一種垂直升降立體停車庫(kù)設(shè)計(jì)

陳福東 鐘畝欣 陳炳州

摘 要：該車庫(kù)主要由四大模塊組成：車庫(kù)框架，升降臺(tái)，搬運(yùn)小車，PLC控制系統(tǒng)。出入庫(kù)采用刷卡方式，整體結(jié)構(gòu)采用鋼制材料制作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，拆裝方便，占地面積小，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。搬運(yùn)小車通過(guò)單片機(jī)和PLC經(jīng)過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行信息交流，紅外感應(yīng)檢測(cè)精準(zhǔn)定位，進(jìn)行橋車搬運(yùn)。車庫(kù)設(shè)置信號(hào)燈提示：紅燈亮，車庫(kù)系統(tǒng)有故障;綠燈亮，車庫(kù)運(yùn)正常行;藍(lán)燈亮，當(dāng)前車庫(kù)有空位;白燈亮，正在存車;黃燈亮，正在取車。

關(guān)鍵詞：工作原理;PLC控制;單片機(jī)控制;通信模塊

1 引言

目前，城市用地資源越來(lái)越緊缺，生活水平的不斷提高，家用轎車也越來(lái)越多，停車位已滿足不了人們的需求。為了緩解這問(wèn)題，研究一種立體垂直升降車庫(kù)。立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)很多，具有高度的機(jī)械化、智能化[4]。它具有占地面積小、空間利用率高等優(yōu)勢(shì)，可有效緩解城市停車難的現(xiàn)狀。同時(shí)5G的快速發(fā)展，uRRLLC將會(huì)在工業(yè)精確控制發(fā)揮巨大的作用[4]，立體車庫(kù)更能體現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展程度。對(duì)改善城市面貌具有重大意義，具有廣闊的發(fā)展前景，車輛無(wú)處停放的問(wèn)題是城市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，車庫(kù)已經(jīng)成為人們研究的對(duì)象。

2 工作原理

研究車庫(kù)設(shè)計(jì)靈活性，采用單元組設(shè)計(jì)，第一層為存取車位，第二層以上為停車位?？筛鶕?jù)空地大小和車位需求，進(jìn)行單元組的組合，實(shí)現(xiàn)停放更多的車輛，對(duì)空地有更多的選擇性和靈活性。存取車工作如下：

（1）存車時(shí)，汽車進(jìn)入一層停車臺(tái)（車主離開(kāi)車位刷卡），搬運(yùn)小車從升降臺(tái)出來(lái)，進(jìn)入汽車下面，抬升裝置啟動(dòng)，將汽車抬離存取車位地面，搬運(yùn)小車運(yùn)載汽車到升降臺(tái)。

（2）升降臺(tái)與鋼索連接，在步進(jìn)電機(jī)的牽引作用下，鋼索收卷，升降臺(tái)直線上升，到達(dá)預(yù)定的停車位層數(shù)，升降臺(tái)停止，搬運(yùn)小車將汽車放置在預(yù)定的停車位，抬升裝置啟動(dòng)，將汽車放在停車位回到升降臺(tái)，升降臺(tái)降至地面，存車完畢。

（3）取車時(shí)，車主刷卡，根據(jù)對(duì)應(yīng)存車信息，升降臺(tái)到達(dá)汽車所在車位層數(shù)，抬升裝置工作，搬運(yùn)小車將汽車運(yùn)載到升降臺(tái)上，將升降臺(tái)放到地面，抬升裝置將汽車送到一層存取車位，抬升裝置放下汽車后回到升降臺(tái)，取車完畢。

3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)研究，車庫(kù)整體利用鋁型材、直角三維連接件和L型角件搭建，用T型螺栓、螺母和無(wú)頭內(nèi)六角緊定螺絲進(jìn)行固定等進(jìn)行搭建。在底層存放車位裝有刷卡系統(tǒng)，來(lái)識(shí)別車輛存放信息。載車板上裝有光電開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)有無(wú)車位，確定車位信息，把信息反饋給PLC控制系統(tǒng)，來(lái)控制電機(jī)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)的升降。設(shè)置報(bào)警裝置：當(dāng)車庫(kù)出現(xiàn)故障時(shí)，必須有提示和報(bào)警裝置。為此我們?cè)O(shè)置了提示燈和蜂鳴器報(bào)警裝置。

3.1 搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)

車庫(kù)核心在于搬運(yùn)小車，采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，用藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)與PLC控制系統(tǒng)連接通信。用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)在車庫(kù)里進(jìn)行直線往返運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛的運(yùn)輸。在搬運(yùn)小車底部裝有紅外傳感器，當(dāng)感應(yīng)到車位黑色物質(zhì)時(shí)，立即停止運(yùn)動(dòng)，并把信息反饋到PLC控制系統(tǒng)，實(shí)行下一步。搬運(yùn)小車的抬升裝置采用三角工作原理，給相應(yīng)的脈沖，雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)。滑塊向前移，抬升塊頂起，雙齒輪嚙合啟動(dòng)，讓載車板實(shí)現(xiàn)垂直升降，可以把汽車抬起或放下。

3.2 車位墊板設(shè)計(jì)

在車位墊板上，設(shè)計(jì)了導(dǎo)軌避免搬運(yùn)小車不在軌跡上行走，并且設(shè)計(jì)安全擋塊和黑色感應(yīng)物質(zhì)有利于小車的精準(zhǔn)定位，來(lái)確保搬運(yùn)小車能停在相應(yīng)位置，準(zhǔn)確抬放汽車。

3.3 垂直升降臺(tái)設(shè)計(jì)

車庫(kù)中間部位安裝升降臺(tái)，將汽車輸送到高層或底層車位。在車庫(kù)頂部裝有步進(jìn)電機(jī)，采用齒齒嚙合一級(jí)傳動(dòng)方式，給滾軸提供動(dòng)力，通過(guò)卷筒收放鋼索并繞在U型滑輪上，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)的垂直升降運(yùn)動(dòng)。升降臺(tái)由4條鋼制滑軌和8個(gè)直線導(dǎo)軌滑塊裝配而成，直線導(dǎo)軌滑塊并兩兩垂直相接。采用鋼制導(dǎo)軌和兩兩直線導(dǎo)軌滑塊兩兩相接的好處就是，鋼的硬度大，不易變形，導(dǎo)軌光滑，滑動(dòng)順暢，不會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)和卡頓現(xiàn)象，以便升降臺(tái)平穩(wěn)上升或下降。

4 控制系統(tǒng)制作

控制系統(tǒng)中，搭建好PLC和單片機(jī)的電路后，分別編寫PLC和單片機(jī)的控制程序。滿足條件則觸發(fā)相應(yīng)的程序。PLC和搬運(yùn)小車上的單片機(jī)通信搭建藍(lán)牙通信，PLC和單片機(jī)中也編寫相應(yīng)的通信程序。例如語(yǔ)句a，當(dāng)用戶采用刷卡方式取車時(shí)，PLC則發(fā)送“a”給單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的程序，移動(dòng)到升降臺(tái)后;發(fā)送“d”給PLC，“告訴”PLC，小車已把車取出并已經(jīng)回到升降臺(tái)，然后PLC控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使升降臺(tái)下降回到第一層。

4.1 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC作為基本的工業(yè)控制設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)與通信設(shè)備功能已經(jīng)成為PLC的重要技術(shù)指標(biāo)之一[2]。本文研究的車庫(kù)使用的是西門子S7-200系列中的PLC，型號(hào)是CPU226 CN 24V直流供電，圖1中詳細(xì)標(biāo)明了PLC與各被控制部件的連接線路。

除通信部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)外，其他受控制部分都是通過(guò)PLC控制電路的通斷完成。

指示燈：以白燈為例，當(dāng)用戶正在存車時(shí)，滿足程序設(shè)定的條件，PLC控制Q1.0端口輸出高電平，此時(shí)白燈所在的回路形成了電流，白燈亮，提示用戶正在存車。蜂鳴器同理。

光電開(kāi)關(guān)：光電開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)均為三線制，即電源正極，電源負(fù)極，信號(hào)線。并且都是PNP型，高電平有效，因?yàn)樵揚(yáng)LC為源型輸入。電源正極和電源負(fù)極正常接24V直流電源。信號(hào)線接PLC的輸入端。以光電開(kāi)關(guān)1為例：當(dāng)車位有車時(shí)，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射的光線被遮擋，光電開(kāi)關(guān)隨之從信號(hào)線提供24V電壓，使光電開(kāi)關(guān)1所在的回路導(dǎo)通，PLC的輸入端子10.0得電，由此可以讓PLC判斷車庫(kù)的車位是否有車。

接近開(kāi)關(guān)的觸發(fā)原理基本相同，車庫(kù)為三層，因此共有三個(gè)接近開(kāi)關(guān)，安裝在每一層車位的最左側(cè)，當(dāng)升降臺(tái)上升時(shí)，會(huì)觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)，PLC中和接近開(kāi)關(guān)聯(lián)接的計(jì)數(shù)程序會(huì)進(jìn)行計(jì)數(shù)，第一層為1，第二層為2，第三層為3。接近開(kāi)關(guān)的作用是使升降臺(tái)能精確的停留在某一層。