智能立体停车库的制作与启示

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【摘 要】 本文主要介绍立体车库模型设计与制作的主要过程，突出表现以产品项目的设计与制作为主线的教学理念和目标，重点培养和提高学生的自主动手能力、探索能力和创新能力，为高级技工课程改革提供了宝贵的经验。

【关键词】 立体车库 电气设计 机械设计 项目制作 教学启示

当前，机电系的专业课程改革的总体理念是建立起工作过程的学习领域课程，其显著的特点应充分体现“学习的内容是工作，通过工作完成学习”的现代职业教育理念。为此，从2011年9月至2012年5月，我们带领10级机电技师班学生，成功设计制作了一台立体智能停车库模型，作品最终获得广州市第二届技工院校学生创新作品大赛一等奖。见图1和图2。

1 作品功能与创新

这个项目源于机电专业的教学课程课改，且作为学校科技节活动的创新作品；因此作品具有以下的特点：

1.1 作品功能

（1）自动操作（针对用户）：当系统状态选择在自动档位进入自动状态时，点击相应车位，车库自动移动，实现用户智能存取车（当系统从自动状态下扳到手动档位，车库马上停止移动，进入手动操作状态）。

（2）手动操作（针对维修人员）：当系统需要进行人工调试操作时可选择在手动档位，输入正确密码才能对车位进行手动移位，相应的移动车位可以通过触摸屏或者手操作开关来移动，方便维修与调试（从手动挡扳到自动档位，且车库处于原点初始状态下，可以进行存取车操作）。

（3）触摸屏画面实时监控（简单易用的人机界面）：车库的实时状态可以通过触摸屏进行实时监控及操作提示，一目了然，生动形象地满足用户的视觉与操作便捷等方面的需求

（4）安全保护功能（充分体现以人为本）：车库下方安装了一个对射传感器，用来检测是否有人进入车库，不管系统处于手动或自动状态，只要车库在移动过程中，传感器检测到有人进入车库，车库马上停止移动，同时在触摸屏上显示温馨提示，从而能有效防止意外事故的发生。并且只要车库在移动，三色报警灯会以一秒钟的频率循环闪烁，可以醒目地提醒用户，车库正在移动。

（5）无线锁库/解锁（针对车库管理员）：当车库处于初始状态按一下无线开关，立体车库运行立刻禁止，不响应任何用户指令，用户不能对其进行操作，若需要存取车，需要联系相关管理员。锁库后，再按一下无线开关即可解锁，立体车库恢复正常运行状态，车库管理方便。

（6）车库智能复位：如用户取存车后或车库处于手动状态调试过程中现维修调试结束，按下操控台复位键（用户）或无线复位键（车库管理员）车库将自动返回初始状态；如发生车库报警（如发生车库移动时用人进入这种情况），且报警情况消失后，触碰复位键或无线复位键车库将继续运作，直至将相关用户任务完成。

1.2 创新性

（1）无线控制车库复位、锁库、解锁等操作，控制形式多元化。（2）车库与控制箱采用一体化结构，结构紧凑使用方便，性价比高。（3）控制系统以现代化的智能管理为原则，采用触摸屏、PLC构成控制核心，通过触摸屏实现人机交互。（4）机械部分采用不锈钢、硬铝加工，结构牢固耐用，外形美观。（5）180度可旋转的操控台与透明控制箱便于教学演示。（6）具有完善的安全保护功能，能防此意外事故的发生，利于培养学生的设备安全意识。（7）车库可整体拆装因此具有极高的教学意义及教具推广价值。

2 设计与制作过程

2.1 总体方案的确定和图纸设计阶段

发动学生集思广益，通过上网、查阅资料等途径查阅立体车库所需部件及控制原理。在指导教师的引导下，确定该立体车库模型的总体结构；在此过程中，学生查找了各种立体车库的资料，根据立项的构思，共同商讨提出了整体的解决方案。

控制部分：由三菱PLC、继电器、接近开关组成，PLC是车库控制系统的核心，其操作大致分为三类：以故障诊断和处理为主的操作；联系现场状况的数据I/O操作；执行用户程序以及响应与PLC相连的外部设备的命令操作。当有存取操作时，PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮或触摸屏输入的指令，做出合理的工控安排：判断检测元件的状态，读取车库机械驱动部分的信息；然后，将信息反馈到执行元件拖动载车板，最终完成运行状态的检测、载车板位置移动、车辆的存取操作和信号的显示。整个动作区域配有光电检测，以防异常情况发生。为了保证存取车可靠安全，系统要精确定位，接近开关的设置保证了下层载车板能平移到预定位置以及上层载车板能上升或下降到准确位置。

机械部分：由车库操控台、车架、台架、安全保护装置、立体车库横移机构、立体车库升降机构、立体车库控制箱组成。

2.2 立体车库模型的装配流程

（1）装配台架时，将切割好的铝条通过角码固定装配成形，同时装上面板用螺丝固定（2）装配车架时，将切割好的材料焊接好后，进行螺丝固定装配；（3）装配操控台，底盒由不锈钢折弯焊接而成，面板由铝板开孔而成，支架铝条通过角码固定；（4）将立体车库的载车板、横移传动机构、升降传动机构等部件调到相应位置用螺丝固定；（5）根据电路图的设计，进行固定电气元件，同时进行接线和标注线码，布线要求美观。

2.3 立体车库的调试

（1）选择手动档，操控1到7号载车板观察是否完成指定动作；手动过程中安全机制能否起作用、触摸屏画面能否实时监控；手动结束后车库能否正常复位。（2）选择自动档，观察是否达到自动存取车、触摸屏实时监控、安全保护、无线锁库/解锁、车库智能复位的控制要求。（3）通过手动操作对智能立体车库载车板在上升、下降、左右移过程中的平衡性进行调整，观察其是否平衡，若不平衡则调整智能立体车库的机械传动部份，使其达到平衡。

3 立体车库制作启示

3.1 为学生的实习生涯打下坚实的基础

立体车库的制作目的是强化知识的应用性、针对性和技能的可操作性，在整个教学过程中，以学生为主体，突出对学生动手能力的培养，体现以素质为基础，以能力为本位，注重创新意识和创新能力的培养，同时还增强了学生团队分工合作的意识。对学生动手能力和创新思维有了进一步的提高，为日后的实习生涯打下了坚实的基础。

3.2 教师的教学能力得到提升

作为教师，应在搞好教学工作的同时，加强自身知识的积累和技能的扩展，达到知识丰富，技术熟练的要求，但通过什么途径呢？开展创新产品制作就是途径之一，成功制作这立体车库，使教师不仅在组织、指导学生方面得以积累教学经验，而且在应变能力、处理问题上使自己也得以提高；还在项目从设计到制作的每个环节中使知识和技能得以扩展。

3.3 为学生专业课程的学习提供了项目

作品综合机加工、电气控制、人机界面等机电一体化技术，具有现实立体停车库的所有功能，可以实现智能取车、存车、锁库等现代化的智能管理功能，并在原有现实立体停车库基础上增加了手操作、无线控制等创新控制形式。通过立体车库的制作，加深了学生对机械加工、PLC应用技术、人机界面技术、电力拖动控制等核心课程知识的领会，更好地掌握机电一体化设备的设计与制作，安装与调试、故障诊断与维修的流程。

3.4 推广应用价值

市场上教仪公司的一个立体车库模型需要38000元，而本立体车库模型的制作费用仅为10286元，并且教仪公司的车库模型基本上是不可拆卸的，教学意义并不大，而本立体车库模型的整体包括车库、台架、控制系统是可全部拆装的，因此具有极高的教学意义。

4 结语

通过上述分析可知，机电系专业课程改革的总体目标是要建立起工作中的学习领域课程，具体表现为学习的内容是工作，并通过工作来实现学习目标。而立体车库模型的设计与制作，突出表现以产品项目的设计与制作为主线的教学理念和目标，对于培养学生动手、探索以及创新能力，具有非常重大的作用。