巷道平移式立体车库结构和控制系统设计

梁秀英，段成财，李庆伟

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

（华中农业大学 工程技术学院，武汉 430070）

0 引言

近年来，随着国民经济的增长和汽车工业的发展，我国汽车的使用量大幅上升，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，城市中停车难、违章停车的矛盾越来越尖锐[1～3]。针对这一现状，向空中和地下发展的立体车库成为现代泊车的必然选择。立体车库提高了土地使用率，实现了停车过程中人车分流，从而保障了人身安全。根据结构形式的不同，立体车库可分为升降横移式、平面移动式、巷道堆垛式、垂直升降式、简易升降式等多种形式[4]。本文提出的巷道平移式立体车库，结合了巷道堆垛类的大容量和平面移动类的高效率等优点。本文设计了巷道平移式立体车库的机械结构和控制系统。

1 系统结构及工作原理

1.1 系统结构

立体车库的机械部分主要由移动平台和车位组成，移动平台的作用是实现车辆在X、Y、Z方向的移动，其中X轴方向的运动主要是由横移机构和微横移机构来完成，主要包括电机、减速器、传动轴、横移链轮、推拉销、联轴器、驱动齿轮以及齿条等部分组成；Y轴方向的运动由驱动轮和导轨来完成，主要包括电机、减速器、主动和从动链轮、传动链条、传动轴、驱动轮以及平行导轨等部分组成；Z轴方向运动由钢丝绳带动提升架来完成，主要包括电机、减速器、联轴器、钢丝滚筒、钢丝绳、定滑轮和提升轿厢等部分组成。车位的功能是存放载车板，一般包括两层或多层，主要结构是型钢联接成的钢架，此外还包括保险钩和承载滚道等一系列辅助部件。立体车库的总体布局如图1所示。

图1 立体车库的总体布局图

1.2 工作原理

1.2.1 存车

当按下存车按钮并选择车位后，移动平台就会在电机的驱动下沿着轨道进行Y方向的运动，移动平台到位后提升电机开始正转，提升架向上沿Z方向运动，提升架到位后驱动微横移电机开始反转，带动微横移机构沿X负方向动作，微横移机构到位后横移电机开始正转，推拉销在横移链轮的带动下由链轮的一端开始进行圆周运动，在这个运动过程中推拉销实现了向Z轴正方向的运动，并实现了与推拉钩的啮合。推拉销运动到链轮顶端后开始做水平运动并带动推拉钩和载车板X轴正向运动，到位后驱动提升电机反方向运动，提升轿厢沿Z轴向下运动，到位后平台驱动电机反转，实现Y轴负向运动，运动到位后电机停转，实现了载车板的取出。

车停到载车板后，若车的长宽高满足系统要求，则开始存车，否则发出报警信号。存车系统按照上述顺序进行Y向和Z向运动，Z向到位后微横移电机开始反转，载车板在微横移机构的带动下进行X负方向移动；到位后微横移电机开始反转，载车板在微横移机构的带动下继续向前运动，当推拉销运动到链轮端点时推拉销和推拉钩自动脱离，与此同时保险钩的作用端在弹簧的拉力下向上翘起，起到保险作用。

存车完成后，微横移机构开始运动，到位后停止运动，然后再进行Z方向和Y方向的运动，最终回到原位，完成存车过程。车位、推拉销啮合、载车板的示意图如图2所示。

图2 车位、推拉销啮合、载车板示意图

1.2.2 取车

当按下取车按钮并选择车位后，移动平台就先按照上述步骤先进行Y轴正向运动，在进行Z轴正向运、X轴负向运动，推拉销和推拉钩啮合后进行X轴正向运动、Z轴负向运动、Y轴负向运动，最终回到原位，实现车辆的取出。

2 控制系统设计

2.1 硬件设计

巷道平移式立体车库控制系统按3层设计，每层3个库位，分南北两区，中间为移动平台。其硬件结构框图如图3所示。其中存取车界面如图4所示，采用与车位相对应的指示灯来提示车位是否有车，即每个车位的状态指示灯显示了当前该车位是否有车，如果已停车则该指示灯为亮，此时只能取车不能停车，反之，若该指示灯为灭的状态，则可以存车；根据输入输出点数和存储容量的要求，本系统的控制器选择三菱FX2 N-80MT-D型PLC，具有40点输入/40点晶体管输出，存储容量为8000步；传感器有距离和位置传感器两类，距离传感器是判断移动平台何时到达指定的位置，即控制X、Y和Z轴的位置，根据不同的检测方式可以用不同的传感器，在这里经过综合比较选择最为普遍且能达到精度的 L5XCMN 2112 L 1型行程开关，位置传感器是用来控制车长和车高，不让其超过载车盘的极限位置[5]，选用三易电气公司生产的型号为JCG-1650 D 03NO的常开型光电接近开关，安装在升降平台上；PLC输入接口电路主要是采用光电耦合器把传感器的输出信号耦合到PLC的输入口，而PLC输出接口电路则采用固态继电器（S S R）去控制执行电机动作；另外当所存车的高度超过了车库所规定的高度时就发出报警信号。

图3 立体车库硬件结构框图

图4 存取车控制界面

2.2 软件设计

本立体车库控制系统采用手动操作和自动操作两部分，手动操作主要用于车库设备的安装调试、维修和故障处理，自动操作为车库正常运行时使用，两套系统互不影响[1]。自动操作的软件流程图如图5所示。

图5 自动操作的软件流程图

3 结论

在现有的多种自动化立体车库的基础之上，提出了一种新的设计思路，融合了平面移动类和巷道堆垛类两种车库的设计方法，既实现了Y轴方向的移动，增加存车容量，又能够实现X方向的水平无搬运平移；控制系统采用限位开关和光电接近开关，不但控制精度高而且使整个控制系统的输入、输出接口电路接线简单、方便，运行稳定、可靠；硬件和软件设计中充分考虑车库容量的问题，只需要很小的修改就能实现车库容量的改变。

[1]张华强,王陶,苏晓良,等.基于H MI和PLC的立体车库自动控制系统[J].电气传动,2005,35(8):50-53.

[2]王雪洁,王国雄.PLC与变频器在巷道堆垛式立体车库控制系统中的应用[J].起重运输机械,2005,(2):19-20.

[3]姚小明,白晨明,范多旺,等.巷道堆垛式自动化立体车库监控系统[J].电气传动,2005,35(11):41-44.

[4]李祥启.立体车库的选型与应用[J].建设科技,2008，(10):66-67.

[5]马幼捷,张海涛,周雪松,等.多层循环式立体车库控制核心的研究——从PLC到D S P的升级[J].制造业自动化,2009,31(5):9-13.