智能车库车行引导系统实践教学装置的研发

张静之, 余 粟, 章 伟, 吉明明(上海工程技术大学 工程实训中心， 上海 200336)

0 引 言

随着我国制造业的转型升级，弘扬并尊崇“大国工匠”的精神成为了近一段时间内高等教育的主流思想。面对企业对高技能人的才求贤若渴，高等教育培养出来的毕业生却不能适应实际的生产岗位的要求，其实践技能、创新能力和意识还远不能满足企业的需求。为了提高高校学生的实践操作技能和学生的动手能力，除了进一步优化课程设置和师资条件外，还需要在教学过程中投入大量的实践教学装置，而这些教学装置不应当只是简单理论验证性的实验设备和器材，而是在实际生产生活中存在的真实机构或设施为背景研发的，利于学生拆装操作的实践教学装置[1-3]。“智能车库车行引导系统”综合实践教学装置是由上海工程技术大学工程实训中心自主研发的，具有自主知识产权，以智能车库控制为背景，可以用于组态监控技术，PLC技术、工业控制网络、LED显示技术，传感器技术、触摸屏控制等实践操作教学。

1 装置的结构和控制要求

图1所示为一个具有3个库区，18个库位的“智能车库车行引导系统”综合实践教学装置，系统框图如图2所示。

图1 “智能车库车行引导系统”综合实践教学装置

图2 系统结构框图

其实现的控制功能为：

(1) 车库划分相应管理区域(如：A、B、C区等)，设定A区⟹B区⟹C区车辆停放秩序，库内车行路径设置为单行；

(2) “车库车行引导智能控制系统”各机构控制采用中控系统，主要的器件包括：远程监控计算机、可编程序控制器、触摸屏、传感器、LED显示等；

(3) 各区域设定LED区域指示标牌，地面设置相应的可视行车指引；每个车位设置车停位检测、车位辅助停车装置、车位区域栏杆；

(4) 车库内的所有运行情况由监控计算机实时显示，并可实现远程控制[4-6]；

(5) 车库入口设置触摸屏，司机在既定区域内可以按照自己的行车习惯选择尚未停放车辆的车位[7]；

(6) 中控系统按照入口触摸屏采集的停车需求信息经计算规划合理的车行引导，指引待停车辆进入待停车位，车位区域栏杆抬起，车位辅助停车装置启动，辅助司机快速安全的完成停车操作，并将车位检测信息传输至控制器；

(7) 驾驶员在泊车过程中若车辆行驶超出车位边界线，系统报警提醒驾驶员改变行车路径；

(8) 车库内的照明系统根据实际停车情况及时调整，如果某区域内无车辆停放，该区域的灯光照明、监控等装置自动调整为待机状态；

(9) 车库库位可实现预留功能，选位触摸屏上将不再出现被中控计算机锁定的区域库位。

2 系统各部分功能的实现

2.1 系统网络控制

“车库车行引导智能控制系统”采用计算机对整个车库的运行状态进行实时远程监控；可编程序控制器实现对车库各机构的控制，每个区域各采用1个PLC实现相关功能的控制，各区的PLC通过485DB通信板构成一个N∶N的工业控制网络，以3个库区18个库位容量的车库为例，控制原理图见图3。其中A区控制用的PLC设定为主站，其余2个为从站。监控计算机与主站进行通信，触摸屏与从站1的PLC相连。PLC选择为三菱FX2N48MR型，输入输出48点，基本单元继电器输出[8-9]。各区网络设置程序如图4所示。

图3 车库N∶N网络控制原理图

(a) 区网络设置程序

2.2 触摸屏选位功能

车库中的每个车位设置车停位信息检测，并将检测到的车位停放信号传送到PLC，通过PLC控制在触摸屏上发布可选停车位信息，如图5所示。触摸屏为MCGS系列嵌入式一体化触摸屏，型号：TPC7062KS。本系统中的触摸屏设置车位选择界面显示，选位信息优先提供A区供选择，依次为B区、C区。选位信号的检测周期设定为5 min，如果5 min后控制器未接收到车停到位检测信号，由触摸屏重新提供该车位的可选信息[8-9]。

2.3 计算机远程监控功能

监控计算机上装载由组态王工控软件开发的远程监控画面，可以实时显示系统的工作状态，A区监控运行界面如图6所示，可以通过监控界面下方的菜单栏选择不同的库区监控画面。数据库词典是监控界面开发所需要的全部数据变量的集合，通过数据变量的设定，才能有效地链接上位机和下位机的工作，在TouchVew运行时，它含有全部数据变量的当前值，本监控系统的数据库词典如图7所示。为了能实现监控计算机与PLC的通信，还必须在监控开发软件中进行相应的通信设定，本系统的通信参数设定如图8所示[8-9]。

图6 计算机监控运行画面(A区)

图7 监控数据变量设定

2.4 车行指引功能

车行指引由悬挂于各区域的指示标牌和地面设置相应的可视行车指引(进库指引和出库指引)两部分构成，均采用LED显示。车行指引机构是嵌入车库内地面，由指示灯构成相应的直行或拐弯箭头，以流水灯显示方式显示出待停车辆的行经路线，驾驶员可以清晰地看出行驶方向[8-10]。组合工作方式见表1。

图8 监控通信设置

2.5 停车辅助预警功能

停车辅助装置包括车停位检测、边界指示灯、车位区域锁、红外检测报警等[10]。停车辅助装置各部分的主要功能如表2所示。

表1 车行指引工作组合

表2 停车辅助装置主要功能

2.6 车库照明系统的控制

本装置车库内的照明系统采用LED照明灯，每个区域照明系统采用多组照明等组合方式，可以根据实际停车情况及时调整。如图1中所示，当A区域有车辆停入时，为了安全起见，4个照明灯全部投入工作，确保行车和行人的安全；B区和C区域没有车辆停泊时，只有2个照明灯投入工作，用电负荷自动减少50%，降低电能损耗[8-9]。

3 装置在教学中的应用

“智能车库车行引导系统”综合实践教学装置可以用于电气控制、机电一体化等相关专业电气控制、可编程序控制器和工业控制等课程的实验和实践教学。课题设置可以由简入深，层层递进。每个课题既可以独立操作，又可以将所有课题形成一个完整的系统，使学生对工业控制系统有一个完整的理解[11-15]，课题设计情况如表3所示。

表3 “智能车库车行引导系统”综合实践教学装置课题设置

4 结 语

“智能车库车行引导系统”综合实践教学装置已完成两项实用新型授权和一项发明专利的受权，现已在上海工程技术大学创新实践类公选课“组态监控系

统综合实践”中投入使用3年，对我校工程实训的教学和大学生创新创业起到了有力的促进作用。修读《组态监控系统综合实践》课程的学生进一步加深了对组态监控技术，PLC技术、工业控制网络、LED显示技术，传感器技术、触摸屏控制等相关理论知识的理解，提高了动手能力，在近3年里在国家级、省市级多项竞赛获奖，包括：2015年“晶众杯”第十届全国大学生交通科技大赛三等奖；2016年全国西门子自动化挑战赛硬件开发项目全国预赛一等奖，全国总决赛获得二等奖；2017年上海机械工程创新大赛二等奖等。

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