垂直旋轉式立體車庫設計

許家豪

（商洛學院電子信息與電氣工程學院，陜西商洛，726000）

0 引言

隨著經濟的發展，私人汽車的市場保有量越來越高，已連續五年年均增速超過7%，截止2020年底，私人轎車有保量1.4674億輛。然而，由于土地資源的緊缺，城市停車位的建設增速還遠趕不上實際需求，進而出現城市道路的車輛違停增多、小區的消防通道頻繁被占用等城市管理問題[1]。為了改善此類問題，立體車庫的設計和使用逐漸得到了普及。市場上已經投入或正在研究的立體車庫有升降橫移式[2]、巷道堆垛式[3]、垂直升降類[4]，均具有空間利用率高、存取簡單等特點。本文針對住宅小區、商務酒店等可用土地“碎片化”“小塊化”的特點，設計了一種垂直旋轉式立體車庫。該車庫占地面積小、車輛存取方便、安全可靠，對場地要求相對較低，對現代立體車庫的設計具有較好的參考借鑒意義。

1 立體車庫系統結構

垂直旋轉式立體車庫系統主要由機械結構部分和電氣控制部分組成。機械結構主要包括車庫門裝置、旋轉式車庫輪及其支撐架構成。電氣控制部分主要是以PLC為控制核心，結合光電傳感器、限位開關、電動機、車輛感應傳感器等電氣設備，通過程序編寫實現控制功能。垂直旋轉式立體車庫系統總體結構如圖1所示。垂直旋轉車庫輪的減速交流電機通過主軸帶動車庫輪轉動。主軸上帶有主齒，主齒與副齒通過鏈輪鏈接。車庫輪外框有內齒，內齒與副齒緊密齒合。副齒軸心相對車庫輪的位置不變，隨著車庫輪的轉動而移動，副齒繞著自身軸心自轉，自轉角速度與車庫輪的角速度相同，但轉動方向相反，從而確保在車庫輪旋轉的過程中，載車板相對副齒靜止，即載車板能夠始終保持水平不變。車庫輪的下半部分可放置于地下，利于系統穩固、美觀。

圖1 垂直旋轉式立體車庫系統總體結構

2 系統控制電路設計

2.1 PLC I/O地址分配

為了識別請求車位是否到達車庫門位置處，在車庫門處安裝有限位開關。為了判斷車位上是否有車輛，在每個載車板上安裝有車輛感應傳感器。為了判斷車庫門開閉狀態，在車庫門的適當位置安裝有兩個限位開關。為了減少設備成本和直觀展示取車功能，本文采用由不同車位編號按鈕的觸發作為車位請求的命名。根據系統功能和電氣設備選取，共需要PLC 24個輸入點和7個輸出點，可選西門子PLC CPU226型號，PLC控制系統的I/O地址分配如表1所示。

表1 PLC I/O地址分配表

2.2 PLC 硬件接線

根據系統工作過程和I/O地址分配，設計PLC硬件接線圖，如圖2所示。

圖2 PLC硬件接線圖

3 系統程序流程

取車時，車主刷卡驗證，點擊“取車”按鈕（本文直接點擊對應車位編號按鈕進行取車），車庫旋轉輪轉動，當指定車輛到達車庫門所在位置時，車庫旋轉輪停轉，車庫門打開，車庫照明燈接通。車主進入到載車板開車離開，車庫門自動關閉或者由車主或工作人員點擊“關門”按鈕，車庫門關閉，照明燈熄滅，取車結束。

存車時，車主或工作人員點擊“存車”按鈕，車庫旋轉輪轉動，當空車位到達車庫門所在位置時，車庫旋轉輪停轉，車庫門打開，車庫照明燈接通。車主將車輛開進載車板上，下車取卡離開。由車主或工作人員點擊“關門”按鈕，車庫門關閉，照明燈熄滅，存車結束。當所有車位已被占用時，無空車位指示燈點亮，若此時點擊“存車”，無空車位指示燈閃爍3秒后，重新等待命令。

垂直旋轉式立體車庫工作流程如圖3所示。

圖3 垂直旋轉式立體車庫工作流程

4 系統測試

為了驗證系統的設計方案和軟硬件設計可行性，通過程序調試、監控、仿真，實體裝置制作和各項功能的測試，結果表明，垂直旋轉式立體車庫響應迅速，車位停靠準確，能夠滿足車主對存取車方便、快捷的需求。PLC的加入，使垂直旋轉式立體車庫變得更加靈活、高效。

5 結語

為了節省占地面積、提高安裝靈活度，提出垂直旋轉式立體車庫的思想；為了降低成本、增加結構穩定性，系統采用框架結構設計；為了提高使用穩定性和維護方便性，提出基于PLC的傳動控制方案。通過電氣控制部分的理論分析、軟硬件設計、程序仿真和實際應用，結果表明，垂直旋轉式立體車庫不僅能夠實現各車位和車庫門的有效控制，還具有設備運行安全可靠、占地空間小、建設成本低等特點，為住宅小區、酒店等環境的停車場建設提供較好的參考方案。