呂棟騰

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 西安 710300）

1 引言

垂直升降立體車庫主要由鋼結(jié)構(gòu)架、升降裝置、橫移裝置、回轉(zhuǎn)裝置、控制系統(tǒng)、安全防護和輔助等六大部分組成［1］。為規(guī)避立體車庫運行中的各類事故，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設(shè)備，實時檢測各運動機構(gòu)的實際運動情況。由于被控對象眾多，自動化立體車庫在順序、速度以及定位、安全性能方面必須實現(xiàn)精準的控制，運行過程中要對系統(tǒng)進行實時管理和監(jiān)控［2］。本文以左右兩側(cè)存取，25 層 50 車位的垂直升降立體車庫為主要研究對象，以PLC為核心控制器，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)了立體車庫運行過程的監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)訪問。

2 人機界面的總體設(shè)計

垂直升降立體車庫控制系統(tǒng)由上位機和下位機共同組成，其中上位機以計算機為核心，處于監(jiān)控室或值班室中，主要起監(jiān)控和管理作用，可以適當配備打印機、音響設(shè)備等；下位機采用PLC，作為子系統(tǒng)與主控制計算機連接，實現(xiàn)對前端現(xiàn)場的直接控制。在上位機當中運行組態(tài)軟件作為人機操作界面，通過數(shù)據(jù)處理、圖像顯示、聯(lián)機通訊等，可以遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)和進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，同時上位機將PLC 從現(xiàn)場采集的各種信號在組態(tài)軟件中顯示出來，可以直觀地展示出立體車庫運行的各種狀態(tài)［3］。本次設(shè)計我們選擇了亞控科技的組態(tài)王KingView 軟件。結(jié)合垂直升降立體車庫的控制系統(tǒng)要求，上位機設(shè)計主要內(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)庫訪問等內(nèi)容展開，結(jié)合組態(tài)王軟件自身的控制功能和設(shè)備擴展功能設(shè)計友好人機界面。上位機控制流程如圖1所示。

圖1 上位機總體控制流程

3 組態(tài)主要數(shù)據(jù)庫構(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到立體車庫的控制器，同時將工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備實際狀態(tài)以動畫形式反映在計算機顯示器或者觸摸屏上，用實時的狀態(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)庫是組態(tài)王軟件的重要部分之一，通過數(shù)據(jù)庫可以連接上位計算機、下位控制器和操作人員。組態(tài)王數(shù)據(jù)庫中存放了系統(tǒng)變量和用戶自定義變量的當前數(shù)值，記錄了用戶可使用的所有數(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

在垂直升降立體車庫的設(shè)計中，采用了OMRON 公司的CJ2M-CPU15 型PLC，在通信上實現(xiàn)變頻器與PLC 通信，PLC 與組態(tài)軟件通信。在PLC 與觸摸屏通信時采用Hostlink 通信方式。組態(tài)軟件完成設(shè)計后，可以通過數(shù)據(jù)線或USB接口直接下載到觸摸屏中用以監(jiān)控和操作車庫運行。通訊過程中上位機可對PLC 傳送程序，控制PLC 的工作情況，監(jiān)控PLC 數(shù)據(jù)區(qū)。PLC 處理完畢上位機傳送的程序后，將執(zhí)行結(jié)果再傳回上位機。結(jié)合立體車庫現(xiàn)場實際情況，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行數(shù)據(jù)交換，比如計算過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進行數(shù)據(jù)交換，可以連接工業(yè)現(xiàn)場的PLC、數(shù)據(jù)采集通信卡、智能儀器儀表等。在立體車庫系統(tǒng)運行中，從PLC或其他程序中采集來的數(shù)據(jù)變量都是I/O變量?，F(xiàn)場設(shè)備和其他應用程序中的值發(fā)生變化時，組態(tài)王中對應的I/O 變量值也會發(fā)生相應的變化；反之，當I/O 變量發(fā)生變化時，也會自動寫入PLC 或者其他應用程序。立體車庫監(jiān)控系統(tǒng)變量定義如圖3所示。

3.3 組態(tài)王數(shù)據(jù)庫訪問

SQL 訪問管理器、SQL 函數(shù)應用和他數(shù)據(jù)庫的配置連接構(gòu)成了組態(tài)王SQL 數(shù)據(jù)庫的訪問。SQL數(shù)據(jù)庫訪問主要是實現(xiàn)組態(tài)王軟件和其他數(shù)據(jù)庫之間的數(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SQL 訪問管理器實現(xiàn)［5］。組態(tài)王支持在數(shù)據(jù)庫內(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)庫進行傳輸時首先在系統(tǒng)的ODBC 數(shù)據(jù)源中添加數(shù)據(jù)庫，通過訪問管理器和函數(shù)應用，直接操作數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)。通過組態(tài)王的命令語言調(diào)用，SQL 可以實現(xiàn)插入、刪除、創(chuàng)建表格、編輯、清空、查詢記錄等操作。

4 主要人機界面設(shè)計

HMI人機界面能夠?qū)崿F(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)和用戶之間進行信息交互的橋梁和媒介［6］。人機界面產(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)畫面軟件，系統(tǒng)軟件用于HMI產(chǎn)品開發(fā)，組態(tài)畫面軟件運行于PC 機的操作系統(tǒng)中。硬件部分包括了CPU、輸入單元、顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元和通訊接口等。本次設(shè)計過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界面主要載體。

4.1 系統(tǒng)主界面設(shè)計

在啟動時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)計時包含了車庫運行時的一些主要信息，例如當前的時間、車輛存儲情況、存車取車操作選擇、幫助和憑條自動打印等功能，是操作人員使用本系統(tǒng)的主要控制界面。主界面設(shè)計如圖4所示。

圖4 立體車庫主界面設(shè)計

點擊“存車”按鈕，畫面將跳轉(zhuǎn)到存車畫面，直至完成存車操作。存車完畢升降機復位至入口處，系統(tǒng)將自動打印憑條，提示車主取走憑條，后續(xù)憑密碼取車。如果車庫沒有空余車位，系統(tǒng)會彈出車位已滿提示框。取車時點擊“取車”按鈕，如果此時車庫內(nèi)沒有車輛，系統(tǒng)會自動彈出車庫內(nèi)沒有車輛的提示框，否則畫面將跳轉(zhuǎn)至密碼輸入界面，通過對比密碼以及車牌號碼，實現(xiàn)取車操作，車輛至出口提示駕駛員盡快取車，并自動打印憑條提示存車時間、取車時間、車牌號碼以及產(chǎn)生費用情況。存車校核和取車校核功能編程語言設(shè)計如圖5、6 所示。

4.2 存車界面設(shè)計

當上一次存車動作結(jié)束，升降、橫移等裝置返回入口待命時，系統(tǒng)畫面將自動切換至存車界面操作，如圖7 所示，在窗口左半部分是立體車庫的結(jié)構(gòu)示意圖，由于本次設(shè)計的車庫層數(shù)較多，故采用了分頁顯示。從畫面中可以看到當前立體車庫存車情況，如果車位顯示了有車存在時，表明車位已被占用，一目了然，為右半部分選擇與放棄存車操作提供了很好的指引。當入口處檢測到有車存在，自動檢測車輛的尺寸、重量，經(jīng)檢測本車庫能夠存車提示“確定”按鈕、或者“放棄存車”按鈕，否則，如果存車不符合車庫設(shè)計，則自動彈出“車輛不符合車庫參數(shù)，不能存車，請盡快開走”提示框。

圖5 存車校核程序

圖6 取車校核程序

圖7 存車界面設(shè)計

4.3 取車界面設(shè)計

當需要執(zhí)行取車操作時，單擊“主界面”中的“取車”按鈕，系統(tǒng)便會自動彈出“取車”界面，其窗口設(shè)計同存車界面。區(qū)別在于需要輸入提車密碼，當操作人員正確輸入取車密碼時，系統(tǒng)與之前自動生成的SQL 數(shù)據(jù)庫進行對比，一致執(zhí)行取車程序，不一致提示再次輸入相關(guān)信息。通過程序設(shè)定并顯示車輛在存車時保存的基本信息，車庫管理人員可以根據(jù)如車牌、照片等信息判斷車輛是否是待取車輛，如果信息核對一致就可以點擊確認按鈕，系統(tǒng)開始執(zhí)行取車操作。取車操作完成，將車運至入口處，提示操作人員“盡快開走”，按下“確定”自動打印存車清單。

4.4 自動報表生成

數(shù)據(jù)報表能夠?qū)崟r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)計人員可以利用組態(tài)王提供的內(nèi)嵌式報表系統(tǒng)任意設(shè)置報表形式，可以制作實時報表也可制作歷史報表。報表系統(tǒng)中有豐富的報表函數(shù)，可以進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、各種運算、統(tǒng)計分析、打印等。本次立體車庫的監(jiān)控系統(tǒng)也設(shè)計有相應的報表，用戶完成一次存取車操作后都可以自動打印一份歷史報表，如圖8 所示，當取車結(jié)束時自動打印的報表。對于管理人員來說，通過報表即可打印車庫的使用過程，又可以對結(jié)果進行統(tǒng)計，例如車輛類型、車庫的使用率、平均停車時間等。

圖8 用戶報表格式

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，都要通過組態(tài)軟件與PLC連接調(diào)試完成。運行調(diào)試的重點主要為Hostlink 通信參數(shù)設(shè)計測試，包括端口號傳輸波特率，校驗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)備寄存器連接測試，可見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)停車過程中，由于不能提前得知車庫車位的剩余情況，車主常常很難快速找到合適的車位。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益滲透，自動化軟件網(wǎng)絡(luò)化趨勢已成為整合IT 和工業(yè)自動化技術(shù)的關(guān)鍵。組態(tài)王提供了專門為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(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，利用手機瀏覽器或是JRE 插件就可以實現(xiàn)訪問，用戶可以隨時通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)在線遠程監(jiān)控。

圖9 通訊參數(shù)設(shè)計

圖10 設(shè)備寄存器設(shè)計

5.1 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布和安全設(shè)計

相當于把立體車庫的上位機當作主機或服務器，將車庫的組態(tài)監(jiān)控畫面發(fā)布到網(wǎng)上，其他用戶都可以根據(jù)自定義的網(wǎng)址來訪為這臺主機。在使用過程中用手機下載安裝組態(tài)王軟件，客戶端和WEB 發(fā)布服務器數(shù)據(jù)同步，通過網(wǎng)絡(luò)用戶可以在任何地方與組態(tài)王共享監(jiān)控畫面和數(shù)據(jù)顯示功能，以及部分控制功能。通過Internet功能的實現(xiàn)使車庫管理更加靈活，使用更加便捷，可方便快捷地找到停車位，節(jié)約大量時間。如圖11、12 所示，將立體車庫畫面發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，想要隨時查詢車庫停車情況，只要在瀏覽器地址中輸入預設(shè)的網(wǎng)址即可。

圖11 WEB發(fā)布

圖12 存車網(wǎng)絡(luò)查詢

5.2 系統(tǒng)安全設(shè)計

由于進行了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，設(shè)置了軟件客戶端，就意味著可能會遭受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，所以系統(tǒng)安全保護也成了設(shè)計中我們需要考慮的重要問題［8］。組態(tài)王提供了一個基于用戶的安全管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)管理來允許和禁止用戶對系統(tǒng)的相關(guān)操作，主要方法是提前設(shè)置用戶的使用權(quán)限。在系統(tǒng)開發(fā)中對工程進行加密處理，只有輸入正確密碼才能進入該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。劃分操作者訪問的安全等級，對組態(tài)軟件的訪問權(quán)限進行分配，安全等級不同，所執(zhí)行的操作等級也不同。運行時如有不具備條件的用戶進行操作，系統(tǒng)將不予響應。組態(tài)王通過這種方法來保障體系的安全運行。管理人員權(quán)限和優(yōu)先級設(shè)置方法如圖13、14所示。

6 結(jié)語

垂直升降立體車庫占地面積小，可以充分利用物理空間，一定程度上緩解了城市停車難的問題。目前對大型智能化立體車庫的設(shè)計建設(shè)方案已日臻成熟，并對各種類型的立體車庫已經(jīng)采用系統(tǒng)化、模塊化等設(shè)計［9］。本次設(shè)計開發(fā)的垂直升降立體車庫組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，人機界面友好，設(shè)計了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，方便車主進行在線訪問，實現(xiàn)對立體車庫運行過程的實時監(jiān)控。對現(xiàn)階段大型智能化立體車庫的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)有一定的借鑒意義。

圖13 訪問人員權(quán)限設(shè)置

圖14 訪問人員優(yōu)先級設(shè)置