基于PLC的新型多口出入貨存式立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)

豐 宇，周林宏，黃金寶，羅茂臻，王云峰

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，安徽宣城 242000）

0 引言

新型車(chē)庫(kù)的興建，不僅可以減少土地占用面積，緩和目前城市中道路空間狹小的問(wèn)題，還能緩解交通狀況，以適應(yīng)現(xiàn)代人類(lèi)快節(jié)奏的生活需求。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)械停車(chē)設(shè)備的調(diào)查以及使用經(jīng)驗(yàn)的匯總，可以看出人們?cè)谕＼?chē)取車(chē)時(shí)，首先追求的是效率。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)存立體車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)有部分弊端，①存取車(chē)為單一入口，車(chē)主等待時(shí)間長(zhǎng)；②有些車(chē)庫(kù)需要車(chē)主在狹窄的區(qū)域內(nèi)完成倒車(chē)，對(duì)車(chē)主的車(chē)技要求較高；③部分車(chē)主會(huì)作出經(jīng)濟(jì)性的考量，認(rèn)為立體車(chē)庫(kù)這種先進(jìn)而且新穎便捷的停車(chē)場(chǎng)收費(fèi)較高。這些問(wèn)題都是導(dǎo)致新型車(chē)庫(kù)無(wú)法在市場(chǎng)上快速發(fā)展的阻礙。

基于PLC的新型多口出入貨存式立體車(chē)庫(kù)可有效解決上述的多種弊端。①車(chē)庫(kù)采用多口進(jìn)出，可以在短時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足數(shù)名車(chē)主的停車(chē)、取車(chē)需求。 如果未來(lái)投入市場(chǎng)，可以設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的APP（Application，智能手機(jī)的第三方應(yīng)用程序）智能預(yù)約存取并繳費(fèi)，極大提升停取車(chē)的便捷程度和效率；②從管理上做到徹底的人車(chē)分流，存取車(chē)位置空間較大而且無(wú)需倒車(chē)，人在車(chē)庫(kù)內(nèi)或車(chē)不準(zhǔn)停位置，電氣系統(tǒng)會(huì)控制機(jī)械裝置不工作，保證車(chē)主和車(chē)輛的安全；③立體車(chē)庫(kù)有效利用空間，4～5層的空間結(jié)構(gòu)，每層多個(gè)車(chē)位，使得相同占地面積下，容納車(chē)輛數(shù)目遠(yuǎn)大于平面停車(chē)場(chǎng)，提高空間利用率達(dá)數(shù)倍；④車(chē)庫(kù)無(wú)需人工操作，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本，且方便便捷適應(yīng)小區(qū)、風(fēng)景區(qū)等對(duì)停車(chē)需求量大的場(chǎng)合。

1 立體車(chē)庫(kù)的類(lèi)別

目前市場(chǎng)上立體車(chē)庫(kù)的種類(lèi)繁多，主要類(lèi)型包括升降橫移類(lèi)，巷道堆垛類(lèi)，垂直升降類(lèi)，簡(jiǎn)易升降類(lèi)等。

（1）升降橫移立體車(chē)庫(kù)。利用載車(chē)板完成車(chē)輛的升降與橫移存取。該類(lèi)車(chē)庫(kù)的規(guī)模可大可小，目前所使用的多為2～3層；其型式多種多樣，一般常用的有運(yùn)用鏈條、鋼絲繩和液壓等傳動(dòng)方式；其地形適應(yīng)性較其他車(chē)庫(kù)也具有優(yōu)勢(shì)，能夠地上與地下的工作環(huán)境，并且土地利用率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，配置多樣，以成本低廉及與便捷見(jiàn)長(zhǎng)。但其提升過(guò)程防傾斜墜落的功能較薄弱，安全性有所欠缺。

（2）巷道堆垛式立體車(chē)庫(kù)。是一種全自動(dòng)化的泊車(chē)設(shè)備，采用以巷道堆垛機(jī)或橋式起重機(jī)以及存取機(jī)構(gòu)完成私家車(chē)的存取，這種類(lèi)型的車(chē)庫(kù)密封性好，可以保障車(chē)輛的安全；但由于其設(shè)備技術(shù)要求高并且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能運(yùn)用于少量存車(chē)的場(chǎng)合；而且由于車(chē)輛均需使用堆垛機(jī)進(jìn)行存取，堆垛機(jī)的高昂成本以及存車(chē)量的數(shù)目導(dǎo)致取車(chē)效率相對(duì)低下，一般多用于長(zhǎng)期性的保存。

（3）垂直升降類(lèi)立體車(chē)庫(kù)。由提升機(jī)以及配置的橫向移動(dòng)來(lái)完成車(chē)輛的存取動(dòng)作。車(chē)庫(kù)空間利用率很高，規(guī)模一般可達(dá)二十余層，故稱(chēng)之為塔式立體車(chē)庫(kù)，相對(duì)成本不高。但由于要求有完善的閉鎖和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及充分的安全措施，增加了故障率和維護(hù)難度。

（4）簡(jiǎn)易升降類(lèi)。采用升降機(jī)構(gòu)或俯仰機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛存取的簡(jiǎn)單機(jī)械式停車(chē)裝置。 車(chē)位一般分成上、下二層或二層以上，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且依靠設(shè)備本身自重下降，節(jié)省能源的同時(shí)能夠保持設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。但在取車(chē)時(shí)需要?jiǎng)幼畹蛯拥能?chē)輛，延緩了工作效率，且由于簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，車(chē)庫(kù)達(dá)到兩層以上時(shí)會(huì)因?yàn)轱L(fēng)力和移動(dòng)幅度而造成安全問(wèn)題。

2 車(chē)庫(kù)總體設(shè)計(jì)

2.1 立體車(chē)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)

貨存式新型立體車(chē)庫(kù)如圖1所示，主體部分由車(chē)庫(kù)建筑骨架，載車(chē)板運(yùn)行系統(tǒng)、傳動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置系統(tǒng)等4個(gè)部分構(gòu)成。

（1）車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)骨架系統(tǒng)。車(chē)庫(kù)主要分為前中后3部分：A區(qū)為存車(chē)區(qū)域，B區(qū)為取車(chē)區(qū)域，AB之間為載車(chē)板運(yùn)動(dòng)區(qū)域。在整棟樓的兩側(cè)，分別有C，D兩部運(yùn)載電梯，負(fù)責(zé)車(chē)輛和載車(chē)板的上下行。由于車(chē)庫(kù)存車(chē)取車(chē)位置不同，所以無(wú)需在載車(chē)板上設(shè)置回轉(zhuǎn)掉頭系統(tǒng)，降低了對(duì)司機(jī)駕駛技術(shù)的要求，提高安全性。

圖1 車(chē)庫(kù)主體外觀

（2）安全保護(hù)裝置。由光電傳感器、紅外掃描系統(tǒng)、限位保護(hù)裝置以及電氣控制裝置等部件組成。光電系統(tǒng)用來(lái)檢驗(yàn)車(chē)主是否離開(kāi)機(jī)械工作區(qū)域。限位傳感器是用來(lái)確定檢測(cè)載車(chē)板上車(chē)輛是否放正。 配合限位開(kāi)關(guān)，車(chē)輛的升降和橫移可以安全完成。電氣控制系統(tǒng)主要包括載車(chē)板運(yùn)行系統(tǒng)、中控系統(tǒng)、存取車(chē)APP以及停車(chē)庫(kù)監(jiān)控裝置等。

（3）傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)裝置主要采用升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)減速電機(jī)控制整個(gè)運(yùn)動(dòng)。部分停車(chē)系統(tǒng)采用液壓電梯在水平與軌道之間移動(dòng)汽車(chē)，實(shí)現(xiàn)將車(chē)輛存儲(chǔ)到狹小空間的功能。車(chē)庫(kù)的橫移傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由帶輪子的載車(chē)板完成，縱向升降動(dòng)作由運(yùn)載電梯實(shí)現(xiàn)。

（4）載車(chē)板系統(tǒng)。載車(chē)板裝有輪子、紅外傳感器、光敏壓敏傳感器以及獨(dú)立的控制系統(tǒng)。載車(chē)板接收到中控臺(tái)的命令后，可以承載車(chē)輛橫向與縱向運(yùn)動(dòng)，完成存車(chē)取車(chē)動(dòng)作。每一個(gè)車(chē)位均有一塊載車(chē)板。載車(chē)板橫向移動(dòng)至車(chē)位處，再縱向移動(dòng)，和車(chē)輛一起停車(chē)入庫(kù)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已存在本設(shè)計(jì)所需的載車(chē)板模塊，可直接購(gòu)買(mǎi)使用。

2.2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外立體車(chē)庫(kù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究與調(diào)查，本著安全、方便、高效的理念設(shè)計(jì)立體車(chē)庫(kù)。車(chē)庫(kù)為多層停車(chē)機(jī)構(gòu)，停取車(chē)動(dòng)作由載車(chē)板與運(yùn)載電梯組合完成。在每層根據(jù)具體的車(chē)位數(shù)量設(shè)置對(duì)應(yīng)的移動(dòng)模塊，該模塊由 PLC編程控制，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，所有的指令由總控臺(tái)發(fā)出（有人或無(wú)人）。

車(chē)庫(kù)樓梯左右兩側(cè)分別安裝上下行電梯。每層車(chē)庫(kù)分為前中后3個(gè)區(qū)域，前部為車(chē)輛進(jìn)口，即為車(chē)主存車(chē)口，中間區(qū)域?yàn)殡娞菁拜d車(chē)臺(tái)工作運(yùn)行區(qū)域，后部為取車(chē)區(qū)域，車(chē)主可通過(guò)APP預(yù)約，提前將車(chē)運(yùn)至出車(chē)口。車(chē)庫(kù)為前部存車(chē)，后部取車(chē)，載車(chē)臺(tái)在工作過(guò)程中不會(huì)移動(dòng)車(chē)頭方向。車(chē)主無(wú)需倒車(chē)即可完成存車(chē)取車(chē)，降低了當(dāng)今立體車(chē)庫(kù)對(duì)車(chē)主車(chē)技的要求，提高了安全性。第一層為車(chē)輛進(jìn)出口，車(chē)主將車(chē)輛停在規(guī)定區(qū)域內(nèi)，下車(chē)即可離開(kāi)。車(chē)庫(kù)內(nèi)安裝紅外掃描裝置，當(dāng)檢測(cè)到無(wú)人在工作區(qū)域時(shí)，伸出工作爪將車(chē)輛固定，并搭乘電梯運(yùn)送至停車(chē)樓層。取車(chē)時(shí)，總控臺(tái)收到車(chē)主取車(chē)信息，發(fā)送指令至附近的載車(chē)臺(tái)，將其運(yùn)動(dòng)至車(chē)位口，運(yùn)載車(chē)輛至取車(chē)處。存車(chē)流程見(jiàn)圖2，取車(chē)流程見(jiàn)圖3，同時(shí)完成存取車(chē)流程見(jiàn)圖4。當(dāng)多個(gè)車(chē)主同時(shí)停車(chē)或取車(chē)時(shí)，可以將車(chē)停放在任意空位，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)是多口停車(chē)取車(chē)，所以車(chē)主將車(chē)停放在庫(kù)內(nèi)，即可離開(kāi)。而取車(chē)的車(chē)主，可以根據(jù)發(fā)送取車(chē)信息的時(shí)間順序，依次拿到自己的車(chē)輛。

圖2 存車(chē)流程

2.3 車(chē)庫(kù)尺寸的計(jì)算與分析

車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)總平面設(shè)計(jì)、防火間距、消防車(chē)道、安全疏散、安全照明等設(shè)計(jì)規(guī)劃，遵循現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范的規(guī)定》GB 50067—1997。如圖 5、圖6所示，深色實(shí)點(diǎn)為立柱或鋼架，兩根立柱間橫向距離8100 mm，縱向距離6000mm，立柱尺寸（600×600）mm，淺色部分為墻體，墻體厚240mm。虛線部分為車(chē)位，對(duì)適合在機(jī)械式停車(chē)后設(shè)備內(nèi)停放的車(chē)輛尺寸，稱(chēng)為容車(chē)尺寸。其中容車(chē)尺寸按《汽車(chē)與掛車(chē)的術(shù)語(yǔ)及其定義》規(guī)定的汽車(chē)長(zhǎng)寬高及按《道路車(chē)輛質(zhì)量詞匯和代碼》定義的整車(chē)質(zhì)量再加上50 kg的物品質(zhì)量，可分為小、中、大、特大、超大、客車(chē)6個(gè)分組（表1）?？紤]到在一層停車(chē)位置，車(chē)主可能同時(shí)停車(chē)的情況出現(xiàn)，車(chē)庫(kù)在最小寬度2.2 m的基礎(chǔ)上增加0.6 m的安全距離，保證車(chē)主開(kāi)關(guān)車(chē)門(mén)時(shí)的安全。

圖3 取車(chē)流程

圖4 同時(shí)完成存取車(chē)流程

表1 車(chē)輛尺寸分類(lèi)

圖5 車(chē)庫(kù)主視圖

3 總結(jié)

多口進(jìn)出貨存式立體車(chē)庫(kù)，解決現(xiàn)存立體車(chē)庫(kù)停取車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，人車(chē)分離機(jī)制不完善，以及停車(chē)成本較高等問(wèn)題；滿(mǎn)足控制的實(shí)時(shí)性要求，具有自動(dòng)化程度高、可靠性高和擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，符合現(xiàn)代人的生活節(jié)奏。

圖6 車(chē)庫(kù)俯視圖