車輛出入庫管理PLC系統(tǒng)設計.doc

11、緒論近20年來，隨著我國城市建設速度的加快，城市交通需求量也日益增大。由于私家車、出租車比重呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，因此車輛停放依舊是市民最為關注的問題。也許還有不少人對上世紀八、九十年代的“擠車難”記憶猶新，但現(xiàn)在“停車難”的問題更讓不少人頭疼。車輛停放設施的落后確實是長期困繞市民日常生活的一個老大難問題。近年來各地政府部門投入了大量人力、物力用以改善城市停車設施，隨著基礎設施和重大工程的建設，以及車輛的淘汰、更新和擴容，一定程度上提高了許多車輛出入庫的智能管理和安全化，并緩解了交通問題。但是，簡單的基礎設施建設和停車管理技術已經不能滿足社會日益增長的車輛對停車服務的需求。為了使交通更加便捷暢通，智能交通系統(tǒng)（ITS）的理念越來越受到人們的關注，該系統(tǒng)將先進的計算機處理技術、信息技術、數(shù)據(jù)通信傳輸技術、自動控制技術、人工智能及電子技術等有效地綜合運用于車輛出入庫智能管理體系中，建立一種在區(qū)域性內全方位發(fā)揮作用的準時、快捷、高效的停車智能管理體系。在車輛出入庫智能管理領域，相應的也出現(xiàn)了PLC車輛出入庫智能管理的概念，即含有高科技的智能系統(tǒng)，與普通的停車系統(tǒng)不同的是，它能以PLC技術為基礎來解決停車難的問題，直接安全、迅速地到達目的地。因此，在大力加強車輛停放智能管理的建設方面，尤其在實現(xiàn)快捷、便利、安全這一點上擁有很大的發(fā)展空間和潛力。為此，本文對車輛出入庫智能控制管理上引入了PLC技術，對車輛出入庫進行了一個關于PLC為主的系統(tǒng)設計。近幾年來我國不少城市也提出了實現(xiàn)數(shù)字化、智能化城市停車管理的設想；客觀地說，目前我國的車輛停放管理還是面臨著不少有待解決的問題。停車位的詳細數(shù)據(jù)采集、車輛收費系統(tǒng)的管理、車輛出入庫安全布局等都有待通過提高信息化程度加以提高。因此，使用準確而高效的智能車輛管理系統(tǒng)，為管理部門和政府決策機構提供快捷的監(jiān)督管理工具和詳實完整的信息，將是車輛出入庫發(fā)展的關鍵。智能交通系統(tǒng)ITS(IntelligentTransportationsystem)是目前世界交通運輸領域研究的前沿課題，其核心是針對我國目前日益嚴重的停車需求、資源過度開發(fā)和環(huán)境2保護的壓力，采用信息技術、數(shù)字通信傳輸技術、計算機技術、電子控制技術及系統(tǒng)集成等高新技術對傳統(tǒng)車輛出入庫系統(tǒng)進行深入的改造，以提高整個車輛出入庫系統(tǒng)資源的使用效率、改善和提高車輛的安全性。智能車輛出入庫是智能交通系統(tǒng)ITS的重要組成部分。它采用先進技術和高度自動化的機電設備、PLC技術、數(shù)據(jù)處理設備并結合用戶在車輛出入庫收費管理方面的需求，以及車輛出入庫管理方面的經驗而開發(fā)的系統(tǒng)。系統(tǒng)能提供一種高效率的管理方式，為用戶提供更方便、更有效的服務。車輛出入庫智能管理系統(tǒng)采用圖形人機界面操作方式，具有操作簡單、使用方便、功能先進等優(yōu)點，車場使用者可以在最短的時間進入或離開車輛出入庫，從而提高車輛出入庫的管理水平，取得更高的經濟效益和良好的社會效益。它一方面以智能化設備和完善的管理軟件來簡化或取代人的勞動，實現(xiàn)車輛出入庫車輛出入、場內監(jiān)控以及計費收費等全過程的完全無人化管理：另一方面通過網絡化管理實現(xiàn)能夠在一個相對廣闊的地域內(例如一個城市)了解多個車輛出入庫車位情況，提前預定停車位，最終實現(xiàn)“隨意”停車，這是車輛出入庫管理系統(tǒng)的最終目標，也是智能交通系統(tǒng)的目標。目前我國一般的車輛出入庫管理系統(tǒng)重點均放在計費管理功能上，關注的是單個車輛進出的時間以便于計算時長進行計費收費。采用的管理方式仍是磁卡、條碼卡或接觸式IC卡甚至是簡單的人工發(fā)放紙質卡片的原始管理方式，這樣的管理實際上只是對卡所記錄的內容進行管理，例如時間信息和車牌信息等，這樣做的后果是把卡與車、卡與用戶孤立起來，沒有將車輛與用戶進行關聯(lián)，安全管理機制薄弱。因此難以控制車輛出入庫偷車行為。例如一些小偷開低檔車進入車輛出入庫換取別人的高檔車；在一些無人值守的車輛出入庫入口處，小偷人為觸發(fā)車輛檢測器，從而騙取停車卡，進入車輛出入庫偷車并以騙來的卡將車開出去；固定用戶以A車的卡進入車輛出入庫存車而將B車開出。管理方式上的落后，不但給用戶帶來極大的經濟損失，也給車輛出入庫帶來了無法克服的安全隱患。而對于車輛出入庫來說，安全性是極其重要的，也是除提供停車位之外所要具備的最基本的一項功能。用戶將車停放在車輛出入庫，確保車輛的安全是用戶的一個基本需求，也是車輛出入庫的一項基本職責，因此，如何加強傳統(tǒng)車輛出入庫管理系統(tǒng)在安全性方面的功能，保證停車用戶車輛的安全，是目前車輛出入庫管理系統(tǒng)研究工作中值得重點關注和深入研究的一個方面。3近幾年，隨著停車需求的不斷增長，車輛出入庫的規(guī)模也越來越趨于大型化。因此車輛出入庫管理系統(tǒng)也向大型化、復雜化和高科技化方向發(fā)展。自動化的車輛出入庫已經成為智能交通和智能建筑的重要組成部分。隨著經濟的發(fā)展和停車需求的增長，車輛出入庫管理系統(tǒng)的下一個技術發(fā)展方向將是智能化、網絡化、集成化、人性化。提高車輛出入庫的運行效率、加強安全性以及與智能交通系統(tǒng)的信息互動，把相關科學技術發(fā)展領域的最新成果合理有效的應用到智能車輛出入庫的完善和發(fā)展中是當前車輛出入庫研究領域的首要任務。1.2本文的主要研究內容(1)針對現(xiàn)有傳統(tǒng)車輛出入庫管理系統(tǒng)的不足之處，以射頻卡為管理介質，對車輛出入庫智能管理系統(tǒng)進行了總體設計，并按照用戶性質的不同，對工作流程進行了優(yōu)化設計，提高了車輛出入庫的運行效率。(2)對目前車輛出入庫管理系統(tǒng)中普遍存在的安全性問題，如車輛出入庫死角、火災、水浸和通風等問題進行了研究從而提高了車輛出入庫的安全性。(3)利用智能停車管理系統(tǒng)的PLC設計，完成了車輛入庫時收費系統(tǒng)與主電腦系統(tǒng)的控制，允許車輛入庫時監(jiān)攝系統(tǒng)、定位感測器與門欄之間控制。1.3擬定設計流程(1)問題的提出及確定研究目標。對傳統(tǒng)車輛出入庫系統(tǒng)管理的不足進行分析，確定研究的主要目標。提出技術先進、可靠性好、運行效率高的新型車輛出入庫建設方案。(2)文獻整理閱讀?；仡檱鴥韧廛囕v出入庫管理系統(tǒng)的相關文獻，針對傳統(tǒng)車輛出入庫所存在的問題。主要對收費系統(tǒng)技術、射頻卡讀寫技術、PLC技術的應用等相關資料進行收集和閱讀，作為系統(tǒng)設計的理論基礎和參考。(3)車輛出入庫智能管理系統(tǒng)設計。系統(tǒng)設計包括三方面：第一，對車輛出入庫進行功能需求分析、確定系統(tǒng)管理介質、系統(tǒng)的設備組成和工作流程，對系統(tǒng)進行總體設計；第二，從系統(tǒng)安全性角度出發(fā)，對于車輛出入庫PLC電路系統(tǒng)進行研究；第三，從合理智能收費系統(tǒng)角度出發(fā)，對車輛出入庫收費系統(tǒng)智能化收費進行設計。42、車輛出入庫智能管理系統(tǒng)總體方案設計方案致力于設計出達到目前自動化程度最高和安全防盜性能最優(yōu)的車輛出入庫管理系統(tǒng)，設計以提高系統(tǒng)自動化、人性化程度和安全性為主。傳統(tǒng)的車輛出入庫管理系統(tǒng)重點均放在計費收費管理功能上，關注的是各個車輛進出的時間以便于收費，而在車輛出入庫的安全性、運行效率和針對顧客的人性化要求方面考慮得較少。針對這種情況，該車輛出入庫管理系統(tǒng)既保留了傳統(tǒng)車輛出入庫管理系統(tǒng)的所有功能，又以原有收費介質為依托，對管理介質進行了改進，增加了基于自動泊車引導系統(tǒng)和基于監(jiān)攝器對車輛的識別安全監(jiān)控系統(tǒng)。當車輛進入車輛出入庫刷卡時，系統(tǒng)自動根據(jù)接受的卡上信息和計算機所存儲的用戶信息進行核對，并將這些信息與用戶卡唯一的對應起來一同存入用戶數(shù)據(jù)庫中。當車輛駛離車輛出入庫時，用戶卡必須與計算機上的用戶信息相關指標匹配后才能放行。另外每次停車過程中，管理系統(tǒng)都會根據(jù)當時車輛出入庫的實時停車情況為用戶指定一個符合最短路徑的有效停車位，而且系統(tǒng)都將通過電子顯示屏對顧客給予停車位號指示。本系統(tǒng)采用“一車一卡一位”的管理模式，即從車輛進入車輛出入庫一直到車輛駛離車輛出入庫，與這輛車相關的所有數(shù)據(jù)均與卡的ID號唯一相關，通過這個唯一的ID號，我們可以將諸如用戶信息車輛進出庫時間、停車時長、指定停車位編號、泊車路徑、應繳費用等信息在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一起來，便于查詢和存儲。2.1功能需求分析在智能交通系統(tǒng)中，對智能車輛出入庫的要求是既作為整個交通系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，又作為一個相對獨立的系統(tǒng)。前者指的是作為整個智能交通系統(tǒng)的一部分，要求它能與智能交通系統(tǒng)進行信息互動，即車輛出入庫不但能實時提供停車位的狀態(tài)信息，為整個交通系統(tǒng)的疏導和指揮提供參考，又能接收來自交通指揮中心的指令信息，接受統(tǒng)一調整安排；后者指的是它能獨立運行，具備諸如計費收費、控制車輛出入、滿足用戶停車需求等車輛出入庫的基本功能。要建立智能車輛出入庫的體系結構，首先應確定系統(tǒng)的用戶服務要求，也就是明確車輛出入庫管理系統(tǒng)所應具備的功能。對于車輛出入庫的功能需求分析本文從以下三個方面進行考慮：交通管理部門、車輛出入庫管理者和用戶。交通管理部門5對車輛出入庫的功能需求是滿足停車需要、調節(jié)交通，能夠讓需要停車的車輛進入車輛出入庫停車，避免車輛在道路上滯留，以此來緩解交通壓力，使整個交通有序運行。車輛出入庫管理者對車輛出入庫的功能需求是保證車輛安全、計費收費、方便用戶停車等，這樣車輛出入庫應該具有車輛出入控制、停車時長統(tǒng)計、費用計算、車輛識別的功能。從用戶這一方面來說，車輛安全是第一位的，對于費用收取的透明度和停車、取車的方便快捷也是一個重要考慮因素。因此，綜合以上三方面對車輛出入庫管理的功能需求，把智能車輛出入庫中的停車服務功能和交通導行服務功能歸納起來，智能車輛出入庫應至少具備以下幾個功能：(1)計費、收費功能；(2)智能出入系統(tǒng)功能；(3)安全監(jiān)控功能；(4)車輛出入庫狀態(tài)信息收集、處理功能。2.2管理介質的確定對各種類型用戶進行的管理標識，對出入車輛進行的識別驗證，對用戶的計費、收費以及泊車引導等過程都存在著大量的數(shù)據(jù)信息，為了將這些功能集成到同一系統(tǒng)中，這就要求存在一種介質將各種信息關聯(lián)起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理。收費是車輛出入庫最基本的一項功能，車輛出入庫收費管理系統(tǒng)是伴隨著公用收費車輛出入庫這一新生事物而誕生的。它也是車輛出入庫管理系統(tǒng)中發(fā)展得最早、最快和最完善的一個部分。傳統(tǒng)車輛出入庫的收費都是采用人工方式，收費過程繁瑣，工作人員勞動強度高，車輛出入庫利用率低下，票款易流失。為了克服這些缺點，各種新技術、新材料的應用使車輛出入庫收費系統(tǒng)的功能逐漸完善，可靠性逐步提高，計費收費方式也發(fā)生了改變。隨著車輛出入庫朝著大型化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，許多現(xiàn)代控制領域及智能交通領域的前沿技術在車輛出入庫管理系統(tǒng)中得到了廣泛應用，從而使當今車輛出入庫管理系統(tǒng)呈現(xiàn)功能多樣化的特點。各種子系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展使車輛出入庫的功能越來越豐富的同時，也使管理的難度加大了。這就需要有一種介質將各子系統(tǒng)聯(lián)系起來，這里我們以發(fā)展相對成熟的收費介質作為管理介質的平臺和依托，以便對各子系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。管理介質是車輛出入庫管理系統(tǒng)用來標識每輛車及車主的唯一標志，介質中儲存有一組標明車輛身份的數(shù)字標識(ID)。管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫以此ID作為主要記錄6和查詢車輛的用戶類型、使用權限、進出時間等特征信息，從而實現(xiàn)對出入車輛的計費收費、出入控制、身份驗證，以達到將各子系統(tǒng)集成為一個整體的車輛出入庫綜合自動化管理系統(tǒng)的目的。管理介質是管理系統(tǒng)的重要技術特征。通過使用何種管理介質可以反映其系統(tǒng)的技術先進程度。以車輛出入庫管理系統(tǒng)使用的管理介質為核心特征，車輛出入庫管理系統(tǒng)經歷了磁卡、條形碼、接觸式IC卡以及非接觸類型管理介質等幾個發(fā)展階段。每個階段的車輛出入庫管理系統(tǒng)都是在克服其上一代系統(tǒng)在管理介質不足的基礎上，進一步提高了管理系統(tǒng)的工作效率和可靠性，并豐富了管理系統(tǒng)的管理服務功能。2.2.1各種管理介質性能對比車輛出入庫管理系統(tǒng)中曾經出現(xiàn)過的管理介質有磁卡(紙質)，條形碼(紙質)，接觸式IC卡，射頻卡(簡稱RF卡)等多種，其優(yōu)缺點各有不同。1紙質磁卡紙質磁卡70年代開始應用，是最早出現(xiàn)的車輛出入庫管理介質。優(yōu)點：生產成本較低(0.1元以下)，結構簡單，體積小巧，便于組成大容量發(fā)卡系統(tǒng)(數(shù)千張)，設計靈活。缺點：數(shù)據(jù)存儲容量小，不易保存(折損或磁化后數(shù)據(jù)即破壞)，無法重復使用，安全保密性差(數(shù)據(jù)未加密容易復制)，讀寫設備復雜且維護費用高(接觸讀寫，需要經常清理維護)，對使用環(huán)境要求較高(對灰塵、溫度、濕度有要求)。2條形碼常見的二維條形碼是PDF417碼，在1997年底被定為我國國家標準。優(yōu)點：實現(xiàn)計算機管理，收費全部自動化。成本低，即使票據(jù)污損或者殘破，也可以使丟失的數(shù)據(jù)100%恢復。缺點：信息是一次性的，不能改寫。3接觸式IC卡近幾十年發(fā)展起來的一種集成電路芯片技術。優(yōu)點：相對磁卡安全可靠(數(shù)據(jù)加密存儲，加密讀寫)，數(shù)據(jù)存儲容量大，可以一卡多用，可靠性及壽命比磁卡高，讀寫機構比磁卡讀寫機構簡單，造價便宜，維護較方便。7缺點：成本略高，由于觸點外露而容易導致污染、損傷及靜電損毀。多次讀寫時會造成觸點磨損損壞，卡本身壽命低。用戶使用時需要將IC卡插入讀卡器的插卡口中才能實現(xiàn)讀寫過程，造成系統(tǒng)對卡的識別時間較長。讀卡器的插卡口外露，易受污染，造成讀卡困難，需定期清理。4射頻卡(簡稱RF卡)射頻卡是近十幾年發(fā)展起來的一項新技術，它成功地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，解決了無源(卡中無電池)和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。優(yōu)點：(1)可靠性高、使用壽命長、維護成本低。射頻卡與讀卡器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產生的各種故障