韓榮花，李紹武

(1.大慶聯(lián)誼石化股份有限公司，黑龍江 大慶 163815；2.湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖北 恩施 445000)

圖1 系統(tǒng)整體原理圖

隨著人們生活水平的逐步提高和服務(wù)業(yè)的繁榮，私人汽車和公用汽車的數(shù)量與日俱增[1-2].汽車數(shù)量的劇增帶動(dòng)了洗車服務(wù)業(yè)的飛速發(fā)展，同時(shí)，也給日益短缺的水資源問題帶來了新的挑戰(zhàn)[3].本文正是在此背景下，從智能控制和節(jié)水控制兩個(gè)主要方向出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種基于可編程控制器(PLC)的智能洗車系統(tǒng)，一定程度上解決了洗車系統(tǒng)的控制智能化問題和用水節(jié)能化問題.

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

以PLC為核心的智能洗車控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示.該系統(tǒng)主要包括信號(hào)檢測部分、操作控制部分、廢水回收部分、報(bào)警指示部分等.

信號(hào)檢測部分主要檢測車輛的出入、車輛停放的位置、車輛的大小類型以及洗車刷的主要位置；操作控制部分主要包括操作面板的設(shè)計(jì)和自動(dòng)、手動(dòng)控制的切換；廢水回收部分主要實(shí)現(xiàn)洗車廢水的沉淀、過濾和回收[4-6]；報(bào)警指示部分主要實(shí)現(xiàn)故障的報(bào)警、洗車過程的指示等.變頻器和電機(jī)組1主要實(shí)現(xiàn)洗車時(shí)水壓的控制以及去污液噴灑的控制，繼電器和電機(jī)組2主要實(shí)現(xiàn)進(jìn)出洗車間大門的控制、車間內(nèi)洗車輔助機(jī)構(gòu)的控制以及廢水回用水泵的控制，電磁閥主要實(shí)現(xiàn)對(duì)洗車用水和洗車液的控制.

2 硬件部分的設(shè)計(jì)

2.1 洗車間的設(shè)計(jì)

智能洗車系統(tǒng)的洗車間是系統(tǒng)硬件的主要部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示.主要包括洗車間自動(dòng)門、檢測車輛

圖2 洗車間原理圖

進(jìn)出的紅外傳感器、大小側(cè)刷、調(diào)整托盤、風(fēng)干系統(tǒng)、接近開關(guān)等，其中頂刷和噴水部分在圖中未畫出，四周廢水排放部分也未畫出.調(diào)整托盤的主要作用是調(diào)整汽車的相對(duì)位置和測量車輛的主要型號(hào)，為下一步洗車作準(zhǔn)備.調(diào)整托盤可以前后左右移動(dòng)并能旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上面汽車位置的合理調(diào)整，同時(shí)托盤上安裝有底刷和噴頭實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤的清洗.

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制器硬件電路的設(shè)計(jì)主要是PLC外圍電路的設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵部分為I/O分配表的設(shè)計(jì).I/O分配表包含了在PLC控制過程中，PLC對(duì)輸入信號(hào)的檢測以及對(duì)輸出設(shè)備電機(jī)、變頻器、電磁閥和報(bào)警指示信號(hào)的控制.詳細(xì)的PLC I/O分配表如表1所示.

表1 PLC I/O分配表

表1中，自動(dòng)手動(dòng)切換開關(guān)主要是實(shí)現(xiàn)洗車系統(tǒng)的工作模式的選擇.普通情況下，選擇自動(dòng)工作模式，系統(tǒng)將自動(dòng)檢測車輛位置和型號(hào)，采用預(yù)定的控制流程實(shí)現(xiàn)智能化洗車，洗車時(shí)間可以進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)為3 min[7].自動(dòng)洗車模式體現(xiàn)了該系統(tǒng)便捷性和智能化，從而減少了洗車的人力成本，無論從公用洗車方面還是從洗車服務(wù)業(yè)方面都有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值.設(shè)置手動(dòng)模式主要是考慮特殊情況，比如特殊的車型和特殊的服務(wù)等方面.將廢水處理系統(tǒng)引入該洗車系統(tǒng)主要是考慮到對(duì)水資源的節(jié)約循環(huán)使用，廢水處理系統(tǒng)主要包括洗車后的廢水排放部分、廢水沉淀池、廢水過濾器以及廢水回用水泵等.

從表1中還可以看出，PLC的輸入共29點(diǎn)，輸出共31點(diǎn)，為了擴(kuò)展方便，可選擇日本三菱公司的FX2N-64MR可編程控制器(PLC)，該型號(hào)輸入32點(diǎn)，輸出32點(diǎn)[8]，可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.同時(shí)，為了輸出設(shè)計(jì)方便，PLC的輸出點(diǎn)的類型選擇繼電器輸出.DA轉(zhuǎn)換器可選擇FX2N-2DA.

3 軟件部分的設(shè)計(jì)

3.1 程序流程圖

軟件部分主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和準(zhǔn)確控制.圖3為該系統(tǒng)的主程序流程圖，主要包括手動(dòng)模式子程序和自動(dòng)模式子程序，其中自動(dòng)模式子程序流程圖如圖4所示.程序中，判斷是否有車進(jìn)入洗車間通過門外的紅外傳感器和門內(nèi)的紅外傳感器聯(lián)合實(shí)現(xiàn)，如果門外傳感器先感應(yīng)到而門內(nèi)傳感器后感應(yīng)到則說明有車進(jìn)入洗車間，相反則有車從洗車間出來.當(dāng)車進(jìn)入洗車間并停在托盤上后，就要對(duì)汽車的位置進(jìn)行調(diào)整，主要通過安裝在洗車間四側(cè)的12個(gè)接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)，每側(cè)3個(gè)，同時(shí)這些接近開關(guān)還可以測量大、中、小型車輛三種型號(hào)，以對(duì)不同型號(hào)車輛采用不同的洗車工序.洗車子程序中包括對(duì)廢水的處理子程序，包括沉淀、過濾和循環(huán)使用等過程的處理.

圖3 主程序流程圖 圖4 自動(dòng)模式子程序流程圖

3.2 程序設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)的工作過程有較嚴(yán)格的時(shí)間先后順序，因此程序設(shè)計(jì)可以采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來實(shí)現(xiàn)，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖直觀、編程容易等特點(diǎn)可以大大降低程序的設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)周期.系統(tǒng)在運(yùn)行洗車程序之前，可以進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)，參數(shù)可以通過中斷方式進(jìn)行修改，未修改時(shí)均采用默認(rèn)參數(shù).

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)采用FX2N-64MR 型PLC作為核心控制設(shè)備.在PLC輸入端口根據(jù)表1接入切換開關(guān)、按鈕等輸入設(shè)備，其中輸出開關(guān)信號(hào)的紅外傳感器采用按鈕模擬、接近開關(guān)或接近傳感器均采用手動(dòng)開關(guān)模擬.PLC的輸出設(shè)備均用LED指示燈模擬電磁閥、接觸器、加熱器，其中采用紅綠兩種指示燈分別模擬開關(guān)門電機(jī)、調(diào)整托盤電機(jī)、側(cè)刷和頂刷電機(jī)的正反轉(zhuǎn).變頻器型號(hào)為西門子公司MM440變頻器.為驗(yàn)證控制系統(tǒng)的工作可行性，測試自動(dòng)洗車的一個(gè)工作周期中主要工作狀態(tài)如表2所示，其中流程序號(hào)表示系統(tǒng)工作的時(shí)間先后順序.

表2 PLC工作過程測試表

模擬實(shí)驗(yàn)過程中，車的停放初始位置偏后且偏右，通過第4步流程檢測出來，為防止關(guān)門時(shí)碰到車尾，采用接近開關(guān)(與X21連接)檢測處理.從表2中可以看出，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)可以在預(yù)定的輸入信號(hào)控制下完成對(duì)車的檢測，位置調(diào)整和自動(dòng)清洗工作，而且，洗車的時(shí)間可以通過人為方便的進(jìn)行設(shè)定.從測試結(jié)果總體來看，設(shè)計(jì)的方案有效合理，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求.

5 結(jié)論

本文以PLC為控制核心，對(duì)洗車系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中一定程度上對(duì)傳統(tǒng)的洗車系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，特別是在自動(dòng)洗車部分增加了廢水回收利用設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水資源的有效節(jié)約.從改善現(xiàn)有洗車系統(tǒng)性能方面分析，該設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用價(jià)值和市場推廣價(jià)值，在充分利用水資源和減少人力成本方面，也具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值.

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