自动化大型立体停车库计算机监控系统

文章编号:167325196(2008)0620117204自动化大型立体停车库计算机监控系统李　刚,姚小明,马殷元(兰州交通大学机电技术研究所,甘肃兰州　730070)摘要:结合北京团结公寓自动化立体车库设计实践,设计大型自动化立体停车库计算机监控系统,分析系统结构和功能,介绍系统开发环境和控制管理流程.系统结构采用分层方法实现,按照功能分为管理、监控、执行三个层次,由上位实时监控、车库管理、管理信息、现场工业总线通信、PL C设备控制、出入库身份鉴别等子系统组成.该系统实现了多种技术的集成,突破了传统的PL C和PC之间的串口通讯方式.应用实践表明:该系统具有可扩展性、开放性、操作方便等特点.关键词:自动化;立体停车库;计算机监控系统中图分类号:TP271.4;TP311 文献标识码:AComputer monitoring and controlling system for large2scaleautomated multi2layer garageL I Gang,YAO Xiao2ming,MA Y in2yuan(Mechatronic Technology and Research Institute,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou　730070,China)Abstract:In connection wit h a design practice of automated multi2layer garage of Beijing Tuanjie Apart2 ment,t he comp uter monitoring and cont rolling system for large2scale automated multi2layer garage was de2 signed,it s st ruct ure and f unction were analysed,and t he develop ment environment of t he system as well as t he cont rol layer2built and administ ration flowchart were int roduced.The system st ruct ure was realized wit h formation,dividing into t hree stories as of administ ratio n,monitoring,and execution in accordance wit h t he f unctio n.The system was composed of such subsystems as upper2level real2time monitoring,gar2 age management,management information,field spot industrial bus communication,PL C equip ment con2 t rol,and identification of in/out personality.Multi2technical integration was realized in t his system and t he conventional serial communication mode between PL C and PC was broken t hrough.It was shown by t he applying p ractice t hat t his system possessed expansibility,p ublicity,and operational convenience.K ey w ords:automatization;multi2layer garage;comp uter monitoring and cont rolling system 随着汽车的普及,停车难已经成为大中城市面临的静态交通难题,成为一个社会问题,甚至一定程度上制约我国汽车工业的发展,政府和社会各界对汽车停放问题给予了极大的关注.立体车库尤其是自动化立体车库和能够最大限度的利用空间的大型立体车库得到迅速发展[1].国外在立体停车库的研究和制造较早,主要有日本、韩国和德国.日本在1960年建成一座四个车位的二段式机械停车库,1971年开始发展装配自行式立体车库,现在日本在停车库的技术研究与开发 收稿日期:2008206231 作者简介:李　刚(19662),男,上海人,硕士,高级工程师.方面都处于领先地位,所建成的立体停车库的数量和车容量也居世界前列,目前全日本已经投入使用机械式停车位超过300多万个;韩国20世纪70年代开始仿效日本,拥有制造企业近百家,由于受到政府的重视,年增率速度达到30%;德国的停车业很发达,生产停车设备的厂商约有24家,其中K LAU S和O T TO WO HR两家公司的产量约占德国总产量的80%,在巷道堆垛类产品技术上具有优势[2].我国在20世纪90年代初开始研制和使用机械式停车设备.通过对引进的技术充分消化与分析,并根据国内的实际使用情况进行改造与创新,走上自第34卷第6期2008年12月兰　州　理　工　大　学　学　报Journal of Lanzhou University of TechnologyVol.34No.6Dec.2008主开发的道路,己经形成新兴的停车设备行业[325].1　系统结构与功能自动化立体车库系统是指在不直接进行人工处理的情况下,运输设备能自动地进行出入库作业的多层车库存储系统.系统包括多层车位、能在巷道内的车位进行出入库的运输设备以及计算机控制和通讯系统.自动化立体车库的规划和布局是涉及到物流监控技术、计算机应用技术、通讯技术、设备及车位优化管理等技术领域的综合工程项目,它的特点在于以高层立体车位为标志,以成套先进的搬运设备为基础,以先进的计算机控制技术为主要手段,高效率地利用车位存储空间,节约时间和人力进行出入库作业.其中,计算机监控系统是自动化立体停车库系统的核心,是立体车库的重要组成部分,直接决定立体车库的自动化水平,保证安全前提的进出库作业速度.1.1　计算机监控系统结构及组成根据自动化立体车库的特点和现场需求,系统结构采用分层的方法实现,设计的计算机监控系统按功能分为管理层、监控层、控制与执行层3层,根据用户要求和实际情况,在实现时把管理层和监控层合并为管理监控层,多媒体引导系统设备———读卡器、显示牌和身份识别及收费终端系统设备———读卡器直接与管理监控层监控服务器连接.系统构成如图1所示.自动化立体停车库计算机监控系统具体由上位实时监控系统、车库管理系统、管理信息系统、现场工业总线通信系统、PL C 设备控制系统、出入库身份鉴别系统等子系统组成.其中,上位机监控系统负责自动指派车位、输入操作指令、监控设备运行、判定设备工作状态和故障;车库管理系统负责处理车位管理、ID 卡管理、收费管理、操作权限管理等;现场总线通信系统负责上位监控机与下层设备PL C 的实时通信,传送作业指令和车库车位及设备工作状态;PL C 设备控制系统根据作业指令控制各设备顺序作业;出入库身份鉴别系统负责用户制卡、出入库刷卡和作业信息获得.立体车库在上述监控系统的控制和管理下,完成整个车库的自动有序高效率作业.图1　系统结构组成框图Fig.1　B lock diagram of system conf iguration1.2　系统主要功能实现1)自动分配停泊车位,向PL C 发送各种作业指令,控制设备运行,实时监控、显示、记录设备工作状态和车位使用状态,实现24h 无人值守的全自动存/取车、身份验证及收费管理,整体实现紧凑的自动化立体停车库管控一体化.2)实现4出/入口可并发操作的全自动存/取车、身份验证及收费管理.3)4套堆垛机、升降机中相邻堆垛机、升降机的互为热备用,可通过软件设置切换工作堆垛机,实现接近于零的系统停机维护时间,实现系统的高可靠性和高可用性.4)身份验证及收费管理的刷卡设备采用非接触射频卡技术,安全可靠,身份识别、存/取车以及收・811・ 兰州理工大学学报 第34卷费使用语音提示和数码显示两种界面同时传达信息,存/取车用户界面友好方便.5)与库内消防系统的协同动作,发生消防警报后可指挥堆垛机中止当前工作任务以最快速度返回安全区.6)实现分级别的操作权限管理和数据库加密、自动备份,具有良好的数据安全性.7)实现实时的设备故障记录和报警、设备运行状况记录,为设备维护提供数据.8)自动优化时间最短的存车路径,以及按照指令序号的流水线作业方式,汽车连续存取平均速度达到86s/车.9)整个系统采用三层设计,管理信息系统采用C/S结构,系统总体具有良好的可扩展性和较好的通用性.10)记录、管理车库运行各种相关信息,如设备的异常情况、指令的执行完成情况、收费情况等.完善的当前数据和历史数据查询功能,可灵活产生和打印各种需要的统计报表.11)友好丰富的人机界面,可以实时动态显示车库各运转设备工作位置、设备工作状态、车位占用情况.2　系统运行环境及系统设计开发在实际工程项目开发中,针对系统的功能要求,对系统开发运行环境及系统管理控制流程设计如下.2.1　系统开发运行环境1)系统监控服务器:联想万全T100服务器(Intel Xeon1.8GHzCPU,512MRAM).2)PL C系统:西门子S7系列CPU41422DP一套,S7系列CPU31422DP四套.3)监控服务器与PL C系统接口卡:西门子CP5611接口卡.4)监控服务器操作系统:Windows2000Ad2 vanced Server;数据库:Microsoft SQL Server7.0.5)软件开发工具:Microsoft Visual Basic6.0, SIMA TIC STEP7,SIMA TIC PRODAV E_S7.2.2　系统管理控制流程在本系统中,计算机监控系统承担管理和中心控制的角色,承担入库管理、出库管理、盘库管理、查询、打印及显示、车库经济技术指示计算分析管理功能,它包括在线管理和离线管理,同时通过主控PL C沟通并防调旋转升降台、堆垛机、出入库智能小车等的联系;控制和监视整个自动化立体车库的运行,并根据管理或作业命令组织流程,以及监视现场设备运行情况和现场设备状态、监视车辆流向,还具有对设备进行故障检测及查询显示、报表打印等功能.总之,在该车库监控系统中,管理与控制软件系统是一个有机整体,主要完成以下几项工作:1)实时监视整个立体车库中各系统的运行情况;2)动态显示堆垛机(ETV)和出入库传输设备以及各车辆的运行位置;3)显示所有任务的当前运行状态;4)出错报警,并能够在紧急情况下,控制各设备的运行.主PL C管理控制流程如图2所示.按照信息流动和处理过程,可以将自动化车库监控软件系统分成如图3所示的13个模块.图2　主PLC控制流程图Fig.2　Control flow chart ofPLC图3　软件系统结构图Fig.3　Structure of the Softw are System・911・第6期 李　刚等:自动化大型立体停车库计算机监控系统 2.4　系统特点系统的研究应用对象———“北京团结公寓立体停车库”是目前我国(包括港澳台地区)规模最大、自动化程度最高的地下立体停车库.自动化立体停车库的计算机监控系统是整个停车库的核心技术和难点.本系统在国内首次创建了用于全自动化大型立体停车库的计算机监控、管理系统平台,实现了管控一体化,具有多方面先进性与特点:1)建立了基于多种现场总线的分布式网络控制系统体系结构,设计了基于多种现场总线的分布式网络控制系统的大型立体停车库监控系统,并成功在北京团结公寓立体停车库示范应用;2)系统采用M PI(multiple point interface)现场高速通信技术[6],其性能高于以往的串行通信技术,系统实时性高;3)基于高速的通信技术和分层通信优化管理的设计[7],系统同时管理4套设备高速并行运行;4)利用非接触式射频卡的身份识别技术,实现全自动的存/取车、身份验证及收费管理;5)用户存/取车引导使用有显示和语音功能的多媒体引导系统;6)通过上位机可以灵活切换4套互为热备的设备,使系统总体停机维护时间接近零;7)采用存/取车路径优化和设备按指令流队列流水作业的作业方式优化,停车库各出口汽车存取速度达86s/车,已经超过国外同类停车库120s/车的技术指标.3　结论该系统用于我国目前规模最大(400个停车位)的立体车库,在大型自动化立体停车库的设计与实现方面取得了重大的技术进展,经过三年多的运行已经取得良好的社会经济效益.PRO FIBU S2DP现场总线技术及M PI总线技术的应用突破了PL C与PC之间传统的串口通讯,提高了PC与PL C的通讯效率;非接触IC技术、射频数据通讯技术的应用,使得立体车库趋于全自动化;模块化监控软件设计使得软件设计过程更加明晰,并预留有扩展接口,使得系统具有一定的可扩展性和开放性.该系统集成了计算机监控、设备和信息管理、现场总线控制技术、射频卡技术、语音与显示引导技术、设备运行优化等技术,实现了自动化大型立体停车库的整体监控和信息管理,包括自动的工作指令生成与发送、立体存储及转运设备的实时监控、实时控制、信息记录、全自动出/入库作业,以及用户、帐户、费用等信息的自动管理.参考文献:[1]　付翠玉,关景泰.立体车库发展的现状与挑战[J].机械设计与制造,2005(9):1562157.[2]　张瑞锋.机械式停车设备与技术的发展回顾和展望[J].城市停车,2005(2):20223.[3]　闫宏伟,潘宏侠.立体车库在中国的发展前景[J].建筑机械化,2004(3):49251.[4]　姚小明,自晨明,范多旺,等.巷适堆跺式自动化立体车库监控系统[J].电气传动,2005,35(11):41244.[5]　GONDAL K.U se of SA based adaptive filter for interferencecancellation for PLC networks[D].Victoria:Victoria Univ of Technology,1996.[6]　姚小明,自晨明,范多旺,等.Socket及DDE在自动化立体车库监控系统中的应用[J].计算机工程,2006,32(7):2562257. [7]　马殷元,蒋兆远.自动化仓库管理与控制系统集成设计与实现[J].计算机工程,2007,33(19):2332235.・21・ 兰州理工大学学报 第34卷。