基于PLC的自动洗车系统设计分析研究 电气工程自动化专业

开题报告毕业设计（论文）题目《基于PLC的自动洗车机系统设计》题目类型工程设计（项目）■论文类□作品设计类□其他□选题简介、意义1、选题简介：汽车产业是一项国际化的经济带头产业之一，随着世界发展的越来越迅速，汽车已经成为每家每户必不可少的用品。从而带动了许多与汽车相关的行业，其中洗车行业更是飞速发展。中国传统的洗车行业大多都是人工洗车。人工洗车存在着很多的缺点，比如时间长，成本高等等。因此我们应该向部分发达国家学习去设计使用基于PLC的自动洗车系统。基于PLC的自动洗车系统很大程度上提高了洗车的速度，也大大减少了所花费的成本。2、选题意义：中国的洗车行业相对与发达国家还有不少的差距，这也大大的阻碍着国内的洗车行业发展到更高的境界。为此我们必须去创新去设计新的洗车方式，为传统的洗车行业井上添花。二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）1、课题研究：基于PLC的自动洗车机系统设计2、主要研究的内容：洗车行业是现在发展迅速的行业，但传统的人工洗车存在着很多缺点，本文主要设计基于PLC的自动洗车系统，创造更方便更快捷的洗车方式。3、要解决的问题：（1）仔细合理的分析和设计总体方案；（2）选择合适的控制系统软件；（3）实验和结果的分析4、预期目标：设计出基于PLC的自动洗车系统并可施用到实际中。5、研究步骤、方法及措施：为了更好的了解所选的课题，查阅已有文献资料是十分重要的，由于PLC的资料是很少的，因此，在设计过程中，广泛的搜集资料，并借鉴了一些数据资料对我的设计工作起了很大的帮助。同时需要去了解和掌握很多相关的专业知识，并去向一些相关人员询问以及学习。设计（论文）体系、结构（大纲）绪论1.1前言1.2自动洗车控制系统总体方案1.3智能化洗车控制系统的相关论述第2章基于PLC的自动洗车系统设计的内容与分析2.1控制系统软件设计2.1.1程序流程图2.1.2程序设计2.1.3I/O点的估算2.1.4PLC的选择2.1.5I/O分配2.1.6PLC外部接线设计2.1.7控制系统SFC图和阶梯图的设计2.2控制系统硬件设计2.2.3洗车间的设计2.2.4硬件电路设计2.2.1PLC工程设计选型2.2.2输入以及输出点数估算2.2.3采集以及检测信号2.2.4PLC控制输出端的负载设备第3章车辆清洗概述3.1车辆外部污垢来源3.2车辆清洗方式第4章列车清洗机总体方案研究4.1设备用途4.2车辆清洗机主要功能4.3清洗工艺流程及工位设计4.4清洗质量要求4.5清洗工位与清洗方式研究4.5.1机械结构设计4.5.2水循环水处理系统设计第5章地铁列车清洗机机械结构设计5.1设计工具5.2设计任务5.3设计的基本要求5.4刷组设计5.5机电系统的设计第6章水循环及水处理系统设计6.1水的循环处理系统设计要求6.1.1洗车水循环工艺设计6.2水处理及循环系统主要功能6.2.1水循环及水处理主要组成6.2.2污水的生化处理工艺6.2.3生化处理装置第7章PLC控制及系统设计7.1控制系统需求分析7.1.1现场控制设计思想7.1.2电控系统设计的主要内容7.1.3控制系统方案设计7.2PLC的硬件结构7.2.1PLC的工作原理7.2.2PLC编程语言7.2.3PLC控制特点7.2.4PLC选择7.3列车清洗机电气控制及监控系统设计7.4主要控制原件第8章结论与展望8.1结论8.2展望致谢参考文献附录指导教师意见：签字：年月日分院审批意见：签章：年月日基于PLC的自动洗车系统设计摘要：由于现在市面上的洗车方式还有洗车的时间长，花费比较高，清洗的不是很干净等等很多方面的不足，发明了一种基于三菱FX2N-48MRPLC的自动洗车系统，利用PLC系统去传递指令信号，来完成自动洗车的功能，高效率的增加了洗车的各方面性能。根据调试的研究显示：基于PLC的自动洗车系统设计可靠，可以达到实际的目标，能够去实施到工作中。关键词：自动洗车；PLC；系统；设计；控制；中图分类号：文献标识码：1.1前言由于社会的不断发展，人们的消费水平大大提高，所以汽车已经成为了大部分人的必需品，从而无数与汽车相关的行业都迅速崛起，其中洗车行业作为与汽车息息相关的服务更是发展飞速，不过在发展的过程中还是有很多的不足，例如洗车时间长，成本高，清洗的不够干净等等。因此我们应该向一些做的优秀的国家学习，去设计基于PLC的自动洗车系统。PLC（ProgrammableLogicController）也叫做可编程控制器。PLC是一种工业用的计算机在工业自动化中起着必不可少的用途，PLC有非常多的优点，例如体积小成本低非常靠谱等等。并且已经施用到了很多不同的领域。文中用三菱FX2N-48MRPLC作为系统设计了一种自动洗车系统，可以做到自动和手动同时兼顾的洗车类型，也完全可以依据实时去选择使用哪种方式，不仅更简洁更快速，而且大大节约了人力和物力，可带动洗车行业的发展。1.2自动洗车控制系统总体方案图一就是自动洗车的结构的示意图。洗车的首要顺序就是使用转轴为空心管，里面可以倒进液体，滚筒表面有洞的泡沫滚筒，在使用自动洗车时先往里面放入足够的洗车洁剂，然后通过滚筒的旋转将洗车洁剂沿着筒壁滑出，在洗车洁剂滑出的过程中会摩擦起泡沫清除车上的污渍。接着在使用可以喷出干净水的喷头喷出水把车上的泡沫冲掉。最后的步骤是吹干，由于车身如果是湿的会更容易粘附到脏东西，所以必须保证车身不湿。采用吹风机把车上的水吹干。自动洗车的流程则如图2，所有的过程都是由PLC控制的，当然也可以自主的去选择自动控制还是手动控制。自动洗车系统在控制的时候可以自主的选择是采用自动洗车系统还是手动洗车系统。如果选择了手动洗车，那就需要把开关设置为手动，然后按下按钮开始手动控制设备，首先电机MC1启动，使两个泡沫滚筒开始运行清洁车辆，也可以按照车辆脏的程度去设置使用泡沫清洗的时间，等泡沫清洗完成以后车辆就会往前移动，再需要手动的去按清水冲洗的按钮PB1，电机MC1结束工作。电机MC2开始接着工作，清水喷头喷出清水冲刷车辆上面的泡沫，冲刷干净后又需要手动按PB2，MC2停止工作，MC3开始工作，MC3带动吹风机去完成吹干车辆的任务，等吹干任务完成就可以手动让电机MC3结束工作,手动洗车也就完成了。但如果选择了更为便捷的自动洗车只要在一开始选择自动方式按下按钮，机器就会自动去完成洗车的过程。首先MC1开始工作让泡沫滚筒开始运转，计时器TOK100也开始计时10s,10s后泡沫清洗的任务结束，电机MC1停止工作，滚筒结束运转。泡沫清洗完成后，车辆自己移动到前方，计时器TIK200开始计时，计时20S，电机MC2开始工作，清水的喷头开始喷出清水，计时20S后清洗结束，电机MC2停止工作。清水冲洗任务完成后，计时器T2K50工作，计时5S，电机MC3通电，吹风机开始工作，执行吹风任务，5S后电机MC3断电，自动洗车过程完成，系统回到待洗状态。洗车过程中如果出现任何的意外或者特殊的情况，可以去按停止，所有系统就会复位，立马结束任务。自动洗车控制系统的两种工作模式能够达到大家的任何需求，针对一些特别脏的车辆,自动洗车模式很有可能做不到清洗的非常干净，用户就可以选择手动控制模式，针对不同车辆去选择不同的清洗时间的方式。1.3智能化洗车控制系统的相关论述随着社会发展的进步汽车行业的发展也是紧跟其后，从而带动一系列与汽车相关的行业，传统洗车的方法在很大一方面上都浪费了不少人力物力成本，因此基于PLC的自动洗车系统就在很大方面解决了浪费人力物力的缺点。PLC自动洗车系统中龙门式自动洗车设备就包含了非常丰富的可编程控制技术，而文中就是主要讲关于龙门式自动洗车设备是如何在机器中被应用的。龙门式自动洗车设备主要的原理就是采用交流电机使龙门架开始运作，接着龙门架会在车辆的顶部来回途径中运行每一步步骤，完整的过程如下列所示：机器使用高压强水去冲刷车身上的泥沙，然后通过泡沫双筒的运行向车辆喷出泡沫起到更加清洁的作用，把车声上顽固的污渍清洗干净，再接着使用清水喷头喷出干净的清水去将车身上的泡沫清洗干净，最后一步就是通过机器的吹干功能吹干车身上的水。这样完整的过程就结束了。第二章基于OLC的自动洗车系统设计的内容与分析2.1控制系统软件设计2.1.1程序流程图软件的作用就是去完成全部的系统运行和精准的控制，这个系统的主要程序流程图如图3所示。其中包含有自动模式的子程序和手动模式的子程序。文中主要说讲的为自动模式的子程序流程图，在该程序下，门内的红外传感器和红外传感器二者相互联合去判断有没有车辆进到洗车间，要是门外的红外传感器先感应到了有车辆那就说明有车辆进入，换一种方式说如果说门内的红外感应器先感应到车辆那就说明是有车辆出去了。等到车辆进入到洗车间会停在托盘上，然后会对车辆的位置去做一些改动，去通过洗车间四周的12个接近开关去调整，接近开关每一册有3个，它们不仅可以起到调整位置的作用话可以去测量车的大小型号，按照不同的型号去设置不一样的洗车模式。自动洗车的子模式中还含有对废水如何处理的程序，例如废水的过滤，沉淀和循环等等。2.1.2程序设计程序的工作是有很标准的前后顺序的，所以我们的程序设计是可用利用状态转移图来设计的，采用状态转移图能够更加全面而且更加容易的去设计程序。在洗车系统开始工作之前能够对数据进行设计，而且可以采用中断的方式去进行调整，如果不调整就还是使用默认的数据参数。2.1.3I/O点的估算分析自动洗车控制的系统中得出，PLC控制器含有6个输入点，分别是启动按钮，停止按钮，方式选择开关，清水冲洗按钮，风干按钮和结束按钮。还包括3个输出点，分别是泡沫清洗驱动，清水冲洗驱动和风干驱动。然后在对控制系统所欲要具备的功能看，能够明确PLC的编程软件的编号和类型。2.1.4PLC的选择现在的市场上面有很多的PLC的种类，能够找到一个完全合适的控制器对自动洗车控制有非常大的影响。在这些PLC中FX2N系列是三菱FX系列中最符合条件也是最适合的一类，它有非常多的优点，FX2N系列具有非常高的处理速度，还有很灵活的性能，可以应运到各种不同的用途中；它不仅可以扩大控制点数，去灵活用到很多基本组件间的连接，定位控制和模拟控制等其他用途，还有输入输出16点到25点的独立用途。FX2N系列是一种可以满足不同需要的额PLC系统可以利用自动控制系统的功能和结构对I/O点的估算进行分析。文中采用了三菱PLCFX2N-16R型号，包含有8个输入点（X000-X007）和8个输入点（Y000-Y007），输入点和输出点都有充足的剩余，可以达到自动洗车系统的目标。2.1.5I/O的分配分析PLC控制器的外部连接图能够得出系统所需要的编程元件的编号。自动洗车系统的I/O分配在下列图一：2.1.6PLC外部接线设计利用对自动洗车系统的技术和标准分析可得，设计的PLC控制器外部接线如图三所示;2.1.7控制系统SFC图和阶梯图的设计自动洗车系统的程序设计利用GXDeveloper软件，利用状态转移图（SFC）编程方式。SFC图能够把一个难以理解的程序区划为很多个顺序，把一个复杂的程序变得简单易懂，能够更加生动，易懂。下列图5就是为了让图4程序能够更为简易所设计的阶梯图：把方式选择开关COS设置为自动状态，按启动按钮X000,PLC控制器的主程序通电KA开始工作，辅助继电器MO得电，进入状态SO，将辅助继电器MO状态置１，可以暂存启动按钮的状态，防止要持续按住按钮。方式选择按钮X002置于自动，则X002信号设为１，能够进入S31状态S31状态下，输出点Y001通电，电机MC1开始工作，泡沫滚筒开始转动，去执行泡沫清洗程序，同时定时继电器TOK100通电，开始计时10S，到了10S后泡沫清洗任务完成，控制器输出口的Y000断电，电机MC1停止工作，滚筒也不再转动。转移条件TO得电，系统状态转移为S32，车辆进入到清水冲洗喷头的下面，控制器输出口Y000通电，电机MC2得电开始运作，清水喷头开始喷清水，完成清水冲洗程序，同时定时继电器T1K200通电开始计时20S后状态转移为S33，输出口Y000断电，电机MC2停止工作，清水冲洗结束以后，开始执行风干程序；控制器输出口Y002通电，电机MC3工作，定时器T2K50计时5S，风干机开始工作，5S后输出口Y002断电，风干机完成工作，风干程序结束，整个洗车步骤也就完成。将方式选择开关COM置于手动时，按启动按钮X000，PLC的主程序通电，方式选择开关X002的状态为O，状态转移为S21PLC控制器的输出口YOO1通电，电机MC1通电，泡沫滚筒就开始旋转，在泡沫清洗任务完成后，车辆进入到清水冲洗喷头下面，按清水冲洗按钮X003，状态转移为S22，输出口YOO1断电，泡沫滚筒完成旋转，泡沫清洗结束；控制器的输出口YOOO通电，电机MC2运转，清水冲洗喷头会喷出清水；把车身上的泡沫和污垢清洗干净后，按下风干按钮X004，输出口Y000断电，冲洗喷头结束喷水，状态转移为S23，输出口Y002通电，电机MC3工作，风干机开始风干，当车身上的水被全部吹干以后，按下结束按钮XOO5，手动洗车程序步骤也就完成，系统回到待洗状态；在洗车的操作中，如果有需要关闭洗车系统的情况，可以按下停止的按钮，区间复位指令将状态SO、S33置１，也将辅助继电器MO置O，设备不运转。自动洗车控制系统能够在自动控制和手动控制两种模式中进行随意切换，增加了设备的利用频率。2.2控制系统硬件设计2.2.3洗车间的设计自动洗车系统的洗车间控制系统中非常重要的一部分，结构中包含有洗车间自动门，检测车辆进出的红外感应器，调整托盘，接近开关，大小侧刷和风干系统等等。而里面调整托盘最主要的任务就是把车调整到各个环节相对应的位置上，调整托盘还能向不同方向移动旋转，还要测量每一辆车的不同型号，是洗车步骤的基础。2.2.4硬件电路设计自动洗车系统的硬件电路设计是对PLC外围电路的设计，最主要的部分是对I/O分配表的设计。I/O分配表在PLC控制的过程中，PLC可以对输出设备电机、变频器、电磁阀和报警指示信号的控制。完整的PLC分配表在下图表1：在表1中，可以看出自动洗车系统和手动洗车系统的切换开关最主要是对工作模式的选择。一般条件下，自动工作模式会由系统去检测车的型号和位置并去调整和选择不同的洗车模式，洗车的时长也可以自己设计，但一般默认为3分钟。自动洗车系统呈现出了这个系统的简洁性和智能性，大大的降低了洗车的人力物力的成本，不管是从公共洗车方面还是从服务方面都具有非常大经济价值和实用价值。手动洗车模式的设置主要是考虑到了特出的情况，例如不同的服务或者不同的车型等等。还在系统中加入了废水处理来解决水资源的循环使用，废水的处理系统包括有洗车用过的水的排放，过滤，沉淀金额循环等。从表1中还可以分析到PLC的输入一共有29点，输出一共有31点，为了扩展的方便，我们就基于三菱公司的FX2N-64MR可编程控制器，这个型号输入32点，输出32点，能够达到系统的设计要求。也为了输出的设计更为便捷，PLC输出点的类型选择电器输出。DA转换器可以用FX2N-2DA。2.3.1PLC工程设计选型在自动洗车系统PLC的硬件设计步骤中，第一步要对PLC系统方案的确定，接着去做PLC工程设计的选型任务。PLC的选型最重要的是对工艺流程特点和实际应用的具备要求的决定。自动洗车系统的PLC在硬件选型中要确实工艺和控制要求，更要详细的确认系统中的目标任务和每个步骤中的操作流程，再按照系统PLC的条件去估算控制系统的输出和输入点数和存储容量，了解编程控制器的特性和功能，最后去选择各方面都更符合的编程控制器并选定最终的最符合的方案。2.3.2输入以及输出点数的估算在输入和输出的点数估算的过程中要依据执行动作进行统计计算机所需要的输入输出点数，还要全方面的去结合适合的余量，在一般情况下要增长10%-20%的可扩展的输入和输出点数余量。在最后的统计得到的输入和输出点数的最终的点数数量。在加上对龙门式自动洗车设备的运作后，LPC系统将利用SH-64R1型号去提供24V直流和输入点和32V的点继电器输出点。这个型号的PLC可以满足龙门式自动洗车设备的系统目标。使用便利，价格合适。2.3.3采集以及检测信号PC完成采集和检测信号的工作，PLC的整体控制由触摸屏实时，在运行PLC时，PLC能够实现多类不同的交流接触器的闭合动作或者断开动作的运行，对每一步都起到了控制的作用，而且还对不同部位的电磁阀，指示信息和报警设备的控制任务，来完成自动洗车系统的整体控制和各种动作。PC得到的检测信号往往包含每个吹风设备位置的检测信号，每个电机的过载和缺相的检测信号，不同地方的毛刷的检测信号等等。如果系统出现了问题，PLC可以完成对不同状态的指示灯的开关控制进行故障原因，需要马上处理，让维护系统的步骤变得更简单一些。第三章车辆清洗概述3.1车辆外部的主要污垢车辆外部的污垢多种多样，污垢的来源也各有不同，而其中最主要的污垢来源有如下几种：马路上的沙石，灰尘。气体中的微小颗粒，雾霾等。天气原因导致的雨水，雪水等。车辆在维修或者保养中的使用的润滑油等化学物质。3.2清洗原理1.界面活性力界面活性剂是包括亲油基和亲水基的有机化合物，吸附在固—液界面、液—液界面、气—液界面上，是可以显著改变界面性质的材质。根据它的分子结构的差异，分为阴离子界面活性剂，阳离子界面活性剂及非离子界面活性剂三种。2.溶剂的离散力和溶解力常用溶剂主要是有机溶剂和水两种。水是一种非常便宜的溶剂，可溶解电解质(有机、无机)、碳水化合物、蛋白质、脂肪酸、酒精类等，具有不燃、无毒、无味、无臭，且不需要复杂的附属设备的多种优点。水的缺点是对油脂类的溶解力不够，除掉该类污垢时，需要与其它清洗要素组合使用。有机溶剂的种类极多，通常根据清洗的目来选择和组合方法。在使用时，还应当充分考虑经济性(溶剂的回收利用等)和使用性(易燃性、阻燃性、爆炸性、毒性、公害、废液处理等)等要求。3.化学反应力选择对污垢和被洗物都最为恰当的化学药品去针对清洁，这是最为有效、简单、而且经济性好的要素，但它的缺点有易损伤被洗物，且对操作者有危害等。酸类洗涤剂是用于除去金属类的污垢(金属表面的锈迹、氧化皮、变质层等)，碱类洗涤剂主要是除去动植物性油脂和矿物性油脂，污垢以及蛋白质淀粉等高分子有机物形成的污垢。4.热、压力、摩擦力等热、压力、摩擦力等是与溶解力同等重要的清洗要素，不采用物理力的清洗系统是不可能的。加热不但可使化学反应速度提速，还能够使高粘度油脂类的粘度降低，从而加大洗涤效果；搅拌和刷洗等引起的摩擦以及用高压水喷射等均可使污垢与被洗物分离，使污垢易溶于溶剂，推动清洗。在决定清洗方法时，必须了解被洗物的特性和污垢的性质。要知道被洗物所用材料的物理性质是属于哪种表面，与洗涤剂会不会有起化学反应等。对于污垢，在挑选合适的清洗方式时，也要看其粘附状态、所属种类等，污垢的粘附状态如图1.1所示，从机械性的覆盖至渗透、扩散到被洗物内部，有很多不同的状态。状态a.可较容易地除去，但状态e.要完全除去非常艰难，对被洗物的损伤是必要的。每种状态都需要通过考虑综合使用合适清洗力，完成清洗。3.3车辆的清洗方式车辆的清洗方式有两种，可分为自动清洗和人工清洗。其中人工清洗顾名思义就是人力去清理，利用刷子去洗刷车身，人为的拿着喷水头去冲洗车辆，不但浪费人力浪费时间还在很大程度上浪费了水资源。而另一种就是文中说设计的自动洗车系统，自动洗车系统是一种以机械为主去完成清洗的，在自动洗车系统中又分为两大类，一类是射流式，另一类则是滚刷式。滚刷式的特点式采用洗刷部件去摩擦车身起到清洁的作用，主要代表是Washtec公司，而射流式的特点有采用高压射流去把车身表面的污垢利用巨大的冲力清洗干净，以美国的InterClean公司为代表。下图1，1就两种不同的方式和人工清洗做了一些数据，经过对比，滚刷式各方面都更加适合加大利用。第四章车辆清洗机总体方案研究4.1设备用途车辆清洗机作为车辆段和停车场的配套设备，它最重要的就是车辆的清洗。采用列车自行牵引、库内洗刷的形式，对车辆前端部、后端部、侧顶弧面、侧面、门窗框死角等部位的刷洗、冲洗及吹干任务，清洗完成以后可以有效的清除车体外表面的油泥、灰尘等附着在车体表面的污渍，洗车任务完成后，车辆外表面没有污渍、不留水的痕迹、没有洗涤剂残留物。4.2车辆清洗机主要功能车辆清洗机具备以下功能;（1）使用及操作功能1．能够全方位的进行清洗，没有任何死角，也不能在清洗途中对车辆有认识的损伤。2．可以人工去选择使用手动洗车模式还是自动洗车模式或者是手动和自动相结合的模式。3．能够满足在运行过程发生意外时停止清洗系统，以免发生损失。4．能够在滚筒中加入车辆清洁剂。5．可以满足废水的过滤沉淀和循环使用。6．具有自动调节车辆位置的功能。（2）安全及故障诊断功能1．要有明显和丰富的系统流程以及显示故障的功能。2．必须能够在出现意外时认为停止系统。3．要有好的故障自争端功能，还要有监控和报警系统。4.3清洗工艺流程及工位设计车辆的清洗工艺流程步骤如下;车辆进入洗车间—对车身进行打湿—喷出洗涤液—刷魔洗涤液—前端洗—初刷洗—冲洗—精刷洗—清水冲洗—吹风烘干—车辆出库，洗车完成。按照车辆清洗机的工艺要求，开始入库一侧设置主要工位是：光电开关工位、热风幕工位、预湿喷水工位、喷洗涤液工位、洗涤剂刷抹侧顶弧刷组工位、洗涤液刷抹侧刷组、侧刷刷抹工位、端洗停车指示、端洗刷组工位、初刷洗侧刷组工位、初刷洗侧顶弧刷组工位、初刷洗侧刷组工位、回用水冲洗工位、精刷洗侧刷组工位、清水冲洗工位、精冲洗工位、强风吹扫工位、热风幕、出库测速工位、洗车结束指示。结束了工位的设计后，对各个工位的数量和摆放位置去做设计。设计原则有：要全方位进行清洗。必须符合适当的清洗力度。每一次的步骤不可以对之前的操作进行第二次污染。必须要容易操作而且价格合适。4.4清洗质量要求车辆在进行洗车之后必须有一个关于清洗质量的衡量标准：车身表面没有油脂，没有锈迹也没有灰尘。车身和玻璃等所有地方不能有明显的水渍。不可以对车的表面或者其他地方造成伤害或者损害。不能出现污水堆积或者洗涤剂残留的情况。绝对不能造成环境污染。4.5清洗工位与清洗方式研究清洗工位与清洗方式的设计的好坏与清洗机的清洗质量，能耗，效率，实施成本都有很大的关系。滚筒式是本文主要研究的一类，它在刷洗控制和使用时间都有很大的优势，而且清洗效果也很好，主要体现有：能够有效地清除各种污渍，清洁强度非常高。节约用水，平均每辆车都比其他洗车方式省很多水。对车身的表面没有什么伤害。所以，我们按照这个目标去设计的工位如下;（1）预湿工位：就是把车辆的车身用清水先打湿，对依附在车身上的赃物起到了一个软化的作用，并为接下来的步骤做一个基础。（2）喷洗涤液工位：把洗涤剂沿着筒壁喷射到车身上。（3）刷抹洗涤液工位：本工位包含1组侧顶弧刷组和2组侧刷组，作用于洗涤液刷抹，提高洗涤液与车体表面污垢物的反应。（4）端洗工位：用于刷洗列车编组中前后两端表面及端侧面，i必须做到每一个地方都清洁到位，做到无死角清洁。同时它还用来刷洗车体端面与侧面的过渡面。（5）初刷洗工位：本工位包含1组侧顶弧刷组和2组侧刷组，是等到洗涤液都涂抹结束后用更大强度的刷子去洗刷车身。（6）冲洗工位：在泡沫清洗结束以后利用清水喷头去喷出清水冲洗车身上的泡沫，防止有洗涤液残留。（7）强风吹扫工位：将完成冲洗后的车辆用吹风机进行吹干以防止残留水渍，也防止潮湿的车身更容易粘附到脏东西。4.5.1机械结构设计机械结构的设计有两点，一方面是对于不同工位的结构设计以及选型和制造工艺等的目标要求，其中主要是指对侧顶弧刷、端刷、喷淋、冲洗、强风吹扫及热风幕等。另一方面对刷洗动力部件的选择和设计，主要是对竖刷、顶刷工位进行电机及减速机选型、气动执行部分设计。4.5.2水循环及水处理系统水循环及水处理系统的设计有以下三点;污水处理的方法和工艺设计，与之相联系的设备的选择。对于水泵组和加泵组以及排水泵的选择。对于水循环和各水池的设计以及水的用量的计算。第五章自动洗车系统机械的结构设计5.1设计工具自动洗车系统机械的结构设计所使用的设计工具为AutoCAD，AutoCAD（AutodeskComputerAidedDesign）是Autodesk（欧特克）公司在1982年开发的自动计算机辅助设计软件，主要是为了二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，AutoCAD现在已经使世界上最为流行的绘图工具，可以用于土木建筑，装饰装潢，工业制图，工程制图，电子工业，服装加工等多方面的领域。AutoCAD不仅具有便捷的用户界面，还能通过交互菜单或命令行方式就能够进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在实践的的过程中完美的了解它的各种应用和技巧，以便提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。5.2设计任务自动洗车系统的机械结构设计就是把比较笼统的东西精细成很具体的东西，像机械结构中的一些零件，具体的结构，比例，形状，采用的材料，公差和热处理等等。同时也要去完善加工的工艺，强度，精度和刚度。再去对设备的选择做一个详细的分析对比，把每个问题都精细划分并解决。5.3设计的基本要求自动洗车系统设计的基本要求有三点:一是要满足功能设计，要完善技术上的标准。要实现对材料和工艺等方面的要求。二是必须确保质量设计，满足多种要求，增大产品的质量和各方面的性价比。主要是对成本，外观，安全等做保障。第三点是要完善和不断改进设计，去创新和发展将产品做到最优化。5.4主要机构制造工艺要求自动洗车系统就该确保合理先进制造工艺，质量可靠，零部件互换性好。所有旋转件应达到动态、静态均衡，设备运行稳定，噪音不大。洗车机的工作环境有酸碱性有腐蚀性的洗涤剂而且潮湿，所以对设备的防腐要有非常高的要求。设备零部件采用防高温防老化、防水、防腐蚀的材料，让表面进行严格的防水与防腐蚀，利用表面防护的作用。辅材主要选择不锈钢或者是别的很耐腐蚀的材料。主材加工后进行热镀锌和喷塑处理，所有紧固件均都用不锈钢的材质，适合潮湿而且有腐蚀性的环境。在设备安装是过程中对所有紧固件均做了防松处理，增强了设备使用的坚固。因为自动洗车系统的工作环境恶劣，水中含有洗涤剂,空气湿度大，氯离子浓度高，机械构架的防腐问题很严重。所以选择热浸锌后喷塑的处理工艺，这样就解决了防腐问题，而且这样的外观更好且价格也更低。5.5机电系统的设计车辆的车身外表清洗设备属于一套复杂机电设备，合理完整的设计是先进可靠的机电系统设计理论的。现代社会的急速发展也大大带动了科技的发展，越爱越多的行业中都加入了可记得因素，这也同时引起了工程领域的技术改革与革命。在机械工程领域方面，因为微电子技术和计算机技术的发展的速度及其的和快速和它们向机械工业的渗透，让机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系都产生了巨大变化。机械工程领域一方面在传统的机械产品设计中一直增强智能方面和自动控制设计理念以及产品的功能和性能;而另一方面，机械系统的制造也加入了信息技术，生产的步骤中自动化程度一直加强，让企业的生产系统效率和竞争力都一直在不断提高。自动洗车设备是贯穿了很多学科和很多领域交叉渗透的复合型机电设备，它不仅关系到机械领域、电气电子领域、水循环处理领域、光(传感器)领域、还涉及到自动化控制领域及计算机领域等方面的技术。第六章水循环及水处理系统设计6.1水的循环处理系统设计要求现在有很多的自动洗车系统都会利用回水处理，也就是水循环系统。首先要将污水放置沉淀将大量污渍颗粒沉淀到底部，接着去做除油和过滤的工作，把水中的油脂和没有沉淀的污渍统统过滤掉。然后就可以重复循环使用这些处理过的水了。但是如果一直长期使用这些不断循环的水时间一长就容易使水质发臭发黑甚至有毒素的积累，所以我们一般会在大量的新的水找那个加入少部分经过处理的水，这样就不会发生水质变差的可能，但是这样的话水的利用率却只有不到40%。本文为了提高水的利用率专门设计了一套水循环系统。具体的水循环系统必须要符合以下条件：体积不能太大，不然会太占地方。过程必须快速而且流程不宜过长。经过处理之后的水必须是对车辆没有伤害的除钙水。成本不能过高，必须环保安全，还要高效率和超节能。目标达到80%的循环利用率。使用起来方便简捷，要有故障报警和显示的功能。6.1.1洗车水循环工艺设计洗车水的循环工艺设计过程如下：首先会将所有洗车用水集中到集水坑里，然后把积水坑里的水传送到回收池里，污水会在回收池中起到一个沉淀的作用，污水的沉淀会将大部分大颗粒泥沙和一些污渍都沉淀在池底，同时会把油脂等质量轻的物质漂浮在最上面。循环系统会利用隔油池去除漂浮在上面的油脂，再将除了底部的沉淀物外其他的水传输到生化水池，生化水池中的水会被通过砂滤来去除大部分杂质，最后再利用活性炭把水中的异味和有机物质去除，这样就达到了标准的洗车水水质。通过这种水循环的处理的洗车水可以全部都再次利用，利用率不会低于70%。所以建议自动洗车系统中可以加入这样的洗车水循环利用系统。6.2水处理及循环系统主要功能自动洗车系统中使用水处理及循环是为了起到节约用水，减少成本的目的，而这套水处理及循环系统的主要功能就有能够将全部的洗车用水回收，经过沉淀过滤等步骤之后再次利用。还可以为洗车行节约不少水资源减少了水资源的成本，更是为保护生态做出了极大的贡献。无论是对于社会还是单一的洗车行业都是非常重要的一种系统。6.2.1水循环及水处理主要组成（1）集水坑集水坑是为了把所有洗车用水手机到一起的而做的，他的材质为混凝土，而且（2）回收池回收池里面有一各污水泵，是为了把洗车水汇合在回收池内，然后利用泵定量送到沉淀池，水泵就会结束工作，回收池也是用混凝土制作的，（3）沉淀池沉淀池是用3个隔断组成，内壁有溢流孔，为了排除多余的回用水。目的是将洗车水按设定量加入到沉淀池里面，将大颗粒污渍等做沉淀，上清液流入除油池，依旧是混凝土制作的。（4）除油池除油池的材质和上述都相同，壁面也都会做一些防止渗透和腐蚀的处理。里面有一个污水泵，壁面有过流孔。通过沉淀池沉淀后的洗车水流到除油池内，将油脂留在池内，去除油脂后的水从隔墙下孔流到生化池。（5）生化池生化池的材质和上述都相同，壁面也都会做一些防止渗透和腐蚀的处理。最底层装有24个曝气头，距底200mm高有一格筛，上面一层填充塑料球。另有一风机向曝气头鼓风。生化水池中的水会被通过砂滤来去除大部分杂质，最后再利用活性炭把水中的异味和有机物质去除，这样就达到了标准的洗车水水质。（6）回用水池回用水池的材质和上述都相同，壁面也都会做一些防止渗透和腐蚀的处理。目的是用于机械过滤后的水存储，将处理后的水循环去使用。6.2.2污水的生化处理工艺自动洗车水循环的生化处理就是在生化池内配置有好氧生化菌的培养基，进入空气经曝气头曝气，让他持续好氧生化菌据继续成长，好氧菌依附在培养基上不可以跟着水遗失，利用好氧生化菌除去溶解在水中的可降解的洗涤剂和其他需要溶解的东西。好氧生物处理是在有氧的环境下，利用好氧微生物的功能去工作的。在这个步骤中，污水中的溶解性有机物通过好氧菌的细胞壁被细菌吸走，各种机物会先依附在细菌的外部，而细菌分泌出的外酶分解为溶解性物质，再透到细菌细胞。好氧菌利用自身的功能也就是氧化、还原、合成，把一些被吸收的有机物氧变成不那么复杂的无机物，同时放出细菌生长、活动所需要的能量，再其他有机物转变为生物体的营养质，变成新的原生质，细菌就会慢慢生长、分裂，分裂成大量的细菌。一直重复这样。再生化池中的生态系统里面好氧性细菌是最重要的一部分，像枯草杆菌、硝化细菌等都是通过溶解氧把有机物和其他毒物质变成没有毒的物质的。好氧菌的生长速度和溶氧量都是类似的的，如果溶氧量变得越来越高那细菌就会越来越活跃，细菌的增殖的速度也就随着越来越快。好氧菌的耗氧量非常大，硝化细菌每代谢1克氨就会消耗4.5克的氧气。当溶氧量不够的时候细菌的机能会被限制，并偶尔会代谢出其他物质，厉害的时候细菌膜外层的好氧菌就开始脱落死亡，会让厌氧类细菌变成主导因素，使氨氮积累，水质恶化，藻类滋生，腥臭味出现的现象。被溶解氧气的数量，就是水的溶氧量，通常用"（ppm）"表达。溶氧就是说溶解于在水中的分子状态的氧。水中的生物使要水中的溶氧来做呼吸作用的。所以需要人为的去做增氧，文中利用的就是鼓风机曝氧，运转到5分钟，就是停止3分钟，一天24小时不断的循环工作。6.2.3生化处理装置生化处理装置被安装在生化池里面，采用分层的方式去做，每一个位置都是不变的，生化处理装置把有24各曝气头的曝气管安装在池底，做好所有管道的安放，再安装生化球支架和不锈钢丝网，利用镀锌铁丝把不锈钢板网固定在支架上面。接着把生化球利用渔网尼龙袋子分别装在35个袋子里，把袋子和支架安装在一起，为了避免生化球飘到水面上去。过水口的上面要放一圈角钢去支撑尼龙绳网，在把塑料地毯放在表面上，用尼龙绳把塑料低碳也覆盖起来。然后用镀锌铁丝把斜管也安装在支架上。过水孔都利用不锈钢板网拦住，最后在曝气环路管道的最里面做上垂直管道。第七章PLC控制及系统设计7.1控制系统需求分析车辆自动洗车系统不仅完成了车辆自动洗车的目标，更使对清洗过程的安全保障和和可靠非常看重。而且还重视了系统的合适价格。系统需求将做到下列目标：1．控制系统运行机械去做清洗机械的任务。车辆自动清洗的机械动作是说侧刷及侧弧刷旋转、行走及升降、端刷旋转的动作。2．控制水泵就是值做喷淋清洗工作。要求控制喷淋系统里面的水泵在对的时间工作和结束。有预湿、回用水冲洗、清水刷洗、喷洗涤剂等等的12个离心泵包括回用水泵9台、4个药剂泵，3个潜污泵、清水泵2台、热交换水泵1台。在自动洗车系统工作时，先将水泵设置工作，管道充满水，喷嘴正常的压力下开始清洗。所以在水泵工作的控制中应必须确保对的启动时间。3．可以根据操作人员的控制去对系统做出各种的操控，并且能够随时做出该改变和调整。4．系统中含有传感器，能够操控车辆的进入和各种系统动作的工作。5．具备4种洗车模式，自动洗车模式，手动洗车模式，半自动的洗车模式和单周期的洗车模式。6．具备了安全监控的功能并且可以现场监控。7．能够在发生意外时自动启动报警装置，也可以在中途遇到事故或者意外时人工停止系统工作。7.1.1现场控制设计思想现场控制的理念主要就是为了实现自动洗车模式和手动洗车模式的相结合，不仅加大了系统的及时性还很大程度上保障了系统的安全性。现场控制的设计思想最主要就是研究现场控制的自动洗车模式系统。利用控制现场的总线和工控机直接去控制等各种方案的分析结果发现，PLC的控制设计是最可靠最有保障的。Plc的主要是设计思想时利用传感器去让控制思想通过PLC程序然后把它的体现传送到继电器中，完成控制机械系统的全部内容和所有的动作。现场控制思想的示意图如下：7.1.2电控系统设计的主要内容车辆的电控系统设计的主要内容是要以可编程控制器PLC为主要部分然后利用所有的传感器去对所有的信号进行分析和判断以及检测，一起去实施对设备的操控。控制设备的人员要在规定的控制台去做工作。电控系统由前后端刷变频控制、位置和速度控制、供气和加药控制、洗刷供水、主跨立刷和顶弧刷控制、水循环和处理控制、数据和图像监控系统组成。结构框为下表所示：（1）侧刷和顶弧刷控制侧刷和侧顶弧刷是利用电机和减速机驱动，让刷组一直转起来，再和车辆摩擦拥有恒定的刷洗力度，再将车辆全面清洗。当PLC收到清洗的信号之后，就会操控刷组的接触器线圈通电以后，对刷组电机做出操控。（2）前后端刷变频控制端刷的控制一共有三大点：一是操控让刷组旋转的电机，二是控制刷组前后行走的电机最后时控制刷组上下的电机，这三个电机统统是变频电机。而当中的前后、上下走行电机都是利用设定变频器频率，让他低于工频的，目的就是为了降低速度。控制端刷旋转的变频器是在工频下通过变频器和PLC的通信功能，满足才完成对车辆端面仿形洗刷要求的。（3）供水、供气和加药系统控制供水系统最主要的目的是完成清水池水位,回水池水位的自动系统控制,用来完成自动清洗过程中系统对两个水池水位的目标要求。供气系统是实现空压机的远程工作和停止任务，在气压达到一定要求时，操控各种刷组上的电磁阀，去让摆动马达供气，刷组摆动到一定的角度，就可以与车体表面接触并有一个恒定的压力。加药系统洗的目的是计量泵的洗涤剂稀释比例和定量加注洗涤剂，让洗涤剂和回用水混在一起使用，达到要求浓度洗涤剂，喷射在车辆的车身，如果不选择洗涤剂，就会把计量泵停止，喷射出来的的只有回用水。供水、供气和加药控制，全部时利用PLC去帮控制水泵、电磁阀和药液定量泵控制接触器、继电器控制信号，完成操控任务的开始和停止。水位的控制模式有：利用水位全自动控制模式。池中固定有水位检测的传感器，去检测满、低、极低的不同水位，再将水位信号传输到PLC。PLC会自动将送入的水位信号控制进水气动电磁阀的开、关，当水位在满水位或者低水位的情况下，PLC就睡自动关闭和打开进水气动电磁阀；当水位在极低水位的情况下时，就会给出报警联锁信号。（4）水循环和处理控制水循环系统就是利用污水泵完成积水坑到回收池、经过沉淀、过滤和除油的任务过程的不断重复。还要完成机械过滤器过滤和循环能力。达到清水池上软水设备的要求，完成冲洗任务。控制生化池曝氧风机，达到好氧菌分裂的目标。（5）位置和速度控制位置和速度的控制其实就是指利用关电开关，完成设备的自动开始工作和停止工作任务和车辆速度的检测，要是速度比3km/h高,那就会给出超速报警信号。（6）数据和图像监控数据和图像监控有工控机SCADA监控及视频监视系统。SCADA监控系统利用工控机与PLC通讯去和监控洗车机系统设备的运行情况，LED模拟显示屏可以更简介和方便的显示系统的流程状态和设备运行的情况；视频监视系统利用高清晰视频球形摄像头做一个360度的旋转去随时监视洗车间里面的的进展。7.1.3控制系统方案设计自动洗车的控制系统时基于PLC，控制面板，电磁阀，指示灯，交流接触器和检测信号所结合在一起的。在子都能洗车的控制系统里面，要将控制面板上面安装的按钮，开关以及检测信号输入到PLC中去，然后利用PLC去操控其他的设备，例如电磁阀，指示灯的显示以及报警，还有各种电机等等。具体图例如下：在80年代之前，PLC就已经开始大量的用微处理器去做中央处理器了，而且都采用了中，大，超大规模的集成电路，输入输出和外围电路也不例外。当时的PLC已经不单单只有逻辑判断的功能，他甚至包含了数据处理及数据通信和PID调节的功能。官方发布的完整草案中详细的对可编程控制器做出了一下的规定：可编程控制器作为数字运算操作的待电子系统，它主要就是为了在工业的环境下使用，利用可编程控制器的存储能力在他的内部中进行各种逻辑运算，顺序运算，选择运算和其他定时计数的功的操作指令。还有关于可编程控制器以及他外围设备都非常容易的就可以和工业控制系统相互联合，更为方便的去增加其他的功能和设计。大部分用户都认为可编程控制器就是一种无触点的设备，它能够跟大程度上的去更换生产的工艺，就现在而言，可控制编程已经是一个工厂实力的象征和工具，更是获得了大众的好评和普及。为很多选择可编程控制器的工厂都带来了非常大的收益。7.2PLC的硬件结构PLC的主要部件有：中央处理单元，输入输出单元，存储器，编程器和电源等。具体的各个部件的介绍如下：1.中央控制处理单元。PLC系统中在那个似乎用微处理器和单片机以及双极性位片式微处理器等，单片机的型号有8031，8096等等。通用的微处理器的型号有8080，8086，80286，80386等等。位片式微处理器型号有AM2900,AM2903,等等。本文中所使用的微处理器就是上述中的16位的8096单片机。2.输入输出接口电路。PLC的输入输出可以对各种不一样的输入输出电路去做电平的转换，将它们去转变成为适合的所需的标准的电平去给PLC用。PLC的输入接口的器件有很多，包括各种开关、按钮、传感器等。每一种PLC的电路就差不多相似，都含有一些管耦合器隔离而且还有RC滤波器去消除输入触点的各种外部干扰。通常PLC有三类，一类式直流输入，一类式交流输入，还有一类是直流输入和交流输入。巧的是PLC的输出电路也有三类，一类是继电器输出，一类是晶体管输出，还有一类是晶闸管输出。而且输出的端子还有两种连接方式，一种是端子各自独立，另一类是输出各自独立没有公共点。所以必须使用一样的电压等级和电压类型，而且不同色公共点能够用不一样的电压等级的负载和电压类型，而且每个点和每个点都是没有联系的。3.存储器。PLC分为用户存储器和系统存储器两种。用户存储器就是存入用户编制的程序，系统存储器是存入系统管理的程序。4.电源。主要给PLC供电的是市电，当突然也有一部分使用直流24V电源去供的。5.编程器。编程器能够把用户程序输入到PLC的存储器里面，也能利用编程去修改或者检查程序。当然也能去监视PLC的工作步骤以及内容，普遍被封为智能型和简易型两类。7.2.1PLC的工作原理PLC的工作原理是利用循环扫描的功能，把用户程序在PLC按照一定的次序排放，CPU会一条一条按照顺序执行，先执行一条遇到结束的命令之后再重头回到第一条接着执行，就这样一直循环执行。PLC在扫描的步骤中一共有五个阶段，分别是内部处理阶段，通信操作阶段，程序输入阶段，程序执行阶段以及程序输出的阶段。扫描完整的步骤所花费的时间叫做扫描周期。在PLC停止的时候它们只会在内部做一些简单的处理和运行。PLC的工作过程的详细内容如下：1.内部处理阶段，内部处理阶段需要PLC去查看CPU内的模块有没有问题，去监视某些设备，还要完成某些内部的工作。2.通信服务阶段，通信服务阶段中PLC和其他智能模块的通信响应编程器键入的命令更新编程器的显示内容等等，在PLC是停止的时候，就开始内容处理和通信操作等。3.输入处理也称为输入采样，它主要就是顺序读入输入端子的通断状态，然后把读入的信息存到内存中。输入映象寄存器被刷新，就会进入程序的执行阶段。4.程序执行，在这个过程中，按照一定的顺序，一句话一句话的去进行扫描，如果遇到程序跳转的指令就按照跳转条件有没有达到再看程序的跳转地址。如果用户程序关系到输入输出状态的话，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出寄存器。按照用户程序完成逻辑运算，运算的结果再放到有关器件寄存器里面。5.输出处理，在上一个程序执行结束后，将输出映象寄存器，有就是元件映象寄存器中的Y寄存器的状态输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部全部的负载。7.2.2PLC编程语言PLC的编程语言的编制来设计的。按照国际电工委员会所颁布的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC的编程语言一共有五类，分别是梯形图语言、指令表语言、功能模块图语言、顺序功能流程图语言和结构化文本语言。其中大家用的最多的编程语言就是梯形图语言，他的主要特点有以下几种:（1）梯形图语言是用了老式的控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和些图形符号来组合的。（2）梯形图语言中接点=只有常开和常闭两种形式，接点能够是是PLC输入点接的开关也能够是PLC内部继电器的接点以及内部寄存器、计数器等等。（3）梯形图语言中的接点能够随便串、并联，可是线圈就只能并联不可以串联。（4）内部继电器、计数器、寄存器等设备都不可以控制外部负载，但是可以做中间结果供CPU内部运用。（5）PLC是按顺序去执行扫描事件的，它沿梯形图的指定顺序执行任务，一样的扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中能够作为条件利用。（6）梯形图语言中的语句表语言是一种类似于汇编语言的语言。（7）逻辑功能图来说，采用半导体逻辑框图分析，通常一个运算框的目的是表达一个功能左边画输入、右边画输出的规定。7.2.3PLC控制特点1．非常能够抗干扰，I/O系统的设计可以完善通道的保护和型号调理电路，而且非常耐热，还防潮防尘。2．结构不复杂，种类多种多样，还能按照不一样的要求去设计组合成各种不同的控制系统。3．使用的编程非常简易，PLC控制系统中使用的编程非常简单，一般都是利用阶梯图来表示的4．PLC内部功能很完整，不仅有控制功能还有时序，计算机，主控继电器等等功能。还包含了移位寄存器和中间寄存器等等。5．调试，设计，周期短，费时少，很大程度上减少了时间成本的浪费。6．占用的位置小，由于体积不大，所以质量轻，占的位置小。节约了空间的资源。7．网络化，PLC可以很便捷的和网络连接。8．能够做到三电一体化，也就是说把电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）集于一体。7.2.4PLC选择按照本文中的需求一定要选择最适合的PLC，毕竟PLC在自动洗车系统中起到了必不可少的作用，现在市面上的PLC中比较受欢迎的生产商有ABB、三菱、欧姆龙、西门子等，我们对它们的性价比，性能，售后，实用性，适合性都经过纤细的对比和分析最后决定选择OMRON公司的CP1H系列的PLC，OMRON公司的CP1H系列的PLC具有非常好的性能以及优秀的售后和适合的性价比。甚至还有快速处理，高速计数脉冲输出和串行通信的优点。OMRON公司的CP1H系列的PLC可以插入11个以内的模块，I/O可以插入192个之多，采用标准的串行接口RS-232，还有6种不同的型号能够去挑选，更可以根据自己的需求去随意组合。7.3自动洗车系统电气控制及监控系统设计自动洗车系统的电气控制及监控系统一共有两种模式，一类是运行工作模式，顾名思义，也就是说在运行工作模式中PLC会按照系统给出的指令一步