王彩紅

【摘要】立體車(chē)庫(kù)的使用是解決“停車(chē)難”的有效方法，因此研究立體車(chē)庫(kù)具有重要意義。本文以 2 層 12 車(chē)位的層旋式升降立體車(chē)庫(kù)為例，設(shè)計(jì)其實(shí)物模型及控制系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該車(chē)庫(kù)能夠自動(dòng)的完成存取車(chē)操作及預(yù)先設(shè)定的一系列功能，工作穩(wěn)定有序，為立體車(chē)庫(kù)實(shí)際應(yīng)用提供了范例，同時(shí)也可以作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)儀器使用。

【關(guān)鍵詞】立體車(chē)庫(kù);層旋式;模擬系統(tǒng)

1、引言

機(jī)械式立體車(chē)庫(kù)作為較新科技的停車(chē)設(shè)施，是解決停車(chē)難問(wèn)題的妥善方法，也是中國(guó)城市現(xiàn)代化建設(shè)的必經(jīng)之路[1-3]。

本文在塔庫(kù)式立體車(chē)庫(kù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了2 層 12 車(chē)位層旋式升降立體車(chē)庫(kù)實(shí)物模型和控制系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上，該車(chē)庫(kù)由托放車(chē)、垂直升降、旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)三部分組成，使得存、取車(chē)過(guò)程由三個(gè)獨(dú)立的機(jī)械機(jī)構(gòu)完成，增加了各個(gè)運(yùn)行過(guò)程運(yùn)行周期的重疊區(qū)，減少了整體的運(yùn)行時(shí)間;同時(shí)也使整個(gè)立體車(chē)庫(kù)的存、取車(chē)口的數(shù)量與位置能靈活的分配，減少用戶(hù)等待時(shí)間。

2、立體車(chē)庫(kù)模擬系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的層旋式升降立體車(chē)庫(kù)，總共有三層。中心為垂直升降電梯，負(fù)責(zé)將車(chē)輛運(yùn)往不同的樓層。從上往下第一層為地面層，在這一層設(shè)計(jì)了入口和出口供存車(chē)和取車(chē)使用;第二層為地下一層，在這層設(shè)有環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)，其下方的拖放車(chē)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將車(chē)輛在升降電梯與停車(chē)平臺(tái)間傳送，第三層為地下二層，設(shè)計(jì)與第二層相同。電源模塊、控制器和繼電器布置在第三層下方。

立體車(chē)庫(kù)機(jī)械部分采用具有較好的強(qiáng)度，良好的抗腐蝕性能和較好的塑性，適合于各種壓力加工的鋁合金制作。

2.1環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文將停車(chē)位設(shè)計(jì)在環(huán)形平臺(tái)，使原本固定的車(chē)位可以按照?qǐng)A形軌跡運(yùn)動(dòng)，使立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)行更加靈活多變，提高了空間利用率，同時(shí)減少了在存車(chē)和取車(chē)時(shí)的等待時(shí)間。

每個(gè)環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)設(shè)有六個(gè)車(chē)位，每個(gè)車(chē)位都由數(shù)根金屬桿構(gòu)成的梳形，拖放車(chē)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)可剛好穿過(guò)金屬桿的空隙托起車(chē)輛。在環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)下方設(shè)有圓形軸承軌道，停車(chē)平臺(tái)固定在軌道內(nèi)圈，外圈固定在立體車(chē)庫(kù)框架上，內(nèi)圈的內(nèi)側(cè)裝有傳動(dòng)帶，在齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)下使停車(chē)平臺(tái)可在軸承軌道上旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)接近開(kāi)關(guān)來(lái)確定位置。

2.2拖放車(chē)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

拖放車(chē)機(jī)構(gòu)安裝在地面層、地下一層和地下二層正對(duì)升降電梯處的下方，在存、取車(chē)過(guò)程中將車(chē)輛存入電梯或從電梯中取出，與其他機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)行，以完成整個(gè)存車(chē)入庫(kù)和取車(chē)出庫(kù)的動(dòng)作。

拖放車(chē)機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)了兩條導(dǎo)軌，一條垂直布置，一條水平布置，以實(shí)現(xiàn)拖放車(chē)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)二維的控制，來(lái)將車(chē)輛在兩個(gè)平臺(tái)間移動(dòng)。與導(dǎo)軌平行安裝兩根齒輪桿，在齒輪電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，該機(jī)構(gòu)可完成上下和前后的移動(dòng)，并在控制過(guò)程中通過(guò)微動(dòng)開(kāi)關(guān)定位運(yùn)動(dòng)的行程，使機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)到位，保障拖放車(chē)動(dòng)作順利、流暢的完成，避免車(chē)輛的損壞。

2.3垂直升降電梯設(shè)計(jì)

垂直升降電梯負(fù)責(zé)將車(chē)輛移動(dòng)到各個(gè)樓層間。立體車(chē)庫(kù)中心有兩條垂直的滑動(dòng)軌道和與其平行的齒輪桿，在齒輪電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下升降電梯可沿滑動(dòng)軌道上下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)布置在各樓層的接近開(kāi)關(guān)，可以讓升降電梯精準(zhǔn)的停留在對(duì)應(yīng)樓層。

2.4主控制單元設(shè)計(jì)

主控制單元主要由下位機(jī)和上位機(jī)構(gòu)成。下位機(jī)包括控制器S7-200 PLC，檢測(cè)單元接近開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)，和執(zhí)行元件電機(jī)。上位機(jī)包括紫金橋組態(tài)軟件、 Access數(shù)據(jù)庫(kù)和車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)。PLC安裝在立體車(chē)庫(kù)的最下面，接近開(kāi)關(guān)安裝在車(chē)位內(nèi)和升降臺(tái)上，用于檢測(cè)當(dāng)前車(chē)位中是否有車(chē)，以及更新樓層信息;限位開(kāi)關(guān)分別安裝在車(chē)位左右兩側(cè)和井道頂層的上限位，用于檢測(cè)升降和橫移運(yùn)動(dòng)是否到位;電機(jī)用于控制載車(chē)板左右及上下移動(dòng)。

3、立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1電源選擇

需要供電的設(shè)備有PLC、齒輪電機(jī)、接近開(kāi)關(guān)和繼電器。PLC基本單元的供電形式有兩種：一是使用工頻交流電為PLC供電，直接將火線(xiàn)和零線(xiàn)與交流輸入端子連接;二是額外配備一個(gè)直流開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行供電，將電源與直流輸入端子連接。本次設(shè)計(jì)采用第一種方式，直接使用工頻電。齒輪電機(jī)、接近開(kāi)關(guān)和繼電器需要DC24V輸入，為了將控制電路與主電路隔離，所以額外配備一個(gè)AC220V轉(zhuǎn)DC24V的開(kāi)關(guān)電源并通過(guò)繼電器控制齒輪電機(jī)。

3.2開(kāi)關(guān)與PLC接線(xiàn)

西門(mén)子s7-200系列PLC的輸入單元與設(shè)備接線(xiàn)方式為匯點(diǎn)式輸入接線(xiàn)。全部輸入點(diǎn)分為幾組，每組有一個(gè)公共端。

3.3電機(jī)與PLC接線(xiàn)

由于PLC本身帶負(fù)載能力有限，且外部短路時(shí)易燒壞繼電器，所以需要外加繼電器來(lái)控制齒輪電機(jī)，其接線(xiàn)方式如圖1所示。

4、立體車(chē)庫(kù)模擬系統(tǒng)測(cè)試

4.1 存車(chē)過(guò)程

模擬系統(tǒng)如圖3所示。當(dāng)立體車(chē)庫(kù)收到來(lái)自上位機(jī)的存車(chē)信號(hào)時(shí)，先將車(chē)輛存地面停放位托起，放入垂直升降電梯的停放位，等待入口拖放車(chē)機(jī)構(gòu)歸位后，入口垂直升降電梯下行到停車(chē)樓層;同時(shí)停車(chē)樓層的停車(chē)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)將停車(chē)位與入口垂直升降電梯對(duì)準(zhǔn);待入口垂直升降電梯到達(dá)且環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)對(duì)準(zhǔn)后，停車(chē)樓層的拖放車(chē)機(jī)構(gòu)將車(chē)輛從入口垂直升降電梯的停放位托出，放入環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)的停放位;入口垂直升降電梯上行歸為完成存車(chē)，并將存車(chē)信號(hào)復(fù)位。

4.2取車(chē)過(guò)程

當(dāng)立體車(chē)庫(kù)收到來(lái)自上位機(jī)的取車(chē)信號(hào)時(shí)：出口垂直升降電梯下行到對(duì)應(yīng)樓層;同時(shí)停車(chē)樓層的環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)將停車(chē)位與出口垂直升降電梯對(duì)準(zhǔn);待出口垂直升降電梯到達(dá)且停車(chē)平臺(tái)對(duì)準(zhǔn)后，停車(chē)樓層的拖放車(chē)機(jī)構(gòu)將車(chē)輛從環(huán)形旋轉(zhuǎn)停車(chē)平臺(tái)的停放位托起，放入出口垂直升降電梯的停放位;等待停車(chē)樓層拖放車(chē)機(jī)構(gòu)歸位后，出口垂直升降電梯上行返回地面層;出口拖放車(chē)機(jī)構(gòu)將車(chē)輛從出口垂直升降電梯中托出，放入地面停車(chē)位完成取車(chē)，并將取車(chē)信號(hào)復(fù)位。

結(jié)論：

本文設(shè)計(jì)了2層12車(chē)位的層旋式升降立體車(chē)庫(kù)實(shí)物模型和控制系統(tǒng)。從車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)上，將托放車(chē)、垂直升降、車(chē)庫(kù)平面旋轉(zhuǎn)分成三個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，三者分別動(dòng)作，協(xié)調(diào)運(yùn)行，運(yùn)行周期短，部分機(jī)構(gòu)故障不影響其他機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行，更加安全可靠;從控制系統(tǒng)上，層旋式升降立體車(chē)庫(kù)采用了先進(jìn)的PLC控制，運(yùn)用西門(mén)子公司的編程軟件編制了車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的程序，使得層旋式升降立體車(chē)庫(kù)操作的簡(jiǎn)便易行，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳天勝，傅龍飛，任繼鋒.基于S7-1200升降橫移式三層立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2017（1）：102-105.

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[3]程子健， 趙永強(qiáng).機(jī)械式智能立體車(chē)庫(kù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（23）.