汽车自动清洗装置

1 前言    1

2 系统方案设计    2

2.1 系统设计要求    2

2.1.1 系统总体框架的设计    3

2.1.2 系统实现功能的介绍    3

3 系统硬件设计    4

3.1系统总图设计    4

3.2 接近开关    5

3.2.1接近开关介绍    5

3.2.2 接近开关的选择    5

3.3 洗刷滚筒电机    6

3.3.1 电机的选择    6

3.3.2 电机控制电路设计    6

4 元件清单    8

5 软件设计    9

5.1 I/O端口分配设计    9

5.2 程序顺序功能图设计    10

6 结论    11

7 总结和体会    12

8 致谢    13

9 参考文献    14

10 附录    15

1 前言

随着国民经济的增长，人民生活水平的提高，近年来，私人小汽车逐年增多，城市中洗车难的矛盾越来越尖锐，尤其在大中城市更为突出。随着时代的发展，人们生活水平的提高，汽车的数量也越来越多，洗车产业也越来越壮大，如何在众多的从业者中脱颖而出，抢占先机？应用了PLC的汽车自动清洗装置就成了提升服务质量的一个法宝。它可以最大限度的节省洗车的人力物力，提供客户更加快捷的服务，在这个分秒必争的时代无疑具有极其巨大的市场价值和竞争优势。同时它也可以节约更多的水资源，符合建设节约型社会的时代需要。

市场上常见的汽车自动清洗机改变传统高压水单相流、单一介质的清洗原理，采用高速气流配合水硬雾冲洗的新技术（两相流清洗），水被微粒化利用，水的利用率得到几十倍的提高，达到节水90%以上，并且集清洗、喷清洁剂、吹干等多功能与一身，最大限度的提高单位水量的利用率，并具有一定的冲力和温度，及有效地清除和溶解车身及所有缝隙的灰尘和油污。（汽车的门边、门缝、车牌、车头发动机组、人手难以触及的沟、缝、细孔等。）用水量是水的二十分子一，耗能是它的一半，其他设备所无法比拟的是：彻底清洗细微之处；快速吹干功能；无水花飞溅；无满地流水；（洗车后没有污水横流）清洗车身；洗门缝、门边、发动机组，细微之处显身手；油、泥厚处重的地方也是轻而易举，快速吹干。

本次设计就是采用PLC控制，利用定时器，通过线路的通断来实现汽车自动及手动清洗流程。它可以最大限度的节省洗车的人力、物力资源，并且满足不同的客户需求，同时它可以高效、准确的完成洗车任务，为客户提供便利，而且极大限度的节约水资源，符合当代建设节约型社会的时代需要。并且本次汽车清洗自动系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。

2 系统方案设计

本次设计采用PLC控制，利用定时器，通过线路的通断来实现汽车自动及手动清洗流程。它可以最大限度的节省洗车的人力、物力资源，并且满足不同的客户需求，同时它可以高效、准确的完成洗车任务，为客户提供便利，而且极大限度的节约水资源，符合当代建设节约型社会的时代需要。并且本次汽车清洗自动系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。本论文由汽车清洗装置设计方案、PLC间的比较以及运行程序等部分组成。

根据汽车清洗机的功能，设计一台汽车自动清洗机，其工作步骤图如下：

图2.1    工作步骤图

2.1 系统设计要求

本设计根据题意要求设计，需要完成PLC 端子接线图、顺序功能图和梯形图的设计。首先根据功能设计的要求，设计PLC端子的分配和连接图，其次再根据功能的实现设计顺序功能图，最后再设计功能实现的程序梯形图。

2.1.1 系统总体框架的设计

如下图所示，图2.2为系统的总体框架图：

图2.2     系统总体框架图

2.1.2 系统实现功能的介绍

按照以上设计思路，通过分析可以知道，先由人工来发出启动命令，当发出启动命令时，清洗机开始工作，清洗机接触器和水阀门先后打开，汽车进入洗刷范围时，刷子接触器开启，进入刷洗程序。当检测器检测到汽车离开时，清洗机接触器、水阀门和刷子接触器同时关闭，停止刷洗，发出停机命令，结束刷洗。

3 系统硬件设计

3.1系统总图设计

图3.1  系统总图设计

3.2 接近开关

3.2.1接近开关介绍

接近开关是一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件。当开关接近某一物体时，即发出控制信号。在汽车进入清洗系统时，清洗机需要检测汽车是否进入，用以确定清洗机是否需要开始工作，所以对接近开关的选择也是一个重要的步骤。

3.2.2 接近开关的选择

综合考虑本设计要求和环境因素，我们选择光电式接近开关实现检测控制功能。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

另外我们选择红外对管作为的检测元件。红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称。红外对管的工作原理是，当发送端通电工作时，发送红外光，接收端接收发送端的红外光时输出低电压。不能接收到发送端的红外光时，输出高电压。所以，当有车辆进入到自动清洗机的检测范围后，遮挡了红外光，从而使红外对管接收端输出高电平，通过判断红外对管输出电压的高低从而判断是否启动工作。

根据所安置的距离要求，考虑到发射管的驱动功率，选用红外发射管的型号为IR333C-A，按照检测灵敏度的要求选用红外接收管的型号PD333-3B。

此部分电路如下图3.2所示：

图3.2  红外对管检测电路

3.3 洗刷滚筒电机

本设计中洗刷滚筒的转动需要电机的带动，电机的选择方式很多，常用的电机有步进电机、直流电机、交流电机等。洗刷滚筒电机的选择直接决定了我们设计出的产品工作可靠性的高低，同时也能影响着此产品服务质量的高低。所以洗刷滚筒电机的选择也十分重要。

3.3.1 电机的选择

根据本次设计的需要和要求，综合考虑现场环境、安全性、经济性、方便可靠等因素，选择了三相异步电动机作为洗刷滚筒的工作电机。交流电机具有电压范围广、易得到，使用寿命长等特点，比较符合本设计的要求。

三相异步电动机，三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，旋转磁场驱动电机的转动。

GBT 761-1965可变化的同步转速是600-3000转/分。功率为0.6-100千瓦，具有转速和功率可调范围广的特点，特别适合该设计中不同转速的智能控制。

3.3.2 电机控制电路设计

图3.3   异步电动机正反转控制电路

图3.3中，KM1控制电机的正转，KM2控制电动机的反转，按下启动按钮SB2，接触器KMl吸合，电动机正转。需要电动机反转时，必须先按下停正按钮SBl，使KMl失电断开，电动机停转，然后按下启动按钮SB3，接触器KM2吸合，电动机反转。为保证电动机正反转电路不能同时吸合，以免造成短路，将反转接触器KM1的一个动断触点接在反转接触器KM2的线圈电路中，而反转接触器的一个动断触点接在正转接触器的线圈电路中。以实现互锁控制状态。同时，电路中熔断器FUl和FU2起短路保护作用。继电器FR起过载保护作用。

4 元件清单

根据电气参数，将一些所选电气元件汇总如下：

5.1 I/O端口分配设计 

本设计根据系统功能需要，输入信号主要有10个，分别是启动按钮、停止按钮、自动、手动切换按钮、检测频率输入信号端、变频器突发信号进入端。启动按钮用于启动调速系统开始工作，停止按钮用于结束调速系统 ，自动按钮用于控制电机自动调速运转，手动按钮用于手动控制电机转速，频率信号输入端是用于将光电传感器传来的脉冲信号传入PLC，由PLC进行逻辑处理，突发信号进入端用于检测变频器的异常以便于及时进行处理，防止变频器因此而损坏。

输入信号表如图5.1所示：

输

根据系统的功能需要，本系统的输出信号主要有7个，其中Y0、Y1、Y2用于设定频率控制信号，控制电动机的低、中、高、速运转。Y3用于实现刷洗是否正常报警，Y4用于冲洗是否正常报警，Y5用于当变频器发生异常故障时断开变频器电源，Y6用于吹风是否正常运行。

PLC输出信号表如表5.2所示： 

输

5.2 程序顺序功能图设计 

图5.3    顺序功能图

6 结论

汽车产业突飞猛进的发展起来了，随之而来的是带动洗车行业一起火爆。然后传统的人工洗车效果并不理想，极大的浪费了人力物力和自然资源。此设计洗车自动清洗装置，采用了先进的传感器技术，能根据检测器的信号传输控制系统的启动、停止。系统启动后，能顺利完成要求动作，工作结束后自行停止。若中断电源，停止后再通电，系统不会自行启动，所以可以说实现了理论上的自动化。

然而这样简单的系统在实际操作中并不可行，这样存在很大的弊端和不足。如自动洗车在工作中因断电或故障停止后，必需复位后从新启动，这样就会浪费以前的大量工作，在后继工作中需要克服改进使自动洗车实现真正意义的自动化，不仅是一直得电可以顺利完成自动清洗，即使在中途断电后，再启动，仍会继续以前的工作，这样可以提高效率，降低成本，避免无谓的重复工作。也应该设置手动挡，以便针对车不同的脏的程度，可以选则性的增加某一或某些动作。所以以后的研究方向应改进向更安全、更经济、更可靠及更简单发展，还需继续做大量的努力及工作

7 总结和体会

一般来讲，在设计过程中，首先要熟悉系统的工艺，进行对象的分析，按照要求确定方案。然后要进行硬件和软件的设计，调试。由于没有实际的样机，所以不能看到系统的运行结果，只能在理论上对系统的结果进行预测分析。

经过持续几周的努力，我的课程设计终于完成 。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且是对自己能力的一种提高。通过本次课程设计，我明白了自己原来知识还是比较欠缺，自己需要学习的东西还很多，以前老觉得自己什么都知道，什么都会，有点眼高手低，但真正做起实际项目来，才发现自己的太多不足。

通过这次设计任务，我才明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在设计过程中，我通过查阅大量相关资料，与同学交流经验，并向老师请教，让自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但也培养了我相互协作的能力，也树立了对自己面对工作的信心。

8 致谢

大学最后一个课程设计也在临近假期的时候展开，在这次的任务完成和设计过程中，我不仅一如既往的在专业知识方面得到了巩固与提升，还学到了许多新的知识，得到许多新的设计与研发经验。

在这十余天的设计过程中，我遇到了很多自己无法解决和完成的问题与任务，通过与请教老师和与同学探讨，最终通过自己的努力与坚持，顺利完成了设计。以此次课程设计为平台，我对所学进行了总结，获益良多。当然，这些所得和收获，也融入了指导我作业的老师和各位热心的同学的耐心引导与共同探究所付出的汗水与劳作。所以，在此，我向指导老师郑敏老师和一直帮助和鼓励我的各位同学表示衷心的感谢。

9 参考文献

[1] 廖常初主编.FX系列PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2005

[2] 郑萍主编.现代电气控制技术.重庆：重庆大学出版社，2001

[3] 康华光主编.电子技术基础.北京：高等教育出版社，2000

[4] 周守昌主编.电路原理.北京：高等教育出版社，2005

[5] 张毅刚主编.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2007 

[6] 范思冲主编.机械基础.北京：机械工业出版社，1999

[7] 谭建荣等编.图学基础教程.北京：高等教育出版社，1999

[8] 谭浩强主编.C程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社，2005

[9] 余锡存、曹国华. 单片机原理与接口技术. 西安电子科技大学出版社，1996

[10] 赵家贵. 传感器电路手册. 北京：中国计量出版社， 2002

[11] 谢剑英. 微型计算机控制技术. 北京：国防工业出版社，1991

[12] 胡寿松. 自动控制原理（修订版）上册. 北京：国防工业出版社，1984

10 附录

附件1：汽车自动清洗装置PLC控制程序流程图

附件2：汽车自动清洗装置PLC控制系统程序（部分程序）

附件3：汽车自动清洗装置PLC控制前面板图