基于组态软件的升降横移式立体车库远程监控系统设计

2015-01-27朱龙彪朱志慧

自动化与仪表 2015年10期

刘鹏，朱龙彪，朱志慧，王辉

（1.南通大学机械工程学院，南通 226019；2.江苏金冠立体停车系统工程有限公司，南通 226003）

随着国民经济的飞速发展，城镇汽车的保有量也在急剧增加，立体车库作为解决“停车难”问题的有效途径得到了广泛的使用。但目前立体车库的管理模式还是人工半自动化模式，现场需要专人进行管理和维护，这不仅造成了人员浪费，而且对于大规模的立体车库，现场管理效率也比较低下[1-2]。为了提高立体车库的管理效率，实现立体车库的远程管理和维护，本文设计了一种基于组态软件的升降横移式立体车库远程监控系统。该系统通过以太网进行数据和视频传输，避免了布线的不便，节约了通讯成本。

1 升降横移式立体车库工作原理

升降横移式立体车库主要由金属钢结构框架、载车板、驱动系统、控制系统和安全系统等组成，通过载车板的垂直升降和横向平移将所需停放车辆移动到目标停车位[3]。本文以“单排、三列、五层”升降横移式立体车库为研究模型，结构如图1所示。

图1 升降横移式立体车库模型结构Fig.1 Structural diagram of lift-sliding stereo garage

该立体车库模型共有11个停车位，其中1～4层各有2个停车位，最高层有3个停车位，其余空位用于1～4层载车板的升降和横移运动。第1层载车板只能做横移运动，第5层载车板只能做升降运动，2～4层载车板既能做横移运动，也能做升降运动。2～5层的每一个停车位均绑定固定的IC卡，用户通过刷卡方式进行车辆的存取，存取流程如图2所示。立体车库所使用电机均为减速电机，带自锁功能，载车板不运动时，电机不消耗电能。此外，载车板只在升降运动时通过电磁铁的吸合实现其安全挂钩的打开，横移运动和不运动时，电磁铁处于断开状态，安全挂钩靠自身重力关闭。综上，立体车库在待机时耗能较少，可广泛应用于住宅小区及企事业单位。

图2 存/取车流程Fig.2 Flow chart of parking and taking cars

2 系统总体设计

升降横移式立体车库远程监控系统总体结构如图3所示。监控系统上位机为PC机，安装力控组态软件Force Control V7.0，下位机选用欧姆龙CP1E系列可编程逻辑控制器PLC（program logic controller）作为立体车库的控制核心，对立体车库中的各种开关量信号，如继电器状态、行程开关状态以及光电开关状态等进行数据采集与处理。通过电流变送器对立体车库的减速电机电流进行模拟量采集，经AD转换，送至PLC进行数据处理。GRM400无线通讯模块是巨控电子科技有限公司开发的一款专用于PLC远程维护和监控的通讯模块。下位机与GRM400无线通讯模块间采用Hotlink协议进行RS485通信，上位机通过OPC（object linking and embedding for process control）服务器与GRM400无线通讯模块进行通信，从而实现上位机与下位机间的以太网通信。选用海康威视网络硬盘录像机NVR（network video recorder）、智能球型摄像机和交换机完成视频监控的硬件设计，利用组态软件中的视频控件，实现远程监控系统视频监控环节的嵌入。

图3 远程监控系统结构Fig.3 Structure diagram of remote monitoring system

3 报警系统

升降横移式立体车库常见的故障有钢丝绳故障、限位开关故障、电机故障等，针对这些故障设计的报警系统详见表1所示。当立体车库发生报警时，监控系统发出报警鸣音，同时向维护人员发送一条报警短信，显示报警的位置，类型及说明。对于短信报警，设置有一定的报警延迟，避免了误报警和假报警。维护人员通过查看系统的报警记录，详细了解报警的情况，通过车位监控界面，切换手动工作模式，进行立体车库的远程维护。

表1 报警系统Tab.1 Alarm system

4 上位机监控系统设计

4.1 通讯设置

通讯分为视频通讯以及上位机与下位机的通讯两部分。

视频通讯部分，将NVR与智能球型摄像机通过网线与交换机相连，NVR系统启动后设置其内网固定IP地址和端口号，智能球机上电后，需通过SADP软件进行内网固定IP地址与端口号的设置。为了使外网可以访问到NVR，需将NVR的服务端口、HTTP端口以及RSTP端口做端口映射。在NVR系统配置UPnP界面中，查看映射状态是否生效，若某一端口没有生效，则说明该端口被占用，需更改端口，重新做端口映射。在组态软件视频控件中，设置好NVR映射的外网IP地址、端口号以及用户名和密码，即可实现上位机视频监控环节的通讯。

上位机与下位机的通讯以GRM400无线通讯模块为衔接平台，通讯的关键在于GRM400无线通讯模块的设置。将GRM400无线通讯模块的COM1口（RS485端口）和PLC的RS485选件板CP1WCIF11接口进行连接；将CIF11通讯模块的DIP SW开关SW4设置为OFF，其他设置为ON，PLC串行端口的单元号设置成和GRM400的从机地址一致，通讯协议选择欧姆龙的Hotlink协议，通讯波特率为9600，数据位、停止位和奇偶校验位都选择默认值；在数据词典中新建变量，和PLC中I/O存储器地址关联即可完成下位机与GRM400无线通讯模块间的通信。在力控组态软件的IoManager中，选择OPC设备并展开，双击OPC CLIENT3.6进行设备配置，定义设备名称，然后OPC服务器选择GrmOpcServer.GRMOPC，其它选择默认值。最后在数据库组态中新建IO点，和GRM400无线通讯模块中变量进行关联即可完成GRM400无线通讯模块与上位机的通信。

4.2 监控界面设计

远程监控系统上位机监控界面采用力控组态软件V7.0开发，其开发环境方便、灵活、功能强大、极大地提高了组态的效率[4]。按照监控系统的要求，界面包括车位监控、视频监控和报警记录等，界面间的切换通过鼠标左键单击实现。不同的功能赋予相应的操作权限，权限不够则无法执行相应的操作。

在车位监控界面中，对整个车库的所有横移限位开关和上下限位开关进行开关量监测，任何一个限位开关发生故障，都可以方便地判断出故障的位置；对立体车库的工作模式进行监控，按照控制要求，需要实现自动和手动2种工作模式的远程切换以及相应模式下的远程控制。自动工作模式下，输入载车板号，按下回车键，再单击启动按钮，即可自动取出相应的载车板。手动工作模式用于立体车库故障时进行调试和应急取车，输入要控制的载车板号，通过上下左右操作键实现其升降横移动作。视频监视窗口用于查看现场立体车库的运行情况，若要调整监视位置或进行视频录像，需进入视频监控界面进行操作。切换自动工作模式需输入密码，切换手动工作模式需要相应权限。当前所属模式，对应信号灯呈闪烁状态。警灯显示当前取车状态，取车运行时，警灯闪烁。车位监控界面如图4所示。

单击任一车位号，进入指定车位监测界面，实时监测该车位的安全挂钩、限位开关以及电机的运行状态（启停、转向和电流值），如图5所示。采用电流变送器监测的电机的工作电流以趋势曲线形式实时显示，若监测值超过设定的报警线，并且持续时间超过报警延迟时间，则产生报警。此外，设计和维护人员通过查询历史曲线，对状态趋势变化进行分析，进而实现电机的安全评估和故障分析。

图4 车位监控界面Fig.4 Interface of stall monitoring

图5 102车位状态监测Fig.5 Condition monitoring diagram of No.102 stall

通过复合报警控件创建报警记录界面，记录系统运行过程中的实时报警状态。立体车库发生报警故障时，报警记录自动生成一条红色文字信息，详细显示报警的时间、类型、位号等参数，同时播放指定报警音乐；报警信息被确认时，文字颜色变成绿色，同时报警音乐停止播放；报警故障被排除时，文字颜色变成蓝色，表示系统恢复正常。通过编写相应的脚本可以实现查询历史、打印和筛选报警记录的功能，方便维护人员进行故障维修[5]。此外，通过对报警故障的统计分析，发现故障高发部位，便于设计人员改进设计，提高设备运行的稳定性和可靠性。报警记录界面如图6所示，力控组态软件可以储存30天的监测数据，若要储存更多数据，需进行数据库转存设置。