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摘 要：对于寸土寸金的核心商业区，地下立体车库是在不占用地上空间的情况下解决车位与停车需求的优质解决方案。如何在保证系统正常运作的前提下尽量降低停车位置需求是困扰立体车库系统设计的一项难题。基于此，本文介绍了一种立体车库电气及控制系统，阐述其设计思路、控制原理和功能特点。实践证明该系统对车型适应能力强，车辆停放位置及角度要求低，电气系统搭建成本低，实现了停车设备高度自动化，为传统地下机械式立体停车库向自动化、便利化、高效化发展提供了新的思路。
关键词：巷道堆垛式立体车库;汽车搬运器;控制系统;PLC
中图分类号：U491.71 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00
0 引言
随着社会的发展，城市中机动车保有量快速攀升，私家车数量增长尤其明显，城市道路拥堵和环境污染问题愈发尖锐，中心城区停车位短缺问题也日益凸显。传统占道停车方式因数量有限且需占用大量道路资源，增加了交通压力，难以缓解现代社会中停车难的局面，为解决此问题，立体车库应运而生[1]。有研究表明，立体车库具有较高的经济价值[2]，其停车所产生的汽车尾气排放量与路边停车相比减少40%左右[3]，因此在经济与环保方面具有极大优势。虽然立体车库具有许多优势，但在实际推广应用中仍存在许多问题，如自动化、智能化程度低，适应车型少、存车停放位置要求高、坠落事故时有发生，为提升立体车库适应性和安全性，针对立体车库的电气系统及控制程序进行研究。
1 系统介绍
在巷道堆垛式立體车库中，巷道两旁设置有多层数列车位，堆垛机位于巷道中，能实现沿巷道水平和垂直搬运。巷道堆垛式立体车库中堆垛机是完成车辆升降和存取的主要部件之一，如图1所示[4]。
堆垛机移动至所需存取的库位时，采用夹持式搬运器将车辆送入或取出库位，以实现车辆在堆垛机与库位之间的交换。本系统是应用于此类巷道堆垛式立体车库的电气控制系统。根据研究总结梳理出系统工作流程图如图2、3所示。
存车程序流程如下：要存车辆行驶到旋转台停止，判断车内和存车间内无人后，旋转台旋转矫正车辆，横移台收到存车信号后，向所存车辆轴线方向移动，移动到位后，搬运器向旋转台上车辆车底运行，搬运器运行到位后，搬运器夹持机构伸出，夹起车辆。夹持机构伸出到位后，搬运器及车辆向横移台运行，运行到位后，横移台，搬运器及车辆向存放车位位置运行，运行到位后，搬运器载车向停车车位运行，运行到位后，搬运器夹持机构收回，放下车辆，返回横移台，横移台向旋转台运行，进行下一辆车存车。
横移台提取车库位号，横移台向取车库位移动，移动到位后，搬运器向车底运行，搬运器运行到位后，夹持机构伸出，夹起要取车辆，搬运器夹持机构伸出到位后，返回横移台，搬运器返回横移台到位后，横移台向存取车房移动，横移台移动到位后，搬运器向旋转台移动，移动到位后，搬运器夹持机构收回，放下取车车辆，夹持机构收回完成后，返回横移台，横移台及搬运器进行下一台车辆的存取工作。
2 存入车辆位置校正的实现
由于巷道堆垛式立体车库车位形状和朝向已经确定，但车辆驾驶人将车辆停放入存取车房时车辆的位置和角度均具有一定的随机性，若不对车辆姿态和位置进行检测矫正，则在存取车过程中会出现车辆与车库设备之间发生碰撞的情况，所以需要在存取车房内对车辆位置和角度进行检测和校正。该系统存取车房内布置如图4所示。
预存车辆停放过程中仅开放旋转台，横移台与搬运器由电动门隔离于存取车房外，且旋转台处于锁死状态，从原理上杜绝机械或程序故障导致的人员安全风险。当预存车辆停放到旋转台后，因为预存车辆与搬运器有一定的夹角，所以需要旋转台进行转动，使预存车辆与搬运器的夹角为零，使得搬运器与运存车辆对中，使得搬运器能够顺利进入车底，从而夹起车辆。
其工作原理为通过P1、P2、P3、P4测距传感器检测出其各个传感器到车辆左右表面的距离，假设车辆左右表面为直线，P1到车表面的距离为L1，P2到车表面的距离为L2，P3到车表面的距离为L3，P4到车表面的距离为L4，则当L1-L3=L2-L4时，运存车辆与纵轴线的夹角为零，顾通过控制把L1、L2、L3、L4的数值传递给PLC进项运算，当L1-L3小于L2-L4时则预存车辆与纵轴线的为负度数夹角，此时PLC控制旋转台电机，使旋转台进行顺时针转动，直到L1-L3=L2-L4时停止，当L1-L3大于L2-L4时则预存车辆与纵轴线为正度数夹角，此时PLC控制旋转台电机，使旋转台进行逆时针转动，直到L1-L3=L2-L4时停止。
当预存车辆与纵轴线的夹角变为零时，L1-L2数值的一半则为运存车辆中心线到纵轴线的距离，此时PLC控制横移台进行左右平移，以实现横移台纵轴中心和预存车辆纵轴中心重合，此时旋转台对预存车辆的调整完成。
如图5所示，此时搬运器向车辆车底运行，当搬运器车头光电开关（或车尾光电开关）感应到车轮边缘时，光电开关发出信号，此时PLC开始记录行走系统编码器脉冲数，当搬运器继续运行，光电开关经过车轮达到车轮另一测边缘时，光电开关信号消失，此时PLC所记录的脉冲数通过搬运器行走轮直径、行走系统总减速比和编码器分辨率运算可以得出车轮L2的尺寸，而搬运器所要再向前运行的距离为L3，此时L3的距离为L1减去L2所得出来的距离，根据PLC计算得出L3的距离并控制电机做相对运行，L3距离运行完成后搬运器停止，此时得到搬运器夹持机构中心和车辆车轴中心对齐，此时开启夹持系统，即可将车辆车轮夹起，使车辆离开地面，由搬运器搬运至堆垛器横移台上，方便堆垛器将需存车辆送至空闲车位。
3 结论
通过对巷道堆垛式立体车库的控制系统研究，提出了其工作原理。针对车辆停放位置、角度要求较低的巷道堆垛式立体车库控制系统，提高了其安全性、降低了停入立体车库时对驾驶人的停车位置的要求，提高了存取车效率，为传统地下机械式立体停车库自动化、便利化、高效化发展提供了一种新思路。 参考文献
[1] 温沁月，鲁力群.国内外立体车库现状及发展综述[J].物流工程与管理，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.巷道堆垛式立体车库车位分区分配研究[D].兰州：兰州交通大学，2018：6.
收稿日期：2021-02-22
基金项目：智能立体停车设备研究（CSCEC-2018-Z-8）
作者简介：杜浩然（1992—），男，山西朔州人，本科，工程师，研究方向：机电一体化。
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
关键词：巷道堆垛式立体车库;汽车搬运器;控制系统;PLC
中图分类号：U491.71 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）03-0000-00
0 引言
随着社会的发展，城市中机动车保有量快速攀升，私家车数量增长尤其明显，城市道路拥堵和环境污染问题愈发尖锐，中心城区停车位短缺问题也日益凸显。传统占道停车方式因数量有限且需占用大量道路资源，增加了交通压力，难以缓解现代社会中停车难的局面，为解决此问题，立体车库应运而生[1]。有研究表明，立体车库具有较高的经济价值[2]，其停车所产生的汽车尾气排放量与路边停车相比减少40%左右[3]，因此在经济与环保方面具有极大优势。虽然立体车库具有许多优势，但在实际推广应用中仍存在许多问题，如自动化、智能化程度低，适应车型少、存车停放位置要求高、坠落事故时有发生，为提升立体车库适应性和安全性，针对立体车库的电气系统及控制程序进行研究。
1 系统介绍
在巷道堆垛式立體车库中，巷道两旁设置有多层数列车位，堆垛机位于巷道中，能实现沿巷道水平和垂直搬运。巷道堆垛式立体车库中堆垛机是完成车辆升降和存取的主要部件之一，如图1所示[4]。
堆垛机移动至所需存取的库位时，采用夹持式搬运器将车辆送入或取出库位，以实现车辆在堆垛机与库位之间的交换。本系统是应用于此类巷道堆垛式立体车库的电气控制系统。根据研究总结梳理出系统工作流程图如图2、3所示。
存车程序流程如下：要存车辆行驶到旋转台停止，判断车内和存车间内无人后，旋转台旋转矫正车辆，横移台收到存车信号后，向所存车辆轴线方向移动，移动到位后，搬运器向旋转台上车辆车底运行，搬运器运行到位后，搬运器夹持机构伸出，夹起车辆。夹持机构伸出到位后，搬运器及车辆向横移台运行，运行到位后，横移台，搬运器及车辆向存放车位位置运行，运行到位后，搬运器载车向停车车位运行，运行到位后，搬运器夹持机构收回，放下车辆，返回横移台，横移台向旋转台运行，进行下一辆车存车。
横移台提取车库位号，横移台向取车库位移动，移动到位后，搬运器向车底运行，搬运器运行到位后，夹持机构伸出，夹起要取车辆，搬运器夹持机构伸出到位后，返回横移台，搬运器返回横移台到位后，横移台向存取车房移动，横移台移动到位后，搬运器向旋转台移动，移动到位后，搬运器夹持机构收回，放下取车车辆，夹持机构收回完成后，返回横移台，横移台及搬运器进行下一台车辆的存取工作。
2 存入车辆位置校正的实现
由于巷道堆垛式立体车库车位形状和朝向已经确定，但车辆驾驶人将车辆停放入存取车房时车辆的位置和角度均具有一定的随机性，若不对车辆姿态和位置进行检测矫正，则在存取车过程中会出现车辆与车库设备之间发生碰撞的情况，所以需要在存取车房内对车辆位置和角度进行检测和校正。该系统存取车房内布置如图4所示。
预存车辆停放过程中仅开放旋转台，横移台与搬运器由电动门隔离于存取车房外，且旋转台处于锁死状态，从原理上杜绝机械或程序故障导致的人员安全风险。当预存车辆停放到旋转台后，因为预存车辆与搬运器有一定的夹角，所以需要旋转台进行转动，使预存车辆与搬运器的夹角为零，使得搬运器与运存车辆对中，使得搬运器能够顺利进入车底，从而夹起车辆。
其工作原理为通过P1、P2、P3、P4测距传感器检测出其各个传感器到车辆左右表面的距离，假设车辆左右表面为直线，P1到车表面的距离为L1，P2到车表面的距离为L2，P3到车表面的距离为L3，P4到车表面的距离为L4，则当L1-L3=L2-L4时，运存车辆与纵轴线的夹角为零，顾通过控制把L1、L2、L3、L4的数值传递给PLC进项运算，当L1-L3小于L2-L4时则预存车辆与纵轴线的为负度数夹角，此时PLC控制旋转台电机，使旋转台进行顺时针转动，直到L1-L3=L2-L4时停止，当L1-L3大于L2-L4时则预存车辆与纵轴线为正度数夹角，此时PLC控制旋转台电机，使旋转台进行逆时针转动，直到L1-L3=L2-L4时停止。
当预存车辆与纵轴线的夹角变为零时，L1-L2数值的一半则为运存车辆中心线到纵轴线的距离，此时PLC控制横移台进行左右平移，以实现横移台纵轴中心和预存车辆纵轴中心重合，此时旋转台对预存车辆的调整完成。
如图5所示，此时搬运器向车辆车底运行，当搬运器车头光电开关（或车尾光电开关）感应到车轮边缘时，光电开关发出信号，此时PLC开始记录行走系统编码器脉冲数，当搬运器继续运行，光电开关经过车轮达到车轮另一测边缘时，光电开关信号消失，此时PLC所记录的脉冲数通过搬运器行走轮直径、行走系统总减速比和编码器分辨率运算可以得出车轮L2的尺寸，而搬运器所要再向前运行的距离为L3，此时L3的距离为L1减去L2所得出来的距离，根据PLC计算得出L3的距离并控制电机做相对运行，L3距离运行完成后搬运器停止，此时得到搬运器夹持机构中心和车辆车轴中心对齐，此时开启夹持系统，即可将车辆车轮夹起，使车辆离开地面，由搬运器搬运至堆垛器横移台上，方便堆垛器将需存车辆送至空闲车位。
3 结论
通过对巷道堆垛式立体车库的控制系统研究，提出了其工作原理。针对车辆停放位置、角度要求较低的巷道堆垛式立体车库控制系统，提高了其安全性、降低了停入立体车库时对驾驶人的停车位置的要求，提高了存取车效率，为传统地下机械式立体停车库自动化、便利化、高效化发展提供了一种新思路。 参考文献
[1] 温沁月，鲁力群.国内外立体车库现状及发展综述[J].物流工程与管理，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.巷道堆垛式立体车库车位分区分配研究[D].兰州：兰州交通大学，2018：6.
收稿日期：2021-02-22
基金项目：智能立体停车设备研究（CSCEC-2018-Z-8）
作者简介：杜浩然（1992—），男，山西朔州人，本科，工程师，研究方向：机电一体化。
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