張靜之, 余 粟, 章 偉, 吉明明(上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心， 上海 200336)

0 引 言

隨著我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，弘揚(yáng)并尊崇“大國工匠”的精神成為了近一段時(shí)間內(nèi)高等教育的主流思想。面對企業(yè)對高技能人的才求賢若渴，高等教育培養(yǎng)出來的畢業(yè)生卻不能適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)崗位的要求，其實(shí)踐技能、創(chuàng)新能力和意識(shí)還遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的需求。為了提高高校學(xué)生的實(shí)踐操作技能和學(xué)生的動(dòng)手能力，除了進(jìn)一步優(yōu)化課程設(shè)置和師資條件外，還需要在教學(xué)過程中投入大量的實(shí)踐教學(xué)裝置，而這些教學(xué)裝置不應(yīng)當(dāng)只是簡單理論驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材，而是在實(shí)際生產(chǎn)生活中存在的真實(shí)機(jī)構(gòu)或設(shè)施為背景研發(fā)的，利于學(xué)生拆裝操作的實(shí)踐教學(xué)裝置[1-3]?！爸悄苘噹燔囆幸龑?dǎo)系統(tǒng)”綜合實(shí)踐教學(xué)裝置是由上海工程技術(shù)大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心自主研發(fā)的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以智能車庫控制為背景，可以用于組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，PLC技術(shù)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、LED顯示技術(shù)，傳感器技術(shù)、觸摸屏控制等實(shí)踐操作教學(xué)。

1 裝置的結(jié)構(gòu)和控制要求

圖1所示為一個(gè)具有3個(gè)庫區(qū)，18個(gè)庫位的“智能車庫車行引導(dǎo)系統(tǒng)”綜合實(shí)踐教學(xué)裝置，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 “智能車庫車行引導(dǎo)系統(tǒng)”綜合實(shí)踐教學(xué)裝置

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

其實(shí)現(xiàn)的控制功能為：

(1) 車庫劃分相應(yīng)管理區(qū)域(如：A、B、C區(qū)等)，設(shè)定A區(qū)?B區(qū)?C區(qū)車輛停放秩序，庫內(nèi)車行路徑設(shè)置為單行；

(2) “車庫車行引導(dǎo)智能控制系統(tǒng)”各機(jī)構(gòu)控制采用中控系統(tǒng)，主要的器件包括：遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)、可編程序控制器、觸摸屏、傳感器、LED顯示等；

(3) 各區(qū)域設(shè)定LED區(qū)域指示標(biāo)牌，地面設(shè)置相應(yīng)的可視行車指引；每個(gè)車位設(shè)置車停位檢測、車位輔助停車裝置、車位區(qū)域欄桿；

(4) 車庫內(nèi)的所有運(yùn)行情況由監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[4-6]；

(5) 車庫入口設(shè)置觸摸屏，司機(jī)在既定區(qū)域內(nèi)可以按照自己的行車習(xí)慣選擇尚未停放車輛的車位[7]；

(6) 中控系統(tǒng)按照入口觸摸屏采集的停車需求信息經(jīng)計(jì)算規(guī)劃合理的車行引導(dǎo)，指引待停車輛進(jìn)入待停車位，車位區(qū)域欄桿抬起，車位輔助停車裝置啟動(dòng)，輔助司機(jī)快速安全的完成停車操作，并將車位檢測信息傳輸至控制器；

(7) 駕駛員在泊車過程中若車輛行駛超出車位邊界線，系統(tǒng)報(bào)警提醒駕駛員改變行車路徑；

(8) 車庫內(nèi)的照明系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際停車情況及時(shí)調(diào)整，如果某區(qū)域內(nèi)無車輛停放，該區(qū)域的燈光照明、監(jiān)控等裝置自動(dòng)調(diào)整為待機(jī)狀態(tài)；

(9) 車庫庫位可實(shí)現(xiàn)預(yù)留功能，選位觸摸屏上將不再出現(xiàn)被中控計(jì)算機(jī)鎖定的區(qū)域庫位。

2 系統(tǒng)各部分功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制

“車庫車行引導(dǎo)智能控制系統(tǒng)”采用計(jì)算機(jī)對整個(gè)車庫的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控；可編程序控制器實(shí)現(xiàn)對車庫各機(jī)構(gòu)的控制，每個(gè)區(qū)域各采用1個(gè)PLC實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的控制，各區(qū)的PLC通過485DB通信板構(gòu)成一個(gè)N∶N的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，以3個(gè)庫區(qū)18個(gè)庫位容量的車庫為例，控制原理圖見圖3。其中A區(qū)控制用的PLC設(shè)定為主站，其余2個(gè)為從站。監(jiān)控計(jì)算機(jī)與主站進(jìn)行通信，觸摸屏與從站1的PLC相連。PLC選擇為三菱FX2N48MR型，輸入輸出48點(diǎn)，基本單元繼電器輸出[8-9]。各區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置程序如圖4所示。

圖3 車庫N∶N網(wǎng)絡(luò)控制原理圖

(a) 區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置程序

2.2 觸摸屏選位功能

車庫中的每個(gè)車位設(shè)置車停位信息檢測，并將檢測到的車位停放信號(hào)傳送到PLC，通過PLC控制在觸摸屏上發(fā)布可選停車位信息，如圖5所示。觸摸屏為MCGS系列嵌入式一體化觸摸屏，型號(hào)：TPC7062KS。本系統(tǒng)中的觸摸屏設(shè)置車位選擇界面顯示，選位信息優(yōu)先提供A區(qū)供選擇，依次為B區(qū)、C區(qū)。選位信號(hào)的檢測周期設(shè)定為5 min，如果5 min后控制器未接收到車停到位檢測信號(hào)，由觸摸屏重新提供該車位的可選信息[8-9]。

2.3 計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

監(jiān)控計(jì)算機(jī)上裝載由組態(tài)王工控軟件開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面，可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，A區(qū)監(jiān)控運(yùn)行界面如圖6所示，可以通過監(jiān)控界面下方的菜單欄選擇不同的庫區(qū)監(jiān)控畫面。數(shù)據(jù)庫詞典是監(jiān)控界面開發(fā)所需要的全部數(shù)據(jù)變量的集合，通過數(shù)據(jù)變量的設(shè)定，才能有效地鏈接上位機(jī)和下位機(jī)的工作，在TouchVew運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值，本監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫詞典如圖7所示。為了能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC的通信，還必須在監(jiān)控開發(fā)軟件中進(jìn)行相應(yīng)的通信設(shè)定，本系統(tǒng)的通信參數(shù)設(shè)定如圖8所示[8-9]。

圖6 計(jì)算機(jī)監(jiān)控運(yùn)行畫面(A區(qū))

圖7 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)變量設(shè)定

2.4 車行指引功能

車行指引由懸掛于各區(qū)域的指示標(biāo)牌和地面設(shè)置相應(yīng)的可視行車指引(進(jìn)庫指引和出庫指引)兩部分構(gòu)成，均采用LED顯示。車行指引機(jī)構(gòu)是嵌入車庫內(nèi)地面，由指示燈構(gòu)成相應(yīng)的直行或拐彎箭頭，以流水燈顯示方式顯示出待停車輛的行經(jīng)路線，駕駛員可以清晰地看出行駛方向[8-10]。組合工作方式見表1。

圖8 監(jiān)控通信設(shè)置

2.5 停車輔助預(yù)警功能

停車輔助裝置包括車停位檢測、邊界指示燈、車位區(qū)域鎖、紅外檢測報(bào)警等[10]。停車輔助裝置各部分的主要功能如表2所示。

表1 車行指引工作組合

表2 停車輔助裝置主要功能

2.6 車庫照明系統(tǒng)的控制

本裝置車庫內(nèi)的照明系統(tǒng)采用LED照明燈，每個(gè)區(qū)域照明系統(tǒng)采用多組照明等組合方式，可以根據(jù)實(shí)際停車情況及時(shí)調(diào)整。如圖1中所示，當(dāng)A區(qū)域有車輛停入時(shí)，為了安全起見，4個(gè)照明燈全部投入工作，確保行車和行人的安全；B區(qū)和C區(qū)域沒有車輛停泊時(shí)，只有2個(gè)照明燈投入工作，用電負(fù)荷自動(dòng)減少50%，降低電能損耗[8-9]。

3 裝置在教學(xué)中的應(yīng)用

“智能車庫車行引導(dǎo)系統(tǒng)”綜合實(shí)踐教學(xué)裝置可以用于電氣控制、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)電氣控制、可編程序控制器和工業(yè)控制等課程的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)。課題設(shè)置可以由簡入深，層層遞進(jìn)。每個(gè)課題既可以獨(dú)立操作，又可以將所有課題形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，使學(xué)生對工業(yè)控制系統(tǒng)有一個(gè)完整的理解[11-15]，課題設(shè)計(jì)情況如表3所示。

表3 “智能車庫車行引導(dǎo)系統(tǒng)”綜合實(shí)踐教學(xué)裝置課題設(shè)置

4 結(jié) 語

“智能車庫車行引導(dǎo)系統(tǒng)”綜合實(shí)踐教學(xué)裝置已完成兩項(xiàng)實(shí)用新型授權(quán)和一項(xiàng)發(fā)明專利的受權(quán)，現(xiàn)已在上海工程技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐類公選課“組態(tài)監(jiān)控系

統(tǒng)綜合實(shí)踐”中投入使用3年，對我校工程實(shí)訓(xùn)的教學(xué)和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)起到了有力的促進(jìn)作用。修讀《組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)綜合實(shí)踐》課程的學(xué)生進(jìn)一步加深了對組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，PLC技術(shù)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、LED顯示技術(shù)，傳感器技術(shù)、觸摸屏控制等相關(guān)理論知識(shí)的理解，提高了動(dòng)手能力，在近3年里在國家級(jí)、省市級(jí)多項(xiàng)競賽獲獎(jiǎng)，包括：2015年“晶眾杯”第十屆全國大學(xué)生交通科技大賽三等獎(jiǎng)；2016年全國西門子自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽硬件開發(fā)項(xiàng)目全國預(yù)賽一等獎(jiǎng)，全國總決賽獲得二等獎(jiǎng)；2017年上海機(jī)械工程創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)等。

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