毕业设计论文全自动洗车机控制系统设计管理资料.docx
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毕业设计论文全自动洗车机控制系统设计管理资料
本科毕业论文（设计）
题目：
全自动洗车机控制系统设计
学院：
自动化工程学院
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
指导教师：
201年6月3日
摘要
我们所处的的社会一直处在科技高速发展的状态。
从蒸汽时代开始，短短的一二百年的时间里，科技的进步在越来越多的领域解放着我们的双手。
可以说，当今社会是一个用科技支撑起来的社会。
自从汽车开始普及起来之后，洗车的行业也就应运而生。
长期以来，洗车的方式一直是以人工为主。
20世纪八十年代中期，在公交系统的一些大型停车场开始采用机械化的方式进行洗车，但由于技术的限制的原因，对汽车的清洗只能做到半自动化，不能做到全自动化。
即机器所有的动作还是需要人工操作才能完成。
通过采用PLC进行控制，结合合理的设计生产制造的全自动洗车机，能够实现真正意义上的全自动化，大大提高了洗车的质量和洗车的效率。
采用PLC作为控制系统，已经成为现代制造业领域提高竞争力和生产力的重要手段，PLC控制俨然已经成为一种技术潮流。
关键词洗车机PLC全自动逻辑控制
Abstract
Oursocietyhasbeeninastateofrapiddevelopmentofscienceandtechnology.Startingfromthesteamage,ashortonethousandtwohundredyears,theprogressofscienceandtechnologyinthefieldofmoreandmorefreewithourhands.Intoday'ssocietyis,asitwere,withasupportofsocialscienceandtechnology.
Sincethecarbegantospread,carwashindustryalsoarisesatthehistoricmoment.Foralongtime,hasbeenmainlyonartificialwashingway.Mid-eighty-softhe20thcentury,insomelargeparkinglotofthebussystemwiththemethodofmechanizationforwashingthecar,butbecauseofthelimitsoftechnology,inthecarcanonlydohalfautomation,cleaningcannotbefullyautomated.Themachinealltheactionsstillneedmanualoperationtocomplete.
ByadoptingPLCtocontrol,combinedwithreasonabledesignproductionandmanufacturingofautomaticwashingmachine,canrealizefullautomationinthetruesense,greatlyimprovetheefficiencyofthequalityofthecarwashandwashthecar.AdoptingPLCasthecontrolsystem,hasbecometheimportantmeanstoimprovecompetitivenessandproductivityinthefieldofmodernmanufacturing,PLCcontrolhasalreadybecomeakindoftechnologytrends.
KeywordswasherPLCautomaticcontrollogic
第1章基于可编程控制器的电梯控制系统
PLC可编程控制器
PLC是指可编程控制器（programmablelogiccontroller）是一种以计算机（微处理器）为核心的通用工业控制装置，目前已被广泛的应用于工业生产的各个领域。
作为中央处理器的现代可编程控制器采用微处理器（microprocessor），它的其功能十分强大，包括了逻辑控制功能的同时，还包括了过程控制、运动控制、通信联网等功能。
国际电工委员会（IEC）在1987年在其颁布的可编程控制器标准草案第三稿中，对可编程控制器有了明文的定义，即：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字和式模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备，都应按照易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
当然，现在PLC的功能已远远超出上述定义的范围。
近年来，PLC的功能日益增强，发展也是十分的迅猛。
在科技进步迅速的潮流下，PLC产品更新换代的速度也明显加快，，应用领域也相比更加的广泛。
可以不夸张的说，PLC已成为实现工业自动化的一种强有力工具。
PLC发展及发展趋势
研发PLC的想法是在1968年美国通用汽车公司为了生产需要首先提出的，作为当时最大的汽车制造厂家，美国通用汽车公司为了适应汽车车型不断变化、产品不断翻新的状况，设想着能否把计算机和计算器的优点结合起来，研发出一种新产品，既具有计算机功能灵活、完备、通用等优点，同时也具有继电器控制系统的价格便宜、操作方便、简单易懂等优点；同时针对此产品，加以简化计算机的编程方法和程序输入方式，这样就能让不熟悉计算机的人群也能够使用研发的新产品。
美国数字设备公司（DEC公司）基于这一设想，首先响应并有所动作，经过一年的时间，在1969年推出了他们公司研制出的世界上第一台PLC：
PDP-14。
在美国的通用汽车公司的汽车自动装配线上，用它代替传统的继电器控制系统来进行产品的试用，并获得了成功。
PLC在美国的通用汽车公司的汽车自动装配线上试用成功后，PLC技术迅速发展起来。
日本紧跟美国的脚步，在1971年从美国引进这项新技术，也很快的就研制出了自己的第一台PLC（DSC-8）；随后，在1973~1974年间，法国与原西德也研制出了自己的PLC。
我国的PLC起步相对而言稍晚一些，1974年开始研制，经过两年多的努力，在1977成功的研制出了我国的PLC，其核心是一位微处理器MC14500，并开始投入工业应用，PLC在我国也发展起来。
由于市场上的大中小型企业对于PLC有着不同的需求，为了适应不同企业对PLC的不同需求，目前的PLC正朝着两个方向发展。
方向一是小型的PLC为了能够广泛的取代继电器控制，向着体积更小、速度更快、价格低廉、功能增强的方向发展，。
其二是大中型PLC为了能够对大规模、复杂的系统进行综合性的自动控制，向高可靠性、高速度、大容量、网络化、多功能的方向发展，但总的趋势是：
CPU处理速度进一步加快；控制系统分撒化；可靠性进一步提高；控制与管理功能一体化。
PLC提供的编程语言
标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点:
1．梯形图不是图形，它是一种图形语言。
在编程使用中，对于传统控制图中的线圈、串联等术语、继电器触点、和一些图形符号构成在编程中进行了沿用，编程中的左右的竖线称为左右母线。
2．在梯形图中，其接点（触点）的状态只有常开和常闭。
接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。
3．梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。
4．内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。
5．PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一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可以当做条件使用。
6．语句表语言，类似于汇编语言。
7．逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。
PLC控制的全自动洗车机的特点
1可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性一直都是电气控制设备的关键性能。
由于PLC采用现代大规模集成电路技术，采用的是严格的生产工艺制造，内部电路更是采用了先进的抗干扰技术，因此具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间可达30万小时。
一些冗余CPU的PLC的平均无故障时间则可以更长。
从PLC的机外电路来说，采用PLC构成的控制系统和同等规模的采用继电接触器的系统相比较，电气接线及开关接点减少到先前的数百甚至数千分之一，故障也就因此大幅度降低。
此外，PLC一般都带有硬件故障自我检测功能，出现故障的时候可以及时发出警报信号。
在应用软件中，应用人员还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除了PLC以外的设备及电路也可以获得故障自诊断保护。
这样整个系统具有极高的可靠性也就理所当然了。
2配套齐全功能完善适用性强
在以前的继电器控制系统中，使用的控制器件是数量众多的继电器，整个系统是根据设计好的电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等环节进行组装完成的。
整个过程费时费力，而且要求上有些许的变动就需要改变整个系统，重新进行布线、焊接、固定等步骤。
而如果采用PLC的话，就可以方便很多。
因为PLC是通过存储在存储器的程序来实现控制功能的，当控制功能的要求改变时，仅仅通过改变程序以及改动极少数的线路就能实现。
PLC发展到现在，已经形成了大中小各种规模的系列化产品。
可以适应于不同规模以及不同要求的工业控制。
除了逻辑处理功能以外，现代的PLC大多都具有完善的数据运算的能力，可以用于各种数字控制领域。
PLC还有多种功能模块，可以根据需要灵活的组成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的要求。
尤其是近年来，PLC在通信方面的能力增强以及人机界面技术的发展，使得PLC组成的各种控制系统变得非常容易实现。
3编程简单,使用方便
PLC作为通用的工业控制计算机、面向工矿企业的工控设备。
它的接口相对容易，编程语言也易于为工程技术人员接受。
同时，梯形图语言的符号、图形与表达方式和继电电路图十分的接近，只用PLC少量的开关量逻辑控制指令就可以很方便的实现继电器电路实现的功能。
这就为不熟悉电子电路，不懂计算机原理和汇编语言的人能够使用计算机从事工业控制提了很大的方便。
4接线简单,系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC的接线只需要将输入设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，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，接线工具极其简单，工作量极少。
同时用存储逻辑代替传统的接线逻辑，大幅度的减少了控制设备外部的接线，使控制系统建造的周期及设计得到了很大的缩短，同时，维护设备也变得简单了许多，更重要的一点是使得同一设备仅仅通过改变程序就能改变生产过程成为了可能，这种特性很适合多品种、小批量的生产场合。
5体积小重量轻易于实现机电一体化
由于PLC采用的是半导体集成电路，因此具有体积小、功耗低、重量轻等特点。
而且PLC是专门为工业控制而设计的专用计算机，结构紧凑，坚固耐用，体积小巧，同时还具有很强的可靠性和抗干扰能力，所以使其很容易装入机械设备的内部，因而成为实现机电一体化的十分理想的控制设备。
第2章洗车机控制方案确定
我国洗车机的发展及现状
汽车产业的发源地是欧洲，同时也是首先开始研发推出洗车设备的地方。
在汽车工业的发展过程中，随着科技的进步，自动洗车机也就成为了必不可少的汽车行业的衍生产品。
然而，欧洲虽然是汽车产业的发源地，洗车业发展最快的国家却是日本。
日本是洗车设备的生产大国。
这种现象的原因是日本汽车业行业的迅速发展及汽车市场的快速成熟。
也是因为这一原因，日本全的自动电脑洗车机的发展带动日本汽车行业的同时，也大大带动了全世界洗车业的发展。
相对日本以及其他国家的洗车行业，我国的洗车业还处于刚刚起步发展的状态，近几年才开始发展起来。
随着改革开放后汽车业的崛起迅速，国内曾经也出现了一大批专业的洗车店，以及不少的洗车设备生产厂家。
但是，由于自身生产技术以及其他的一些原因，大部分自动洗车机的生产厂家没能够长久的发展下去。
我国是世界上人口最多的国家，洗车行业绝对是个大市场。
根据网络数据显，示我国现在汽车数量早已超过1亿辆，其中私家车占了八成以上。
调查还发现，80%以上的高档轿车车主会定期给汽车清洗，60%以上的中档车车主会定期对车辆进行清洗，35%以上的低档车主会定期对车辆进行清洗，并且这一比例还在逐年增加。
由此也可以看我国洗车行业的市场巨大。
很明显，出为了实现这么多车辆的洗车需求，人工清洗的方式必然会被淘汰，洗车设备的高效率以及全自动化势在必行。
在目前的形势下，开发适合我国的洗车服务模式，研发适合我国国情的洗车设备至关重要。
洗车机的分类
洗车机的种类繁多，按照不同的分类标准，可以分为以下几种类型。
，分为固定式洗车机和移动式洗车机。
固定式洗车机是指，洗车机不移动，汽车由机械牵引或者自行缓慢的通过洗车机工作的区域。
工作原理是通过安装在洗车机上的各种检测设备进行反馈信息的采集，然后根据采集到的信息，洗车机自动运行相应的指令程序，完成对汽车的清洗工作。
常见的固定式洗车机有隧道式连续洗车机、无轨电车清洗机、大中小型通道式洗车机等。
移动式洗车机是指汽车不动，洗车机按照程序设定的运动轨迹在轨道上来回移动，同时对汽车进行清洗，达到洗车的目的。
常见的移动式洗车机有大中小型移动式洗车机、龙门往复式洗车机等。
，分为大车型洗车机、中车型洗车机、小车型洗车机及特种车型洗车机。
市场上用作商业用途的洗车机绝大部分属于小车型洗车机，包含了隧道式连续洗车机、龙门往复式洗车机、无刷往复式洗车机等；大车型洗车机主要有大型通道式洗车机、大型移动式洗车机；特种车型洗车机主要针对的对象则是列车清洗剂、垃圾车清洗剂、各种洗轮机等。
，洗车机可以分为硬支承洗车机，软支承洗车机、半硬支承洗车机。
硬支承洗车机是平衡转速远低于参振系统共振频率的洗车机，平衡校检时，支承摆架相对处于“硬状态”，因此转子可以子在接近实际轴承条件下进行平衡校正。
其特点是操作简单、安全性能好。
软支承洗车机是平衡转速大于参振系统共振频率的洗车机，这种洗车机在进行平衡校检时，支承摆架相对是处于“软状态”，因此转子平衡校检时支承条件与实际工作条件不同。
这种软支承洗车机的特点是测量精度高。
~。
这种洗车机综合了硬支承洗车机与软支承洗车机的特点，既具有硬支承洗车机的支承刚度高的特点，同时又具有软支承洗车机精度高的优点。
；专用洗车机以及通用洗车机。
卧式洗车机是平衡转子的旋转轴在洗车机上呈水平状态的洗车机。
对于有转轴或者可装配工艺的转子适用，例如电机转子、风机、增压器、滚筒、机床主轴、汽轮机等立式洗车机则是被平衡转子的旋转轴在洗车机呈垂直状态下的洗车机，适用对象是转子本身不具有转轴的盘形工件，例如离合器、风扇、齿轮、压盘及其总成、风叶、制动盘、汽车飞轮、皮带轮、砂轮等盘类零件。
通用洗车机是指能对形状和支撑形式计较规则的转子进行平衡的洗车机。
具有操作简单、效率较高的特点。
专用洗车机是指能对支撑形式和外观与一般转子不同的转子进行平衡的洗车机，其特点是功能专一，例如专门针对汽车的传动轴、发动机的曲轴进行设计的洗车机等。
。
接触式洗车机是指洗车过程中，洗车机的机身对车体有接触，比如毛刷等。
无接触采用先进的光电设备自动测量车型和车身，调节清洗臂和高压喷嘴角度，对车身包括轮胎、底盘等自动清洗。
洗车过程包括预冲洗、预泡沫（洗涤液）覆盖、泡沫清洗、液体上蜡、烘干等步骤。
它的特点是：
在整个清洗过程中只有中性水和活性剂与车身接触，无任何有形的东西，如软布、毛刷或其他洗涤媒介与车身接触，所以叫“无接触洗车”。
全自动洗车机设计的确定
在做自动洗车机控制设计之前，首先，我先对几种常见洗车方式的优劣势进行了调查与研究，以下是调查结果。
第一种，用高压水枪洗车机冲洗：
这是最为常见的洗车方式先用高压水枪喷出来的水雾湿润车身，然后用高压枪喷出的高压水柱将车体冲洗，接着喷洒清洁剂后，继续用高压的水柱将车体冲洗干净，最后将车体烘干。
第二种，通过转子旋转带动毛刷进行洗车：
采用合理的压力喷水，然后用高科技材料制作的，对车体不会造成擦伤的转子毛刷通过旋转对车体进行擦洗，喷洒洗车机及水蜡后，再用转子毛刷擦拭车身，最后对车进行风干。
通过对以上两种洗车机的比较发现，高压水枪洗车机相比而言存在以下劣势：
高压水柱形成的水泡容易损害车漆，降低车的光感度；此外高压水柱的高压可能会导致车灯密封受损，水流进去后影响车灯工作，甚至可能引起短路，造成危险。
然而在调查中我发现，虽然后者相比于前者有些优势，然而并不能同一台机器对多种车型都适用，其原因是不能根据车型及车的大小进行调整。
因此我尝试着对这种洗车机进行了改进。
下面介绍的是我的方案。
首先，车辆进入洗车区域的待洗区，车辆位置检测器首先工作，先是判断车辆是否在洗车的洗车范围内。
若在洗车范围内，则发出信号，判断检测开关闭合，开始下一步动作。
洗车机的下一步动作是门架自动调整，即通过传感器不断地对车辆进行感应，使门架移动到车辆的车头或车尾的位置。
洗车的往复过程是通过安装在门架一侧的探头感应洗车机是否对整个车体完成了清洗，然后转换为脉冲信号，通过记录这种脉冲信号的的次数，来控制门架的前进、后退。
洗车机滚筒的正转、反转，喷水机的喷水与喷洒清洗液。
以及洗车机的自动复位。
然后进行吹风工作，对车辆进行风干。
整个洗车过程完成。
若在洗车过程中，滚筒的位置不理想，可以手动按下暂停按钮，对滚筒的高度及位置、门架的位置进行手动调整，按下继续键后，洗车机从调整后的位置继续动作。
若在洗车过程中出现紧急情况，如停电，线路故障等可以按下停止按钮，洗车机断电；若想要重新动作，必须重新按下启动按钮后再按下复位按钮，使洗车机归位才能重新使用。
洗车机装有警报系统，当出现电机过热或者短路故障时，洗车系统自动断电后保护，同时发出报警蜂鸣。
全自动洗车机的工艺控制要求
洗车机的基本组成
车辆停放区，能够左右调整的工作区。
待洗的车辆停放在此区域，门架上的感应系统会自动感应车体的位置，并通过左右调整使车辆处在正对门架中间的位置。
能够感应车辆位置及尺寸大小（高度及宽度）的感应器。
一个门架，用来支撑水平滚筒和垂直滚筒的，一个双向的驱动电机，使门架能够既能向前运动也能向后运动；
一个可以控制水平滚筒上下移动的电机；
一个可以控制水平滚筒及其两侧垂直滚筒转动的电机；
一个可以控制两侧垂直滚筒向中间靠拢或向两侧分散的电机。
整套控制系统都是由PLC控制：
：
车辆检测位置限位开关；
水平滚筒的上限位开关；
垂直滚筒左右限位开关；
门架的前位置限位开关；
门架的后位置限位开关。
自动洗车过程
首先车辆停在检测区，按下启动按钮后，若尺寸大小符合冲洗条件，则门架预热10秒后开始动作，10秒结束后指示灯亮起，门架有20秒钟的自动调整。
20秒时间内门架移动到距离车体车头处的位置，上滚筒下移距离车顶部15cm处，左右滚筒向中间靠拢，至垂直滚筒距离车体两侧15cm处。
若车辆尺寸超出门架的范围，则门架不动作，同时发出警报的蜂鸣声。
门架到位后，停顿5秒钟，5秒结束后开始洗车的工作。
若在此5秒内按下暂停键，可以手动调整滚筒的位置，按下继续键后，重新停顿5秒，然后开始洗车的工作。
水平滚筒与垂直滚筒开始正向旋转，同时门架开始向前移动。
设计中，喷水泵与滚筒旋转电机同时被激活。
门架继续向前移动，当门架移动到车辆尾部时（位置传感器控制）3秒后门架停止移动，同时滚筒停止旋转；再3秒钟后，门架开始后移滚筒开始反向旋转。
门架向后运动，直到移动到车辆的车头位置，3秒后门架停止移动，同时滚筒停止旋转。
喷水环节结束，再3秒钟后，开始喷洒清洁剂
3秒结束后，水平滚筒与垂直滚筒开始正向旋转，同时门架开始向前移动。
设计中，喷清洁剂的水泵与滚筒旋转电机也是同时被激活。
门架继续向前移动，当门架移动到车辆尾部时（位置传感器控制）3秒后门架停止移动，同时滚筒停止旋转；再3秒钟后，门架开始后移滚筒开始反向旋转。
门架向后运动，直到移动到车辆的车头位置，3秒后门架停止移动，同时滚筒停止旋转。
喷撒清洁剂结束，再3秒钟后，开始第二次喷水。
水平滚筒与垂直滚筒开始正向旋转，同时门架开始向前移动。
设计中，喷水泵与滚筒旋转电机同时被激活。
门架继续向前移动，当门架移动到车辆尾部时（位置传感器控制）3秒后门架停止移动，同时滚筒停止旋转；再3秒钟后，门架开始后移滚筒开始反向旋转。
门架向后运动，直到移动到车辆的车头位置，3秒后门架停止移动，同时滚筒停止旋转。
第二次喷水环节结束，清洗结束。
清洗结束后，洗车机归为，即垂直滚筒移动到左右极限，上滚筒移动到上极限，门架移动到前位置极限。
洗车机归位后，吹风机工作120秒后停止工作，整个洗车过程结束。
发出提示结束的蜂鸣音。
洗车机的其他命令及自动控制
，洗车机工作暂停，此时可以手动调整滚筒及其门架位置，按下继续键后，在调整完成的位置继续先前的动作。
，重新启动时需将洗车机归位。
，报警发出蜂鸣提示音，洗车机停止工作。
当系统出错时蜂鸣报警器将进行报警指示，当洗车机出现以下几种情况时会有报警警示：
，因长时间工作可能引发的电机过热问题。
，线路老化，绝缘损坏，进水等都有可能造成短路问题。
，防止因失误造成的逻辑紊乱
全自动洗车机控制系统原理框图
通过以上方案的选择，：
洗车机控制系统方框图
洗车机的外型构造
该洗车机采用往复式洗车。
汽车调整好位置固定不动，门架根据车辆的大小及长度来回往复运动，实现对车辆进行清洗。
此设计的洗车机适合清洗在门架尺寸大小范围内的车辆。
产品的主要组成部分是清洗门架以及安装在门架上的两个垂直滚筒和一个水平滚筒，其外型就如一个门框。
洗车前，车辆停放在待洗工作区，门框上的传感器来确定车辆的尺寸是否符合清洗的范围，若符合，则继续下一步动作，若不符合，洗车机发出蜂鸣，不进行下一步动作。
门架上臂两侧的检测器检测车辆是否正对着门架中央，同时对于没有正对着门架中央的车辆进行自动的调整。
水平滚筒安装有一个微波测距传感器，用来检测滚筒距离车辆顶部的距离，同时调整水平滚筒，使水平滚筒始终距离车辆顶面15cm处。
从而实现能根据车的起伏进行调整水平滚筒的高度。
门架上方安装有用来感应洗车门架是否到达车辆尾部或者头部的感应传感器。
从而可以判断是否对整个车身完成了清洗，然后进行往复运动。
另外还有一归位开关，来控制滚筒及门架的归位。
门架的下方是一个门架归位传感器，用来检测门架是否归位。
实现往复的清洗。
当汽车出现在待洗区域时，按动启动按钮，尽可以轻松地完成对车辆的清洗。
主电路图由四个电动机组成，还包括一些元器件，具体作用如下：
符号
器件
用途
M1
电动机1
控制水平滚筒的上升和下降
M2
电动机2
控制滚筒的正向旋转和反向旋转
M3
电动机3
控制门架的前进和后退
M4
电动机4
喷水泵喷水
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
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