自動化立體車庫與車庫群監控系統的設計

摘要：自動化立體車庫是一種先進的停車方式。介紹了多巷道堆垛式自動化立體車庫的組成，以及通訊、PLC控制等開發單元車庫監控系統的關鍵技術。系統通過RS485網絡對單元車庫的作業進行動態監控管理，整個車庫具有很高的自動化程度與可靠性。同時介紹了由多個單元立體車庫組成的車庫群系統的網絡結構，和利用VB Winsock控件建立網絡監控系統的方法。指出這種集群管理、調度與監控的方式大大提高了立體車庫的使用、管理與維護效率。

關鍵詞：立體車庫；監控系統；PLC；Winsock；網絡；VB

中圖分類號：F716 文獻標識碼：A 文章編號：1002-3100(2007)11-0031-03

Abstract: In recent years the advanced stereoscopic car-base plays an important role in our country. It introduces the composition of a stereoscopic car-base and a car-base group. The structure of their monitoring system and the key technology（communication， PLC， computer network and VB Winsock）are also introduced. The car-base group system is applied in the busiest section of city can receive better effects than single car-base.

Key words: stereoscopic car-base; monitoring system; network; PLC; Winsock; VB

0引言

由于經濟的飛速發展，中心城市的人口、車輛也日益增多。人們在解決交通問題時逐漸意識到，以往僅靠大力拓展道路來滿足車輛對動態空間的需求是遠遠不夠的。因為車輛大部分時間還是處于停駛狀態。這就是說，車輛占用靜態空間（停車泊位）的時間遠大于其對動態空間（道路）的需求。停車泊位不足，會嚴重影響城市道路暢通、環境與安全。故一種可解決大城市繁華地帶用地緊張與停車難矛盾的先進停車方式——自動化立體車庫在發達國家率先得到推廣應用。

近年來我國吸取和借鑒了國外解決城市中心地區停車問題的經驗教訓，在各大中心城市也開始興建立體車庫。迄今為止統計表明，為增加停車泊位，在車流量大的繁華地段建立一座向高層空間發展的立體車庫，比建一個同樣規模的地面停車場，投資可省50℅~70℅。

自動化立體車庫的結構很多，其中升降橫移式、電梯式和巷道堆垛式的應用最為廣泛。其中巷道堆垛式特別適合于大量密集型的存車。本文將介紹一個288泊位（雙排四層三巷道）的巷道堆垛式自動化立體車庫（以下簡稱立體車庫）單元，和由四個立體車庫單元組成的立體車庫群監控系統的設計。

1單元立體車庫組成與單元車庫監控系統設計的關鍵技術

1.1單元立體車庫組成

雙排四層三巷道的單元立體車庫一個巷道的單層俯視如圖1。

車庫機械傳動部件主要包括：車位架（用于泊車）、堆垛機（完成橫向行走與升降作業）、智能小車（完成在堆垛機升降臺和車位之間搬運作業）、轉盤（用于車出庫換向）。

車庫電氣控制部件主要包括：現場監控計算機（管理監控單元）、PLC（主控單元）、變頻調速器（控制堆垛機和智能小車電機調速）、光電傳感器（車位號識別、車位狀態檢測、行程限位等功能）、力傳感器（車重檢測）、角位移傳感器（制動輪角位移檢測）以及接觸器、繼電器等。

圖2為單元立體車庫監控系統（基于RS485總線的分布式網絡監控系統）的結構。圖中車庫現場監控計算機（研華工控）主要承擔車庫狀況管理/顯示、存取作業輸入/調度、作業任務下行報文編制/下傳、作業運行動態監控與故障報警等任務。

而各巷道主控PLC（SIEMENS S7-300），則根據接收到的作業任務報文控制車庫中各執行機構的動作。同時通過對現場各類傳感器信號的實時監測將運行狀況以上行報文形式上傳現場監控計算機。

1.2單元監控系統設計中的關鍵技術及處理

（1）通訊

在單元立體車庫中現場計算機要實現對車庫中各執行機構的實時監控，關鍵在于必須與下位主控PLC之間建立準確可靠的通訊。本系統上述兩者間的串行通訊采用了往返式傳指的方法。傳遞信息的上下行通訊報文為十六進制數定長格式（碼長7個字節）。

現場機的監控軟件是以VB6.0為平臺開發的。VB6.0通過MSCOMM控件控制串行口，該控件屏蔽了通訊過程中的底層操作程序，用戶只需設置和監視控件屬性和事件，就可方便地實現異步通訊。而下位主控PLC的通訊設置與現場機一一對應，主要包括通訊方式設置（本系統方式設為自由口通訊模式）、節點號設置（各巷道主控PLC分別設置地址碼（節點號））和端口設置（本系統波特率為9600bit/s，8位數據、1位停止位、不校驗）。

（2）PLC控制程序

主控PLC是實時控制的核心。為降低PLC控制程序的復雜程度，且便于修改與拓展，本系統采用了模塊化編程技術。PLC控制程序分為十二個模塊，涵蓋了從主程序、初始化到各運動動作控制、通訊與監測報警在內的所有功能。特別設置的手動按鍵控制子程序模塊，可在系統發生電氣或機械故障時使系統轉入手動操作方式，利用手控鍵盤進行故障處理。此外，程序所用的狀態元件、定時器及數據存儲器均選用了具有掉電保護功能的元件，以防系統掉電時丟失現場信息。

（3）現場監控計算機

現場機監控管理軟件主要由數據庫（Microsoft Access 2000）、調度管理、通信與監控三大部分組成。VB與數據庫之間采用ADO連接。關于現場機監控程序的編制技術可詳見文獻[2]。

2立體車庫群的網絡結構與網絡監控系統設計

2.1立體車庫群的網絡結構

實際使用的單元立體車庫若容量過大，不但會增加操作與監控的復雜性，也會給車輛出入庫通道設計帶來不便。故在大型場館集中的繁華地帶人們往往在其周邊不同地點合理地設置多個容量適中的單元立體車庫，以滿足對停車泊位的需求。這些獨立的單元，與車庫群管理調度總站組成一個網絡系統，實現車庫集群管理。

本文設計的車庫群網絡系統采用了C/S（客戶/服務器）結構。其中客戶端（各單元車庫的現場監控計算機）負責控制單元立體車庫運行管理、采集現場信息，并將現場狀況和實時數據通過以太網發送到總站監控計算機。而服務器端（總站監控計算機）則通過網絡快速準確地獲取各底層單元的狀態信息，一則隨時將各單元車庫的泊位狀況顯示在主要路口的顯示屏上，以引導車流。二則對各底層單元進行實時監控、集群管理和遠程維護指導。

網絡系統的開發設計中客戶與服務器之間實現數據動態交換是關鍵。Winsock通信技術是Windows下開發網絡通信軟件完成數據動態交換的強大工具，圖3展示了本文采用Winsock技術開發的立體車庫群的網絡結構。

2.2Winsock與利用VB Winsock控件建立網絡監控系統

在網絡上要讓數據傳輸正確無誤，必須要使IP（每臺計算機在網絡上唯一的地址）與端口（Port，用于辯識互聯網上的機器所執行的應用程序）配合一致。這兩者的組合稱之為一個Socket。數據傳輸過程中，雙方應知道對方的IP地址和所用的通訊端口（即一個Socket），通訊時的數據就能通過此Socket所指明的位置（IP）和應用軟件（端口）而傳遞。圖3給出了本系統一個服務器端及四個客戶端的IP地址。

Winsock是Windows環境下相對底層的網絡通訊協議，是套接字Socket通訊的一個子域。用戶可以在VB、VC++等不同的程序設計語言中利用Winsock與遠程計算機建立聯機，并通過基于連接的傳輸控制通訊協議（TCP）或無連接的數據記錄通訊協議（UDP）來進行數據交換。因為本系統中服務器端的程序要和四個客戶端進行信息交互，為保證數據傳輸的可靠性，故采用了帶有錯誤檢測機制的TCP協議建立遠程聯機。

以下便是利用VB6.0的Winsock屬性、方法與事件在一臺主機——總站監控機（服務器）和四臺從機——現場監控機（客戶）間建立TCP聯機，實現網絡監控系統中數據動態交換的簡要程序流程。

總站監控機（服務器端）：

設置TCP協議，決定使用端口號（Local Port屬性）監聽有否從機提出聯機（Listen方法）接收從機聯機要求（Connect Request事件）主機接收數據，存儲、后續處理[Get Data（Peek Data）方法，Data Arrival事件]發送需傳送的數據（Send Data方法）通訊結束，主機關閉套接口（Close事件）。

現場監控機（客戶端）：

確定調用主機的IP和監聽端口號（Remote Host、Remote Port屬性）→請求與主機端建立聯機（Connect方法）→聯機完成，向主機端傳輸數據（Send Data方法）→接收主機數據，存儲、后續處理[Get Data（Peek Data）方法，Data Arrival事件]→通訊結束，從機關閉套接口（Close事件）。

在上述網絡監控系統中由于主從監控機交換著不同的數據信息，如底層單元車庫設備運行狀況、操作/調度指令、故障報警等，為了能加以區分，本系統對不同類型的數據段（短幀格式）在傳輸過程中加上了不同的首尾標志，以便接收后識別，并作相應的歸類處理。此外對于底層單元車庫泊位狀況報表、運行狀況歷史記錄報表、車庫運行管理等文件，則采用了以二進制的方式打開和傳送的方法。這樣計算機能處理任意格式的文件，拓寬了監

控系統的功能。

3結束語

在大城市繁華地帶由自動化立體車庫替代地面停車場是未來城市發展的一種必然趨勢。

自動化立體車庫種類很多，控制方式與特點各異。本文設計的多巷道堆垛式自動化立體車庫與車庫群監控系統具有以下特色：

（1）單元立體車庫采用了現場監控計算機和各巷道主控PLC組成的分布式二級控制技術，通過RS485網絡對車庫進行動態監控管理，整個車庫的自動化程度與可靠性高。

（2）車庫調度管理總站與各單元立體車庫通過以太網組成網絡結構，這種集群管理、調度與監控的方式大大提高了單元立體車庫的使用、管理與維護效率。在運用中體現出的優勢遠非獨立車庫可比。

（3）在車庫群網絡監控系統的設計中采用了Winsock數據交換技術。由于Winsock控件在運行時是不可見的，它內部很好地封裝了底層的Winsock API調用，故我們只需設置其屬性，調用其方法就可實現網絡數據交換，而不必了解其細節，給編程帶來了較大方便。

（4）在車庫群網絡監控系統的設計中采用了TCP通訊協議，又輔之以網絡差錯控制語句，且在信息傳遞中采用了不同的處理方式，故系統使用靈活、運行可靠。

隨著科學技術和生產力的發展，自動化立體車庫的形式也日新月異。但系統化、智能化、網絡化永遠是自動化立體車庫的發展方向，人們依然在這方面作著不懈的探索。

參考文獻：

[1] 任伯淼. 機械式立體停車庫[M]. 北京：海洋出版社，2001.

[2] 王令其，汪木蘭. 基于VB的P-FMS現場監控系統[J]. 制造技術與機床，2003(2):59-61.

[3] 范逸之. VB與分布式監控系統[M]. 北京：清華大學出版社，2002.

[4] 西門子公司. 西門子SIMATIC S7-300可編程序控制器系統手冊[S]. 北京：西門子公司，2001.