湯泰青*，于灝，馬興揚(yáng)

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江雞西，158100）

基于PLC 的汽車自動(dòng)清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湯泰青*，于灝，馬興揚(yáng)

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江雞西，158100）

本文通過對(duì)自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備的PLC控制實(shí)施研究，控制系統(tǒng)的核心為 PLC 。在計(jì)算機(jī)、微處理以及數(shù)據(jù)通信等技術(shù)的迅速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)已經(jīng)在主動(dòng)領(lǐng)域得到應(yīng)用。由于PLC具有廣泛的應(yīng)用范圍、強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì)，并且使用比較方便，是現(xiàn)代自動(dòng)化工業(yè)最為重要的一項(xiàng)控制設(shè)備。目前，在汽車清洗領(lǐng)域內(nèi)，人工洗車的傳統(tǒng)方式以被以PLC為技術(shù)支撐的自動(dòng)化洗車模式所代替，不僅起到了環(huán)保節(jié)水的作用，還使技術(shù)含量增加、服務(wù)的檔次得到提升，成為汽車清洗行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)汽車的保有量與日俱增，與此同時(shí)為汽車的清洗行業(yè)帶來了發(fā)展契機(jī)。在現(xiàn)代化程度越來越高的洗車行業(yè)，清洗機(jī)作為清洗汽車的主要設(shè)備，對(duì)其自動(dòng)化、智能化進(jìn)行研究，優(yōu)化工作性能，提高工作效率尤為重要。本文針對(duì)自動(dòng)化汽車清洗機(jī)的性能及其運(yùn)行過程進(jìn)行分析，根據(jù)清洗機(jī)的基本特點(diǎn)，通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)采用 SIEMENS S7-200系列的PLC控制系統(tǒng)及梯形圖編程語言，達(dá)到汽車清洗自動(dòng)化傳動(dòng)與控制的基本目的，清洗設(shè)備的環(huán)保、高效、可靠安全及成本低廉等基本要求得到滿足。

1 自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備設(shè)計(jì)方案

該自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備主要系統(tǒng)組成包括機(jī)械、驅(qū)動(dòng)、控制、水循環(huán)處理等系統(tǒng)。其基礎(chǔ)參數(shù)為：適用車型：適用于小型的面包車、轎車等各種類型的小型汽車；設(shè)備規(guī)格：2400mm×2600mm×2800mm,洗車規(guī)格：5000mm×2000mm×2000 mm；軌道長(zhǎng)7000mm；洗車的能力20輛/h；清洗方式為水洗風(fēng)干；主要配置設(shè)備有1支頂刷、2支側(cè)刷、1組底盤清洗支架等。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案中，自動(dòng)汽車清洗設(shè)備的工作控制主要通過PLC實(shí)現(xiàn)，在PLC控制下，進(jìn)行噴水、用清洗液進(jìn)行清洗、刷洗、風(fēng)干等。

圖1 自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)的機(jī)械組成主要包括導(dǎo)軌、架機(jī)、頂刷及側(cè)刷機(jī)構(gòu)以及風(fēng)干等系統(tǒng)。指令由控制系統(tǒng)發(fā)出后，傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，然后所有來自氣壓、液壓的能通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)毛刷運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，機(jī)架移動(dòng)、頂刷和側(cè)刷轉(zhuǎn)動(dòng)以及風(fēng)干運(yùn)行等系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的方式均為電氣驅(qū)動(dòng)。定刷及側(cè)刷的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式則為氣壓驅(qū)動(dòng)。

利用可編程 PLC控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，在工業(yè)生成中，專門用于控制的計(jì)算機(jī)PLC，可根據(jù)一定順序、時(shí)序及邏輯條件生產(chǎn)控制動(dòng)作，監(jiān)視把并處理存在于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)脈沖及越限報(bào)警等信號(hào)。PLC控制系統(tǒng)具有極高的可靠性能和較強(qiáng)的抗干擾性能；靈活性比較強(qiáng)，且該系統(tǒng)柔性較好，編程較為簡(jiǎn)單，便于使用；容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，具有較小的工作開發(fā)量，運(yùn)行周期較短；便于維修；小體積及低能耗；具有較強(qiáng)的功能及較高的性價(jià)比。

2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

PLC作為在工業(yè)生成中所運(yùn)用的控制系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)理念方面分析，是繼電接觸設(shè)備控制電路與計(jì)算機(jī)的聯(lián)合運(yùn)用，所以PLC與控制的對(duì)象接口能力較強(qiáng)。本質(zhì)上來講，PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中就是一臺(tái)微型的計(jì)算機(jī)，其組成與結(jié)構(gòu)均具有計(jì)算機(jī)的特征：CPU為中央處理的核心單元，通過系統(tǒng)程序的管理實(shí)施運(yùn)行。由I/O部件完成控制對(duì)象與PLC的銜接，通常還配備專用的供電模塊機(jī)供電電源。起基本組成包括CPU及存儲(chǔ)設(shè)備、電源、輸入/出、接口等單元以及外接設(shè)備等。

2.2 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由自動(dòng)汽車清洗設(shè)備基本機(jī)構(gòu)運(yùn)行的情況可知，機(jī)架、頂/側(cè)刷的運(yùn)動(dòng)、供水及風(fēng)干系統(tǒng)的運(yùn)行均采取電力驅(qū)動(dòng)380V三相交流電作為清洗設(shè)備的供電電源，需要異步交流式電動(dòng)機(jī)8臺(tái)，通過 KM1、2與 KM3、4控制設(shè)備正反轉(zhuǎn)分別兩部行走電機(jī)進(jìn)行控制，促進(jìn)機(jī)架完成進(jìn)退運(yùn)行。KM5對(duì)頂刷電機(jī)的啟、停進(jìn)行控制，KM6、7分別對(duì)兩部側(cè)電機(jī)的啟、停進(jìn)行控制，KM8對(duì)頂刷電機(jī)的啟、停進(jìn)行控制，KM9對(duì)清洗劑泵的啟、停進(jìn)行控制，KM10對(duì)風(fēng)干機(jī)的啟、停進(jìn)行控制。為了實(shí)施過載保護(hù)，可將熱保護(hù)器加裝在每個(gè)電機(jī)的線路上并將熔斷器加裝到母線上。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)汽車清洗設(shè)備主要由機(jī)架移動(dòng)、側(cè)/頂刷的刷機(jī)等機(jī)構(gòu)以及清水管路、清洗機(jī)的管理等系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)架運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源為交流異步的電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)。對(duì)移動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，控制機(jī)架的前后移動(dòng)。為了使軌道上清洗設(shè)備能夠有效、安全運(yùn)行，可將兩個(gè)控制行程的開關(guān)設(shè)置在軌道的兩端，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)架運(yùn)行范圍的有效控制。

側(cè)刷的刷洗機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)源為交流式異步電機(jī)兩臺(tái)，其作用為促進(jìn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過對(duì)兩臺(tái)電機(jī)啟閉的控制，達(dá)到對(duì)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制的目的。頂刷刷洗的結(jié)構(gòu)的動(dòng)力源由一臺(tái)交流式異步電動(dòng)提供，無需實(shí)施正傳與反轉(zhuǎn)的控制，對(duì)刷子轉(zhuǎn)動(dòng)的控制通過啟閉電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)；清水管路及清洗劑的管路工作均有一臺(tái)水泵及相應(yīng)管理設(shè)備組成，分別通過對(duì)電機(jī)啟閉進(jìn)行控制來完成工作。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

2.4.1 編程語言

該系統(tǒng) PLC為 SIEMENS S7-200系列，PLC主機(jī)分別有SIMATIC和IEC1131-3兩類指令集，其中IEC1131-3類指令集的標(biāo)準(zhǔn)為IEC所制定的國(guó)標(biāo)1131-3編程語言所推薦的語言，其語言編程只能用功能塊和梯形塊來實(shí)現(xiàn)，通常情況下具有較長(zhǎng)的指令執(zhí)行時(shí)間。SIEMENS公司設(shè)計(jì)的 SIMATIC指令集專門為S7-200 系列PLC編程語言所用。該類指令集中，多數(shù)指令同時(shí)與 IEC113-3標(biāo)準(zhǔn)相符合。該指令集對(duì)檢查系統(tǒng)安全的數(shù)據(jù)類型不予支持，SIMATIC指令集的使用，可用功能快圖、梯形塊圖及語句表等編程進(jìn)行語言編程。

2.4.2 編制程序

該設(shè)計(jì)選擇SIMATIC STEP7編程軟件進(jìn)行梯形圖編制，該種編程語言，可在通用微機(jī)設(shè)備中運(yùn)行，語言編程可在WINDOWS的環(huán)境下實(shí)施，并通過計(jì)算機(jī)串行口互相之間進(jìn)行通信。STEP7軟件的應(yīng)用，可使離線編程過程中語句表及梯形圖的使用更加方便，編譯后和直接由電纜向 PLC內(nèi)存輸送并執(zhí)行，調(diào)試運(yùn)行的過程中，可對(duì)程序中所有輸出/入或者狀態(tài)點(diǎn)通判的情況實(shí)施在線監(jiān)視，甚至直接進(jìn)行程序變量值的在線修改，極大方便了調(diào)試工作。

3 清洗設(shè)備工藝流程

該自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備其工作主要包括車身的清洗與風(fēng)干，清洗完成需要5次往返過程，首先按壓?jiǎn)?dòng)開關(guān)，清洗設(shè)備開始運(yùn)作。水由水泵噴出，刷子開始對(duì)車身進(jìn)行洗刷；當(dāng)清洗設(shè)備行至汽車后部感應(yīng)開關(guān)的位置時(shí)，清洗設(shè)備往返，刷子與水泵持續(xù)工作；當(dāng)清洗設(shè)備退至汽車前部感應(yīng)開關(guān)的位置時(shí)，清洗設(shè)備又開始前進(jìn)，此時(shí)水泵和刷子均停止工作，開始清洗劑的噴灑；當(dāng)清洗設(shè)備行進(jìn)到汽車后部的感應(yīng)開關(guān)位置時(shí)開始后退，在此過程中，持續(xù)進(jìn)行清洗劑的噴灑；當(dāng)清洗設(shè)備后退至汽車前部的感應(yīng)開關(guān)位置時(shí)，向前開始移動(dòng)，此時(shí)停止噴灑清洗劑。在清洗設(shè)備向前移動(dòng)3s停止后，開始進(jìn)行刷洗；5s后停止刷洗，洗車設(shè)備繼續(xù)前移，至汽車后部的感應(yīng)開關(guān)的位置停止前移，開始后退；在3s后后退停止，然后開始刷洗，待5s后停止刷洗，此時(shí)清洗劑持續(xù)后退，待3s后停止后退，開始刷洗，待5s后刷洗停止，清洗設(shè)備則繼續(xù)后退，至汽車前端的感應(yīng)開關(guān)位置停止后退，然后開始前行；在清洗設(shè)備前行過程中，同時(shí)進(jìn)行洗刷及清水噴灑，對(duì)車身進(jìn)行清洗，行進(jìn)到汽車后部的感應(yīng)開關(guān)位置時(shí)，前行停止并開始后退，刷子及清水噴灑繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)行至汽車后部的感應(yīng)開關(guān)位置時(shí)，后退停止，開始前行；當(dāng)清洗設(shè)備前行時(shí)，風(fēng)干機(jī)開始工作對(duì)汽車進(jìn)行吹干處理，當(dāng)行至汽車后部的感應(yīng)開關(guān)位置，清洗設(shè)備停止工作，并開始后退，風(fēng)干設(shè)備繼續(xù)風(fēng)干，行至汽車前部的感應(yīng)開關(guān)位置時(shí)，則完成了整個(gè)洗車流程，洗車設(shè)備復(fù)位。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合我國(guó)洗車行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及環(huán)保節(jié)水、成本投資控制的實(shí)際需求，對(duì)自動(dòng)化洗車設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)出一種 SM S7-200自動(dòng)化洗車設(shè)備的控制系統(tǒng)，不僅提高了汽車清洗的效率及安全性，同時(shí)也達(dá)到了環(huán)保節(jié)水、最大限度降低投資成本目的， 大大改善了系統(tǒng)性能，具有極高的實(shí)用價(jià)值，

可為相關(guān)控制系統(tǒng)的研究提供參考。該項(xiàng)課題通過分析自動(dòng)汽車清洗的功能要求和清洗過程，提出清洗設(shè)備總體設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)了自動(dòng)汽車清洗設(shè)備控制系統(tǒng)，選擇高性能 PLC控制設(shè)備對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)的可靠性能得到提高，為自動(dòng)化汽車清洗設(shè)備的安全、高效運(yùn)行提供保障。

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Design of Control System of Automobile Automatic Washing Machine Based on PLC

TANG Taiqing*,YU Hao,MA Xingyang
(Heilongjiang Institute of Technology,Jixi,Heilongjiang 158100)

This paper studies the PLC control of automatic automobile cleaning equipment,and the core of the control system is PLC. Driven by the rapid development of computer,microprocessing and data communication technology,computer control technology has been applied in active field. As the PLC has a wide range of applications,powerful features,and the use of more convenient,is the most important modern automation industry,a control device. At present,in the field of car cleaning,the traditional way of manual washing to PLC is supported by the technology to replace the automatic washing mode,not only played a role in environmental protection and water conservation,but also to increase the technical content,service level has been upgraded to become a car Cleaning industry development of the inevitable trend.

automatic vehicle cleaning equipment; control system; design

TP490

B

1672-9129(2017)06-0126-02

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.044

湯泰青,于灝,馬興揚(yáng). 基于PLC的汽車自動(dòng)清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(6)： 126-127.

Cite：TANG Taiqing,YU Ying,MA Xingyang. Design of Control System of Automobile Automatic Washing Machine Based on PLC[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 126-127.

2017-02-03；

2017-03-16。

湯泰青（1986.1）女，漢族，安徽蒙城，碩士，助教，研究方向：通信與信息系統(tǒng)

E-mail：ttq1986@126.com