层旋式升降立体车库模拟系统设计与实现

王彩红

【摘要】立体车库的使用是解决“停车难”的有效方法，因此研究立体车库具有重要意义。本文以 2 层 12 车位的层旋式升降立体车库为例，设计其实物模型及控制系统，并对其进行测试。测试结果表明，该车库能够自动的完成存取车操作及预先设定的一系列功能，工作稳定有序，为立体车库实际应用提供了范例，同时也可以作为相关专业的教学仪器使用。

【关键词】立体车库;层旋式;模拟系统

1、引言

机械式立体车库作为较新科技的停车设施，是解决停车难问题的妥善方法，也是中国城市现代化建设的必经之路[1-3]。

本文在塔库式立体车库的基础上，设计了2 层 12 车位层旋式升降立体车库实物模型和控制系统，并对其进行测试。从机械结构上，该车库由托放车、垂直升降、旋转停车平台三部分组成，使得存、取车过程由三个独立的机械机构完成，增加了各个运行过程运行周期的重叠区，减少了整体的运行时间;同时也使整个立体车库的存、取车口的数量与位置能灵活的分配，减少用户等待时间。

2、立体车库模拟系统机械结构设计

本文设计的层旋式升降立体车库，总共有三层。中心为垂直升降电梯，负责将车辆运往不同的楼层。从上往下第一层为地面层，在这一层设计了入口和出口供存车和取车使用;第二层为地下一层，在这层设有环形旋转停车平台，其下方的拖放车机构负责将车辆在升降电梯与停车平台间传送，第三层为地下二层，设计与第二层相同。电源模块、控制器和继电器布置在第三层下方。

立体车库机械部分采用具有较好的强度，良好的抗腐蚀性能和较好的塑性，适合于各种压力加工的铝合金制作。

2.1环形旋转停车平台设计

本文将停车位设计在环形平台，使原本固定的车位可以按照圆形轨迹运动，使立体车库的运行更加灵活多变，提高了空间利用率，同时减少了在存车和取车时的等待时间。

每个环形旋转停车平台设有六个车位，每个车位都由数根金属杆构成的梳形，拖放车垂直运动时可刚好穿过金属杆的空隙托起车辆。在环形旋转停车平台下方设有圆形轴承轨道，停车平台固定在轨道内圈，外圈固定在立体车库框架上，内圈的内侧装有传动带，在齿轮电机驱动下使停车平台可在轴承轨道上旋转，并通过接近开关来确定位置。

2.2拖放车机构设计

拖放车机构安装在地面层、地下一层和地下二层正对升降电梯处的下方，在存、取车过程中将车辆存入电梯或从电梯中取出，与其他机构协调运行，以完成整个存车入库和取车出库的动作。

拖放车机构中设计了两条导轨，一条垂直布置，一条水平布置，以实现拖放车机构可实现二维的控制，来将车辆在两个平台间移动。与导轨平行安装两根齿轮杆，在齿轮电机的驱动下，该机构可完成上下和前后的移动，并在控制过程中通过微动开关定位运动的行程，使机构准确运动到位，保障拖放车动作顺利、流畅的完成，避免车辆的损坏。

2.3垂直升降电梯设计

垂直升降电梯负责将车辆移动到各个楼层间。立体车库中心有两条垂直的滑动轨道和与其平行的齿轮杆，在齿轮电机的驱动下升降电梯可沿滑动轨道上下运动。通过布置在各楼层的接近开关，可以让升降电梯精准的停留在对应楼层。

2.4主控制单元设计

主控制单元主要由下位机和上位机构成。下位机包括控制器S7-200 PLC，检测单元接近开关和限位开关，和执行元件电机。上位机包括紫金桥组态软件、 Access数据库和车辆识别系统。PLC安装在立体车库的最下面，接近开关安装在车位内和升降台上，用于检测当前车位中是否有车，以及更新楼层信息;限位开关分别安装在车位左右两侧和井道顶层的上限位，用于检测升降和横移运动是否到位;电机用于控制载车板左右及上下移动。

3、立体车库控制系统设计

3.1电源选择

需要供电的设备有PLC、齿轮电机、接近开关和继电器。PLC基本单元的供电形式有两种：一是使用工频交流电为PLC供电，直接将火线和零线与交流输入端子连接;二是额外配备一个直流开关电源进行供电，将电源与直流输入端子连接。本次设計采用第一种方式，直接使用工频电。齿轮电机、接近开关和继电器需要DC24V输入，为了将控制电路与主电路隔离，所以额外配备一个AC220V转DC24V的开关电源并通过继电器控制齿轮电机。

3.2开关与PLC接线

西门子s7-200系列PLC的输入单元与设备接线方式为汇点式输入接线。全部输入点分为几组，每组有一个公共端。

3.3电机与PLC接线

由于PLC本身带负载能力有限，且外部短路时易烧坏继电器，所以需要外加继电器来控制齿轮电机，其接线方式如图1所示。

4、立体车库模拟系统测试

4.1 存车过程

模拟系统如图3所示。当立体车库收到来自上位机的存车信号时，先将车辆存地面停放位托起，放入垂直升降电梯的停放位，等待入口拖放车机构归位后，入口垂直升降电梯下行到停车楼层;同时停车楼层的停车平台转动将停车位与入口垂直升降电梯对准;待入口垂直升降电梯到达且环形旋转停车平台对准后，停车楼层的拖放车机构将车辆从入口垂直升降电梯的停放位托出，放入环形旋转停车平台的停放位;入口垂直升降电梯上行归为完成存车，并将存车信号复位。

4.2取车过程

当立体车库收到来自上位机的取车信号时：出口垂直升降电梯下行到对应楼层;同时停车楼层的环形旋转停车平台转动将停车位与出口垂直升降电梯对准;待出口垂直升降电梯到达且停车平台对准后，停车楼层的拖放车机构将车辆从环形旋转停车平台的停放位托起，放入出口垂直升降电梯的停放位;等待停车楼层拖放车机构归位后，出口垂直升降电梯上行返回地面层;出口拖放车机构将车辆从出口垂直升降电梯中托出，放入地面停车位完成取车，并将取车信号复位。

结论：

本文设计了2层12车位的层旋式升降立体车库实物模型和控制系统。从车库结构上，将托放车、垂直升降、车库平面旋转分成三个运行机构，三者分别动作，协调运行，运行周期短，部分机构故障不影响其他机构正常运行，更加安全可靠;从控制系统上，层旋式升降立体车库采用了先进的PLC控制，运用西门子公司的编程软件编制了车库控制系统的程序，使得层旋式升降立体车库操作的简便易行，具有一定的推广价值。

参考文献：

[1]陈天胜，傅龙飞，任继锋.基于S7-1200升降横移式三层立体车库控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2017（1）：102-105.

[2]张桂红.智能旋转立体车库设计[J].电子制作，2017（2）.

[3]程子健， 赵永强.机械式智能立体车库的创新设计[J].内燃机与配件，2017（23）.