巷道堆垛式立體車庫的電氣及控制系統研究

杜浩然 徐凱 張雪芹

摘 ?要：對于寸土寸金的核心商業區，地下立體車庫是在不占用地上空間的情況下解決車位與停車需求的優質解決方案。如何在保證系統正常運作的前提下盡量降低停車位置需求是困擾立體車庫系統設計的一項難題。基于此，本文介紹了一種立體車庫電氣及控制系統，闡述其設計思路、控制原理和功能特點。實踐證明該系統對車型適應能力強，車輛停放位置及角度要求低，電氣系統搭建成本低，實現了停車設備高度自動化，為傳統地下機械式立體停車庫向自動化、便利化、高效化發展提供了新的思路。

關鍵詞：巷道堆垛式立體車庫;汽車搬運器;控制系統;PLC

中圖分類號：U491.71 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：2096-6903（2021）03-0000-00

0 引言

隨著社會的發展，城市中機動車保有量快速攀升，私家車數量增長尤其明顯，城市道路擁堵和環境污染問題愈發尖銳，中心城區停車位短缺問題也日益凸顯。傳統占道停車方式因數量有限且需占用大量道路資源，增加了交通壓力，難以緩解現代社會中停車難的局面，為解決此問題，立體車庫應運而生[1]。有研究表明，立體車庫具有較高的經濟價值[2]，其停車所產生的汽車尾氣排放量與路邊停車相比減少40%左右[3]，因此在經濟與環保方面具有極大優勢。雖然立體車庫具有許多優勢，但在實際推廣應用中仍存在許多問題，如自動化、智能化程度低，適應車型少、存車停放位置要求高、墜落事故時有發生，為提升立體車庫適應性和安全性，針對立體車庫的電氣系統及控制程序進行研究。

1 系統介紹

在巷道堆垛式立體車庫中，巷道兩旁設置有多層數列車位，堆垛機位于巷道中，能實現沿巷道水平和垂直搬運。巷道堆垛式立體車庫中堆垛機是完成車輛升降和存取的主要部件之一，如圖1所示[4]。

堆垛機移動至所需存取的庫位時，采用夾持式搬運器將車輛送入或取出庫位，以實現車輛在堆垛機與庫位之間的交換。本系統是應用于此類巷道堆垛式立體車庫的電氣控制系統。根據研究總結梳理出系統工作流程圖如圖2、3所示。

存車程序流程如下：要存車輛行駛到旋轉臺停止，判斷車內和存車間內無人后，旋轉臺旋轉矯正車輛，橫移臺收到存車信號后，向所存車輛軸線方向移動，移動到位后，搬運器向旋轉臺上車輛車底運行，搬運器運行到位后，搬運器夾持機構伸出，夾起車輛。夾持機構伸出到位后，搬運器及車輛向橫移臺運行，運行到位后，橫移臺，搬運器及車輛向存放車位位置運行，運行到位后，搬運器載車向停車車位運行，運行到位后，搬運器夾持機構收回，放下車輛，返回橫移臺，橫移臺向旋轉臺運行，進行下一輛車存車。

橫移臺提取車庫位號，橫移臺向取車庫位移動，移動到位后，搬運器向車底運行，搬運器運行到位后，夾持機構伸出，夾起要取車輛，搬運器夾持機構伸出到位后，返回橫移臺，搬運器返回橫移臺到位后，橫移臺向存取車房移動，橫移臺移動到位后，搬運器向旋轉臺移動，移動到位后，搬運器夾持機構收回，放下取車車輛，夾持機構收回完成后，返回橫移臺，橫移臺及搬運器進行下一臺車輛的存取工作。

2 存入車輛位置校正的實現

由于巷道堆垛式立體車庫車位形狀和朝向已經確定，但車輛駕駛人將車輛停放入存取車房時車輛的位置和角度均具有一定的隨機性，若不對車輛姿態和位置進行檢測矯正，則在存取車過程中會出現車輛與車庫設備之間發生碰撞的情況，所以需要在存取車房內對車輛位置和角度進行檢測和校正。該系統存取車房內布置如圖4所示。

預存車輛停放過程中僅開放旋轉臺，橫移臺與搬運器由電動門隔離于存取車房外，且旋轉臺處于鎖死狀態，從原理上杜絕機械或程序故障導致的人員安全風險。當預存車輛停放到旋轉臺后，因為預存車輛與搬運器有一定的夾角，所以需要旋轉臺進行轉動，使預存車輛與搬運器的夾角為零，使得搬運器與運存車輛對中，使得搬運器能夠順利進入車底，從而夾起車輛。

其工作原理為通過P1、P2、P3、P4測距傳感器檢測出其各個傳感器到車輛左右表面的距離，假設車輛左右表面為直線，P1到車表面的距離為L1，P2到車表面的距離為L2，P3到車表面的距離為L3，P4到車表面的距離為L4，則當L1-L3=L2-L4時，運存車輛與縱軸線的夾角為零，顧通過控制把L1、L2、L3、L4的數值傳遞給PLC進項運算，當L1-L3小于L2-L4時則預存車輛與縱軸線的為負度數夾角，此時PLC控制旋轉臺電機，使旋轉臺進行順時針轉動，直到L1-L3=L2-L4時停止，當L1-L3大于L2-L4時則預存車輛與縱軸線為正度數夾角，此時PLC控制旋轉臺電機，使旋轉臺進行逆時針轉動，直到L1-L3=L2-L4時停止。

當預存車輛與縱軸線的夾角變為零時，L1-L2數值的一半則為運存車輛中心線到縱軸線的距離，此時PLC控制橫移臺進行左右平移，以實現橫移臺縱軸中心和預存車輛縱軸中心重合，此時旋轉臺對預存車輛的調整完成。

如圖5所示，此時搬運器向車輛車底運行，當搬運器車頭光電開關（或車尾光電開關）感應到車輪邊緣時，光電開關發出信號，此時PLC開始記錄行走系統編碼器脈沖數，當搬運器繼續運行，光電開關經過車輪達到車輪另一測邊緣時，光電開關信號消失，此時PLC所記錄的脈沖數通過搬運器行走輪直徑、行走系統總減速比和編碼器分辨率運算可以得出車輪L2的尺寸，而搬運器所要再向前運行的距離為L3，此時L3的距離為L1減去L2所得出來的距離，根據PLC計算得出L3的距離并控制電機做相對運行，L3距離運行完成后搬運器停止，此時得到搬運器夾持機構中心和車輛車軸中心對齊，此時開啟夾持系統，即可將車輛車輪夾起，使車輛離開地面，由搬運器搬運至堆垛器橫移臺上，方便堆垛器將需存車輛送至空閑車位。

3 結論

通過對巷道堆垛式立體車庫的控制系統研究，提出了其工作原理。針對車輛停放位置、角度要求較低的巷道堆垛式立體車庫控制系統，提高了其安全性、降低了停入立體車庫時對駕駛人的停車位置的要求，提高了存取車效率，為傳統地下機械式立體停車庫自動化、便利化、高效化發展提供了一種新思路。

參考文獻

[1] 溫沁月，魯力群.國內外立體車庫現狀及發展綜述[J].物流工程與管理，2016，38（7）：159-161.

[2] LiRong， Xiaodong Zhang， Zixu Peng， et al. Design of Three-Dimensional Parking Garage[C]// ?2018 International Conference on Sensing， Diagnostics， Prognostics， and Control， 2018， 389-391.

[3] Hoglund PG. Parking， Energy Consumption and Air Pollution[J].Science of The Total Environment，2004，334-335（1）：39-45.

[4]劉日.巷道堆垛式立體車庫車位分區分配研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2018：6.

收稿日期：2021-02-22

基金項目：智能立體停車設備研究（CSCEC-2018-Z-8）

作者簡介：杜浩然（1992—），男，山西朔州人，本科，工程師，研究方向：機電一體化。

Abstract：For the core commercial area with an inch of land， the underground three-dimensional garage is a high-quality solution for parking spaces and parking needs without occupying space on the ground. How to reduce the demand for parking space as much as possible while ensuring the normal operation of the system is a problem that plagues the design of the stereo garage system. Based on this， this article introduces a three-dimensional garage electrical and control system， expounds its design ideas， control principles and functional characteristics. Practice has proved that the system has strong adaptability to vehicle models， low construction cost of electrical system， and high automation of parking equipment， it provides a new idea for the traditional underground mechanical parking system to develop to automation， convenience and high efficiency.

Keywords：Laneway-Stow-Typed Sereo Garage;Automobile carrier machine;control system;PLC