自动洗车机控制系统设计

成都理工大学工程技术学院毕业论文自动洗车机控制系统设计作者姓名：杨 柳专业名称：电气工程及其自动化指导教师：孙莉莉 讲师成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明：1.本人已认真学习学位论文作假行为处理办法（中华人民共和国教育部第34号令）、成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）（成理工教发201330号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。2.本人已认真学习成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。3.本人所提交的学位论文（题目： ），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）： 20 年 月 日 注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。自动洗车机控制系统设计摘要21世纪是一个科技化、智能化、工业化的世纪，不仅在计算机领域突飞猛进，在自动化领域也取得了惊人的成果。本设计是为实现全过程自动洗车，减少人力和物力的投入。在过去，车辆的清洗通常全过程都是人力投入，人工清洗的方式不止劳动效率极低，而且还存在水和人力资源的严重浪费，尤其是在阴雨天气的时候，人工清洗很难达到我们对车辆清洗的要求，不管是在清洗质量还是清洗速度方面。1980年前后，在一些大型停车场人工洗车的方式逐渐被取消，这时机械化的洗车方式开始出现在人们的视野中，但是由于那时候全自动化技术还不够完善，要清洗汽车只能采用半自动化这样很不成熟的技术。所谓半自动化技术就是机器的所有动作并不能像如今社会这样使用软件编程实现逻辑控制就可以使其自动完成，它还是需要人为来控制完成，但这种方式并不能使汽车清洗的效率得到很明显的改善。全自动化洗车机是人机为一体的自动化洗车技术，它的出现让清洗汽车在质量和效率方面有了质的飞跃。通过结合现实生活中的实际情况，使用PLC编程对洗车的整个过程进行控制已经能够轻松地完成了。这整个过程因为是以PLC作为核心技术，在洗车行业的控制水平方面实现了一次里程碑式的跨越。PLC控制系统在当今制造业领域进行设备革命、自动化改造、提高生产力和市场竞争力中扮演着举足轻重的角色。关键词：洗车机 PLC 逻辑控制 全自动- IV -AbstractThe 21st century is a science and technology, intelligence, industrialization century, not only in the computer industry by leaps and bounds in the field of automation has made remarkable achievements. This design is to achieve full automatic washing process, reducing human and material resources. In the past, vehicle washing process is usually entire human input, manual cleaning mode than low labor efficiency, but also the presence of water and a serious waste of human resources, especially in rainy weather when the manual cleaning of hard to reach us vehicle washing requirements, both in quality of cleaning or washing speed.After 1980, a number of large parking lot in the way of washing a car gradually canceled, then the mechanized car wash began to appear in peoples vision, but since that time automation technology is still not perfect, to wash cars can only use this semi-automatic very immature technology. The so-called semi-automatic machine technology is all action and not as it is now so used social software can be programmed to automatically done, it still requires human control to complete, but does not make the car wash efficiency is significantly improved. Fully automatic washing machine is man-machine technology for the integration of automated car wash, it appears to wash cars in the quality and efficiency has been a qualitative leap.By combining real-life situation, the use of PLC programming for the entire washing process can be controlled easily have been done. This whole process is PLC as the core technology because, in terms of the level of control of the car wash industry achieved a milestone leap. PLC control system in todays manufacturing revolution in the field of equipment, automated transformation, improve the productivity and competitiveness of the market plays an important role.Keywords: car washing machine, PLC, logic control, automatic目录摘要IAbstractII目录III前言11 绪论21.1 应用背景和意义21.2 国内外研究现状32 可编程控制器52.1 PLC可编程控制器52.1.1 PLC简介52.1.2 PLC编程语言62.1.3 PLC的发展62.2 基于PLC控制的自动洗车机特点73 自动洗车机控制方案确定103.1 洗车机的分类103.2 自动洗车机种类的选择123.3 自动洗车机的工艺控制要求123.4 洗车机控制系统原理图134 控制系统的硬件设计154.1 洗车机的外型构造154.2 洗车机控制台设计164.3 控制系统主电路设计164.3.1 PLC的选型184.3.2 PLC接口与硬件连接对应表194.3.3 PLC接线图205 控制系统的软件设计215.1 车辆检测控制215.2 洗车过程控制225.2.1 洗车机各部件控制要求225.2.2 控制系统流程图235.3 系统控制程序的编译245.4 PLC接口功能表246 系统程序调试266.1 程序运行调试266.2 程序故障分析和诊断26总结29参考文献31致谢32附件 控制系统梯形图33前言全自动洗车机有很多优点：从工作效率看，全自动洗车机洗车所需要的时间短，同样时间内洗车数量是人力清洗的若干倍，工作起来更加的节时，节能。从车辆安全来看，全自动洗车机清洗车辆过程中，因为不用跟车辆有过多的直接接触，所以不会存在对车辆外观或者内饰造成损伤，则更为安全可靠。尤其是在机动车流量较大的城市中，因为全自动洗车机能够实现速度、质量、效率的完美结合，在城市的美化中做出了不可磨灭的贡献，洗车行业的地位、形象和影响由此得到了很大程度上的提升。全自动洗车机的运用在国外很多国家都随处可见，全自动洗车机凭借其独树一帜的优点，以及速度、高效的洗车服务，在广大车主心中早已是洗车的不二之选。而中国正处在经济的飞速发展时期，所以汽车在生活中的使用越来越频繁，绝大部分家庭中都有一到两辆代步汽车，汽车的快速增加、人们的生活节奏也越来越快，这使得自动化洗车机被越来越多的车主喜爱。在中国境内，全自动洗车机虽然在首都北京就已安装超过800台，但是全自动洗车机在其他的一些大中型城市甚至是省会城市中都未见其影子。由此可见全自动洗车在洗车市场上所占的比重还微乎其微，但是不可否认它有着很大的发展市场，因为其独特的优势在未来市场中的发展潜力是完全可以预见的，我们有足够的理由相信全自动洗车这一项目的未来会是充满希望的。相信在不久的将来，随着洗车系统的完善和设备的改进，全自动洗车机一定会取代人工洗车，全自动化技术将是顺应时代发展趋势的产物。在这个科学技术日新月异的世纪，全自动化洗车设备的发展将是洗车这个新兴行业成长的最大因素，设备的更新换代是洗车行业发展的必经之路，全自动洗车方式将会是洗车行业中的主流技术，成为中国最流行的新型洗车方式。-9-1 绪论1.1 应用背景和意义自从卡尔佛里特立奇奔驰在1885年研制出世界上第一辆马车式三轮汽车以来，随着科学技术的突飞猛进，汽车的发展在这几百年来也是一日千里。21世纪是一个追求速度的世纪，人们对生活各方面的要求也随之提高，汽车的数量与日俱增，现在大街小巷随处可见的不是人山人海，而是“车山车海”，那么如此庞大的汽车群体，它们的维护保养怎么办？汽车的清洗是汽车保养过程中一项必不可少的内容。现如今汽车的保养、清洗在国内几乎还是靠人力来完成，这样不仅费时费力，还会增加洗车行业的成本。我们正处科技创新的时代，自动化控制技术是顺应时代的产物，甚至在偏远的乡下，在田间地里我们也可以看到自动化控制技术的成果，但是让人失望的是，在洗车这样一个新兴行业却很少有自动化控制技术的影子，还是人工冲水、涂抹清洗剂、再擦洗，最后再自然风干这样延续了很多年的“古老的”洗车手段。让人不可思议的是一向追求速度与质量的我们在洗车这件事上居然显得如此有耐心，宁愿浪费大把的时间在洗车上，不仅如此，这样的清洗方式还将大量浪费我们赖以生存的水资源。综合考虑后我们会发现传统的洗车方式早已不适应这个时代，通过自动化技术控制洗车才是洗车行业的未来。在国内一些大城市中还是有极小部分汽车美容公司通过自动化控制技术来完成清洗汽车、对汽车进行维护保养中的打蜡喷漆等一小部分工作。短期看来，自动化洗车需要引进很多以前没有的设备，相对的成本就会有所增加，但实际上，自动化清洗汽车反而会给企业带来更多的效益。用传统的人工清洗方式对一辆汽进行普通的日常清洗大概会需要20分钟，自动化洗车仅仅需要几分钟，由于自动化洗车的初期投入会相对较高，所以很多小型的洗车店并没有自动洗车这样的概念。但是不可否认，在洗车这个行业自动化洗车才是未来的潮流。在中国的洗车行业，自动化技术并没有得到普及，所以它还有巨大的市场。在这样的有利条件下，将高效率、高质量的自动清洗装置投放到洗车行业中，是这个行业走向成熟的必经之路。针对这样的现状，此次设计是在PLC控制系统中新增加了很多继电器来控制整个洗车过程，比如时间控制器、中间继电器等，该系统不仅操作简单，节约资源，符合当代建设节约型社会的时代需要，并且这还能最大程度的满足客户需求。在这个信息化、速度化的世界里，一套结构简单、成本低廉，利用率极高的洗车设备一定会成为各个汽车美容公司，甚至是中小型洗车公司的不二之选。1.2 国内外研究现状汽车清洗可以说是中国的一种新兴行业，在中国也是最近几年才逐渐发展起来，这个行业对于资金的投入并不会很高，而且所要求的技术也不多，就算是零基础的初学者认真学起来也是得心应手的。但是也因为这个行业还在发展的初期阶段，相关的行业标准并不完善，比如自动洗车对洗车的场地、环保的要求、洗车设备的标准、技术要求、经营管理等的规定和要求都没有统一的标准，这就使得在中国的洗车市场上人力洗车还是占据着主导地位。而一些先进的洗车技术在市场上所占的比例并不令人满意，比如全过程都不会用到水的无水洗车技术、电脑式洗车、非接触式洗车技术等。而科学洗车的理念也只有在国外的一些发达国家才备受追捧，在这些发达国家，洗车行业经过多年的推陈出新，一次又一次的改革换代，洗车的技术才得以不断的更新和发展。对于电脑控制的全自动洗车、用蒸汽洗车和无水洗车逐步被运用到了实际生活中，它们从当初的概念变成现实，如今已越来不稀奇，在这之中，电脑控制的全自动洗车是洗车业的主导力量。随着社会的发展，车辆的数目也越来越多，城市中人力洗车的方式不仅不能满足人们对洗车行业的需求，也将会因为不能适应时代的需要一步步败落，更别说它能带领洗车业又好又快的持续发展了。洗车行业想要迎来自己的“大唐盛世”，就需要将它进行规模经营、变得专业化和规范化，只有使洗车业的发展变得科学和环保，各方面都符合中国国情，才能使中国的洗车行业在发展的过程中既健康又有条不紊的进行。要想洗车行业在未来市场有更进一步的发展，改善市场的形象，就得在洗车行业开辟一条新的康庄大道。自动洗车机是通过软件程序的编程，在运行过程中只需要用电脑进行控制，操作简单、反应速度、效率高，很容易满足广大人民群众的需要。全自动洗车的问世是对传统洗车方式发起的挑战，是洗车行业发展的必然选择，更是它的必经之路，会给这个行业带来一场不可避免的改革和意想不到的收获。用积极、公平、公正的心态正视全自动洗车机的到来，正如历史变革一样，改革的过程是痛苦的、漫长的，但是改革带来的结局往往是更简单方便的安定生活。在我国，想要让洗车行业达到空前的盛况，唯一的办法就是吸取国外的经验与优秀的成果。我们不能重蹈“天朝”的覆辙，不能盲目地闭门造车，过去我们的闭关锁国，让我们付出了血淋淋的代价。如今，在这个行业也面临着相似的选择，有了以前的教训相信我们的国人会做出最明智的选择。学习国外的先进成果，取长补短，逐渐缩小我们之间的差距，所以，推广全自动洗车机的使用、尽可能让洗车机应用于实际生活中尤其的重要。2 可编程控制器2.1 PLC可编程控制器2.1.1 PLC简介可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，它是一种新型的工业控制装置，这种装置是以计算机技术作为基础的。国际电工委员会（International Electrical Committee）在1987年对PLC的标准草案又重新做了定义。PLC的英文全称表示为Programmable Logic Controller，其中文全称叫可编程序逻辑控制器。现代社会要求制造业对市场需求能做出最快的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本高产量的产品，PLC的出现就将这所有的要求都变成了轻而易举就能完成的事情1。它的生产设备和自动控制系统同时具有极高的可靠性和灵活性，它以微处理器为基础，主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程软件几部分组成。它的存储器可以进行反复的编程，存储器用来储存程序和数据，它有3种物理存储器，即：随机存取存储器、只读存储器、可以电擦除可编程的只读存储器2。PLC是智能化的，能够完成设计者规定的各种工作。通过用户设计程序，PLC就能完成用户要求的特定功能。输入输出模块（I/O模块）是系统用来感知外界条件和传达信息的“五官”，是联系外部现场设备和CPU模块的纽带。输入模块用来接收和采集输入信号，输出模块用来控制输出设备，输入、输出模块除了有传递信号的功能外，还可以实现电平转换与隔离的功能。PLC控制器的实现需要软件硬件高度配合，是一种可以编程的逻辑电路。PLC应用面广、功能强大，已广泛运用于各种控制系统中，例如应用在半导体方面，民用以及家庭自动化当中都有涉及。PLC的应用面广、普及度高，很多其他的设备也只是在模仿他的道路上越走越远，但在功能方面却只能是望洋兴叹3。2.1.2 PLC编程语言PLC在编程中使用最多的就数梯形图了，它之所以使用这么频繁是因为它有以下几个特点：1. 梯形图是很容易让人懂得的一种图形语言，在结构上，它和传统的控制图比较相似，也是由一些常用的术语和一些图形符号构成的，梯形图的左右两根实线表示母线。2. 这种编程语言中的触点除了常开就是常闭总共两种表示方法，并且它的常开、常闭的状态是唯一的，存在严格的“非”的关系，不可能同时出现都为“1”或者同时为“0”这种情况。3. PLC中的梯形图有这么一特点：对线圈来说是可并但并不可串，但是相对于图中的接点就不一样了，它是既可串又可并的。4. PLC内部的各种器件都不能实现直接对外部的负载进行控制，这些器件只能把结果先提供给CPU，然后通过CPU才能控制负载。5. 语句表语言是PLC编程中的又一种很常见的形式，通过其他PLC编程语言可以写出语句表语言，同样的通过语句表我们也可以知道其他的编程语言方式。6. 逻辑功能图语言也是PLC中一种很常见的编程语言，在一般情况下这种功能图语言的表示是有统一的标准的，每一种功能的实现就是用一个相对应的运算框来表示，运算框左边的表示输入信号、右边的表示输出信号4。2.1.3 PLC的发展社会在不断地发展，计算机技术和通讯技术都得到了惊人的提高，现如今的PLC和DCS这两者在结构的组成方面越来越相似，它们的软件组态的配置基本一样，两者在基本构架上都是操作站通过以太网连接主站，然后主站再通过现场总线连接从站。出于安全性的考虑，由于冗余技术在不断地发展，人们考虑到安全的因素，现今出现了双冗余、三冗余、七冗余等。由于冗余技术得到了很好的发展，但是PLC的发展却因为芯片国语低级而有所限制，越来越先进的电子技术正在被广泛的用在PLC控制系统中，与PC机发展速度差不多是一致的。通过人类不断的研发改进，个人计算机也在不断地改善升级，这使得PC操作系统不仅变得更加的稳定，而且在可靠性方面的提高也是有目共睹的。PLC的外部接口具有很好的开放性，而它的通讯速度也变得快了很多，现如今的PLC在各种方面都优于最初的PLC，PLC的更新换代使得它更容易适用于现代的工业控制。直接使用PLC的软件对微软系统的计算机进行控制，从而使PLC系统中的主站被计算机所取代是软PLC的另一种表现形式。在计算机中打开PLC软件，使它处于运行状态的时候，由于PLC和计算机兼容性很好，因此就很容易看到PLC的接口开放性能好，通讯速度也十分优秀这一特点。人们对科学技术执着的专研使得科技飞速发展，电子技术和通讯技术也被带动着一起发展，一步步提高，软件技术也取得了不错的进步，各方面技术都得以不断加强和完善。也许在不久的将来PLC和DCS会被这种构架方式的软PLC所取代，而成为以后控制系统的主要发展形式。但如今由于受PC机技术不够完善、操作系统不够全面和以太网不够稳定的影响，这种构架在颇多方面的可靠性和稳定性都还不能满足人们对控制系统的要求。2.2 基于PLC控制的自动洗车机特点1. 可靠性高，抗扰动强当衡量一个设备的性能是属于哪一个水平的时候，可靠性扮演了一个极其重要的角色。集成电路的技术被完美的穿插在PLC的各个控制回路中，在产品的生产方面要求控制严格，而且在其内部电路中抵抗干扰的能力也是以往的设计不能比拟的，因此在可靠性方面有了很好的保证。如果要完成一个一模一样的控制系统，采用PLC电气接线相比其他系统来说会简单很多，线路更清晰，接点更少，出现故障的机率自然也就减少了不少。更让人意想不到的是如果PLC的硬件部分出现了问题，它自己能在第一时间显示错误状况，可以让人及时知道哪儿出了问题，出了什么问题等等。操作人也可以在与该PLC相关的其他设备上编入相应的程序用来检测故障，使得PLC外部的设备如果出现问题了也能够实现自我诊断的功能5。2. 配套设施完善，功能强大，适用范围广如今，PLC的型号多样，种类繁多，因为它集功能强大、设备简单、操作容易、易于学习等多种优点于一体，所以它被广泛应用于各种控制场合，大到大型工厂的各种重要生产设备，小到楼房和商场的一部载人电梯的控制，都有PLC控制系统的身影。PLC实现了将其他系统不能比拟的数据运算能力和强大的逻辑处理能力的完美结合，所以在很多数字领域中也得到了广泛的运用。PLC的功能在近几年得到了进一步的完善和拓展，这就使得PLC在日常工业生产中的运用得到了进一步的发展，比如PLC在对物体位置的控制、以及各种温度的控制、CNC等各方面。再加上改善了PLC的通信能力与飞速发展的人机界面技术的结合，让使用PLC来实现对日常生产中的过程控制不再遥不可及。3. 容易学习和使用PLC编程语言是一种主要用于工业生产控制的计算机编程语言，PLC事实上属于一种先进的工控设备。PLC编程语言简单易懂，不会像C语言那样抽象难学，因为它是形象具体、容易理解的，所以从事这方面的工作人员很容易就能够掌握，甚至是熟练的运用也是轻而易举的事情。梯形图语言和继电器电路图在功能和形式方面其实是很像的，只是继电器电路图的功能在PLC中主要是通过一些常用的开关量来实现。这样就算我们不懂电路、不会编程，我们也能很快的学会使用PLC编程软件。4. 在对系统进行设计和对系统进行建造时，我们所需要做的事就变的更少了，平常如果要对整套系统进行维保也会变得更简单，而且想要改造它也变得更加容易。传统的逻辑控制是采用接线的逻辑方式，而PLC则是用先进的现代存储的逻辑去实现控制，这就使得我们在对整套系统进行连接时少了很多繁琐的连线，使系统在设计和建造的时候变得更容易，简单明了的接线方式大大既减少了设计和建造的时间，同时也使得对设备日常的维护保养变得简单容易。更重要的一大优点在于在使用同一设备却需要在不同时间实现不同的功能的时候，只需要动动手改变下程序内容就可以实现了。5. 体积小，重量轻，能耗低，低成本以现有的体积属于超小型的PLC为例，在近十来年最新出现的所有PLC品种中，有一款PLC的底部大小竟小于一百毫米，质量竟低于一百五十克，并且它的功率也很低，只有几瓦，由于它的尺寸小、质量轻，所以需要的成本当然就会很低6。基于PLC体积小但是功能依然很强大这一优点，所以它可以很容易的安装在机械内部的各个角落，使机电一体化更加的容易，在市场中这样体积小、重量轻、能耗低、低成本的PLC也越来越多。3 自动洗车机控制方案确定3.1 洗车机的分类1. 从工作方式的方面来分，可以分为固定式和移动式。固定式：通过其他设备的牵引让需要清洗的车辆慢慢的通过洗车设备工作的区域，这时候洗车设备停止不动，洗车系统通过多种检测设备反馈的综合信息，判断车辆的位置以及状况，然后再发送出相应的指令就可以让洗车设备自动的运行起来，以此来实现汽车的清洗。比如：可以连续洗车的地下通道洗车机、各种大小型号的如同通道一样的洗车机等。移动式：即汽车停在洗车机工作的区域静止不动，自动洗车机按照程序自行执行相应的动作7。2. 从清洗车型的方面来进行分类，可以分为小车型、大车型、以及特种车型。在现在这个洗车设备的市场上，小车型洗车机在商业用途中占的比例最大，这类的洗车机包括了往复运动式洗车设备、地下通道可连续洗车的洗车机、以及不带刷子的往复式洗车机等。大车型的洗车机主要是大型可移动的和大型类似通道的洗车机。而特种车型洗车机主要是为洗轮机、垃圾车、列车、以及飞机等特种载人载物的交通工具的清洗而诞生的。3. 从洗车机的原理来分，洗车机大致可以分为硬支承、软支承、半硬支承洗车机。当正常运转时候的转速远低于参振系统的共振频率的是硬支承洗车设备。在检查正常运行转速的时候，支承摆架就会处于相对“硬”的状态，所以在快要接近实际轴承的状态下就可以对转子进行转速的平衡修正了8。其特点就是操作简单，安全性能比较高。正常运行时的转速要比参振系统共振时的频率高的洗车设备是软支承洗车设备。在修正转子正常运行转速的时候，支承摆架就会处于相对“软”的状态，所以在我们修正转子正常运行转速的时候，实际轴承的工作条件和支承的条件是不一样的。其特点就是具有较高的测量精度高。半硬支承洗车机正常运行的转速约在0.30.5倍参振系统共振频率之间。在这三种洗车设备当中，半硬支承洗车机的应用率是最高的，因为它同时具备了前两者洗车设备的优点：即设备的强度高、精确度相当出色。当然半硬支承洗车机在技术手段与设备性能的要求上面也会相应的高出很多。4. 立体式的洗车设备和横卧式的洗车设备；专用型洗车设备和通用式洗车设备是按照它们各自的特点以及各自应用的范围的不同来进行划分的。如果在洗车设备正常运行时，它的平衡转子旋转的那个轴是处于水平状态的，那么这种洗车机设备就叫作横卧式洗车设备。含有旋转的转轴或者是可以人为的额外装配工艺轴的旋转转子的时候都是可以用这种卧式洗车设备进行洗车的，比如在日常工艺生产中我们常常会用到的机床的主轴、其中含有滚筒、旋转风机甚至是增压、电子式转子、蒸汽驱动轮机等等的各种自动化的机器。相反，如果在洗车设备正常运行的时候旋转转子的旋转轴是处于垂直的状态，那么这种洗车设备就叫作立体式洗车设备。在旋转转子的自身即便没有旋转轴的圆形器件都是可以用这一类的洗车设备进行洗车的，比如诸多类别的离合器、压盘及其总承、皮带轮等圆形类的器件都是需要立体式洗车设备来完成日常的清洗工作。如果需要把形状和支承的形式比较规则的旋转转子进行运动以及平衡比较的时候就得用到通用式洗车设备了。通用式洗车设备的操作特别简单，但是它却具有相当惊人的工作效率，所以在国内外洗车行业的市场上通用式洗车设备的占有率还是相当高的。但是有的时候必须要将支承形式与外观和不同的转子进行动平衡修正的时候就必须要用到专用洗车机了，比如现在的有些洗车设备就单独的针对设备的发动机的曲型轴承、汽车轮胎的内部、甚至是汽车配件中用到的传动的轴承等，这类器件的清洗就不得不依靠专用洗车机来完成。3.2 自动洗车机种类的选择这个设计的模型主要是基于所需要清洗的车辆固定不动，洗车设备进行往返运动的这样的工作方式，对于这种类型的洗车设备很适合运用PLC编程来对整套设备进行控制。位置固定且可以进行往返式运动的全自动洗车设备的洗车过程如下：汽车停在洗车设备的工作区域，不再移动，然后系统通过各种传感器能够感知到所要清洗的车辆的具体情况，比如根据车辆的形状让洗车的设备来来回回的不断喷洗、根据车辆表面的清洁程度进行怎样的清洗力度等。全自动洗车机能够实现的功能：全机械自动冲洗车辆的底盘、冲洗车辆的顶部、以及反复进行刷洗等。即使进去一辆很脏的运送废品的脏车，洗完出来的时候必定是一辆洁净、光亮、崭新的车，如果只是清洗表面，只需要短短几十秒就可以完成。3.3 自动洗车机的工艺控制要求1. 洗车系统的组成部分（1）一个可以支撑水平方向滚筒和垂直方向滚筒的门框，由可以向前和向后旋转的双向电机来驱动；（2）一个用于旋转水平滚筒的电机；（3）一个用于升、降水平滚筒的电机。整套控制系统由PLC控制。2. 限位开关控制（1）车辆检测位置限位；（2）水平滚筒的上限位；（3）门架的前位置限位；（4）门架的后位置限位。3. 自动冲洗（1）默认初始条件：门框处在车辆的前部位置（门框到位开关合上），车辆出现在洗车的区域（检测车辆的检测传感器闭合）；（2）当满足了初始条件的时候，就可以按下启动冲洗的按钮，开始如下的冲洗过程：当洗车机正式工作，其工作指示灯点亮，10秒以后，水平方向滚动就会向下开始移动（KM1），直到水平方向的滚筒移动到预定的位置（上滚筒到位传感器）停止运行3秒钟；（3）当有两个滚筒同时激活时（KM3）就会开始正向旋转，即：水平方向的滚筒、垂直方向的滚筒，同时还有向前运动的门框（KM5）。在这个例子中，同时被激活的是喷水泵（KM7）和旋转滚筒的电动机；（4）门框在往前不断运动，当其碰到了门框车尾的限位开关时，门框就不会再向前运动，全部电机均会停转5秒，同时门框还会自动往后退回（KM6）。与此同时水平方向的滚筒和两个垂直方向的滚筒开始反向旋转（KM4）；（5）在门架后退的时候，触碰到了归位开关就会停止，这时滚筒立即停止旋转，同时升起水平滚筒的命令（KM2）就会发出，直到滚筒归位，本次循环就结束了9。4. 手动立即停止以及手动控制（1）锁存按钮的功能是可以在任何你想停止的时候停止循环（所有正在工作的电动机都会被同时停止）。执行了相应的操作才能开始一个新的循环：（2）手动升起滚筒按钮被按下后，水平滚筒就会升至上限位位置（至水平滚筒归位开关）10；（3）只要手动控制门框的后退按钮被按下，这时门框就会退回到初始设置的位置（到门框到位开关）。5. 报警保护当系统出错或突遇无法自我修复的问题时蜂鸣报警器就会持续不断的发出报警声，同时报警指示灯点亮。直到人为按下关闭蜂鸣报警器的按钮，报警声才会停止，但是报警指示灯只有在系统问题得到解决后才会熄灭。3.4 洗车机控制系统原理图通过对洗车机运行过程的详细分析可知，门架的移动和滚筒的运动，以及水泵的工作和故障报警使得洗车过程能够正常有序的运行。PLC通过对洗车系统信息的采集对应输出相应的信号，对滚筒、门架、水泵等进行精确的控制。通过对以上控制要求和设备选择的分析，最终确定控制系统的方框图，如图3.1所示。图3.1 洗车机控制系统方框图-32-4 控制系统的硬件设计4.1 洗车机的外型构造该自动洗车机的外部形状就像门一般，因此称此结构为门架结构。此外型结构的洗车设备在洗车时只需将需要清洗的汽车停在洗车机的工作区，保持不动，然后门架就会根据汽车的外形结构等特征来不断地往复清洗。本产品适合清洗多种类型的汽车，它最核心的地方就是针对洗车设计的门架，这个门架是由两个竖直方向的滚筒和一个水平方向的滚筒组合而成的，它的外型活生生就是一道门。在水平方向的滚筒上设计有一个感受光电的外置传感器，该设计用它来确定汽车的高度，只要滚筒向下运动到车辆的最高位置时，光电传感器就会向PLC发送一个电信号。另外还有一个归位开关，用于控制滚筒的归位。洗车机的外形构造图如图4.1所示。图4.1 洗车机外型示意图在门架的下方安装了一个用来确定门框的门是否回到了原来初始位置的传感器，在门架前方也有一专门检测车辆汽车是否停在了洗车机的工作区域的传感器，从而确定是否可以开始清洗了。门架的尾部还有用于判断汽车尾部是不是已经清洗了的传感器，从而实现对汽车的往复清洗。当需要清洗的汽车被送到清洗区域时，按下动启动命令按钮后，门架就会依照程序对汽车实施滑动清洗。这时洗车设备就会开始对汽车进行彻底的清洗，一次往复清洗过程仅仅只需短短的1分多钟。4.2 洗车机控制台设计该洗车机的控制台将按钮和相应的指示灯结合在一起，这样既能方便操作人控制，又很大程度的节约了空间。洗车系统的控制面板图如图4.2所示。图4.2 洗车机控制面板图4.3 控制系统主电路设计为了满足洗车设备应有的控制功能和洗车要求，本设计的洗车机在其主电路中配备了四个电机来实现控制，滚筒的升降、滚筒的旋转、门架的前后移动、水的喷射分别由电机M1、M2、M3、M4实现控制，其主电路控制图如图4.3所示。图4.3 洗车机的主电路图表4.1 主电路元器件名称及用途元件符号器件名称元件用途M1电动机1控制水平滚筒的上下移动M2电动机2控制滚筒正反转M3电动机3控制门框的前后移动M4电动机4控制喷水FU0总断路器保护总电路FU1电机1断路器保护电动机1电路FU2电机2断路器保护电动机2电路FU3电机3断路器保护电动机3电路FU4电机4断路器保护电动机4电路Q0总电路开关闭合、断开总电路Q1电机1开关闭合、断开电机1电路Q2电机2开关闭合、断开电机2电路Q3电机3开关闭合、断开电机3电路Q4电机4开关闭合、断开电机4电路KM1继电器1闭合、断开电机1的正转KM2继电器2闭合、断开电机1的反转KM3继电器3闭合、断开电机2的正转KM4继电器4闭合、断开电机2的反转KM5继电器5闭合、断开电机3的正转KM6继电器6闭合、断开电机3的反转KM7继电器7闭合、断开电机4的正转FR1热继电器1保护电机1FR2热继电器2保护电机2FR3热继电器3保护电机3FR4热继电器4保护电机44.3.1 PLC的选型正确的选型不止能够满足工艺流程的要求，还可以解决在实际应用中遇到的控制问题。在选择控制系统的型号和估算系统的参数时，应该详细的去分析整个工艺过程的特点，同时还得明确控制的任务和范围，这样方便确定控制过程中的所有操作和动作，然后再根据控制要求，粗略计算出输入和输出点的个数、以及存储器的容量、PLC的核心功能、外接设备的特性等，最后综合考虑，选择性价比高、设计功能齐全的控制系统11。图4.4 DVP-32ES型号PLC触点接口示意图I/O点的个数在估算时由于要考虑实际应用中必须得有剩余，再在初步确定输入/输出点个数的基础上，再增加10%-20%的可用余量，最终得出输入/输出点的个数。根据实际情况和编程的需要选择台达DVP-32ES型号的PLC，该型号PLC一共拥有14个输入触点和14个输出触点，总共两组。其平面触点接口如图4.4所示。表4.2 触点符号及对应意义触点符号触点的意义X0-X7第一组输入触点Y0-Y7第一组输出触点X10-X17第二组输入触点Y10-Y17第二组输出触点C0-C3DC24输出负极输出公共端24GDC24输出正极L火线接口N零线接口4.3.2 PLC接口与硬件连接对应表PLC的每个接口都与硬件的接口一一对应，不可错接，下表就列举出控制系统中硬件名称和其对应的接口符号，详细的列举了各硬件符号、名称和对应接口，便于绘制出电路图和安装时接线。表4.3 硬件接口及对应功能硬件接口PLC接口硬件名称R1X6热继电器1FR2X7热继电器2FR3X10热继电器3k0X0总启动k1X1上滚筒到位k2X2门架到位k3X3门架归位k4X4上滚筒归位k5X5总停止k11X11手动滚筒下降k12X12手动滚筒上升k21X13手动门架前进k22X14手动门架后退k31X15暂停按钮k32X16继续按钮k6X17车辆出现4.3.3 PLC接线图控制电路设计要求：当车辆出现在冲洗区域后按下循环按钮，电动机M1、M2、M3分别正反转实现滚筒的升降、滚筒旋转和门架的前进后退。最终的PLC硬件接线图如图4.5所示。图4.5 PLC的硬件接线图5 控制系统的软件设计5.1 车辆检测控制车辆检测开关是由一个光电传感器来实现的，但检测到车辆的信号后，就会发给PLC一个开关信号，此时PLC的启动程序才可以被激活，这就防止了不必要的错误启动12。以下就是对光电传感器的一部分介绍。光电传感器是通过感受外界光，把光作为接收信号，然后再将光信号转换为电信号，然后传输电信号来工作的13。可以用光电传感器来检测非电的量，是根据光的强度变化转换成光量变化的非电量14。1. 光电传感器分类光电传感器由原理的不同可分为模拟式和脉冲式光两类。传感器之所以能感受光，是因为它具有准确度高的光敏元件15。2. 光电式传感器的应用之所以光电传感器能被运用在越来越多的产品上，那是因为有着很多的其他检测设备没有的优点。比如准确度高、响应的时间短、而且检测的全过程都没有接触。此外光电传感器的内在结构简单，形式也可以各式各样，外形轻而小。20世纪以来，全世界的光电技术得到了很好的发展，光电式的传感器已经在全球各国作为产品生产，而且光电传感器种类也越来越多，它的产量也越来越多，选择产品的规格时，可以根据用户自己的需要，它可以应用于机电一体化、计算机、国防科技等诸多方面，不胜枚举。工作环境是决定光电传感器的另一个不可忽略的决定性因素。洗车行业常常面临的是满是污垢灰尘的世界，在洗车时，空气的湿度就会升高并且会有很多的液体，当然沙子、洗车剂等都是不可避免的。如此一来，在应用传感器时，环境因素就必须得考虑了。3. 光电式传感器的发展光电式传感器因为它可以不用接触物体就能检测，所以它被很广泛的应用到了工业生产的各个环节，比如产品的计数检测，故障检测等。但是，不得不承认没有绝对完美的事物，光电传感器也具有一定的缺点，它非接触式检测主要是基于光而进行的，众所周知，光是一种电磁波，而且具有很高的频率，所以光干扰也是一种电磁干扰，传感器产生错误动作的主要因素之一就是光干扰16。光的干扰源可能来自检测环境中的光，也可能是背景产生的光，再或者是其他光电式传感器发出的光。因此在传感器的设计时，为了防止传感器的光被干扰，通常设计者解决的方案为采用偏振光，或者是很高频率调制的脉冲光，再或者采用同步检波的方式。传感器之所以发展的速度越来越快，这和人们对传感器的要求越来越多，品质越来越严苛是息息相关的，科技的飞速发展则为传感器的发展提供了源源不断的技术支持。传感技术的发展史已达数十年之久，我们可以从中不断地总结经验，使得光电传感器越做越好。5.2 洗车过程控制5.2.1 洗车机各部件控制要求1. 水平滚筒的控制水平方向滚筒的高度会根据车辆的高度而确定，滚筒的高度通过光电传感器传给PLC的信号来实现调节，当滚筒接近车顶时PLC会控制水平滚筒停止向下移动，当水平滚筒完成循环后，PLC会控制其回归到初始位置。2. 滚筒旋转滚筒的旋转和停止都是事先程序设计好的，值得强调的是，电机在停止转动时都会有一个3-5秒的延迟，这样的好处就在于可以防止电机被瞬间的反向电流烧坏。3. 门架的前进和后退门架的前后移动都是由PLC的内部程序控制的，当车辆检测信号和启动信号被发出后门架的前进动作开始自动执行，而车尾检测信号的发出则是门架往后移动的前提。4. 手动控制PLC的手动控制不仅可以人为的控制洗车设备还能专门对准难以清洗的部位进行清洗，它还可以自动解决一些我们想不到的原因而造成的故障。而每次对洗车设备进行人为的手动控制时，都必须首先停用自动控制，而如果想再次切换到自动控制方式的时候，都必须先将门架和水平滚筒用手动的方式进行归位。5. 故障报警为了保证整个系统能够安全有效的运行，在PLC里加入了一系列有效的报警检测装置和报警保护程序，当报警时，蜂鸣器发出警报，同时电源被切断。如果检修后想继续运行，则需要手动控制归位。5.2.2 控制系统流程图根据自动洗车的控制要求：按下启动按钮，则循环冲洗的工作指示灯开始亮起，水平滚筒向下移动，门架向前移动，水泵开始喷水，再按下滚筒的电机启动按钮，则自动洗车正式开始。结束后，门架移动到位，后架停止移动，滚筒也停转，最后水平滚筒到位后结束循环。自动洗车的流程图如图5.1所示。图5.1 洗车机洗车流程图5.3 系统控制程序的编译此程序是通过WPLSoft 2.10软件编译，编程语言是台达的专用语言，但与欧姆龙、西门子、施耐德等一些PLC的语言基本相似。被控对象的控制要求要在设计系统时最大程度的满足；同时还要满足此控制系统在结构上尽可能的简单，不管是使用方面还是维护方面都应该做到简单方便这一基本要求，而且其控制系统必须安全可靠，这就是设计PLC控制系统的最基本原则。梯形图语言是PLC编程语言中的一种基本编程语言，本程序就是采用梯形图语言进行编程的。梯形图是一种程序设计时常用的设计语言，它是以图形符号来对程序进行描述的。我们在设计这种程序语言的时候，通常用因果关系来描述事情发生的前提和结果。每个梯级都有相应的原因结果一一对应。在这么多的梯级中，在左面的是表示事情发生的前提，在后面的是表示事情发生的结果。在众多的程序设计语言中，梯形图设计语言在工业控制中是应用最为广泛的语言。继电器逻辑控制系统的描述是梯形图的前身，梯形图由前者演变而来的。一直以来，操作人员对继电器逻辑控制系统的描述是很熟悉的，因此这种由它演变而来的语言更加容易得到众多操作者的认可，使之更容易被掌握和推广。有以下三点就是这种梯形图程序设计语言的特点：（1）和车机原理图相比，它不仅有对应性，而且还具有直观性；（2）和继电器逻辑控制技术相比，它们有一致性，技术人员能更好的理解并熟练地掌握；（3）在继电器逻辑控制技术中，它表示的能流是实际意义上的能流，同时也是实际存在着的，而梯形图中的则是假设的，是现实中不存在的。所以在实际应用中必须把继电器逻辑控制技术的概念和梯形图的概念进行详细的区分。附件的梯形图是全自动洗车机软件程序。5.4 PLC接口功