巷道堆跺式自动化立体车库监控系统_巷道堆跺式自动化立体车库监控系统姚小明_

巷道堆跺式自动化立体车库监控系统

2006/6/14 9:00:00

摘要：介绍了巷道堆垛式自动化立体车库监控系统的结构，工作原理，控制方式，出入库调度的专家系统实现思想，系统编程技术，主要功能特点以及该监控系统的软件设计思想。充分利用PROFIBUS高速通讯特点，实现了立体车库的有效控制与管理。关键词：自动化立体车库监控系统 PLC 通讯专家系统近年来，随着国民经济的增长，人民生活水平的提高，私人小汽车逐年增多，城市中停车难的矛盾越来越尖锐，尤其在大中城市更为突出。而传统的存车方式已经不能满足日益增长的车辆存放需求，因此，具有占地面积小，库容量大的自动化立体车库就应运而生，它为城市中日益严重的汽车停放问题提供了有效的解决办法。根据结构型式的不同，立体车库可分为升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环等多种类型。其中巷道堆垛类立体车库采用堆垛机和智能搬运小车完成车辆的全部存取操作过程，车位配置简单，维护方便，故障点少，是立体车库中最为先进、自动化水平最高的类型。智能搬运小车的巷道堆跺类大型地下立体车库的地下6层有400个车位，采用4个堆垛机在同一巷道分组同时存取车辆，效率高、速度快。该车库监控系统采用PROFIBUS现场高速通讯，实现对车库有效的控制与管理。本文对该车库监控系统进行详细的介绍。 1 车库控制系统结构本立体车库属于巷道堆垛类地下大型立体车库，共1个巷道、地下6层、40列，分南北两侧，共有400多个车位；车位采用土建结构，机械部分采用巷道堆垛机、旋转升降台。在同一巷道，4台堆垛机同时在不同的分区进行作业，每个堆垛机都有固定的管辖区域，但在特殊情况下，在相邻区域堆垛机可互为备份，可替代作业，进行跨区作业。电气设备主要包括电力拖动、控制、检测和安全保护。在电力拖动方面，该车库采用交流变频调速，堆垛机的控制采用可编程控制和计算机等。堆垛机有激光测距、自动认址、车位虚实、相邻堆垛机防撞等检测以及其它检测，配备有完善的硬件及软件的安全保护装置，并在电气控制上采取一系列连锁和保护措施，并用各种光电开关、行程开关检测位置状态，用接触器、继电器等完成车辆出入库作业。控制系统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，它协调各现场机械设备的联动运行，并保证整个系统的正常运行，立体车库控制系统主要由液压旋转升降台控制子系统和堆垛机控制子系统组成。其中堆垛机控制子系统包括以下几个子系统：大车行走控制子系统；电梯升降平台控制子系统；活动搭桥控制子系统；智能小车控制子系统。控制系统按功能可划分为3个层次：监控层、控制层和执行层，其结构图如图1所示。其中ET200远程IO控制升降台，堆垛机PLC控制ETV。采用3级总线复合结构如下。 1）执行层。由堆垛机、升降台及各种传感器组成，主要包括巷道堆垛机、旋转升降台、车体外形检测光电开关、极限光电开关、水平认址器、垂直认址器、制动器、接触器、行程开关、红外通讯器等现场信号输人设备及变频器、电机等运行设备。这些输人输出设备作为远程I/O即ET200或者S7-200的I/O点通过PROFIBUS现场总线连接起来。 2）控制层。由分布在各个分区的远程I/O工作站（ET200和堆垛机PLC S7-200）和安装在监控室的主控S7-400 PLC构成，由PROFIBUS现场总线连接构成主从式多点链路。其中S7-400PLC作为主站，负责向各个从站分配工作指令，为每个子站分配网络地址；多个远程I/O工作站作为从站，负责现场的信息采集及具体执行控制命令，并向主站及时反馈指令的执行情况及堆垛机的运行情况，满足立体停车库系统的控制要求。 3）监控层。由以上位监控服务器为核心的空余车位显示牌、IC读卡器及上位机监控系统构成，主要通过实现对立体车库的设备状态监控、车位状态显示、故障报警显示记录及出入库管理及车位管理和财务管理等，并提供完整的各种数据统计报表。

图1 自动化立体车库系统结构图 2 系统工作原理监控机对立体车库进行车位管理、进出库设备作业控制，并对设备状态进行实时监视，当设备发生故障时指示操作人员处理。所有的控制信息和管理信息都采用数据库进行储存、检索、调用、处理。监控机通过工业以太网与小区信息管理系统进行远程数据访问，实现了信息资源的共享。通过西门子公司提供的网络集成CP5611卡，用PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery-分布I/O系统）网络方式实现PROFIBUS-CP主站（即主PLC）和从站（即ET200及S7-200 PLC）之间的数据交换。监控机通过CP5611卡，利用西门子公司提供的PC机与PLC系统之间进行数据交换的PRODAVE S7软件包与各巷道堆垛机的控制PLC进行通讯，把工作指令发送到堆垛机进行指定的作业，并得到堆垛机工作是否完成、目前工作位置、设备状态、车位状态等信息。主PLC采用PROFIBUS-DP通讯协议，用总线方式和各设备机通讯。主PLC作为组管理器使用，这便于以后的系统扩展和本组设备的控制与管理。组管理器PLC把上位机发出的作业指令分发给各设备机。同时监控系统对各设备机的状态进行查询并动态显示，并在紧急情况下控制各设备的运行，这样使得系统得到了有效的控制与管理。 3 控制与作业方式自动化立体车库作业过程中，为了便于操作人员根据需要对车库的各种情况进行灵活的处理，对自动化立体车库中的载重设备有两种操作模式即在线模式和离线模式，在在线模式下监控系统将刷卡产生的作业指令发送给主PLC，由主PLC分配作业指令给相应分区的设备PLC并自动完成；在离线模式下，系统所进行的出入库作业均由操作人员在触摸屏控制面板来操作。在正常情况时，系统处于在线模式下，只有当系统发生故障，系统无法自动完成作业时，操作员在触摸屏上改变相应分区的操作模式。在线模式下，可通过刷卡、触摸屏录入、监控系统界面录入3种方式实现系统的作业。为了便于系统的维护与管理，系统有入库作业、出库作业、库内搬移、ETV仅移、跨区出库5种作业方式。其中库内搬移、ETV仅移、跨区出库属于维护情况下的作业方式。 4 与下位机的通讯 4.1 与PLC之间的通讯在该监控系统中，监控机与主PLC之间的信息交换通过PROFIBUS-DP现场总线来实现，波特率为187.5kb/s。由于PROFIBUS-DP是一种低成本通信，它用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP模块可取代价格昂贵的24V或0～20mA并行信号线。用于现场层的高速数据传送时，主站周期地读取从站的输人信号并周期地向从站发送输出信息，总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。除周期性数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需要的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理，这满足该监控系统的控制与通信要求。采用C语言和西门子S7 Function协议所提供的动态链接库中的接口函数，监控系统可对PLC实时进行各种作业指令、控制指令的发送、获取各巷道作业情况以及控制和驱动设备的状态信息，以对各设备进行有效的监控。 4.2 与读卡器之间的通讯采用以太网关研华ADAM4570，通过高速以太网实现刷卡器与监控系统的用户卡信息、状态警告信息的高效传输。读卡器与监控机的硬件连接如图2所示。通过以太网关虚拟4个通信端口，实现分时异步通讯，提高了通信效率。

5 出入库调度优化的专家系统实现本文通过对自动化立体车库出入库调度方法的研究以及现有知识的特点，根据车库调度知识的表示方法，选用了基于出入库规则产生式知识表示的方法，建立了自动化立体车库出入库调度专家系统的知识库，采用分析、推理，产生相应的调度策略，通过刷卡器进行语音安全提示，并通过车厅报警设备进行报警，系统结构如图3所示。

图3 专家系统结构 6 系统软件设计本系统Windows 2000操作系统为开发平台，ORACLE9i作为低层数据库，有利于数据的安全及权限的设置，更适合处理巨大复杂的数据信息，并保证网络功能，使用功能强大的Visual Bsic6.0作为开发工具，并预留扩展接口，使系统具有开放性和可扩展性，监控系统结构如图4所示。在本系统中，监控机承担管理和中心控制的角色，因此承担入库管理、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PLC沟通并协调旋转升降台、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动态显示堆垛机和出入库传输设备以及各车辆的运行位置；③显示所有作业指令的当前运行状态；④出错报警，并能够在紧急情况下，控制各设备的运行。