)面和數(shù)據(jù)顯示功能，以及部分控制功能。通過(guò)Internet功能的實(shí)現(xiàn)使車(chē)庫(kù)管理更加靈活，使用更加便捷，可方便快捷地找到停車(chē)位，節(jié)約大量時(shí)間。如圖11、12 所示，將立體車(chē)庫(kù)畫(huà)面發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，想要隨時(shí)查詢(xún)車(chē)庫(kù)停車(chē)情況，只要在瀏覽器地址中輸入預(yù)設(shè)的網(wǎng)址即可。

圖11 WEB發(fā)布

圖12 存車(chē)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)

5.2 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

由于進(jìn)行了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，設(shè)置了軟件客戶(hù)端，就意味著可能會(huì)遭受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，所以系統(tǒng)安全保護(hù)也成了設(shè)計(jì)中我們需要考慮的重要問(wèn)題［8］。組態(tài)王提供了一個(gè)基于用戶(hù)的安全管理系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)管理來(lái)允許和禁止用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)操作，主要方法是提前設(shè)置用戶(hù)的使用權(quán)限。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中對(duì)工程進(jìn)行加密處理，只有輸入正確密碼才能進(jìn)入該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。劃分操作者訪問(wèn)的安全等級(jí)，對(duì)組態(tài)軟件的訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行分配，安全等級(jí)不同，所執(zhí)行的操作等級(jí)也不同。運(yùn)行時(shí)如有不具備條件的用戶(hù)進(jìn)行操作，系統(tǒng)將不予響應(yīng)。組態(tài)王通過(guò)這種方法來(lái)保障體系的安全運(yùn)行。管理人員權(quán)限和優(yōu)先級(jí)設(shè)置方法如圖13、14所示。

6 結(jié)語(yǔ)

垂直升降立體車(chē)庫(kù)占地面積小，可以充分利用物理空間，一定程度上緩解了城市停車(chē)難的問(wèn)題。目前對(duì)大型智能化立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)建設(shè)方案已日臻成熟，并對(duì)各種類(lèi)型的立體車(chē)庫(kù)已經(jīng)采用系統(tǒng)化、模塊化等設(shè)計(jì)［9］。本次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的垂直升降立體車(chē)庫(kù)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，設(shè)計(jì)了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，方便車(chē)主進(jìn)行在線訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)立體車(chē)庫(kù)運(yùn)行過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)現(xiàn)階段大型智能化立體車(chē)庫(kù)的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)有一定的借鑒意義。

圖13 訪問(wèn)人員權(quán)限設(shè)置

圖14 訪問(wèn)人員優(yōu)先級(jí)設(shè)置