垂直旋转式立体车库设计

许家豪

（商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛，726000）

0 引言

随着经济的发展，私人汽车的市场保有量越来越高，已连续五年年均增速超过7%，截止2020年底，私人轿车有保量1.4674亿辆。然而，由于土地资源的紧缺，城市停车位的建设增速还远赶不上实际需求，进而出现城市道路的车辆违停增多、小区的消防通道频繁被占用等城市管理问题[1]。为了改善此类问题，立体车库的设计和使用逐渐得到了普及。市场上已经投入或正在研究的立体车库有升降横移式[2]、巷道堆垛式[3]、垂直升降类[4]，均具有空间利用率高、存取简单等特点。本文针对住宅小区、商务酒店等可用土地“碎片化”“小块化”的特点，设计了一种垂直旋转式立体车库。该车库占地面积小、车辆存取方便、安全可靠，对场地要求相对较低，对现代立体车库的设计具有较好的参考借鉴意义。

1 立体车库系统结构

垂直旋转式立体车库系统主要由机械结构部分和电气控制部分组成。机械结构主要包括车库门装置、旋转式车库轮及其支撑架构成。电气控制部分主要是以PLC为控制核心，结合光电传感器、限位开关、电动机、车辆感应传感器等电气设备，通过程序编写实现控制功能。垂直旋转式立体车库系统总体结构如图1所示。垂直旋转车库轮的减速交流电机通过主轴带动车库轮转动。主轴上带有主齿，主齿与副齿通过链轮链接。车库轮外框有内齿，内齿与副齿紧密齿合。副齿轴心相对车库轮的位置不变，随着车库轮的转动而移动，副齿绕着自身轴心自转，自转角速度与车库轮的角速度相同，但转动方向相反，从而确保在车库轮旋转的过程中，载车板相对副齿静止，即载车板能够始终保持水平不变。车库轮的下半部分可放置于地下，利于系统稳固、美观。

图1 垂直旋转式立体车库系统总体结构

2 系统控制电路设计

2.1 PLC I/O地址分配

为了识别请求车位是否到达车库门位置处，在车库门处安装有限位开关。为了判断车位上是否有车辆，在每个载车板上安装有车辆感应传感器。为了判断车库门开闭状态，在车库门的适当位置安装有两个限位开关。为了减少设备成本和直观展示取车功能，本文采用由不同车位编号按钮的触发作为车位请求的命名。根据系统功能和电气设备选取，共需要PLC 24个输入点和7个输出点，可选西门子PLC CPU226型号，PLC控制系统的I/O地址分配如表1所示。

表1 PLC I/O地址分配表

2.2 PLC 硬件接线

根据系统工作过程和I/O地址分配，设计PLC硬件接线图，如图2所示。

图2 PLC硬件接线图

3 系统程序流程

取车时，车主刷卡验证，点击“取车”按钮（本文直接点击对应车位编号按钮进行取车），车库旋转轮转动，当指定车辆到达车库门所在位置时，车库旋转轮停转，车库门打开，车库照明灯接通。车主进入到载车板开车离开，车库门自动关闭或者由车主或工作人员点击“关门”按钮，车库门关闭，照明灯熄灭，取车结束。

存车时，车主或工作人员点击“存车”按钮，车库旋转轮转动，当空车位到达车库门所在位置时，车库旋转轮停转，车库门打开，车库照明灯接通。车主将车辆开进载车板上，下车取卡离开。由车主或工作人员点击“关门”按钮，车库门关闭，照明灯熄灭，存车结束。当所有车位已被占用时，无空车位指示灯点亮，若此时点击“存车”，无空车位指示灯闪烁3秒后，重新等待命令。

垂直旋转式立体车库工作流程如图3所示。

图3 垂直旋转式立体车库工作流程

4 系统测试

为了验证系统的设计方案和软硬件设计可行性，通过程序调试、监控、仿真，实体装置制作和各项功能的测试，结果表明，垂直旋转式立体车库响应迅速，车位停靠准确，能够满足车主对存取车方便、快捷的需求。PLC的加入，使垂直旋转式立体车库变得更加灵活、高效。

5 结语

为了节省占地面积、提高安装灵活度，提出垂直旋转式立体车库的思想；为了降低成本、增加结构稳定性，系统采用框架结构设计；为了提高使用稳定性和维护方便性，提出基于PLC的传动控制方案。通过电气控制部分的理论分析、软硬件设计、程序仿真和实际应用，结果表明，垂直旋转式立体车库不仅能够实现各车位和车库门的有效控制，还具有设备运行安全可靠、占地空间小、建设成本低等特点，为住宅小区、酒店等环境的停车场建设提供较好的参考方案。