基于PLC的新型多口出入货存式立体车库设计

丰 宇，周林宏，黄金宝，罗茂臻，王云峰

（合肥工业大学机械工程系，安徽宣城 242000）

0 引言

新型车库的兴建，不仅可以减少土地占用面积，缓和目前城市中道路空间狭小的问题，还能缓解交通状况，以适应现代人类快节奏的生活需求。通过对国内外机械停车设备的调查以及使用经验的汇总，可以看出人们在停车取车时，首先追求的是效率。调查发现，现存立体车库的设计有部分弊端，①存取车为单一入口，车主等待时间长；②有些车库需要车主在狭窄的区域内完成倒车，对车主的车技要求较高；③部分车主会作出经济性的考量，认为立体车库这种先进而且新颖便捷的停车场收费较高。这些问题都是导致新型车库无法在市场上快速发展的阻碍。

基于PLC的新型多口出入货存式立体车库可有效解决上述的多种弊端。①车库采用多口进出，可以在短时间内满足数名车主的停车、取车需求。 如果未来投入市场，可以设计对应的APP（Application，智能手机的第三方应用程序）智能预约存取并缴费，极大提升停取车的便捷程度和效率；②从管理上做到彻底的人车分流，存取车位置空间较大而且无需倒车，人在车库内或车不准停位置，电气系统会控制机械装置不工作，保证车主和车辆的安全；③立体车库有效利用空间，4～5层的空间结构，每层多个车位，使得相同占地面积下，容纳车辆数目远大于平面停车场，提高空间利用率达数倍；④车库无需人工操作，节省运营成本，且方便便捷适应小区、风景区等对停车需求量大的场合。

1 立体车库的类别

目前市场上立体车库的种类繁多，主要类型包括升降横移类，巷道堆垛类，垂直升降类，简易升降类等。

（1）升降横移立体车库。利用载车板完成车辆的升降与横移存取。该类车库的规模可大可小，目前所使用的多为2～3层；其型式多种多样，一般常用的有运用链条、钢丝绳和液压等传动方式；其地形适应性较其他车库也具有优势，能够地上与地下的工作环境，并且土地利用率高，结构简洁，配置多样，以成本低廉及与便捷见长。但其提升过程防倾斜坠落的功能较薄弱，安全性有所欠缺。

（2）巷道堆垛式立体车库。是一种全自动化的泊车设备，采用以巷道堆垛机或桥式起重机以及存取机构完成私家车的存取，这种类型的车库密封性好，可以保障车辆的安全；但由于其设备技术要求高并且设备结构复杂，不能运用于少量存车的场合；而且由于车辆均需使用堆垛机进行存取，堆垛机的高昂成本以及存车量的数目导致取车效率相对低下，一般多用于长期性的保存。

（3）垂直升降类立体车库。由提升机以及配置的横向移动来完成车辆的存取动作。车库空间利用率很高，规模一般可达二十余层，故称之为塔式立体车库，相对成本不高。但由于要求有完善的闭锁和监测系统以及充分的安全措施，增加了故障率和维护难度。

（4）简易升降类。采用升降机构或俯仰机构来实现车辆存取的简单机械式停车装置。 车位一般分成上、下二层或二层以上，设备结构简单，并且依靠设备本身自重下降，节省能源的同时能够保持设备运行的平稳性。但在取车时需要动最低层的车辆，延缓了工作效率，且由于简易结构，车库达到两层以上时会因为风力和移动幅度而造成安全问题。

2 车库总体设计

2.1 立体车库总体结构

货存式新型立体车库如图1所示，主体部分由车库建筑骨架，载车板运行系统、传动设备系统、安全保护装置系统等4个部分构成。

（1）车库结构骨架系统。车库主要分为前中后3部分：A区为存车区域，B区为取车区域，AB之间为载车板运动区域。在整栋楼的两侧，分别有C，D两部运载电梯，负责车辆和载车板的上下行。由于车库存车取车位置不同，所以无需在载车板上设置回转掉头系统，降低了对司机驾驶技术的要求，提高安全性。

图1 车库主体外观

（2）安全保护装置。由光电传感器、红外扫描系统、限位保护装置以及电气控制装置等部件组成。光电系统用来检验车主是否离开机械工作区域。限位传感器是用来确定检测载车板上车辆是否放正。 配合限位开关，车辆的升降和横移可以安全完成。电气控制系统主要包括载车板运行系统、中控系统、存取车APP以及停车库监控装置等。

（3）传动系统。传动装置主要采用升降传动机构，通过减速电机控制整个运动。部分停车系统采用液压电梯在水平与轨道之间移动汽车，实现将车辆存储到狭小空间的功能。车库的横移传动机构由带轮子的载车板完成，纵向升降动作由运载电梯实现。

（4）载车板系统。载车板装有轮子、红外传感器、光敏压敏传感器以及独立的控制系统。载车板接收到中控台的命令后，可以承载车辆横向与纵向运动，完成存车取车动作。每一个车位均有一块载车板。载车板横向移动至车位处，再纵向移动，和车辆一起停车入库。现在市场上已存在本设计所需的载车板模块，可直接购买使用。

2.2 方案设计

根据对国内外立体车库发展现状的研究与调查，本着安全、方便、高效的理念设计立体车库。车库为多层停车机构，停取车动作由载车板与运载电梯组合完成。在每层根据具体的车位数量设置对应的移动模块，该模块由 PLC编程控制，每个模块都有独立的运行系统，所有的指令由总控台发出（有人或无人）。

车库楼梯左右两侧分别安装上下行电梯。每层车库分为前中后3个区域，前部为车辆进口，即为车主存车口，中间区域为电梯及载车台工作运行区域，后部为取车区域，车主可通过APP预约，提前将车运至出车口。车库为前部存车，后部取车，载车台在工作过程中不会移动车头方向。车主无需倒车即可完成存车取车，降低了当今立体车库对车主车技的要求，提高了安全性。第一层为车辆进出口，车主将车辆停在规定区域内，下车即可离开。车库内安装红外扫描装置，当检测到无人在工作区域时，伸出工作爪将车辆固定，并搭乘电梯运送至停车楼层。取车时，总控台收到车主取车信息，发送指令至附近的载车台，将其运动至车位口，运载车辆至取车处。存车流程见图2，取车流程见图3，同时完成存取车流程见图4。当多个车主同时停车或取车时，可以将车停放在任意空位，因为这个设计是多口停车取车，所以车主将车停放在库内，即可离开。而取车的车主，可以根据发送取车信息的时间顺序，依次拿到自己的车辆。

图2 存车流程

2.3 车库尺寸的计算与分析

车库设计总平面设计、防火间距、消防车道、安全疏散、安全照明等设计规划，遵循现行国家标准《汽车库、修车库、停车场设计防火规范的规定》GB 50067—1997。如图 5、图6所示，深色实点为立柱或钢架，两根立柱间横向距离8100 mm，纵向距离6000mm，立柱尺寸（600×600）mm，浅色部分为墙体，墙体厚240mm。虚线部分为车位，对适合在机械式停车后设备内停放的车辆尺寸，称为容车尺寸。其中容车尺寸按《汽车与挂车的术语及其定义》规定的汽车长宽高及按《道路车辆质量词汇和代码》定义的整车质量再加上50 kg的物品质量，可分为小、中、大、特大、超大、客车6个分组（表1）。考虑到在一层停车位置，车主可能同时停车的情况出现，车库在最小宽度2.2 m的基础上增加0.6 m的安全距离，保证车主开关车门时的安全。

图3 取车流程

图4 同时完成存取车流程

表1 车辆尺寸分类

图5 车库主视图

3 总结

多口进出货存式立体车库，解决现存立体车库停取车时间长，人车分离机制不完善，以及停车成本较高等问题；满足控制的实时性要求，具有自动化程度高、可靠性高和扩展性好等特点，符合现代人的生活节奏。

图6 车库俯视图