車輛出入庫管理PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

11、緒論近20年來，隨著我國(guó)城市建設(shè)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(shì)，因此車輛停放依舊是市民最為關(guān)注的問題。也許還有不少人對(duì)上世紀(jì)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(shè)施的落后確實(shí)是長(zhǎng)期困繞市民日常生活的一個(gè)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(shè)施，隨著基礎(chǔ)設(shè)施和重大工程的建設(shè)，以及車輛的淘汰、更新和擴(kuò)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(jiǎn)單的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和停車管理技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的車輛對(duì)停車服務(wù)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(guān)注，該系統(tǒng)將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能及電子技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于車輛出入庫智能管理體系中，建立一種在區(qū)域性內(nèi)全方位發(fā)揮作用的準(zhǔn)時(shí)、快捷、高效的停車智能管理體系。在車輛出入庫智能管理領(lǐng)域，相應(yīng)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(shù)為基礎(chǔ)來解決停車難的問題，直接安全、迅速地到達(dá)目的地。因此，在大力加強(qiáng)車輛停放智能管理的建設(shè)方面，尤其在實(shí)現(xiàn)快捷、便利、安全這一點(diǎn)上擁有很大的發(fā)展空間和潛力。為此，本文對(duì)車輛出入庫智能控制管理上引入了PLC技術(shù)，對(duì)車輛出入庫進(jìn)行了一個(gè)關(guān)于PLC為主的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。近幾年來我國(guó)不少城市也提出了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化城市停車管理的設(shè)想；客觀地說，目前我國(guó)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(xì)數(shù)據(jù)采集、車輛收費(fèi)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(zhǔn)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(jī)構(gòu)提供快捷的監(jiān)督管理工具和詳實(shí)完整的信息，將是車輛出入庫發(fā)展的關(guān)鍵。智能交通系統(tǒng)ITS(IntelligentTransportationsystem)是目前世界交通運(yùn)輸領(lǐng)域研究的前沿課題，其核心是針對(duì)我國(guó)目前日益嚴(yán)重的停車需求、資源過度開發(fā)和環(huán)境2保護(hù)的壓力，采用信息技術(shù)、數(shù)字通信傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)及系統(tǒng)集成等高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)車輛出入庫系統(tǒng)進(jìn)行深入的改造，以提高整個(gè)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(jìn)技術(shù)和高度自動(dòng)化的機(jī)電設(shè)備、PLC技術(shù)、數(shù)據(jù)處理設(shè)備并結(jié)合用戶在車輛出入庫收費(fèi)管理方面的需求，以及車輛出入庫管理方面的經(jīng)驗(yàn)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(wù)。車輛出入庫智能管理系統(tǒng)采用圖形人機(jī)界面操作方式，具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、功能先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，車場(chǎng)使用者可以在最短的時(shí)間進(jìn)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(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。它一方面以智能化設(shè)備和完善的管理軟件來簡(jiǎn)化或取代人的勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛出入庫車輛出入、場(chǎng)內(nèi)監(jiān)控以及計(jì)費(fèi)收費(fèi)等全過程的完全無人化管理：另一方面通過網(wǎng)絡(luò)化管理實(shí)現(xiàn)能夠在一個(gè)相對(duì)廣闊的地域內(nèi)(例如一個(gè)城市)了解多個(gè)車輛出入庫車位情況，提前預(yù)定停車位，最終實(shí)現(xiàn)“隨意”停車，這是車輛出入庫管理系統(tǒng)的最終目標(biāo)，也是智能交通系統(tǒng)的目標(biāo)。目前我國(guó)一般的車輛出入庫管理系統(tǒng)重點(diǎn)均放在計(jì)費(fèi)管理功能上，關(guān)注的是單個(gè)車輛進(jìn)出的時(shí)間以便于計(jì)算時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)費(fèi)收費(fèi)。采用的管理方式仍是磁卡、條碼卡或接觸式IC卡甚至是簡(jiǎn)單的人工發(fā)放紙質(zhì)卡片的原始管理方式，這樣的管理實(shí)際上只是對(duì)卡所記錄的內(nèi)容進(jìn)行管理，例如時(shí)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(jìn)行關(guān)聯(lián)，安全管理機(jī)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(jìn)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(cè)器，從而騙取停車卡，進(jìn)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(jìn)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(jīng)濟(jì)損失，也給車輛出入庫帶來了無法克服的安全隱患。而對(duì)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(xiàng)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(gè)基本需求，也是車輛出入庫的一項(xiàng)基本職責(zé)，因此，如何加強(qiáng)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(diǎn)關(guān)注和深入研究的一個(gè)方面。3近幾年，隨著停車需求的不斷增長(zhǎng)，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(fù)雜化和高科技化方向發(fā)展。自動(dòng)化的車輛出入庫已經(jīng)成為智能交通和智能建筑的重要組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和停車需求的增長(zhǎng)，車輛出入庫管理系統(tǒng)的下一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向?qū)⑹侵悄芑?、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、人性化。提高車輛出入庫的運(yùn)行效率、加強(qiáng)安全性以及與智能交通系統(tǒng)的信息互動(dòng)，把相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的最新成果合理有效的應(yīng)用到智能車輛出入庫的完善和發(fā)展中是當(dāng)前車輛出入庫研究領(lǐng)域的首要任務(wù)。1.2本文的主要研究?jī)?nèi)容(1)針對(duì)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(zhì)，對(duì)車輛出入庫智能管理系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，并按照用戶性質(zhì)的不同，對(duì)工作流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了車輛出入庫的運(yùn)行效率。(2)對(duì)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(zāi)、水浸和通風(fēng)等問題進(jìn)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(shè)計(jì)，完成了車輛入庫時(shí)收費(fèi)系統(tǒng)與主電腦系統(tǒng)的控制，允許車輛入庫時(shí)監(jiān)攝系統(tǒng)、定位感測(cè)器與門欄之間控制。1.3擬定設(shè)計(jì)流程(1)問題的提出及確定研究目標(biāo)。對(duì)傳統(tǒng)車輛出入庫系統(tǒng)管理的不足進(jìn)行分析，確定研究的主要目標(biāo)。提出技術(shù)先進(jìn)、可靠性好、運(yùn)行效率高的新型車輛出入庫建設(shè)方案。(2)文獻(xiàn)整理閱讀。回顧國(guó)內(nèi)外車輛出入庫管理系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)，針對(duì)傳統(tǒng)車輛出入庫所存在的問題。主要對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)、射頻卡讀寫技術(shù)、PLC技術(shù)的應(yīng)用等相關(guān)資料進(jìn)行收集和閱讀，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和參考。(3)車輛出入庫智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括三方面：第一，對(duì)車輛出入庫進(jìn)行功能需求分析、確定系統(tǒng)管理介質(zhì)、系統(tǒng)的設(shè)備組成和工作流程，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)；第二，從系統(tǒng)安全性角度出發(fā)，對(duì)于車輛出入庫PLC電路系統(tǒng)進(jìn)行研究；第三，從合理智能收費(fèi)系統(tǒng)角度出發(fā)，對(duì)車輛出入庫收費(fèi)系統(tǒng)智能化收費(fèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。42、車輛出入庫智能管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)方案致力于設(shè)計(jì)出達(dá)到目前自動(dòng)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(shè)計(jì)以提高系統(tǒng)自動(dòng)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(diǎn)均放在計(jì)費(fèi)收費(fèi)管理功能上，關(guān)注的是各個(gè)車輛進(jìn)出的時(shí)間以便于收費(fèi)，而在車輛出入庫的安全性、運(yùn)行效率和針對(duì)顧客的人性化要求方面考慮得較少。針對(duì)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(fèi)介質(zhì)為依托，對(duì)管理介質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了基于自動(dòng)泊車引導(dǎo)系統(tǒng)和基于監(jiān)攝器對(duì)車輛的識(shí)別安全監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)車輛進(jìn)入車輛出入庫刷卡時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)接受的卡上信息和計(jì)算機(jī)所存儲(chǔ)的用戶信息進(jìn)行核對(duì)，并將這些信息與用戶卡唯一的對(duì)應(yīng)起來一同存入用戶數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)車輛駛離車輛出入庫時(shí)，用戶卡必須與計(jì)算機(jī)上的用戶信息相關(guān)指標(biāo)匹配后才能放行。另外每次停車過程中，管理系統(tǒng)都會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)車輛出入庫的實(shí)時(shí)停車情況為用戶指定一個(gè)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(duì)顧客給予停車位號(hào)指示。本系統(tǒng)采用“一車一卡一位”的管理模式，即從車輛進(jìn)入車輛出入庫一直到車輛駛離車輛出入庫，與這輛車相關(guān)的所有數(shù)據(jù)均與卡的ID號(hào)唯一相關(guān)，通過這個(gè)唯一的ID號(hào)，我們可以將諸如用戶信息車輛進(jìn)出庫時(shí)間、停車時(shí)長(zhǎng)、指定停車位編號(hào)、泊車路徑、應(yīng)繳費(fèi)用等信息在數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一起來，便于查詢和存儲(chǔ)。2.1功能需求分析在智能交通系統(tǒng)中，對(duì)智能車輛出入庫的要求是既作為整個(gè)交通系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，又作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。前者指的是作為整個(gè)智能交通系統(tǒng)的一部分，要求它能與智能交通系統(tǒng)進(jìn)行信息互動(dòng)，即車輛出入庫不但能實(shí)時(shí)提供停車位的狀態(tài)信息，為整個(gè)交通系統(tǒng)的疏導(dǎo)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(diào)整安排；后者指的是它能獨(dú)立運(yùn)行，具備諸如計(jì)費(fèi)收費(fèi)、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(jié)構(gòu)，首先應(yīng)確定系統(tǒng)的用戶服務(wù)要求，也就是明確車輛出入庫管理系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能。對(duì)于車輛出入庫的功能需求分析本文從以下三個(gè)方面進(jìn)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(duì)車輛出入庫的功能需求是滿足停車需要、調(diào)節(jié)交通，能夠讓需要停車的車輛進(jìn)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(gè)交通有序運(yùn)行。車輛出入庫管理者對(duì)車輛出入庫的功能需求是保證車輛安全、計(jì)費(fèi)收費(fèi)、方便用戶停車等，這樣車輛出入庫應(yīng)該具有車輛出入控制、停車時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)、費(fèi)用計(jì)算、車輛識(shí)別的功能。從用戶這一方面來說，車輛安全是第一位的，對(duì)于費(fèi)用收取的透明度和停車、取車的方便快捷也是一個(gè)重要考慮因素。因此，綜合以上三方面對(duì)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(wù)功能和交通導(dǎo)行服務(wù)功能歸納起來，智能車輛出入庫應(yīng)至少具備以下幾個(gè)功能：(1)計(jì)費(fèi)、收費(fèi)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(zhì)的確定對(duì)各種類型用戶進(jìn)行的管理標(biāo)識(shí)，對(duì)出入車輛進(jìn)行的識(shí)別驗(yàn)證，對(duì)用戶的計(jì)費(fèi)、收費(fèi)以及泊車引導(dǎo)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(zhì)將各種信息關(guān)聯(lián)起來，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理。收費(fèi)是車輛出入庫最基本的一項(xiàng)功能，車輛出入庫收費(fèi)管理系統(tǒng)是伴隨著公用收費(fèi)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(gè)部分。傳統(tǒng)車輛出入庫的收費(fèi)都是采用人工方式，收費(fèi)過程繁瑣，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)，各種新技術(shù)、新材料的應(yīng)用使車輛出入庫收費(fèi)系統(tǒng)的功能逐漸完善，可靠性逐步提高，計(jì)費(fèi)收費(fèi)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(lǐng)域及智能交通領(lǐng)域的前沿技術(shù)在車輛出入庫管理系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，從而使當(dāng)今車輛出入庫管理系統(tǒng)呈現(xiàn)功能多樣化的特點(diǎn)。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(shí)，也使管理的難度加大了。這就需要有一種介質(zhì)將各子系統(tǒng)聯(lián)系起來，這里我們以發(fā)展相對(duì)成熟的收費(fèi)介質(zhì)作為管理介質(zhì)的平臺(tái)和依托，以便對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。管理介質(zhì)是車輛出入庫管理系統(tǒng)用來標(biāo)識(shí)每輛車及車主的唯一標(biāo)志，介質(zhì)中儲(chǔ)存有一組標(biāo)明車輛身份的數(shù)字標(biāo)識(shí)(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(quán)限、進(jìn)出時(shí)間等特征信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)出入車輛的計(jì)費(fèi)收費(fèi)、出入控制、身份驗(yàn)證，以達(dá)到將各子系統(tǒng)集成為一個(gè)整體的車輛出入庫綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)的目的。管理介質(zhì)是管理系統(tǒng)的重要技術(shù)特征。通過使用何種管理介質(zhì)可以反映其系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)程度。以車輛出入庫管理系統(tǒng)使用的管理介質(zhì)為核心特征，車輛出入庫管理系統(tǒng)經(jīng)歷了磁卡、條形碼、接觸式IC卡以及非接觸類型管理介質(zhì)等幾個(gè)發(fā)展階段。每個(gè)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(zhì)不足的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(wù)功能。2.2.1各種管理介質(zhì)性能對(duì)比車輛出入庫管理系統(tǒng)中曾經(jīng)出現(xiàn)過的管理介質(zhì)有磁卡(紙質(zhì))，條形碼(紙質(zhì))，接觸式IC卡，射頻卡(簡(jiǎn)稱RF卡)等多種，其優(yōu)缺點(diǎn)各有不同。1紙質(zhì)磁卡紙質(zhì)磁卡70年代開始應(yīng)用，是最早出現(xiàn)的車輛出入庫管理介質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)成本較低(0.1元以下)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，便于組成大容量發(fā)卡系統(tǒng)(數(shù)千張)，設(shè)計(jì)靈活。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量小，不易保存(折損或磁化后數(shù)據(jù)即破壞)，無法重復(fù)使用，安全保密性差(數(shù)據(jù)未加密容易復(fù)制)，讀寫設(shè)備復(fù)雜且維護(hù)費(fèi)用高(接觸讀寫，需要經(jīng)常清理維護(hù))，對(duì)使用環(huán)境要求較高(對(duì)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理，收費(fèi)全部自動(dòng)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(fù)。缺點(diǎn)：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(shù)。優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)磁卡安全可靠(數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)，加密讀寫)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，可以一卡多用，可靠性及壽命比磁卡高，讀寫機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，維護(hù)較方便。7缺點(diǎn)：成本略高，由于觸點(diǎn)外露而容易導(dǎo)致污染、損傷及靜電損毀。多次讀寫時(shí)會(huì)造成觸點(diǎn)磨損損壞，卡本身壽命低。用戶使用時(shí)需要將IC卡插入讀卡器的插卡口中才能實(shí)現(xiàn)讀寫過程，造成系統(tǒng)對(duì)卡的識(shí)別時(shí)間較長(zhǎng)。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(jiǎn)稱RF卡)射頻卡是近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功地將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)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(lǐng)域的一大突破。優(yōu)點(diǎn)：(1)可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低。射頻卡與讀卡器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障