基于PLC控制的自动洗车机设计.docx

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1、随着当今社会的快速发展，人均GDP逐渐升高，人民越来越追求高品质的生活方式，汽车对于家庭来说越来越普遍了，但是人们享受生活的同时没有足够的时间去清理自己的爱车，所以传统洗车行业迎来了挑战。传统洗车存在着洗车时间长、耗水量大、需诸多人工等缺点。因此研究自动洗车机对于节约车主时间、节约水资源、节约人力等具有重要意义。本文利用P1C控制技术设计了一台自动洗车设备。通过相关文献的阅读，确定了设备的工作方式为往复式。对于设备的整体结构，依据市场调研以及客户的需要，确定了自动洗车设备的原始参数以及主要部件的选型。在控制部分，根据自动洗车机的控制要求和控制分析确定了选用S7-200CPUSR60作为控制核心

2、，列出了输入输出表。最后，根据洗车机的工作流程，进行了程序的编写。关键词：自动洗车机；电动机；P1C控制；模拟量控制弓I言（一）选题的研究背景和意义1（二）自动洗车机国内外研究现状分析1（三）论文研究的主要内容2一、自动洗车机总体结构设计3（二）自动洗车机的结构特点3（三）自动洗车机的设计要求3二、控制系统硬件设计6（一）可编程控制器的构成6（二）控制系统的硬件构成6（三）自动洗车设备的控制要求及分析6（四）控制系统的电路设计7（五）控制系统I/O点的确定和P1C的选型7（六）P1C的I/O分配表8三、控制系统软件设计10（一）P1C的编程语言10（二）P1C编程的一般规则10（三）自动洗车机

3、的工作流程分析11（四）控制系统程序的编制12结论18致谢错误!未定义书签。参考文献19一、引言（一）课题的研究背景和意义随着我国科学技术的进步，人们的生活质量都得到了很大的提高，汽车更是取代了80年代的自行车潮。与此同时，洗车成为人民社会生活中必不可少的部分，然而现在更多的用户更青睐于全自动的洗车方式，这种清洗方式大大降低了人工的工时，它是用到计算机控制相关程序来实现整个洗车流程的，主要有喷水清洗，打蜡和吹干等流程。这种洗车方式的成本不大，而且工作时的清洗效率比较高，但是在我们国家很多洗车行还是在用人工来洗车。人工操作的效率太低，而且消耗的时间过于长，逐渐将会被淘汰。由于传统的人工洗车方式具

4、有很多弊端，并且现在也很难适应时代的发展，所以研发一款可以代替人工，并且清洗效率高，整洁度好的全自动洗车机具有很大的市场前景。本课题利用P1C控制技术来实现自动洗车操作的。通过理论分析对设备的总体结构和相关的控制系统进行了设计，使自动洗车机在社会中得到运用，促进社会的发展和进步。（二）自动洗车机国内外研究现状分析1、国内研究现状由于之前我们国家人民的生活水平不高，很少有家庭里有汽车，洗车行业是在最近十年才开始兴起的。洗车行业这个不算什么高的技术活，很多百姓都可以开一家店面，而且对于劳动者来说上手很快。由于这个行业没有什么相关部门重点扶持，所以有关的行业标准也不是很完善，有很多小的洗车行达不到环

5、保的标准。而一些具有时代特色的全智能洗车设备在我们国家应用和推广的不是很多。桂林理工大学的陈韦松和谢永智等人，他们在之前研究了立式的洗车设备的机械结构和有关的工作机理。这种智能的洗车机设备主要由支架、减速器、气压控制和清洗时的关键零件毛刷组合而成。清洗车身的裙刷和立刷的运动主要是通过P1C控制气压缸的伸长和压缩实现的。与毛刷相配合的一些流程动作也是利用可编程控制器来实现。这种设备让裙刷在车身进行前后的运动来清洗淤泥，然后回来的时候风机就开始工作，进行吹干，清洗效果比较出色。车门窗位置的清理工作主要是立刷起到了作用，立刷之间的位置通过结构上的导轨来进行调节，这样可以适合一些比较复杂的车型。而横刷

6、是清洗车顶的有效部件，泡沫棉不仅可以贴合车顶，允许的变形程度也大，并且不会把雨刷卷入毛刷中。合肥工业大学的王昊在2018年对无接触式自动洗车机的系统结构进行了总体设计，通过P1C和国产的伺服系统以及相关的传感器进行了洗车设备的系统设计。此洗车机通过超声波定位，采用陶瓷柱塞水泵对车身进行清洗，二连杆机械臂式的设计，通过伺服电机的驱动，控制精准，速度快，效率高，占地面积小，并且喷嘴的设计，使得耗水量大大减少，符合现代社会绿色环保的理念。2、国外研究现状汽车最初起源于欧洲的一些国家，当时洗车设备的发展也是从那边先开始的。日本看到了洗车行业存在的巨大市场，所以他们在这个行业内发展很迅速，这也是因为他们

7、在汽车工业方面的技术也比较成熟。有这样一种说法，全球的洗车行业受到了日本的启发，所以都在进行相关技术的普及。国外汽车行业经过百年的发展，科学洗车、环保洗车的理念已深入人心。现阶段外国主流的洗车方式主要有智能洗车，整齐洗车还有就是不需要水来洗车，而智能洗车应用的最多。日本MK精工株式会社，他们设计了一台新型洗车设备，这个设备是利用光学原理来感知车子的外形轮廓，而且还有障碍物识别功能，遇见障碍物就会自动抬起，可以避免损坏车体，独特的设计只需要来回这么移动一个周期就可以完成清洗干燥工作。有着能够兼顾安全问题和高清洁度的视觉感知系统。德国德加福公司设计了隧道式自动洗车设备，这台清洗设备的部件比较多，主

8、要有整体的机械结构，电路控制系统，吹干系统，清洗装置以及喷水系统构成。这台设备的外表面经过了特殊的处理方式，有着非常出色的耐腐蚀性能。其工作流量为21min,高压管长度为12m,轨道长为12m。（三）论文研究的主要内容本文所设计的龙门往复式自动洗车机是以P1C（可编程控制器）作为控制器件，通过各种传感器作为感应元件，来确定各个刷子与将要清洗的车辆间的距离，来确定刷子的下一步动作，自动洗车机在前进的过程中完成一次刷洗汽车。具体研究内容如下：1 .阐述课题背景，对国内外相关研究现状进行总结和分析；2 .完成自动洗车机的总体结构设计；3 .完成自动洗车机设备控制方面相关硬件部分的选型；4 .完成自动

9、洗车机设备控制方面相关软件程序的编写；5 .完成本文的总结归纳工作，并给出未来发展相应的展望。一、自动洗车机总体结构设计（二）自动洗车机的结构特点现如今大部分洗车店还在采用人工洗车，但人工洗车会造成水资源和人力资源的浪费。虽然隧道式洗车机可以节约人力，但是这种洗车机是用架子坐在导轨上，利用带过使车子运动，这样就需要不停地喷洒水，造成很大的浪费，还会增加设备用量和加大投资成本，而且会增加洗车机的长度和宽度，从而增加了占用空间。但是最新设计的往复式清洗设备主需要汽车行驶到指定的洗车区域，然后通过洗车桁架在下面的跑道上往复移动来实现对汽车的清洗工作。设备的这种工作方式可以节约水资源，从成本方面来说也

10、可以降低一部分的成本，因为整个过程被清洗的汽车是静止不动的，运动的部件只是清洗设备的相关部件，这样一来就可以做到比较准确位置的清洗，所以减少了水的使用量。这种装置的主要结构为龙门架，还有左右位置以及上面的毛刷。由于该种洗车机清洗小型汽车，结合当前轿车的外形尺寸，可以确定往复式洗车机的机器长为2.2米，宽为3.6米，高为2.9米。（三）自动洗车机的设计要求1、原始参数研发的自动洗车装置的有关数据见表I-Io表1-1自动洗车装置有关数据适用车型小型汽车设备尺寸，m2.23.62.9洗车尺寸，m5.02.02.0轨道长度，m9.6清洗方式水洗洗车能力，辆/小时20-25辆设备配置顶刷1支、侧刷2对2

11、、自动洗车机运动轨迹及清洗步骤由于自动清洗设备自身的结构特点，被清洗的车辆是不需要移动的，所以要求清洗设备的相关机构必须保质保量的完成自己所负责区域的清洗工作。因为汽车的外表面并不是规则的平面，所以不同的清洗机构对于汽车表面的运动路线也是不同，所以需要对相关清洗机构进行运动轨迹的分析，这样可以避免一起工作的时候产生干涉的现象，提高清洗效率。清洗设备最上面安装的刷子叫顶刷，它主要用来洗刷车辆的上表面的灰尘。这个刷子的运动主要由两部分组成，一部分是沿着自己轴身的旋转工作，另一个是与车的上表面做相对运动，相关原理如图2.1所示。绕第一部分的运动可以靠电机驱动的方式来实现，第二部分的运动需要利用清洗设

12、备的框架轨道来实现移动。顶刷运动轨迹图1-1清洗设备的顶刷运动轨迹原理图清洗设备的外围安装有侧向清洗刷，它可以对车辆的外围进行清洗处理。考虑到其特殊的工作方式，所以这个刷子也是需要具有两部分运动，第一部分为固定清洗时自身的转动，第二部分是当一个位置清洗完转换到第二个位置的移动，移动的路线如图1-2所JO图1-2清洗设备的侧向毛刷移动路线图对于被清洗车辆的轮毂和轮毂周围的位置就需要用较小的侧刷子来清洗。这个刷子的运动也是由两个部分组成，一部分是自身的旋转便于清洗固定位置，另一个就是整体旋转系统沿着车辆左右两侧往复运动，具体的运动轨迹如1-3所示。清洗步骤：1 .首先把车辆停靠在指定区域，并拉好手

13、刹；2 .启动清洗设备，清洗机开始进入工作状态，向车身移动；3 .清洗设备的喷水系统启动，喷出高压水流；4 .清洗设备的刷子开始工作，刷洗车辆的外表面；在这个过程中，所有的刷子都开始进行旋转运动，上面的毛刷向下移动准备对汽车顶部进行仿形刷洗，小侧刷清洗车辆轮毂和两侧下部。当大侧刷的刷毛有很大一部分接触到车的表面了，这时清洗设备停止移动，随着大侧刷的清洗，到汽车的后挡风玻璃位置时，上面的刷子下降，进行清洗，这时洗车机暂时停止行走，大侧刷开始清洗车辆后端。5 .停止刷洗，洗车机沿轨道返回N小侧刷运动轨迹图1-3清洗设备的小侧刷移动路线图二、控制系统硬件设计（一）可编程控制器的构成P1C属于一种编程

14、控制系统，它具有特别强大的功能，用户可以利用它进行定时和计数外还有一些运算等操作，它现在被广泛的使用在厨房电器、农业、畜牧业和工业中11o这种控制设备其实就是一种应用于工业的计算机，只不过个头不是很大，它的使用需要技术人员编写好程序指令，然后就可以控制相关设备运行，它由这六个方面构成：1 .CPU122 .存储器3 .电源4 .输入/输出单元5 .接口单元6 .外接设备（二）控制系统的硬件构成在本系统中，往复式洗车机的系统分为以下几个部分：1 .控制部分。该部分主要通过可编程控制器P1C发布一些指令。2 .驱动部分。该部分主要是根据控制系统发出指令，电机按照指令进行各种动作。3 .检测部分。该

15、检测部分主要是对一些位置进行，将检测的数据发送给可编程控制器，以实现对洗车机的操控。（三）自动洗车设备的控制要求及分析1、自动洗车设备的相关要求1 .可以自动清洗车辆的外表面；2 .毛刷与车辆要有一定的接触，洗车设备才能移动；3 .如果洗车过程中出现故障，可以随时停止，并且毛刷迅速同位；4 .设备移动过程中要控制好终点位置，防止脱离轨道，可以在始末位置装上行程开关。2、自动洗车装置有关的控制部分研究设计的装置主要由移动机构、三个清洗机构还有水路流道系统等构成。移动机构主要是利用两台380v的异步电机来实现移动的。此机构若想向前移动就可以让电机正转，机构若想向后移动，就可以让电机反转。为了避免该结构出轨，需要在机构首尾两端装有感测开关，以便控制机构的。侧面较大的刷子，也需要用两台电机来进行驱动，毛刷的旋转通过电机的启动与停止来控制，当然这个机构也需要安装行程开关，这样可以提高清洗的效率，也可以控制行走小车行走范围。最上面的刷子，只需要一台电机来进行控制旋转，而且它的要求不高，不需要正反转，只要是旋转就可以了，这个就可以通过电机的开关来实现。在与车身轮廓相近的运动则通过装设的电流互感器口叫如果刷子与车的表面距离太近，那么与毛刷配套的电机的负载就会变大，这会增加线路