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基于PLC立体车库毕业设计
继续教育学院毕业设计（论文）
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基于PLC的升降横移式立体车库的设计
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2013年9月22
基于PLC的升降横移式立体车库的设计
摘要
随着科技的不断进步，城市人口的不断增加，人与地的矛盾也日益凸显出来。
近年来我国经济飞速增长，人们的生活水平不断提高的同时汽车拥有率也迅速上升，以往那种单平面的停车场或者停车坪已经不能够满足人们的需求。
多停车位、少用空间、操作简单、安全可靠是人们对车库改造的目标，而立体车库的出现则消除了车多地少、有车没处停的局面。
立体车库在中国是一个新兴行业，立体车库可以缓解城市动静态交通问题、改善居住环境有效利用土地价值。
立体车库是一种以单层平面停车场为核心、多平面的空间停车车库，通过可程序设计控制器（programmablelogiccontroller,简称PLC）控制车位空间位置的变化，使汽车的位置发生从平面到空间的变化，实现了单层平面停靠多辆汽车的可能。
升降横移式立体车库利用托盘位移产生垂直通道，实现多层车位的升降来存取车辆。
目前，立体车库主要有一下几种升降横移式、垂直循环式、简易升降式、垂直升降式、平面移动式、巷道堆垛式等。
本文主要通过对升降横移式立体车库原理的研究，探讨了应用可程序设计控制器PLC在计算机自动化控制系统中的应用，介绍了3x6立体车库模型实现情况。
由于系统采用了PLC控制，按动控制按钮即可完成汽车的存取过程，操作简单、存取方便。
控制电路部分采用交流接触器的传统控制方式，运行安全可靠。
机械车库具有突出的节地优势以往的地下车库要留出足够宽的行车信道，平均一辆车就要占据40平米的面积，而采用立体车库可使地面的使用率提高80%-90%，如果采用地上多层（21层）立体车库的话，50平米的面积就可以停放40辆车，这可以大大的节省有限的土地资源，并节省土地开发成本。
这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。
1绪论
1.1立体车库概述
1.1.1概述
机械式立体车库就是以立体化的方式用机构来存取、停放车辆的整个停车设施，即用机械设备将汽车存放到立体化的停车位或从停车位元取出的方式。
机械式立体停库是近几十年顺应市场经济发展，在市场需求的迫切影响下应用而生的一种新型停车系统，与传统的自走式停车库不同，用地紧、车多地少的状况下，将车辆多层存放，其最大优点是能够大量节省有限的地表面积，将停车位向空间和地下发展，采用光机电方式存取汽车，自动化程度较高，代表了停车场的发展方向。
1.1.2立体车库的分类及其特点
机械式立体车库种类较多运行原理和组成结构各有特点，目前我国把机械式停车设备共分为九大类，即：
升降横移式（psh）、垂直循环式（pcs）、简易升降式（pjs）、垂直升降式（pcs）、平面移动式（ppy）、巷道堆垛式（pxd）、多层循环式（pds）、汽车专用升降机式（pqs）。
上述各类型的停车设备，采用不同的工作原理和技术，适用于不同的场地条件，各有特点和优势。
（1）升降横移式立体车库：
采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体车库叫做升降横移机械式车库。
升降横移式立体车库采用模块化设计，车位数从几到上百均可采用，能够利用多种场地条件，运用多种组合方式，有效利用场地现有空间，也能广泛适用于地下停车场及地面停车场的改造，主要应用在住宅小区的的公用停车场、机关单位、商用写字楼、宾馆的地上地下停车场，存取车快捷便利，独特跨梁设计，车辆出入无障碍。
采用PLC控制，自动化程度高。
环保节能，低噪音。
如图1-1所示。
1-1升降横移式立体车
（2）垂直循环式立体车：
库采用垂直方向做循环运动的停车系统存取车辆的停车设备直循环类立体车库。
这种停车库设被动力单一、控制简单、占地面积小，适合散地块、下小规模停车场，也可用于机关单位车辆不多、停车区域小又分散车场。
在58m2的地方建起大型垂直循环类机械停车库，可容纳34辆轿车或24两面包车。
方便：
使用PLC自动调车，一次按键即可完成存取车。
迅速：
调车时间短，取车快速。
灵活：
可设置在地面上或半地上半地下，可独立或附设在建筑物，还可多台组合。
经济：
可省去购置土地的大量费用，有利于合理规划和优化设计。
省电：
一般不需要强制通风，无大面积照明，耗电量仅为普通地下车库的35%。
如图1-2所示
1-2垂直循环式立体车库
（3）水平循环式立体车库：
采用一个循环运动的车位系统存取停放车辆的机械设备的车库叫做水平循环式立体车库。
1-3水平循环式立体车
（4）多层循环式立体车库：
是通过使载车板作上下循环运动，来实现车辆多层循环式停车的，从而减少占地面积，提高存取车自动化程度的机械式立体车库。
多层循环式立体车库最适宜建造于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所，如建筑在地下室、广场、
便道的地下及高架桥下面，如图1-4所示。
1-4多层循环式立体车库
（5）平面移动式立体车库：
采用在同一层上用搬运台车或者起重机平面移动车辆，或使载车板平面横移实现存取停放车辆，也可用搬运平台和升降机配合实现多层平面移动存取停放车辆的机械式停车设备叫平面移动类立体车库。
整机特点：
每层的车台和升降机分别动作，提高了车辆的出入库速度，可自由利用地下空间，停车规模可达到数千台。
部分区域发生故障时，不影响其他区域的正常运行，因此使用更加方便；采用以车辆驾驶员为中心的设计方法，提高了舒适性。
采取多重保险措施，安全性能卓越；通过计算机和触屏接口进行综合管理，可全面监视设备的运行状况，并且操作简单。
如图1-5所示：
1-5平面移动式立体车库
（6）巷道堆垛式立体车库：
采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运机器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。
这种停车设备是20世纪60年代后欧洲更具自动化立体仓库原理设计的一种专门用于停放小汽车的立体车库。
该种立体车库的设备采用先进的计算机控制，是一种集机光自动控制的为一体的全自动化立体停车库，它的出现解决了人们希望解决的大型自动化停车难题：
巷道堆垛式立体车库主要适用于需要大型密集式停车的地方，可设置于地上或地下，充分利用有效空间。
载车板的升降和行走同时运行，存取车方便快捷。
全封闭式管理，安全可靠，保障人、车安全。
如图1-6所示：
1-6巷道堆垛式立体车库
（7）垂直升降式立体车库：
也称为塔式机械式立体停车库，它是通过升降机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车设备。
它又称为塔式机械式立体停车库或电梯式立体停车库。
垂直升降式立体车库在我国发展比较快，特别是一些电梯企业因这类设备的升降机构部件与电梯类似，而对其进行了大量的研究，并且大量生产。
垂直升降式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位元，一般地面需要一个汽车旋转台，可以省去司机调头。
如图1-7所示：
1-7垂直升降式立体车库也称
（8）简易升降式立体停车库：
分为上下两层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的简易机械式停车设备叫做简易升降式立体停车库。
简易升降类机械式停车设备一般为准无人方式，即人离开后移动汽车的方式。
一个车位泊两台车。
（最适宜多车型家庭用）构造简单实用，无需特殊地面基础要求。
适合装置于工厂、别墅、住宅停车场。
可任意迁移，搬迁安装容易或根据地面情况，独立及多台设备。
备有专用锁匙开关，防止外人开动设备。
车板防下滑保险装置。
如图1-8所
1-8简易升降式立体停车库
（9）汽车专用升降机是专用于处于不同平面的汽车搬运的升降机，它只起搬运作用，无自接存取功能。
当前，由于土地资源稀缺，建设立体车库时往往会遇到土地狭小而无法采用建设自走式坡道车库的情况，这个时候就可以采取汽车升降机的办法，将汽车直接升降，替代汽车进入车库的斜坡道，大大节省了空间，提高了车库的利用率。
汽车升降机适用于小区、医院、酒店、写字楼、空港等多层车库，替代汽车自走坡道，节省了大量的土地。
如图1-9所示：
1-9汽车专用升降机
1.2立体车的国外发展情况
1.2.1国发展情况
进入20世纪以来，在国举办了多个与停车设备相关的展览会，2006年十月在举办的“2006国际停车设备和智能系统展览会”同样热闹非凡，它吸引了来自德、日、美等世界上知名的停车设备制造商，全自动立体停车设备的容车能力及其技术完备，先进程度已被世界广泛承认和接受
我国机械式车库的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在、、、等地都有使用。
参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。
机械式立体车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国外市场的需求。
在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水准低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。
解决上述问题，需要我们在政策市场、管理和技术多方面做出努力。
政策方面应参照发达国家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。
市场方面应建立车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。
鼓励按市场规则经营车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。
1.2.2国外发展情况
早在60多年前，立体停车就在国外有所发展，自动立体停车装备系统在世界各地的发展是极不均衡的，德国开发最早，技术居于领先地位，在二层及多层平面式立体停车库系列中，它已发展了H型、U型和V型。
日本由于国土面积小而应用最广，自从1959年引进了建造机械式立体停车库技术之后，到1983年，就已经在本土上共建造了25454座多种形式的机械式车库，平均每座容车量达到十辆左右，最多的能达到百辆以上。
从上世纪七十年代末期起，车库容量年递增率为5%-7%，已经赶上了同期汽车拥有量的年递增率4%-6%，从技术特征上看，日本更重视竖式自动立体车库的发展，即密集型自动立体停车库的发展。
进入20世纪以来，在国举办了多个与停车设备相关的展览会，全自动立体停车设备的容车能力及其技术完备，先进程度已被世界广泛承认和接受。
国正处于经济与建设发展阶段，目前已有国外多种立体车库进入中国市场。
先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。
自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。
以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。
车库往往是建筑后期才会考虑的事情。
他们往往宽大而偏重实用性，只为车辆提供必要的停放空间而不过多考虑审美需要。
它也是开发商不愿花费成本，却又无法回避的一个部分，然而，随着城市规模的扩大和运输技术的进步，车库的角色和作用必须重新定义。
2部分立体车库控制方式的比较
2.1立体车库的控制形式
车库控制形式是根据车库的具体情况选定，要综合考虑到其规模、应用场合等各方面因素而定，在车库众多的控制系统中有三种比较常见的控制形式:
继电器逻辑电路控制、可程序设计控制器控制、单片机控制。
2.1.1继电器控制
在立体停车库的应用初期，继电器控制形式比较常用。
它主要是利用多个主交流接触器、中间接触器以及超载热继电器等电器组件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。
随着电子技术的飞速发展，诞生了许多其它形式的控制元器件，并已经很快的取代了这种早期的控制形式。
但对于小型低成本的立体停车库，继电器控制还在继续被使用。
在小型的立体停车库中，其控制组件比较少，专用性比较强，利用继电器控制，其电路也相应的简单，电路搭载用时少，成本也很低，适合于家庭用立体停车库。
继电器控制也有许多不足之处。
第一，难以实现智慧模块化控制;第二，不适合应用于大规模、大容量的立体停车库;第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳;最后，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。
所以对于大中型立体停车库，其控制形式就不适合运用继电器的控制形式。
2.1.2可编程控制器（PLC）控制
国外现有的立体停车库，它们的系统控制形式大都采用可程序设计控制器控制，特别是应用在智慧化要求程度高、多车尾、大容量的现代化立体停车库中。
可程序设计控制器与继电器、单片微机相比有着比较独特的优点：
1.灵活、通用
在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。
如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费了大量的人力、物力和时间。
而可程序设计控制器是通过存储在存中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。
2.可靠性高、抗干扰能力强对于立体停车库而言，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工作环境和条件（如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等）下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。
PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。
3.程序设计简单、使用方便
用单片计算机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求用户具有一定水平的计算机硬件和软件知识。
而PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”程序设计，容易掌握。
PLC易于程序设计，程序改变时也容易修改，灵活方便。
4.接线简单
PLC的接线只需将输入设备（如按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将输出设备（如接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。
接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。
5.功能强
现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D,D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。
因此，它既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一个车库，又可控制一个车库群。
既可现场控制，又可远距离控制。
既可控制简单系统，又可控制复杂系统。
6.体积小、重量轻和易于实现机电一体化
由于PLC采用了半导体集成电路。
因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。
且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。
同样，可程序设计控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片微机控制;其开发潜力要差于单片微机，不如其功能灵活多样;通用性不好，不同厂家的可程序设计控制器以及其附属单元都是固定专用等等。
可程序设计控制器在升降横移式立体停车库的控制系统中被广泛的应用，并在停车库的发展演化中起着非常重要的作用，本文车库系统即采用可程序设计控制器控制形式。
2.1.3单片微机（SingleChipMicroComputer）控制
单片微机就是我们通常所说的单片机，是将CPU,RAM,ROM（EPROM）、定时器/计数器和1/0界面全部集成在一个硅片上。
单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，所以在20世纪80年代以来得到飞速发展。
理论上也可用于立体停车库系统，但实际上在立体停车库的控制系统中，单片微机控制却没有得到广泛的推广应用，其原因主要有以下几点：
1.单片微机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；
2.单片微机抗干扰能力比较弱，所以对现场工作环境要求很苛刻；
3.单片微机自身就是弱电驱动，但是对于停车库系统来说，执行部件是电机，属强电系统，这就需要由弱电驱动强电，随着驱动环节的增加，系统的可靠性就下降了；
4.单片微机控制系统，其控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但是程序编制工作量比较大。
因此，单片微机在升降横移式立体停车库控制系统中的应用现在还不成熟，也是以
停车库系统研究开发的一个方向。
2.2立体车库控制方式的比较
2.2.1升降横移立体车库的控制系统
由PLC进行统一管理和监控,通过PLC控制载车板纵横传动装置，以完成对车辆的存取操作。
各车位车辆的调入调出由PLC根据当前各车位的车辆存放情况，按照相应的调度策略调度车辆进出。
自动存取车控制系统：
①弱电系统：
主要包括各种信号的采集、报警与控制输出。
PLC输出信号给接触器线圈，控制接触器的接通与关断。
②强电系统：
包括载车板电机控制线路、控制电机正反转接触器、到位限位及载车板的上下行程限位。
车库采用车位检测装置代替人工找位，用升降装置输送汽车到位。
③急停开关：
系统在面板处设有急停开关，当发生意外时，按下急停开关，断掉所有电机的电源，使载车盘无法继续运行，以保护人员及设备的安全。
④系统输出控制信号：
包括控制电机运行方向信号，控制电机运行信号，控制电磁铁得、失电信号，控制灯光报警信号，控制车库照明信号。
升降横移式立体车库是一种比较典型的跨学科机电一体化产品，集机械、电子、信息技术于一体。
其中，电子技术、信息技术和传感技术的合理运用与组合构成了车库的控制系统。
升降横移式立体车库的控制系统是整个车库系统的重要组成部分，也是车库系统的核心。
执行机构是“四肢”，框架是“躯体”，那么控制系统就是“大脑”。
它指挥着车库的每一个运作过程，并对整个系统的状态过程进行监控。
操作者要通过控制系统信息交流的平台（界面）把操作信息传送给控制系统，经系统处理后，系统把可识别的控制信息通过辅助设备驱动执行结构，来完成车库现场的运作。
由于PLC的可靠性、抗干扰能力强。
国外现有的升降横移式立体车库，它们的系统控制形式大都采用可编程控制器控制，特别是应用在智能化要求程度高、多车位、大容量的现代化升降横移式立体车库中。
2.2.2垂直循环式车库的控制系统
操作简单、快捷，使用方便，安全可靠，维护量小，为用户提供一个安全、简易的使用环境，这是对自动化立体停车设备的基本要求。
该立体车库控制系统需要完成的控制动作包括:
能够完成自动监测（托盘有无车辆、存车的位置、空车位等）、对电机能自动控制正反转以完成自动存取车、可以实现自动收费.能够通过远程遥感控制来实现停取车辆，还要有为了安全设置消防系统等，因此设计的立体车库的控制系统主要由车库自动检测系统、自动计费管理系统、自动存取车系统、消防自动报警系统和自动灭火系统组成，考虑通过微型计算机、可编程控制器（ProgrammingLogicController,简称PLC）来完成控制。
车库只设一个存取车口，采用后进入库，前进出库，在口上有IC卡读卡机以识别车主身份，存车时车主只需在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃一下自己的IC卡，车库将自动将空车辆托运盘调出并打开车库门，车主开车进入车库，将车驶入调出的空托运盘上，停车到位即可离开，车库门自动关闭:
取车时，车主在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃一下自己的IC卡，控制器自动读取车位号，车库对应的托车盘将自动把车辆送出，车库门打开，车主入开车出来，库门自动关闭。
车库自动检测系统完成以下功能:
（1）存车时，首先由自动监测装置来检测各停车用的托运盘上是否有车一在每个托盘一条对角线上安装一套光电开关，可检测其上有无车辆。
如检测到车位上有车，则其结果为1，反之为0，检测结果存入计算机中。
（2）将车辆停放到托盘上时，检测托盘上停放汽车长宽高重是否超限以及停放是否到位:
采用光电开关在出入口底部进行扫描检测，光电开关的接收器和发射器分别安装在底层左右两边，在托盘前后位置均进行检测，当有车辆不符合规定的容车尺寸或停放不到位时，车就把光电开关光源挡住，此时系统不能动作，只有车辆停放到位后，系统才能正常工作。
（3）取车时，检测出入口处托盘上车辆是否被取走，如取走则车库关门。
2.2.3巷道堆垛式
自动存取车系统一般由小型可编程控制器ＰＬＣ控制，包括卡号识别与移动载车盘两个过程。
用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到ＰＬＣ控制系统，ＰＬＣ系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置。
存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。
存取车完成后，车库门自动关闭。
移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。
若有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行运作，若检测到急停信号，将停止一切运作，直至急停信号消失。
除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时主体设备及车辆的安全。
现场控制器可以通过网卡、Ｈｕｂ等网络设备与控制中心的局域网相连接，实现远程管理，监测现场运行情况。
当现场出现故障时，在控制中心即可解决，方便管理人员、安保人员异地办公。
2.2.4水平循环式
水平循环式立体停车库可根据地形及高度条件随意多层组合，可以建在广场上、楼房旁、立交桥下或地下室，极适合于厂矿企业、机关部和居民小区停车。
本车库2层8位，上层为U，下层为D，水平面为M；N为机动位。
水平面M为出入口，车辆从水平面出口处进出，上下层1～8号车位载车板，
通过上下移位进入水平面，完成车辆的存取。
上下层车位载车板在机动位N处能够升降移动；上层停车位载车板U和下层停车位载车板D在电机的拖动下可以水平移动，从而使车辆在程序的控制下达到合理的存取动作。
车库的工作原理如下：
为安全起见，升降机的初始状态在出入口平层位置，且上面有载车板；当有存车动作发生时，且有车辆经转盘交接到升降机上后，控制程序根据就近原则快速将车辆存入库。
当有取车动作发生时，升降机下降到U层或D层（根据取车要求）等待载车板的交接—车辆的取出。
如图1所示：
1～8号位置为载车板的停放位置，N为机动停车位。
1号位载车板可以直接上升；8号位载车板可以上升或下降；2＃、3＃、4＃、5＃、6＃、7＃位载车板横移，与1＃、8＃位的升降构成部的循环过程。
用户想要存1#～8#车辆并按下控制面板上相应的车位按钮时，车库部的上层载车板按照逆时针方向在上层拖动电机的带动下向出口处移动，当载车板移动到1#车位时，由相应的限位开关和光电开关检测，将要运送出车库的载车板是否为用户所要存储的车位。
到达1#车位的
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