基于PLC的新型多口出入貨存式立體車庫設計

豐 宇，周林宏，黃金寶，羅茂臻，王云峰

（合肥工業大學機械工程系，安徽宣城 242000）

0 引言

新型車庫的興建，不僅可以減少土地占用面積，緩和目前城市中道路空間狹小的問題，還能緩解交通狀況，以適應現代人類快節奏的生活需求。通過對國內外機械停車設備的調查以及使用經驗的匯總，可以看出人們在停車取車時，首先追求的是效率。調查發現，現存立體車庫的設計有部分弊端，①存取車為單一入口，車主等待時間長；②有些車庫需要車主在狹窄的區域內完成倒車，對車主的車技要求較高；③部分車主會作出經濟性的考量，認為立體車庫這種先進而且新穎便捷的停車場收費較高。這些問題都是導致新型車庫無法在市場上快速發展的阻礙。

基于PLC的新型多口出入貨存式立體車庫可有效解決上述的多種弊端。①車庫采用多口進出，可以在短時間內滿足數名車主的停車、取車需求。 如果未來投入市場，可以設計對應的APP（Application，智能手機的第三方應用程序）智能預約存取并繳費，極大提升停取車的便捷程度和效率；②從管理上做到徹底的人車分流，存取車位置空間較大而且無需倒車，人在車庫內或車不準停位置，電氣系統會控制機械裝置不工作，保證車主和車輛的安全；③立體車庫有效利用空間，4～5層的空間結構，每層多個車位，使得相同占地面積下，容納車輛數目遠大于平面停車場，提高空間利用率達數倍；④車庫無需人工操作，節省運營成本，且方便便捷適應小區、風景區等對停車需求量大的場合。

1 立體車庫的類別

目前市場上立體車庫的種類繁多，主要類型包括升降橫移類，巷道堆垛類，垂直升降類，簡易升降類等。

（1）升降橫移立體車庫。利用載車板完成車輛的升降與橫移存取。該類車庫的規模可大可小，目前所使用的多為2～3層；其型式多種多樣，一般常用的有運用鏈條、鋼絲繩和液壓等傳動方式；其地形適應性較其他車庫也具有優勢，能夠地上與地下的工作環境，并且土地利用率高，結構簡潔，配置多樣，以成本低廉及與便捷見長。但其提升過程防傾斜墜落的功能較薄弱，安全性有所欠缺。

（2）巷道堆垛式立體車庫。是一種全自動化的泊車設備，采用以巷道堆垛機或橋式起重機以及存取機構完成私家車的存取，這種類型的車庫密封性好，可以保障車輛的安全；但由于其設備技術要求高并且設備結構復雜，不能運用于少量存車的場合；而且由于車輛均需使用堆垛機進行存取，堆垛機的高昂成本以及存車量的數目導致取車效率相對低下，一般多用于長期性的保存。

（3）垂直升降類立體車庫。由提升機以及配置的橫向移動來完成車輛的存取動作。車庫空間利用率很高，規模一般可達二十余層，故稱之為塔式立體車庫，相對成本不高。但由于要求有完善的閉鎖和監測系統以及充分的安全措施，增加了故障率和維護難度。

（4）簡易升降類。采用升降機構或俯仰機構來實現車輛存取的簡單機械式停車裝置。 車位一般分成上、下二層或二層以上，設備結構簡單，并且依靠設備本身自重下降，節省能源的同時能夠保持設備運行的平穩性。但在取車時需要動最低層的車輛，延緩了工作效率，且由于簡易結構，車庫達到兩層以上時會因為風力和移動幅度而造成安全問題。

2 車庫總體設計

2.1 立體車庫總體結構

貨存式新型立體車庫如圖1所示，主體部分由車庫建筑骨架，載車板運行系統、傳動設備系統、安全保護裝置系統等4個部分構成。

（1）車庫結構骨架系統。車庫主要分為前中后3部分：A區為存車區域，B區為取車區域，AB之間為載車板運動區域。在整棟樓的兩側，分別有C，D兩部運載電梯，負責車輛和載車板的上下行。由于車庫存車取車位置不同，所以無需在載車板上設置回轉掉頭系統，降低了對司機駕駛技術的要求，提高安全性。

圖1 車庫主體外觀

（2）安全保護裝置。由光電傳感器、紅外掃描系統、限位保護裝置以及電氣控制裝置等部件組成。光電系統用來檢驗車主是否離開機械工作區域。限位傳感器是用來確定檢測載車板上車輛是否放正。 配合限位開關，車輛的升降和橫移可以安全完成。電氣控制系統主要包括載車板運行系統、中控系統、存取車APP以及停車庫監控裝置等。

（3）傳動系統。傳動裝置主要采用升降傳動機構，通過減速電機控制整個運動。部分停車系統采用液壓電梯在水平與軌道之間移動汽車，實現將車輛存儲到狹小空間的功能。車庫的橫移傳動機構由帶輪子的載車板完成，縱向升降動作由運載電梯實現。

（4）載車板系統。載車板裝有輪子、紅外傳感器、光敏壓敏傳感器以及獨立的控制系統。載車板接收到中控臺的命令后，可以承載車輛橫向與縱向運動，完成存車取車動作。每一個車位均有一塊載車板。載車板橫向移動至車位處，再縱向移動，和車輛一起停車入庫?，F在市場上已存在本設計所需的載車板模塊，可直接購買使用。

2.2 方案設計

根據對國內外立體車庫發展現狀的研究與調查，本著安全、方便、高效的理念設計立體車庫。車庫為多層停車機構，停取車動作由載車板與運載電梯組合完成。在每層根據具體的車位數量設置對應的移動模塊，該模塊由 PLC編程控制，每個模塊都有獨立的運行系統，所有的指令由總控臺發出（有人或無人）。

車庫樓梯左右兩側分別安裝上下行電梯。每層車庫分為前中后3個區域，前部為車輛進口，即為車主存車口，中間區域為電梯及載車臺工作運行區域，后部為取車區域，車主可通過APP預約，提前將車運至出車口。車庫為前部存車，后部取車，載車臺在工作過程中不會移動車頭方向。車主無需倒車即可完成存車取車，降低了當今立體車庫對車主車技的要求，提高了安全性。第一層為車輛進出口，車主將車輛停在規定區域內，下車即可離開。車庫內安裝紅外掃描裝置，當檢測到無人在工作區域時，伸出工作爪將車輛固定，并搭乘電梯運送至停車樓層。取車時，總控臺收到車主取車信息，發送指令至附近的載車臺，將其運動至車位口，運載車輛至取車處。存車流程見圖2，取車流程見圖3，同時完成存取車流程見圖4。當多個車主同時停車或取車時，可以將車停放在任意空位，因為這個設計是多口停車取車，所以車主將車停放在庫內，即可離開。而取車的車主，可以根據發送取車信息的時間順序，依次拿到自己的車輛。

圖2 存車流程

2.3 車庫尺寸的計算與分析

圖3 取車流程

車庫設計總平面設計、防火間距、消防車道、安全疏散、安全照明等設計規劃，遵循現行國家標準《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范的規定》GB 50067—1997。如圖 5、圖6所示，深色實點為立柱或鋼架，兩根立柱間橫向距離8100 mm，縱向距離6000mm，立柱尺寸（600×600）mm，淺色部分為墻體，墻體厚240mm。虛線部分為車位，對適合在機械式停車后設備內停放的車輛尺寸，稱為容車尺寸。其中容車尺寸按《汽車與掛車的術語及其定義》規定的汽車長寬高及按《道路車輛質量詞匯和代碼》定義的整車質量再加上50 kg的物品質量，可分為小、中、大、特大、超大、客車6個分組（表1）。考慮到在一層停車位置，車主可能同時停車的情況出現，車庫在最小寬度2.2 m的基礎上增加0.6 m的安全距離，保證車主開關車門時的安全。

圖4 同時完成存取車流程

表1 車輛尺寸分類

圖5 車庫主視圖

圖6 車庫俯視圖

3 總結

多口進出貨存式立體車庫，解決現存立體車庫停取車時間長，人車分離機制不完善，以及停車成本較高等問題；滿足控制的實時性要求，具有自動化程度高、可靠性高和擴展性好等特點，符合現代人的生活節奏。

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［2］陳婧，田懷文.大型垂直循環橫向平移立體車庫的結構設計及穩定性分析［J］.機械設計，2013，30（5）：67-70.

［3］梁睦，梁東凱.立體車庫的應用及結構設計方案研討［J］.機電產品開發與創新，2011，24（6）：57-59.