巷道平移式立體車庫結構和控制系統設計

梁秀英，段成財，李慶偉

LIANG Xiu-ying, DUAN Cheng-cai, LI Qing-wei

（華中農業大學 工程技術學院，武漢 430070）

0 引言

近年來，隨著國民經濟的增長和汽車工業的發展，我國汽車的使用量大幅上升，汽車泊位與汽車數量的比例嚴重失調，城市中停車難、違章停車的矛盾越來越尖銳[1～3]。針對這一現狀，向空中和地下發展的立體車庫成為現代泊車的必然選擇。立體車庫提高了土地使用率，實現了停車過程中人車分流，從而保障了人身安全。根據結構形式的不同，立體車庫可分為升降橫移式、平面移動式、巷道堆垛式、垂直升降式、簡易升降式等多種形式[4]。本文提出的巷道平移式立體車庫，結合了巷道堆垛類的大容量和平面移動類的高效率等優點。本文設計了巷道平移式立體車庫的機械結構和控制系統。

1 系統結構及工作原理

1.1 系統結構

立體車庫的機械部分主要由移動平臺和車位組成，移動平臺的作用是實現車輛在X、Y、Z方向的移動，其中X軸方向的運動主要是由橫移機構和微橫移機構來完成，主要包括電機、減速器、傳動軸、橫移鏈輪、推拉銷、聯軸器、驅動齒輪以及齒條等部分組成；Y軸方向的運動由驅動輪和導軌來完成，主要包括電機、減速器、主動和從動鏈輪、傳動鏈條、傳動軸、驅動輪以及平行導軌等部分組成；Z軸方向運動由鋼絲繩帶動提升架來完成，主要包括電機、減速器、聯軸器、鋼絲滾筒、鋼絲繩、定滑輪和提升轎廂等部分組成。車位的功能是存放載車板，一般包括兩層或多層，主要結構是型鋼聯接成的鋼架，此外還包括保險鉤和承載滾道等一系列輔助部件。立體車庫的總體布局如圖1所示。

圖1 立體車庫的總體布局圖

1.2 工作原理

1.2.1 存車

當按下存車按鈕并選擇車位后，移動平臺就會在電機的驅動下沿著軌道進行Y方向的運動，移動平臺到位后提升電機開始正轉，提升架向上沿Z方向運動，提升架到位后驅動微橫移電機開始反轉，帶動微橫移機構沿X負方向動作，微橫移機構到位后橫移電機開始正轉，推拉銷在橫移鏈輪的帶動下由鏈輪的一端開始進行圓周運動，在這個運動過程中推拉銷實現了向Z軸正方向的運動，并實現了與推拉鉤的嚙合。推拉銷運動到鏈輪頂端后開始做水平運動并帶動推拉鉤和載車板X軸正向運動，到位后驅動提升電機反方向運動，提升轎廂沿Z軸向下運動，到位后平臺驅動電機反轉，實現Y軸負向運動，運動到位后電機停轉，實現了載車板的取出。

車停到載車板后，若車的長寬高滿足系統要求，則開始存車，否則發出報警信號。存車系統按照上述順序進行Y向和Z向運動，Z向到位后微橫移電機開始反轉，載車板在微橫移機構的帶動下進行X負方向移動；到位后微橫移電機開始反轉，載車板在微橫移機構的帶動下繼續向前運動，當推拉銷運動到鏈輪端點時推拉銷和推拉鉤自動脫離，與此同時保險鉤的作用端在彈簧的拉力下向上翹起，起到保險作用。

存車完成后，微橫移機構開始運動，到位后停止運動，然后再進行Z方向和Y方向的運動，最終回到原位，完成存車過程。車位、推拉銷嚙合、載車板的示意圖如圖2所示。

圖2 車位、推拉銷嚙合、載車板示意圖

1.2.2 取車

當按下取車按鈕并選擇車位后，移動平臺就先按照上述步驟先進行Y軸正向運動，在進行Z軸正向運、X軸負向運動，推拉銷和推拉鉤嚙合后進行X軸正向運動、Z軸負向運動、Y軸負向運動，最終回到原位，實現車輛的取出。

2 控制系統設計

2.1 硬件設計

巷道平移式立體車庫控制系統按3層設計，每層3個庫位，分南北兩區，中間為移動平臺。其硬件結構框圖如圖3所示。其中存取車界面如圖4所示，采用與車位相對應的指示燈來提示車位是否有車，即每個車位的狀態指示燈顯示了當前該車位是否有車，如果已停車則該指示燈為亮，此時只能取車不能停車，反之，若該指示燈為滅的狀態，則可以存車；根據輸入輸出點數和存儲容量的要求，本系統的控制器選擇三菱FX2 N-80MT-D型PLC，具有40點輸入/40點晶體管輸出，存儲容量為8000步；傳感器有距離和位置傳感器兩類，距離傳感器是判斷移動平臺何時到達指定的位置，即控制X、Y和Z軸的位置，根據不同的檢測方式可以用不同的傳感器，在這里經過綜合比較選擇最為普遍且能達到精度的 L5XCMN 2112 L 1型行程開關，位置傳感器是用來控制車長和車高，不讓其超過載車盤的極限位置[5]，選用三易電氣公司生產的型號為JCG-1650 D 03NO的常開型光電接近開關，安裝在升降平臺上；PLC輸入接口電路主要是采用光電耦合器把傳感器的輸出信號耦合到PLC的輸入口，而PLC輸出接口電路則采用固態繼電器（S S R）去控制執行電機動作；另外當所存車的高度超過了車庫所規定的高度時就發出報警信號。

圖3 立體車庫硬件結構框圖

圖4 存取車控制界面

2.2 軟件設計

本立體車庫控制系統采用手動操作和自動操作兩部分，手動操作主要用于車庫設備的安裝調試、維修和故障處理，自動操作為車庫正常運行時使用，兩套系統互不影響[1]。自動操作的軟件流程圖如圖5所示。

圖5 自動操作的軟件流程圖

3 結論

在現有的多種自動化立體車庫的基礎之上，提出了一種新的設計思路，融合了平面移動類和巷道堆垛類兩種車庫的設計方法，既實現了Y軸方向的移動，增加存車容量，又能夠實現X方向的水平無搬運平移；控制系統采用限位開關和光電接近開關，不但控制精度高而且使整個控制系統的輸入、輸出接口電路接線簡單、方便，運行穩定、可靠；硬件和軟件設計中充分考慮車庫容量的問題，只需要很小的修改就能實現車庫容量的改變。

[1]張華強,王陶,蘇曉良,等.基于H MI和PLC的立體車庫自動控制系統[J].電氣傳動,2005,35(8):50-53.

[2]王雪潔,王國雄.PLC與變頻器在巷道堆垛式立體車庫控制系統中的應用[J].起重運輸機械,2005,(2):19-20.

[3]姚小明,白晨明,范多旺,等.巷道堆垛式自動化立體車庫監控系統[J].電氣傳動,2005,35(11):41-44.

[4]李祥啟.立體車庫的選型與應用[J].建設科技,2008，(10):66-67.

[5]馬幼捷,張海濤,周雪松,等.多層循環式立體車庫控制核心的研究——從PLC到D S P的升級[J].制造業自動化,2009,31(5):9-13.