标题

Size: px

Start display at page:

Download "标题"

伍强
5 years ago
Views:

1 山东科学 SHANDONG SCIENCE 第 30 卷第 5 期 2017 年 10 月出版 Vol.30 No.5 Oct.2017 DOI: / j.issn 巷道堆垛式立体车库上位机停车管理系统设计郑江花 ꎬ 王亚丽 ꎬ 马海燕 ꎬ 张艳芳 ꎬ 吴昊 ( 山东省科学院自动化研究所 ꎬ 山东省机器人与制造自动化技术重点实验室 ꎬ 山东济南 ) 摘要 : 采用 OPC 网络通讯数据库及软件编程等关键技术设计开发了立体车库上位机停车管理系统 ꎬ 用于辅助 PLC 核心控制单元 ꎬ 实现对立体车库的监控管理及存取车等功能 ꎮ 同时 ꎬ 为了缩短立体车库存取车时间 ꎬ 提出了相应的停车优化方案 ꎮ 该设计进一步提高了立体车库的自动化智能化 ꎬ 有效缓解了城市停车难的问题 ꎮ 关键词 : 立体车库 ꎻ 停车管理系统 ꎻOPC 技术 ꎻ 停车优化中图分类号 :TP311ꎻTH211 文献标识码 :A 文章编号 : (2017) Design of parking management system for the laneway stow typed stereo garage and its host computer ZHENG Jiang huaꎬ WANG Ya liꎬ MA Hai yanꎬ ZHANG Yan fangꎬ WU Hao ( Shandong Provincial Key Laboratory of Robot and Manufacturing Automation Technologyꎬ Institute of Automationꎬ Shandong Academy of Sciencesꎬ Jinan ꎬ China) Abstract Using the key technologies such as OPCꎬ network communicationꎬ databaseꎬ and software programmingꎬ the parking management system for laneway stow typed stereo garage was designed and developedꎬ which was used to assist the PLC core control unitꎬ realizing the functions of monitoringꎬ managementꎬ and access vehicles for the stereoscopic garage. At the same timeꎬ to shorten the time of the storing and retrieving cars in the stereo garageꎬ the corresponding prioritization scheme about the parking was put forward. The design has further improved the automation and intelligence of the stereo garageꎬ and effectively alleviated the parking difficult problem in the city. Key words stereo garageꎻ parking management systemꎻ OPC technologyꎻ parking optimization 随着社会的发展及人们生活水平的提高 ꎬ 我国汽车保有量快速增长 ꎬ 导致停车难停车位紧张收费乱问题越来越突出 ꎮ 目前 ꎬ 大型城市的商场医院等车辆密集停车位紧张的场所积极推进立体车库的建设 ꎮ 伴随着自动化计算机与网络技术的飞速发展 ꎬ 立体车库也由传统的单一监测与控制 ꎬ 发展到与管理自动化相结合 ꎬ 集控制监视管理及决策等功能于一体的综合自动化系统 ꎮ 国外立体车库产业及技术已经比较成熟 ꎬ 与之相比 ꎬ 我国的立体车库产业还处于初级发展阶段 ꎬ 还存在一些问题 ꎬ 如多数产品是仿效或引进国外技术制造 ꎬ 企业技术力量薄弱 ꎬ 缺乏自主开发能力 ꎬ 技术创新能力不足等 [1] ꎮ 收稿日期 : 基金项目 : 山东省科技重大专项 (2015ZDXX0101B01) 作者简介 : 郑江花 (1978 )ꎬ 女 ꎬ 助理研究员 ꎬ 研究方向为自动化控制及软件研发 ꎮ E mail:zhengjh@ sdas.org

１１２山东科学２０１７年目前ꎬ机械立体车库主要有以下几种形式:升降横移垂直循环水平循环多层循环平面移动巷道堆垛垂直升降及简易升降式 [２] ꎬ各种类应用在不同场点分别具有不同的优势ꎮ 本文主要根据国内实际情况ꎬ 结合企业技术优势及需求ꎬ以巷道堆垛式立体车库为研究对象ꎮ 该类停车设备技术含量和智能化程度较高ꎬ 可根据场地的不同设置在室外室内

2 １１２山东科学２０１７年目前ꎬ机械立体车库主要有以下几种形式:升降横移垂直循环水平循环多层循环平面移动巷道堆垛垂直升降及简易升降式 [２] ꎬ各种类应用在不同场点分别具有不同的优势ꎮ 本文主要根据国内实际情况ꎬ 结合企业技术优势及需求ꎬ以巷道堆垛式立体车库为研究对象ꎮ 该类停车设备技术含量和智能化程度较高ꎬ 可根据场地的不同设置在室外室内地上或地下ꎬ存车容积率高ꎬ安全可靠ꎮ 其控制管理系统则采用可编程控制器( ＰＬＣ) 直接控制车库运行计算机辅助监视管理及云端停车服务的方式ꎮ ＰＬＣ控制系统是车库安全运行的基础ꎬ运行在工控机上的上位机管理系统通过立体车库局域网监视整个车库现场的运行状态ꎬ两者的相互协调工作共同实现车库系统的安全运行和管理ꎬ而云端停车服务则提供高端查询支付及预订功能ꎮ 本文主要针对上位机停车管理系统进行深入研究与设计开发ꎬ利用ＯＰＣ网络通讯及数据库技术等进行数据库系统界面设计及代码编写ꎬ实现对立体车库现场设备的运行监控与管理ꎮ １１.１立体车库系统系统组成本文研究开发的是一个２排４层６４位巷道堆垛式立体车库ꎬ主要有以下部分组成:钢质与土建架构安全门入口旋转台堆垛机智能搬运器控制柜读卡器发卡器车牌识别装置及各种传感器等ꎬ图１为巷道堆垛式立体车库入口图ꎮ 车库停车采用智能卡与车牌识别技术共同管理的方式ꎬ智能停车卡与用户车辆一一对应ꎬ车牌号及其他车辆相关信息一并存入计算机数据库中ꎮ 通过ＰＬＣ控制堆垛机和智能搬运器完成车辆的存取ꎬ车位配置简单ꎬ维护方便ꎬ故障点少ꎬ自动化水平高ꎬ可以满足用户快速存取车的要求 [３] ꎮ １.２Ｆｉｇ.１图１巷道堆垛式立体车库入口图Ｔｈｅｅｎｔｒａｎｃｅｏｆｌａｎｅｗａｙｓｔｏｗｔｙｐｅｄｓｔｅｒｅｏｇａｒａｇｅ系统工作流程入口收费岗亭处安装车牌识别摄像头及栏杆机作为车牌信息识别采集单元ꎬ另外装有发卡装置ꎬ若为临时停车用户ꎬ先从发卡机取出一张临时卡ꎮ 入口显示屏若提示车位已满ꎬ栏杆机则不会抬起ꎻ若车位未满ꎬ 固定用户需先刷卡ꎬ临时用户先取卡ꎬ再刷卡ꎬ车牌识别完成ꎬ栏杆自动打开ꎬ车辆驶入ꎮ 存车流程:若立体车库入口有车ꎬ车辆先在入口处等待ꎻ若车库入口无车ꎬ将车辆驶入车库停放在旋转台上ꎬ根据显示屏及交通灯的提示ꎬ调整前后位置直至指示灯提示完成ꎬ下车关好车门ꎬ在入口处刷卡盒进行存车确认后ꎬ用户方可持卡离开ꎮ 此后系统自动进行车型检测车位分配及数据入库等操作ꎬ并完成车辆入库ꎮ 取车流程:取车时直接在刷卡盒刷卡ꎬ系统查出该卡对应车所在的车位ꎬ将车取出后置于旋转台上ꎬ用户将车开至出口岗亭ꎮ 若为固定用户ꎬ需刷卡确认ꎬ栏杆启动放行ꎮ 若为临时用户ꎬ需将卡放入收卡机ꎬ车牌识别并判断是否缴费ꎬ若已缴费ꎬ栏杆启动放行ꎻ若未缴费ꎬ现场缴费ꎬ手动启动栏杆放行ꎮ １.３系统控制与管理架构立体车库控制管理系统分为ＰＬＣ控制系统上位机停车管理系统及云端停车服务系统３部分ꎬ并且各部分间的交互采用不同的通讯方式ꎮ 图２为立体车库控制系统３部分的关系图ꎬ其中控制系统采用西门子

3 第 5 期郑江花 ꎬ 等 : 巷道堆垛式立体车库上位机停车管理系统设计 113 S7 300 系列自带网口的 PLC 控制器 ꎬ 基于 PLC 的控制系统与立体车库现场各设备之间采用 Profibus DP 总线通讯 ꎬPLC 采集现场各设备的数据信息 ꎬ 通过数据分析实现对存取车的控制 ꎻ 上位机停车管理系统与 PLC 建立通讯连接 ꎬ 实时访问 PLC 的数据 ꎬ 实现对立体车库的监视与远程控制 ꎬ 方便停车场管理人员实时了解停车场中车位的使用情况 [4] ꎻ 云端停车服务系统 ꎬ 利用网络及云计算技术存储并处理来自多个车库的车位数据 ( 立体车库传感器实时状态显示车位信息车辆进出信息展示等 )ꎬ 进行费用支付及处理预订请求与服务等 ꎬ 方便车主用户查询缴费及预订车位 ꎮ Fig.2 图 2 立体车库控制管理系统关系图 The relationship of parking control and management system 2 上位机停车管理系统 2.1 系统开发环境 Visual Studio 是微软公司推出的完整开发环境 ꎬ 包含一个集成开发环境和高级 C# 编译器 ꎬC# 与.Net 框架的完美结合成为 Windows 下最主要的开发工具 ꎬ 具有开发效率高源代码更加易读等特点 ꎮ 因此 ꎬ 上位机停车管理系统采用 C# 进行人机界面设计和代码编写 ꎮ 上位机平台需安装 SIMATIC NET 软件 ꎮ SIMATIC NET 是西门子在工业控制层面上提供的一个开放的多元的通讯系统 ꎬ 能将工业现场的 PLC 主机工作站和个人电脑联网通讯 ꎮ 使用 OPC 服务前 ꎬ 需要分别对 SIMATIC NET OPC 服务器和西门子 PLC S7 300 进行通讯配置 ꎬ 编写的 OPC 客户端应用程序才能通过 OPC 服务器对 PLC 进行数据访问 ꎮ SQL Server 是微软公司开发和推广的关系数据库管理系统 ꎬ 具有多方面的优越性 ꎬ 停车管理系统后台采用 SQL Server 存储和管理立体车库系统的各项数据 ꎮ 2.2 OPC 客户端应用程序 OPC 客户端应用程序通过一个标准的开放的多供应商接口 ꎬ 与 OPC 服务器进行通讯 ꎬOPC 将数据来源提供的数据以标准方式传输至任何客户机应用程序 ꎮ OPC 客户端的开发过程实际上就是对服务器接口的声明和调用 ꎮ OPC 服务器有两类接口 : 定制接口和自动化接口 [5] ꎮ 选用的接口不同 ꎬ 应用程序开发的便利性快捷性也不同 ꎮ OPC 客户程序与服务器之间的数据通信方式有同步方式和异步方式 ꎮ 同步访问方式中 ꎬOPC 应用程序在得到返回结果前必须处于等待状态 ꎬ 效率很低 ꎮ 异步方式中 ꎬOPC 服务器接到 OPC 应用程序的要求后 ꎬ 立即将方法返回 ꎮ OPC 应用程序随后可以进行其他处理 ꎮ 当 OPC 服务器完成数据访问时 ꎬ 触发 OPC 应用程序的异步访问完成事件 ꎬ 将数据访问结果传送给 OPC 应用程序 ꎬ 所以异步方式的效率更高 ꎬ 但其实现起来也是相对比较复杂的 [6 7] ꎮ 本文在 C# 开发环境下 ꎬ 编写 OPC 客户端程序实现上位机与 PLC 之间的通讯 ꎬ 采用自动化接口及异步通讯方式 ꎮ OPC 客户端程序开发流程主要包括添加引用 Interop.OPCAutomation 组件进行环境初始化连接 OPC 服务器创建 OPC 服务器支持的 OPC 对象 ꎬ 然后就可以使用 OPC 对象支持的属性和方法 ꎬ 对其进行各

4 114 山东科学 2017 年种操作 ꎮ 2.3 Socket 客户端程序上位机停车管理系统与云端停车服务系统间采用长连接的 Socket 套接字通讯技术 ꎬ 客户端与服务器的连接使用 TCP / IP 连接方式 ꎮ 上位机停车管理系统主机作为客户端 ꎬ 将 OPC 客户端程序采集的立体车库现场设备运行信息传感器状态信息及故障报警等实时数据信息通过 Socket 客户端程序提供给云停车服务端 ꎬSocket 客户端开发采用本地 Windows 服务的方式向云停车服务端推送数据 ꎮ C# 开发环境下 ꎬ 微软提供了 System.Net.Sockets 命名空间 ꎬ 利用 Socket 类进行客户程序开发 ꎮ 其通讯过程为创建一个 Socket 套接字 ꎬ 绑定服务器的 IP 和端口 ꎬ 与服务器建立连接 ꎬ 判断连接状态 ꎬ 向服务器发送数据 ꎬ 断开连接等 ꎮ 2.4 停车优化设计大多数立体车库在存车方面 ꎬ 基本是靠计算机程序扫描车库中的空闲车位 ꎬ 将车辆随机存放到空闲车位上 ꎮ 这种传统的存储方式没有考虑到取车时所消耗的时间 ꎬ 取车的时间越长 ꎬ 用户体验越差 ꎮ 本文巷道堆垛式立体车库存取车用户主要分为固定用户和临时用户 ꎬ 根据固定用户和临时用户比例 ꎬ 将车位分区来存储不同类型用户的车辆 ꎮ 开启管理软件系统对车位的优化功能 ꎬ 根据车库运行与车位使用统计情况 ꎬ 调整车位优先级 ꎬ 一般来说离出入口近的车位优先级高 ꎬ 稍远的次之 ꎮ 若不同分区的车位未满 ꎬ 固定用户和临时用户车辆会存储在各自的分区 ꎻ 若固定用户存车区已满 ꎬ 可以按临时用户车辆存放 ꎮ 上位机系统记录用户的存取车数据 ꎬ 如取车时间 ꎬ 取车频率等 ꎬ 利用这些停车数据来分析用户的存取车习惯 ꎬ 作为停车优化的条件 ꎮ 例如 ꎬ 针对频繁来存的车辆 ꎬ 若每次存车时间较长 ꎬ 可以将此类车辆存放在低优先级的车位上 ꎬ 反之要存放在高优先级的车位上 ꎮ 通过对车位合理地进行分配 ꎬ 可以有效提高平均取车速度 ꎮ 另外 ꎬ 可以利用存取车空闲时间 ꎬ 开启倒库功能 ꎬ 对车库车位进行优化调整 ꎬ 将那些停放时间长又处于高优先级车位的车辆转移到低优先级车位上 ꎮ 这些优化方案的使用 ꎬ 旨在提高车库车位的使用率及车辆的存取车效率 ꎮ 2.5 停车管理系统的功能上位机停车管理系统是巷道堆垛式立体车库的一个重要组成部分 ꎬ 担负着人机交互数据维护状态监视等方面的任务 [8] ꎮ 上位机管理系统采用模块化的程序设计方法 ꎬ 本文根据企业需求 ꎬ 将系统功能划分为系统管理基础信息管理监控信息查询与报表统计以及计费管理五大模块 ꎮ 详见图 3ꎮ Fig.3 图 3 上位机停车管理系统功能图 Function diagram of master computer parking management system 通过数据库界面设计及代码编写 ꎬ 上位机管理系统较好地实现了以下功能 : (1) 系统管理功能 : 实现对系统用户的管理不同类型用户权限的设置数据库数据的备份与恢复等 ꎮ (2) 基础信息管理功能 : 主要包括停车卡的管理车库车位的管理及车库车位优化的设置功能 ꎮ 停车卡分为临时卡固定卡和 VIP 卡 ꎬ 每类卡对应不同的收费价格 ꎬ 可以对每张卡的密码进行设置与修

第５期郑江花ꎬ等:巷道堆垛式立体车库上位机停车管理系统设计１１５改ꎮ 用户刷卡方式进行存取车车卡自动识别记录自动存储及费用结算ꎬ操作方便快捷ꎬ可大大提高工作效率ꎮ (３) 车库车位监控功能:利用直观图形显示车库的车位状态情况ꎬ可以查看每个车位有车无车及存车时间ꎮ 还可监视车库各传感器的检测信号ꎬ判断车库的设备运行状态ꎮ

5 第５期郑江花ꎬ等:巷道堆垛式立体车库上位机停车管理系统设计１１５改ꎮ 用户刷卡方式进行存取车车卡自动识别记录自动存储及费用结算ꎬ操作方便快捷ꎬ可大大提高工作效率ꎮ (３) 车库车位监控功能:利用直观图形显示车库的车位状态情况ꎬ可以查看每个车位有车无车及存车时间ꎮ 还可监视车库各传感器的检测信号ꎬ判断车库的设备运行状态ꎮ 提供远离现场的立体车库控制功能ꎬ在刷卡盒故障时ꎬ操作人员可以通过上位机直接进行存取车操作ꎻ 也可实现卡号对应车位查找车位对应卡号查找车位有无车转换及倒库等操作ꎮ 同时还具有存取车队列管理排队删除操作报警信息及历史信息提示功能ꎮ 立体车库实时监控主界面如图４所示ꎮ (４) 查询与报表Ｆｉｇ.４图４车位监控图Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃｈａｒｔｏｆｐａｒｋｉｎｇ可以查询车卡车位及报警信息ꎻ可以统计车位使用及车流量情况ꎬ并且可生成日报月报及年报表ꎬ供决策使用ꎮ (５) 计费管理功能按照价格标准设置收费费率ꎬ支持现场缴费和微信扫码缴费两种方式ꎬ缴费方式灵活ꎮ 通过卡号或车牌号码查询停车时长ꎬ根据计费规则系统自动计算需要缴纳的费用ꎬ进行缴费打印小票及车辆放行ꎮ ２.６停车管理系统应用对立体车库现场ＰＬＣ控制系统及上位机管理系统的联调运行结果表明ꎬ设计开发出的上位机停车管理系统具有开发周期短界面友好程序运行流畅操作简便的特点ꎬ能够较好地辅助ＰＬＣ控制系统实现用户存取车操作ꎬ并可通过报表查询提供决策支持ꎬ基本实现了企业对立体车库监控管理的需求ꎮ 同时ꎬ也证明了本文采用的技术及方案是简便可行的ꎬ对同类系统的设计开发具有一定的工程示范与借鉴意义ꎮ 另外ꎬ随着调试工作的展开及用户体验ꎬ发现系统仍有一些不足之处ꎬ需要根据用户的改进意见ꎬ继续完善界面功能及稳定性ꎻ演示库距离实际应用还有一定的差距ꎬ仍需进一步加强现场联机调试工作ꎬ使系统的软硬件功能更加完善可靠ꎮ ３结语立体车库上位机停车管理系统的设计开发ꎬ有效提升了立体车库的智能化水平和管理效率ꎮ 该系统具有友好的人机交互界面灵活的控制方式及对各类信号的监测及报警提示功能ꎬ提高了立体车库系统的安全性和可靠性ꎬ促进了停车难问题的解决ꎬ为巷道堆垛式立体车库的推广应用奠定了更加坚实的基础ꎮ

6 116 山东科学 2017 年参考文献 : [1] 武乡. 低成本机械式立体车库人机交互系统研究与设计 [D]. 兰州 : 兰州交通大学 ꎬ2013. [2] 中华人民共和国机械工业部.JB / T ꎬ 机械式停车设备类别型式与基本参数 [ S]. 北京 : 机械工业部机械标准研究所 ꎬ1998. [3] 王雪洁 ꎬ 王国雄.PLC 与变频器在巷道堆垛式立体车库控制系统中的应用 [J]. 起重运输机械 ꎬ2005(2): [4] 沈金龙 ꎬ 陈富林 ꎬ 卓璐. 立体车库智能控制管理系统设计 [J]. 中国制造业信息化 ꎬ2012ꎬ41 (21): [5] 赵宴辉 ꎬ 聂亚杰 ꎬ 刘二平 ꎬ 等. 监控系统中 OPC 客户端程序设计与实现 [J]. 微计算机信息 ꎬ 2010ꎬ26(8 1): [6] 王帅 ꎬ 胡毅 ꎬ 何平 ꎬ 等. 基于 OPC 技术实现西门子数控系统的数据采集 [J]. 组合机床与自动化加工技术 ꎬ2016( 4): [7] 黄娟. 基于 C# 的 OPC 数据通信的设计与实现 [J]. 工业控制计算机 ꎬ2013ꎬ26(11): [8] 袁永康 ꎬ 员超. 智能立体车库信息管理系统的功能分析 [J]. 广东自动化与信息工程 ꎬ2002 (4): ( 上接第 103 页 ) [3]WU Z Yꎬ RAVEN P Hꎬ HONG D Y. Flora of Chinaꎬ vol [ M]. Beijing: Science Pressꎬ St Louis: Missouri Botanical Garden Pressꎬ 2011: [4] 陈汉斌 ꎬ 郑亦津 ꎬ 李法曾. 山东植物志 ( 下卷 )[M]. 青岛 : 青岛出版社 ꎬ 1997: [5] 李法曾. 山东植物精要 [M]. 北京 : 科学出版社 ꎬ 2014: 543. [6] 刘世鹏 ꎬ 刘长海 ꎬ 曹娟云 ꎬ 等. 用煮沸撕取法观察表皮气孔的方法 [J]. 安徽农业科学 ꎬ 2007ꎬ 35 (10): [7] 吴清韩 ꎬ 赵庆芳 ꎬ 朱慧 ꎬ 等. 植物高度木质化叶片表皮细胞制备方法 [J]. 植物学报 ꎬ 2012ꎬ 47(4): [8] 陆时万 ꎬ 徐祥生 ꎬ 沈敏健. 植物学 [M]. 第 2 版. 北京 : 高等教育出版社 ꎬ 1991: 157. [9] 李焜章. 气孔器的主要类型及其观察方法 [J]. 生物学通报 ꎬ 1992 (8): [10] 王伏雄 ꎬ 钱南芬 ꎬ 张玉龙 ꎬ 等. 中国植物花粉形态 [M]. 第 2 版. 北京 : 科学出版社 ꎬ 1995: 138. [11] 李晓娟 ꎬ 周国富 ꎬ 徐宁 ꎬ 等. 山东石松类和蕨类植物新纪录 [J]. 广西植物 ꎬ 2016ꎬ 36(10) : [12] 李建秀 ꎬ 周凤琴 ꎬ 张照荣. 山东药用植物志 [M]. 西安 : 西安交通大学出版社 ꎬ 2013:

untitled

untitled 1 2 3 4 5 6 / / 7 8 9 10 11 ES Elevator Shuttle EC Elevator Cross carriage 12 13 14 ES Elevator Shuttle EC Elevator Cross carriage 15 16 17 2. 55X16 600 19 80.000m³ 31 42.160 m³ 36 17 19 Istanbul / Sisli,